Zielsetzung
Es wurden hier umfangreiche Analysen zum Bessler-Rad dargestellt und einige Konstrukte vorgeschlagen zum Nachbau dieses Perpetuum Mobile. Im Kapitel Mechanische Schwingkreise wurden Gesichtspunkte des Aufschaukelns von mechanischen Schwingkreisen dargestellt. Mit einer Konstruktion entsprechend dieser Animation sollte z.B. das Aufschaukeln einer Schaukel nachgeahmt werden.

Um die Systenachse dreht hier ein Hebel, an welchem außen ein Federelement angebracht ist, so daß ein zweiter Hebel nach außen und innen schwenkbar ist. Die Masse fällt links herunter und spannt die Feder. Wenn rechts die Masse nach oben geführt wird, bewirkt die Entspannung der Federn ein Herein-Führen der Masse. Dadurch ergibt sich ein Drehmoment, so daß diese Überschlag-Schaukel fortwährend sich drehen müßte.

Bislang wurde keiner meiner Vorschläge realisiert bzw. habe ich keine Kenntnis eines erfolgreichen Nachbaus eines Bessler-Rads. Also folgte ich Anfang 2002 dem Rat eines Kollegen, daß jeder Erfinder selbst experimentieren muß. Da ich kein guter Mechaniker bin (sondern Hobby-Bauhandwerker oder -Gärtner), mußte ich eine möglichst einfache Konstruktion entwerfen.

Grundkonstruktion
In Bild EV GIG 80 ist schematisch das Grundprinzip dargestellt. Um eine Systemachse (SA) dreht sich ein Rotorträger (RT) gegen den Uhrzeigersinn. Der Rotorträger kann scheibenförmig sein oder könnte aus einzelnen Speichen bestehen.

Außen am Rotorträger sind Rotorlager (RL) installiert, mittels welcher ein Rotor (RO) drehbar gelagert ist. Der Rotor ist in Form eines abgeknickten Hebelarms (HA) gezeichnet. Außen am Hebelarm ist die wirksame Masse (MP) befestigt.

Anstelle des runden Federelements obiger Animation ist hier ein Federelement (FE) eingesetzt, z.B. in Form einer Gummi-Strippe. Die Lager (FL) dieser Feder sind einerseits etwa mittig an diesem geknickten Hebelarm, andererseits weiter hinten am Rotorträger, z.B. beim nachfolgenden Rotorlager angeordnet.

Hier ist nur ein Rotor eingezeichnet, aber es sollten natürlich mehrere Rotoren symmetrisch am Rotorträger installiert sein. Eingezeichnet sind hier mehrere Positionen einer wirksamen Masse während einer Umdrehung des Rotorträgers. Die grüne Kurve kennzeichnet die Bahn des Massepunktes. Der gestrichelte grüne Kreis markiert zum Vergleich die äußerst mögliche Bahn der Massepunkte.

Bewegungsablauf
Diese Animation zeigt den Bewegungsablauf der wirksamen Massen bzw. von acht Hebelarmen an einem Rotorträger.

Die Masse fällt links hinunter mit zunehmender Geschwindigkeit. Unten wird die Masse nach rechts umgelenkt. Rechts wird die Masse auf einen kleineren Radius herein gezogen. Sie steigt dabei nahezu senkrecht nach oben. Oben bewegt sich die Masse ziemlich langsam nach links. Sie wird dann nach außen geschleudert in das erneute Hinab-Fallen hinein.

In Bild EV GIG 81 sind unterschiedliche Positionen der jeweiligen Rotoren dargestellt. Der Rotorträger (RT) ist in Form von acht Speichen eingezeichnet, an welchen außen die Rotorlager (RL) installiert sind. Um diese schwenkbar sind die Hebelarme (HA), an welchem außen die wirksamen Massen (MP) befestigt sind. Die Federelemente (FE) sind einerseits mittig am Hebelarm befestigt, andererseits dient das jeweils nachfolgende Rotorlager zugleich als Lager (FL) der Federelemente. Die gestrichelten Kreise markieren die innerste und äußerste Bahn der Massepunkte.

Wenn sich die Masse ganz oben befindet (in dem mit A gekennzeichneten Sektor), drückt das Gewicht die Masse nach unten, so daß die Feder etwas gespannt wird.

Im nachfolgenden Sektor B wird das Gewicht der Masse zunehmend durch sein Rotorlager abgestützt, so daß sich die Feder entspannen kann. Die Masse wird damit nach außen geführt auf einen größeren Radius, wobei allerdings das Gewicht der Masse stets auf beiden oder einem Rotorträger lastet.

Die Masse kann nun frei nach unten fallen auf parabelförmiger Fallkurve und erreicht in diesem Sektor C höhere Geschwindigkeit als das zugehörige Rotorlager aufweist. Unten links muß die Masse nach rechts umgelenkt werden. Wenn diese Umlenkung durch Zug per Rotorlager erfolgen würde, ergäbe sich ein negatives Drehmoment am Rotorträger.

Durch die hier praktizierte Aufhängung der wirksamen Masse aber wird die freie Fallbewegung durch das Federelement eingeschränkt bzw. letztlich durch maximale Federspannung beendet. Das Gewicht wie die kinetische Energie aus der Fallbewegung lasten damit nahezu tangential am nachfolgenden Rotorträger. Im Moment des Abstoppens (wenn die maximale Federspannung erreicht wurde), stellt das Federlager mittig am Hebelarm praktisch den Drehpunkt dar, um welche die Masse nach rechts geschleudert wird.

Im Sektor D erfolgt also eine ziemlich abrupte Umlenkung der Masse aus der vorwiegend abwärts gerichteten Bahn in die Kreisbahn. Bei dieser Art Umlenkung wird ein positives Drehmoment erzeugt. Im nachfolgenden Sektor E wird die Masse mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiter auf dieser Kreisbahn geführt.

Im nachfolgenden Sektor F aber lastet das Gewicht der Masse voll auf seinem Rotorlager. Die aufgestaute Federspannung reicht nun aus, um die Masse gegen ihre Fliehkraft auf einen kleineren Radius herein zu führen. Entsprechend zum Erhaltungssatz ergibt sich damit ein beschleunigendes Moment am Rotorträger, also wiederum ein positives Drehmoment.

Im Sektor G steigt die Masse nahezu senkrecht nach oben. Dort kann sich die Feder auf ihre minimale Distanz zusammen ziehen. Im Sektor H kommt die Masse auf eine Bahn mit nochmals geringerem Radius. Die Masse schwenkt nach links und die Feder wird erneut belastet, wie oben bei Sektor A beschrieben.

Federarbeit
In den vorigen Kapiteln mit den Analysen zum Bessler-Prinzip wurde heraus gearbeitet, daß ´überschüssige´ Kräfte aus der Abwärtsbewegung der Masse zwischenzuspeichern sind. Erst in der Aufwärtsphase soll die gespannte Feder dann Arbeit leisten und damit ein positives Drehmoment erzeugen.

Als Federelemente wurden ringförmige Federn wie in der Animation ganz oben vorgeschlagen oder auch radial arbeitende Federn. Hier ist nun die Feder an einem der Masse nachfolgenden Punkt des Rotorträgers aufgehängt. Sowohl das Spannen der Feder wie auch deren Entspannen wirkt dabei immer ziemlich tangential weit außen am Rotorträger und immer in Richtung der Systemdrehung.

Durch gekrümmte Form des Hebelarms kann erreicht werden, daß die Federwege entsprechend dieser Zielsetzung sind und besonders auch die Umlenkung unten links die gewünschten Kraftwirkungen ergibt.

Modellbau
Durch den Bau eines Modells in meiner Minimal-Werkstatt sollten diese Erwartungen bestätigt werden. Mit einfachem Material aus dem Baumarkt baute ich einen Lagerbock zur Aufnahme einer Welle. Auf der Welle wurden mittels Kugellager eine achteckige ´Nabe´ gelagert (Bild links). An dieser Nabe wurden speichenförmig acht Paare von Rotorträgern installiert. Nach einem Anstroß drehte sich dieses ´Windrad´ (mittiges Bild) im tiefen Keller sehr schön, etwa fünf Minuten lang.

Außen an diesen Speichen wurden dann die Hebelarme (in Form zweier Bretter) drehbar installiert und mittels Gummistrippen jeweils zum nachfolgenden Rotorträger hin verspannt (Bild rechts). Nach einem Anstoß drehte auch diese ´Windmühle mit Dresch-Schlegeln´ sehr eindrucksvoll - jeweils etwa drei Minuten lang.

Die theoretisch beabsichtigten Effekte traten durchaus auf: oben waren die Hebel etwas nach unten eingedrückt, fielen dann in der Abwärtsbewegung nach außen, wurden unten fast waagrecht geführt und in der Aufwärtsbewegung durch die Federn wieder herein gezogen.

Das Problem bei diesem Modell aber war, daß die gespannte Feder unten sofort wieder den Hebel nach oben zog. Es gelang also nicht, die Energie in der Feder zwischenzuspeichern, sodaß sie erst im Aufwärts wirksame Arbeit leisten könnte. Das Hereinführen der Masse erfolgte viel zu früh bzw. es ergab sich mehrfaches, unruhiges Schwingen während einer Umdrehung. Damit konnte sich natürlich auch kein Aufschwingen dieser Schaukel ergeben.

Mit den mir zur Verfügung stehenden Mitteln (einfache Gummistrippen, nur wenige unterschiedliche Gewichte, besonders mangelnde Geduld) gelang es mir nicht, dieses Modell zum gewünschten Dauerlauf zu bringen. Nach wie vor bin ich aber überzeugt, daß meine Überlegungen und Behauptungen zutreffend sind. Dieses rein technische Problem der Abstimmung von Hebellängen, Gewichten und Federkräften ist bei entsprechender Ausstattung gewiß lösbar. Man müßte z.B. Stoßdämpfer einbauen, welche ein vorzeitiges Rückschwingen der Feder verzögert. Vielleicht gibt es einen, der diese Konstruktion zum Laufen bringt.

Zufälliges Schaukeln
Dieses Modell taugt also durchaus zur Nutzung seiner Energie - im Kamin. Zuvor jedoch sollte das Rad noch einmal richtig schön drehen und schwingen dürfen. Ich steckte die Hebelbretter auf die Rotorlager mit der Bohrung oben mittig, so daß praktisch ein gleichschenkelig nach unten weisendes Hebelpaar gegeben ist.

Wenn man das Rad mit diesen ´Kleiderbügeln´ langsam dreht, hängen alle Hebel schön gleichmäßig nach unten. Die Bretter bleiben immer waagrecht, sie drehen sich während eines Umlaufs einmal gegenläufig um ihr Lager im Rotorträger.

Sobald man aber das Rad heftiger anstößt (wie bei diesen beiden Bildern, Drehung gegen den Uhrzeigersinn), ergibt sich ein seltsam lebendiger Bewegungsablauf: die Hebel bäumen sich nach vorn aufwärts, fallen in schräger Position abwärts, schwingen unten waagrecht zurück, um im Aufwärts wiederum nach außen-oben zu schwingen. Die Bretter drehen sich also keinesfalls mehr gleichförmig um ihre Rotorachse. Dabei ist das Ausscheren im Abwärts sehr viel heftiger als im Aufwärts. Damit ist Asymmetrie gegeben - nach der ich immer suchte.

Dieses ´zufällige´ Schwingen bei rein intuitiver Spielerei an diesem Modell ergab natürlich neue Aspekte: es müßte möglich sein, dieses Rad mit einem rein mechanischen Hebelsystem zum Laufen zu bringen - also ohne die Zwischenspeicherung von Energie in federnden Elementen. Also baute ich noch ein Modell, ein Pendel-Rad.

Evert / 15.03.2002

Konsequenz - Reale Maschinen

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