GILLIES G T ET AL: "TORSION BALANCES, TORSION PENDULUMS, AND RELATED DEVICES", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, vol. 64, no. 2, 1 February 1993 (1993-02-01), pages 283 - 309, XP000349050
| 1. | Mehrwellentorsionsgetriebe und Torsionsmaschine mit Feldkraftantrieb für die Werkstoffprüfung in der Industrie, für die Erdbebenwelienmessung für die Seismographie, fürden Einsatz in Meß, Steuer, und Regelanlagen für Prozesse, Vorgänge, und Abläufe, die durch periodische Aktivitätsschwankung in Abhängigkeit der Erdrotabon ausgezeichnet sind, für die Umwandlung von Feldstärkeänderungen und Feldenergieschwankungen natürli cher Kraftfelder in Bewegungsenergie eines TorsionsKolbens in einem weiten Einsatzbereich bis an die Grenze atomarer kleinster RaumZeitund Energiebereiche, für die physikalische Darstellung stabiler, freier Schwebungen schwerer Körper um feste Drehachsen auf der Erdoberfläche, für die zuverlässige Reproduzierung von Zustandsund Bewegungsgrößen des stabilen Gleichgewichtsund Schwebezustandes schwerer Körper im Schwerefeld, dadurch gekennzeichnet, (a) daß die Anordnung erfindungsgemäß aus folgenden Gruppen von Bauteilen besteht : 1. ein starrer Rahmen als festes Führungsgestell (3) ; 2. ein biegesteifes Trageprofil (6) darin als beweglicher Rager, 3. ein schwererKörper (7), womit ein Ubergewichtdes Trägers hergestelltwird, dieserwird als Torsions und Antriebskolben auf dem Träger montiert, die Art des Körpers richtet sich dabei nach dem Zweck des Einsatzes der Anordnunges kann ein homogener Körper sein, z. B. ein neutraler Bleikörper, oderein magnetischerStahlkörper, oderein heterogenerKörper, z. B. eine Reihe von Nutzgeräten (8), wie Meßgeräte, oder beides zusammen ; 4. mehrere leicht verdrillbare, hoch zugfeste elastische Torsionswellen (2,9,...), vorzugswei se aus synthetischen Fasem hergestellt, womit die Hebeund Haltekräfte für das Hochhebeln und für die Erhaltung des schweren Körpers in einer festen Schwebungs und Drehungsebene über dem Erdboden mittels einer Spannvorrichtung (11) zu erzeugen sind, wobei die resultieren de Drillkraft aller Fasern zugleich das elastische Rückstellmoment für freie Torsionsschwingun gen des Torsionskörpers (6,7,8) in der mit der Spannvorrichtung fest eingestellten Drehund Torsionsebene liefert ; 5. die entsprechende Anzahl unbewegliche feste elastische Torsionslager (1, 4, 5, 10,...), die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet sind, daß die Faser auf der Druckseite praktisch unbeweglich festsitzt, wobei eine Führungsbohrung den Übergang zur frei beweglichen Zugseite schafft, z. B. wird eine Bohrung etwa gleich dem Faserdurchmesser im Rahmen des Führungsgestells und des Trägers hergestellt, und die durch Druckkraftbelastete Seite wird von der Hülle der Faser, also von außen her, unbeweglich mit dem Profilmaterial verschmölzen, beispielsweise wird ein Knoten geschiagen, dieserwird festgeklemmt, und die Faseroberfläche und die Metalloberfläche werden mit möglichst geringer Eindringtiefe des Klebers miteinander fest verklebt ; aufderanderen Bohrungsseitetrittdie Faserin einersich konusartig erweitemden Öffnung zuletzt völlig frei beweglich aus ; auf diese Art und Weise wird exakter fester Sitz der Welle auf der Druckseite und freie Beweglichkeit auf der Zugund Verdrillungsseite erreicht ; (b) mittels einer Hebeund Spannvorrichtung (11), die z. B. mittels einer Umlenkrolle unter einem Durchführungslager (10) und einer Zugwalze hergestellt wird, worauf die untere Faser (9) aufgewickelt wird, ist eine starke Zugund Führungskraft (F2) nach unten zu erzeugen, die auf die Druckseite von dessen Torsionslager (5) drückt, und über das daneben liegende Torsionslager (4) <BR> <BR> <BR> einestarkeGegendruckkrafterzeugt, weildiesesTorsionslagerderoberen Fasergenau umgekehrt angeordnet istdessen Druckseite zeigt nach unten, dadurch entsteht mit zunehmender Aufwicklung der unteren Faser auf die Zugwalze ein starke Hebelwirkung um diese Druckstelle als Drehstelle für die Hebung des Übergewichtes des schweren Körpers (7) auf der gegenüberliegen den Seite des Trägers ; damit wird erreicht, daß das Übergewicht des Trägers sich im Schwerefeld auf der Erdoberfläche in einem stabilen Schwebezustand um bestimmte feste Drehund Torsion sachsen von einem bestimmten festen elastischen resultierenden Rückstellmomenterhält, dazu Zeichnung 1, Zeichnung 2 (c) charakteristische Kennzeichen dieser Lösung ergeben sich im Vergleich bekannter Lösungen, wie Drehwaage und Torsionschwingungsgerät, aus der Wirkungsweise, z. B. sind damit freie Torsionsschwingungen und langsame stetige Torsionsbewegungen mit überge undschwerenTorsionskolbenanzuregen,anstellemitgleichgewichtigenwichtigenTorsionskörpem Torsionskörpem und leichten Drehwaagebalken und Torsionschwungscheiben ; daher sind viel stärkere Wirkungen, und ganz andere Größen mit schwacher Kraft hiermit zum Vorschein zu bringen, darzustellen, und zu nutzen die Höhe der Schwebung des Körpers und die Neigung der Torsionsebene gegen die Drehachse ist leicht zu steuern zwischen der Horizontebene bis fast an die Vertikalebene, durch Ändern der Fühnungskraft durch Drehen der Spannschraube der Spannvorrichtung (11) GegensatzzubekanntenLösungen,wieFliehkraftregler,fehltdabeidiestarremechani im sche Welle ganz, denn diese ist mit dem erfindungsgemäßen elastischen Getriebe durch eine <BR> <BR> <BR> flexiblefesteAchseersetztworden, diesichganzvon selbstzwischendenelastischenTorsionslagenn einstellt, so daß Fliehkräfte und Anziehungskräfte der Massen um ein Vielfaches empfindlicher hiermit zu registrieren und zu messen sind empfindlicheReaktiondesübergewichtigenTorsionskörpersaufdieseKräfte,schonbeieklein die sten FeldstärkeÄnderungen des umgebenden Rotations und Schwerefeldes auf der Erdoberfläche, macht diesenzum eineTorsionsundSchwebungsmaschine,womitzusammenmitdemfür frei im Schwerefeld schwebenden Torsionskolben auch Nutzlasten zu transportieren sindvorwiegend Meßgeräte ; diese sind damit im Schwebezustand erhalten, und mit schwacher Kraft der Feldstärkeänderung durch das Schwerefeld zu führen, das ist ein Kennzeichen und ein Vorzug, der die erfindungsgemäße technische Lösung von allen hier bekannten technischen Lösungen abhebtvon Drehwaage, Torsionsschwinger, und Fliehkraftregler ; (d) weitere charakteristische Kennzeichen der erfindungsgemäßen Lösung, welche die Anordnung und die Funktionsweise der Bauteile mehr im Einzelnen betreffen, werden im nach folgenden spezifiziert 1. der schwere Körper (7) an der Spitze des Trägers ist z. B. ein Bleikörper, dessen Übergewicht den Träger als asymmetrischen DrehkörperundTorsionskolben (6,7,8) erscheinen läßt ; dabei ist anstelle eines neutralen Körpers auch ein elektrischer Körper, wie ein über elektrischaufladbarerKondensator(Ko),gesonderteZuleitungen magnetischerKörper,ein z. B. ein PermanentMagnet (Mg), am Träger zu montieren ; es können auch alle Körper zusammen einen kombinierten Feldantrieb bilden ; dazu Zeichnung 3 2. die elastischen Wellen (2,9) übertragen elastische Führungskräfte (F1, F2) zwischen Führungsgestell und Torsionskolbenträger ; die Stärke der Führungskraftwird mittels Spannvor richtung (11) gesteuert ; die Führungskräfte werden durch nebeneinanderliegende Lager (4,5) im Träger (6) künstlich getrennt, und erzeugen durch ihre Druckkräfte auf den Trägeran diesem ein Hebelmoment ; der Abstand "a" der Lager bestimmt dabei die Ausrei#kraft an der Druckstelle, derdas Lager, und die Biegekraft, der der Träger standhalten muß ; da# so erzeute hochdrückende Kraftmoment hält dem nach unten ziehenden Kippmoment (MZ) des Übergewichtes Ez des Torsionskolbens das Gleichgewicht, und kompensiert dieses ; das Resultat davon ist der Schwebezustand des Körpers und aller Nutzlasten auf dem Träger, der technisch genutzt wird bei der Torsionsund Schwebemaschine zum Transport von Meßgeräten in einem Zustand praktischer Schwerelosigkeit über dem Erdboden, wohin trotz Übergewicht kein Fallen eintritt ; dabei wird das Rückstellmoment in die Ruhelage durch das resultierende Drillmoment aller elastischen Torsionsfasem erzeugt ; 3. das Material und die Form der elastischen Wellen ergeben sich daraus, wofür das Getriebe genau hergestellt wird, erfindungsgemäß sind wirkungsvolle Feldkraftantriebe mit großem Hebemoment des Übergewichtes und von kleinem Rückstellmoment in die Ruhelage mit speziellen synthetischen elastischen Fasem von geringer Steifheit und hoherZugkraft herzustellen ; auch handelsübliche Erzeugnisse kommeneingeschränktin Frage, wie Dyneema, oder Kevlar für die Aufzeichnung von Vertikalwellen (Seismograph ; Erdbeben ;...) können dabei zusammengesetzte Torsionswellen verschiedene Vorteile bieten, wo ein Mittelstück eine Feder aus Runddraht und die Endstücke biegsame elastische Fasern sind, oder ganzmetallische Torsionsfasem, z. B. aus Wolfram 4.) charakteristisch ist für die Funktionsweise, daB mehrere Aufgaben im Zusammenhang gelöst werden : es ist ein großes (vertikales) Hebelmoment zu erzeugen, womit das große Kippmoment des für den Feldkraftantrieb physikalisch prinzipiell zu fordernden Übergewichtes des schweren Torsionskörpers in bezug der Drehachse zu kompensieren ist ; es ist ein kleines (horizontales) Rückstellmomentgegen Verdrehen des übergewichtigen Körpers aus der Ruhelage um die Achse zu erzeugen, so daß freie Torsionsschwingungen mit der schwachen Kraft eines Massenkraftfeldes zuverlässig anzuregen sind ; es ist eine starke Dämpfung gegen mechanische äußere Kräfte zu erreichen, weil der Weg zum schweren Körper nur durch die elastischen Fasern in einem kleinen Querschnitt führt, der untergroBerZugspannungsteht, dasergibteineausgezeichnete Dämpfung undAbschirmwirkung gegen störende Kräfte ; störende Einflüsse sind in Kombination mit der Ausführung des Gehäuses (12) alsWärmekammer, u. a. zu diesem Zweckan sich bekannteMaßnahmen, soweit auszuschalten, daß sicher zu unterscheiden ist, ob und in welcher Größe die Torsionsschwin gung durch eine schwache Feldkraft angeregt wurde. |
| 2. | Mehrwellentorsionsgetriebe für die Wekstoff prüfung nach Anspruch 1 zur Bestimmung von Größen wie Scherkraft, Torsionsmoment, Steifheit, Temperaturabhängigkeit der Längendehnung und der Änderung der Dehngeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Änderung derTemperatur, des ElasUzitätsmoduls, des Schubmoduls, und anderer Kenngrößen von Materialeigenschaften von Produkten und Erzeugnissen, insbesondere der chemischen Industrie und der metallverarbeitenden Industrie, dadurch gekennzeichnet, a) daß die Torsionsmaschine für einen raschen Wechsel und leichten Austausch von Probekörpern und Vergleichskörpern sowie Nommkörpem eingerichtetwird, die an die Stelle der oberen und der unteren Torsionswelle nach Punkt 1 in die Maschine eingesetzt werden, was in der Regel mit an sich bekannten technischen Mitteln durch zweckmäßiges Abändem und Einrichten der unter Punkt 1 beschriebenen Vorrichtungen zu erreichen ist, dazu Zeichnung 7 b) erfindungsgemäß sind beispielsweise die nach Punkt 1 festen Lager der Torsionswellen durch Wechsellager zu ersetzen, wie kombinierte Klemmund Einhängelager, derart, daß das Klemmlager im geöffneten Zustand den Probekörperaufnimmtund im geschlossenen Zustand, nach Zuschrauben, das Einhängelager bildet, dieses wird in ein spiegelbildlich ausgearbeitetes Gegenlager im Träger des Torsionskolbens, und in die Verbindungs/Haltestücke (10a) zum Führungsgestell eingesetzt ; Klemmund Einhängelager bilden auf diese Art und Weise ein Bauelement des MehrwellenTorsionsgetriebes, womit der Probekörper schnell mit Rahmen und Kolbenträger zu verbinden ist, so daß das unter Punkt 1 beschriebene elastische Getriebe einfach und sichermitbeliebigen Probekörpemwie Fasem, Gewebe, Geflechte, Filze, Drähte, usw.aufzubauen, und zur Untersuchung der Materialund Kenngrößen damit darzustellen ist ; c) das Verfahren der Werkstoffprüfung nutzt analog wie unter Punkt 1 beschrieben den aysmmetrischen Drehund Torsionskolben des MehrwellenTorsionsgetriebes, im Unterschied zu Punkt 1 wird der Kolben bei der Werkstoffprüfung jedoch nicht als Antriebselement genutzt, weil die Nutzung anderer Feldkräfte als der Schwerkraft des Erdschwerefeldes in der Material prüfung stets ein untergeordneter Aspekt ist, sondem der schwere Kolben wird in der Art eines Laufgewichtes durch Verschiebung gegen die Lager im Träger zur Erzeugung einer rasch veränderlichen Übergewichtskraft, und Kippund Hebelkraft genutzt, analog wie bei einer Schnellwaage ist mit dem auf dem beweglichen Träger verschiebbaren Torsionskolben eine veränderliche Gewichtskraft einzustellen ; diese wird vom starren Träger mittels des ersten Wechsellagers hauptsächlich als eine Längs und Reißkraft auf den oben eingehängten Probe /Prüfkörper übertragen, und mittels des zweiten Wechsellagers hauptsächlich als eine Längs und Reißkraft auf den unten eingehängten Probe/Prüfkörper übertragen ; dabei ist auf jedem Niveau der mittels des Lagerabstandes und der Kolbenmasse fest eingestellten Führungskräfte durch desKolbensgegendieRuhelageumeinenvorgegebenenDrehundVerdrehen Prüfwinkel, z. B. etwa 60°, in gewohnter Weise der Widerstand gegen Verdrehung für beide unabhängigen Prüfkörper festzustellen und zu prüfen ; auf diese Art und Weise sind die Wirkungen der Längsund Querkräfte auf das Material unter Bedingungen zu prüfen, wo diese Kräfte insicherdefinierterWeise unterverläßlich reproduzierbaren Bedingungen zusammenwir ken ; die Vorteile einer erfindungsgemäßen MehrkörperPrüfung mittels der MehrwellenTor sionsmaschine sind im Vergleich mit der EinkörperPrüfung im Torsionschwingungsgerät naheliegend, so daß deren beispielhafte Kennzeichnungwie Einsetzen gleicher Materialien oben und unten, aber von ungleichem Querschnitt ; oder Einsetzen verschiedener Materialien oben und unten, abervon gleichemQuerschnitt ; oder Einsetzen unbekannterPrüfkörperoben, und bekannterVergleichskörper oder Normkörper unten, usw,genügt ; darin liegen charakte ristische Kennzeichen und Möglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit den Möglichkeiten und Kennzeichen bekannter WerkstoffPrüfverfahren mit Torsionschwin gungsgeräten. |
| 3. | GEANDERTE ANSPRUCHE [beim Internationalen Büro am 07. April 1999 (07.04.99) eingegangen ; ursprüngliche Ansprüche 1 und 2 durch neue Ansprüche 15 ersetzt (9 Seiten)] 1. Elastisches Kraftlager für einarmige Torsionswaage und Torsions Schwerependel zur Erhaltung reibungsfreier Bewegungen von Werkstücken und Körpern mit höchstem Wirkungsgrad der Antriebskraft und der Bewegungsenergie, insbesondere zum Zweck der Positionierung schwerer Arbeitsund Meßzeuge und Drehkörper in eine feste mittlere Lage und konstant erhalten bleibende Nullposition im Raum mittels eines Kraftmomentes, das bis zu einige Größenordnungen kleiner ist, als das Verlust moment durch die Gleitreibungskraft, welches bei herkömmlicher Positionierung desWerkstük kes bzw. Drehkörpers mittels Wälz und Kugellager oder Gleitund Flüssigkeitslager für die Erzielung einer reproduzierbaren koordinierten Bewegung zu überwinden ist, dadurch gekennzeichnet, 1.1 daß ein starrer Körper in einem starren Rahmen mittels zwischen dem Rahmen und dem Körper kraftvoll gespannter, in der Länge veränderlicher elastischer Körper zu einer räumlichen Anordnung und funktionellen Einheit erfindungsgemäß in derWeise zusammenge fügt und fest verbunden sind, daß der starre Körper gegen das Rückstellmoment der elastischen Körper reibungsfrei zu bewegen, und damit in eine feste Lage im Innenraum zu positionieren ist ; die Anordnung besteht erfindungsgemäß hauptsächlich aus folgenden Bestandteilen 1.2 aus dem starren Lagerrahmen, dieser gibt den elastischen Körpem einen sicheren Halt bei Drehung des Rahmens um sich selbst oder bei Kippung um eine Ecke oder Kante, so daß das Lager eine stabile Form bei räumlicher beliebiger Orientierung behält ; der Lagerrahmen besitzt mehrere geradlinig gegenüber angeordnete feste Lagerstellen, worin die äußeren Enden der elastischen Körper befestigt sind ; 1.3 aus dem starren Drehkörper und dem Schließkörper ; der Drehkörper besitzt mehrere nebeneinander angeordnete feste Lagerstellen, worin die inneren Enden der elastischen Körper befestigt sind ; 1.4 aus den elastischen Körpern, hergestellt aus zugfesten Fasern ; sie erhalten durch ihre Länge und Zugspannung den Abstand des Schließkörpers vom Lagerrahmen ; sie erhalten das Zugkräftepaar und Hebelmoment fürdie Ausrichtung des Drehkörpers in einefeste Drehebene ; und sie erhaiten die Schubkräftepaar und das Drehmoment für die Positionierung des Drehkörpers in die Anfangsrichtung und in die mittlere konstante NullPosition des Drehwinkels 1.5 aus der Längenregulierung der elastischen Körper, beispielsweise aus einer Rolle im Lagerrahmen, worauf diese aufoder abzuwickeln sind ; damit wird die Lage und der Abstand der im Drehkörper nebeneinander angeordneten Lagerstellen gegen die im Lagerrahmen unverrückbar festsitzenden Lagerstellen verschoben und gezielt verändert, so daß die Ebene, worin diese Stelien zueinander drehen, und das Kraftmoment der Zugkräfte der Fasem, welches den Drehkörper in dieser Ebene erhält, damit einzustellen und zu regulieren ist ; 1.6 aus den Nutzgeräten, die der reibungsfrei bewegte Drehkörperträgt, damit ist dieser, je nach dem Wunsch des Anwenders, und je nach dem Zweck der Herstellung und der Verwendung des elastischen Kraftlagers, zweckmäßig zu erweitern, und das Kraftlager zu dem vom Anwender gewünschten technischen Gerätzu vervollständigen und zu komplettieren ; auf diese Artund Weise ist beispielsweise ein wissenschaftliches Meßgerät herzustellen, wie es nachfolgend für die einarmige Torsionswaage und für das Torsionsschwerependel näher gekennzeichnet ist ; oder ein technisches Nutzgerät, das in der Art einer mechanischen Steuerung mittels schwacher Erreger kräfte arbeitet, die das Umfeld auf natürliche Art und Weise liefert ; oder ein Navigationsgerät für die Auffindung des Ortes femer starker Kraftquellen weitreichender neutraler Kraftfelder ; oder ein Registriergerät für ein ErdbebenFrühwamsystem ; oder eine Arbeitsmaschine, die mit kleinstem Kraftmoment mit einer Erregerkraft arbeitet, bei der in bekannter Weise hergestellte Maschinen, deren drehende Teile in WälzoderGleitlagern geführteTeile sind, physikalisch prinzipiellversagen, und wo diese Teile stets im Zustand der Ruhe stehen bleiben, weil die Erregerkraft kleiner ist, als die Verlustund Reibungskraft der Drehung der Teile im Wälz oder Gleitlager ; 2. Elastisches KraftlagerfüreinarmigeTorsionswaage und TorsionsSchwe rependel zur Erhaltung reibungsfreier Bewegungen von Werkstücken und Körpern mit höchstem Wirkungsgrad der Antriebskraft und der Bewegungsenergie nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, 2.1 daß der starre Lagerrahmen (3) gemäß Anspruch 1.2 aus zugund druckfestem Metall und formstabilen Hohiprofilen hergestellt ist, beispielsweise aus verschraubten oder verschweißten verwindungssteifen O, H, T, oder UProfilen aus Aluminium, Titan, oder Stahl ;Figur 1 2.2 daß die geradlinig gegenüberliegenden Lagerstellen (1,10) fürfesten Sitz der elastischen Körper vorzugsweise als dem Faserdurchmesser in besonderer Weise angepaßte Lagerbohrung hergestellt sind, z. B. sind sie als durch den Rahmenkörper hindurchgebohrte Lagerbohrung hergestellt ; die elastischen Körper (2,9) werden durch die Lagerbohrung von außen in den Innenraum geführt ; um festen Sitz zu erzielen, wird der obere Faserkörper (2) beispielsweise auf der durch Druckbelasteten Außenseite in der Bohrung eingeklemmt, und die Oberfläche der Faser <BR> <BR> <BR> unddie Oberfläche des Metalls mittels Industrieklebervon geringer Eindringtiefeverklebt, deruntere Faserkörper (9) wird mittels der Lagerbohrung umgelenkt, und damit auf die Spannrolle (11) der Längenregulierung gefuhrt, worauf er befestigt ist ; die gewünschte Änderung der Länge des Faserkörpers erfolgt durch Drehen der Spannrolle, wobei als Drehund Feststellvorrichtung vorzugsweise eine Rutschkupplung dient, die z. B. zwischen Tragbolzen der Spannrolle und Lagerrahmen als Federklemmung hergestellt ist ; damit sind der Drehwinkel der Rolle und die Spannkraft der Fasern kontinuierlich zu ändern, und ist die Steligröße zu fixieren ;Figur 1 2.3 daß der starre Körper gemäß Anspruch 1.3 ist in der Regel aus Metall hergestellt ; dieser besteht vorzugsweise aus einem verwindungsund biegesteifen Trägerprofil (6) mit dem darauf befestgten Schließkörper (7) ; beides zusammen bildet den um die nebeneinander liegenden Lagerstellen (4,5) um die hierin befestigten elastischen Körper beweglichen Drehkörper ; beide auf dem Trägerprofil nebeneinander angeordneten Lagerstellen sind für festen Sitz in der Regel wieder als eine Lagerbohrung hergestellt, welche durch das Trägerprofil gebohrt ist ;Figur 1 2.4 daß der Schließkörper (7) die Aufgabe erfüllt, vermittels der im Trägerprofil nebeneinan der liegenden Lagerstellen jene Zugkräfte und jenes Kräftepaar hervorzubringen, welche die Anordnung dadurch zu einem elastischen Kraftlager macht, daß sie die im ungespannten Zustand technisch unbrauchbaren, weil in diesem Zustand instabilen, formlosen elastischen Körper in die gewünschte gerade Richtungzwischen äußerer und innerer Lagerstelle zwingen, in dieser künstlich geschaffenen Lage halten, und das Lager dadurch geschlossen erhalten ; das geschieht erfindungsgemäß durch die Wirkung einer Feldkraft, die durch ein Kraftfeld im Innenraum des Rahmens direkt am Schließkörper angreift, und zwar so, daß es diesen mit unveränderlich fest bleibender Richtung zu einer bestimmten äußeren Lagerstelleanzieht ; eine solche räumlich fest bleibende Orientierung der Kraft des Schließkörpers im Innenraum des Lagers und der räumliche feste Abstand der nebeneinander liegenden Lagerstellen des Drehkörpers bewirken, daß das Profilstückzwischen den nebeneinander liegenden Lagerstellen zum Hebelkörper wird, welcher ein umso stärkeres Kräftepaar entgegengesetzter Zugkräfte in den in den inneren Lagerstellen befestigten elastischen Körpern hervorbringt, je weiter entfemt der Schließkörper von den nebeneinander angeordneten Lagerstellen befestigt ist, und je kleiner der Abstand dieser Lagerstellen hergestellt ist ; denn die Länge der nur wenig dehnbaren elastischen Zugkörper ist durch die Rahmenhöhe begrenzt, und der in den Lagerstellen festhängende Drehkörper kann aus diesen nicht heraus ; auf diese Art und Weise wird jede Anziehungskraft, die direkt auf den Schließkörper wirkt, erfindungsgemäß vermittels des Profilstückes zwischen den nebeneinander liegenden Lagerstellen in ein starkes Kräftepaar entgegengesetzterZugkräfte in den elastischen Körpenn umgewandelt ; dieses Kräftepaar hält dieelastischen Körper und diestarren Körperstabilzusammen, und bewirkt den das erfindungs gemäße elastische Kraftlager kennzeichnenden selbsttätigen Kraftschluß der Lagerstellen ; 2.5 daß die erfindungsgemäße Vorzugstösung darin besteht, die Schwerkraft der Erde als die Anziehungskraft des Schließkörpers zu nutzen, weil das irdische Gravitationskraftfeld den Innenraum des Lagerrahmens auf natürliche Weise erfüllt, und weil die Anziehungskraft zum Erdschwerezentrum durch die Gewichtskraft eine überall verfügbare, starke Schließkraft ergibt ; der Schließkörper wird zu diesem Zweck in der Regel als massiver kompakter Körper aus schwerem Stoff, beispielsweise aus Blei, hergestellt, und in einem festen Abstand, etwa 5... 30 fach größer als der Abstand der nebeneinander angeordneten Lagerstellen beträgt, auf dem Trägerprofil befestigt ; auf diese Art und Weise tritt eine 5... 30 fache Verstärkung der Wirkung der Anziehungskraft des Schließkörpers zur Erde durch die Hebelwirkung des Trägerprofils zwischen der Befestigungstelle des Schließkörpers und den Befestigungsstellen der elasti schen Körper ein ; damit ist erfindungsgemäß eine extrem gro#e Schlie#kraft in beiden elastischen Zugkörpem zu erhalten, welche diese in jedem Augenblick mit starker Kraft zusammenhäft, so daß diese Ausführung des elastischen Kraftlagers durch das Eigengewicht des Schließkörpers sich selbsttätig geschlossen erhält ; 2.6 daß die Verwendung des Eigengewichtes des Schließkörpers als Schließkraft dadurch gekennzeichnet ist, daß damitaufwirtschaftlicheWeise an jedem Ort auf der Erdoberfläche eine sehr starke, und physikalisch verläßlich reproduzierbare Schließkraft zu erreichen ist ; 2.7 daß das von der Schwerkraft unabhängig funktionierende elastische Kraftlager <BR> <BR> <BR> erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das den Schließkörper anziehende Kraftfeld durch ein künstlich geschaffenes Nahkraftfeld erhalten wird, dazu wird der Schließkörper beispielsweise als ein Dauermagnet von hoher Koerzitivfeldstärke hergesteltt, dem gegenüber ein entgegengesetzt gepolter ringförmiger Dauermagnet am Lagerrahmen angeordnetist, damit wird die gleiche Wirkung erreicht, wie es vorstehend unter Anspruch 2.5 für schwerkraft schließende elastische Kraftlager beschrieben worden ist ; 2.8 daß für die Erhaltung von Torsionsschwingungen des Drehkörpers die Anordnung vorteilhaft mit zwei elastischen Körpern hergestelft ist, und für die Erhaltung von Vertikalschwin gungen des Drehkörpers mit mehreren elastischen Körpern ; die als Torsionsschwinger einzusetzendeAnordnung besitztregelmäßigzwei rahmenfestegegenüberliegende Lagerstellen (1,10) und zwei drehkörperfeste nebeneinanderliegende Lagerstellen (4,5), worin die elasti schen Faserkörper befestigt sinddazu Figur 1 ; die als Vertikalschwinger einzusetzende Anordnung besitzt mehrere gegen überliegende rahmenfeste Lagerstellen (1,10) und mehrere drehkörperfeste nebeneinanderliegende Lagerstellen (4,5), worin mehrere elastische Körper befestigt sind ;Figur2 2.9 daß die Längenregulierung (11) der elastischen Faserkörper vorteilhaft mittels einer bequem bedienbar im Profil des Lagerrahmens angeordneten feststellbaren Rolle aus druckfe stem Material, hergestelht beispielsweise aus Stahirohr oder Messingrohr, ausgeführtwird ; die Faserwird mittels der Lagerbohrung auf die Rolle geführt, und darauf verankert ; durch Aufrollen verkürzt sich die Faseriänge und erhöht sich die Zugspannung und Schließkraft ; durch Abrollen vergrößertsichdie Faseriänge undverringertsich dieZugspannung und Schließkraft ; damitwird erreicht, daß bei vertikal stehendem Rahmen und durch das Eigengewicht des Schließkörpers selbstätig geschlossenen bleibendem Lager die leichte Seitedes Drehkörpers durch Aufwickein des Faserkörpers abgesenkt wird, und etwas tiefer dreht, während die schwere Seite mit dem Schließkörperhochgehoben wird, undetwashöherdreht, und umgekehrt, daßdie schwereSeite des Drehkörpers durch Abwickeln des Faserkörpers fällt, und die leichte Seite steigt ; auf diese Art und Weise sind Größen wie der Neigungswinkel der Drehebene des Drehkörpers, oder der Drehradius des Drehkörpers gegen die durch die rahmenfesten gegenüberliegenden Lagerstellen vertikal gedachte geradlinige Drehachse vermittels dieser Vorrichtung zu verändern, und auf jede gewünschte Größe fest einzustellen ;Figur 1 bis Figur3, Figur 10 2.10 daß das Nutzgerät, welches zur visuellen direkten Beobachtung der Bewegung des Drehkörpers auf diesem befestigt ist, in der Regel als eine Lasereinheit (La) hergestellt ist, bestehend aus Elektronik, Laserdiode, und Laseroptik ; die Stromversorgung erfolgt von einer extemen Stromquelle über dünne Drähte, die neben dem oberen Faserkörper verlaufen ; der Laserstrahl ist parallel zum Trägerprofil justiert, und die Projektion des Lichtstrahls auf einen Meßschirm macht die Bewegung des Drehkörpers in vergrößertem Maßstab sichtbar, wodurch die Anordnung zum Meßgerät wird ;Figur 3 2.11 daß durch Aufrüstung und Komplettierung in an sich bekannter Weise der Schließkörper (7) zu einem Prüfund Testkörper, und die vorstehend beschriebene Anordnung zu einem universellen Prüfund Me#gerät zu machen ist ; beispielsweise ist ein elektrischerTestkörper <BR> <BR> <BR> aus einem Kondensator (Ko) herzustellen, der neben dem Schließkörper befestigt ist, und der über dünne Zuleitungsdrähte elektrisch zu laden und zu entladen ist, ein magnetischer Testkörper (Mg) ist aus einem Permanentmagneten herzustellen, der mittels einer Aufnahme hüise auf den Drehkörper aufzustecken ist ; derartige Prüfund Testkörper sprechen auf unterschiedliche Kraftfelder an, und sie sind einzeln oder zusammen in Betrieb zu nehmen, dadurch daß die Spannung zum Kondensator zugeschaltet oder abgeschaltet wird, oder daß ein Magnet hinzugefügt oder entfemt wird, usw., auf diese Art und Weise entsteht erfindungs gemäß durch Aufrüstung und Komplettierung ein hochempfindliches Prüfund Meßgerät für unterschiedliche Kraftfeldwirkungen, das einen einheitlichen Testkörper besitzt, bestehend aus neutralem Testkörper, elektrischem Testkörper, magnetischem Testkörper, und weiteren Nutz geräten ; dabei ist der neutrale Testkörper auch zu verwenden, um damit ein den Drehkörper bewegendes Kraftmoment und eine Erregerkraft für eine stationäre Torsionsschwingung durch die Erdrotation zu erhalten, denn die feste Richtung des Drehkörpers im Raum wird nur durch das kleine Rückstellmoment der Faserkörpererhalten, so daß das geringe Kraftmoment infolge stetiger kontinuierlicher Änderung der Richtung der Anziehungskraft starker femer Gravitations kraftquellen auf die Masse des Schließkörpers während der konstanten Dauer einer Torsions Eigenschwingung in der Regel ausreicht, um damit eine unaufhörliche schwache stationäre Torsionsschwingung in Gang halten ;Figur 3, Figur 8, Figur 9 2.12 daß eine Schutzhülle (12) das elastische Kraftlager umgibt, die es gegen mechanische Einwirkungen, atmosphärische Einflüsse, und Wärmekonvektion schützt ; diese ist in der Regel als doppelte Kammer hergestellt, die innere Schutzkammer gibt mechanischen Schutz, die Wände bestehen aus Glas oder Metall, die äußere Schutzkammer gibt Wärmeschutz, die Wände bestehen aus Wärmedämmstoff ;Figur 1 bis Figur 3, Figur 10 3. Einarmige Torsionswaage zur Erhaltung reibungsfreier Horizontalschwingungen und Drehbewegungen von Werkstücken und Körpern mit höchstem Wirkungsgrad derAntriebs kraft und der Bewegungsenergie nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 3.1 daß der Lagerrahmen auf der Grundfläche aufrecht steht und vertikal ausgerichtet ist, so daß die geradlinig zwischen den rahmenfesten Lagerstellen gedachte Drehachse in dievertikale Richtung des Lotes ausgerichtet ist ; der um die lotrechte Drehachse mit horizontal ausge richteten Lagerstellen bewegte Drehkörper bildet die einarmige Torsionswaage ;Figur 1 32 daß der vertikale Kraftschluß und die Zugspannungder Faserkörper eine Wirkung und Wechselwirkung der schweren Masse des Drehkörpers und einer Gravitationskraft ist, was dadurch zu erfahren ist, daß deren Ursprung stets auf der schweren Seite des Drehkörpers liegt, wo der Schließkörper befestigt ist, und wo die Gewichtskraft den Körper zur Erde anzieht ; und daß die Schubkraft der elastischen Körper in den horizontal drehenden Lagerstellen eine Wirkung und Wechselwirkung derträgen Masse des Drehkörpers und einer Rotationskraftist, was dadurch zu erfahren ist, daß deren Ursprung stets auf der leichten Seite des Drehkörpers liegt, wo das Kräftepaar der Zugkräfte der elastischen Körper den starren Körper in der Drehebene erhält, und wo das Rotationszentrum liegt, und die Rotationskraft sich erhält ; diese Merkmale kennzeichnen und unterscheiden die einarmige Torsionswaage wesentlich von der als Meßgerät in Wissenschaft und Industrie gegenwärtig verwendeten doppelarmigenTorsions waage, bei welcher das Gewicht des Drehkörpers um nur einen Torsionsfaden gleichverteilt hängt, so daß keine Differenz eines Kräftepaares von Zugkräften zwischen Drehkörper und Rahmen in entgegengesetzte Richtungen gespannter elastischer Körper damit zu erhalten ist, welches die Gewichtskraft kompensiert, so daß keine Schubkraft und keine Rotationskraft außerhalb des Schwerpunktes des Drehkörpers damit herzustellen ist, was eine physikalische elementare Voraussetzung ist, die zwingend zu erfüllen ist, damitein Kraftmomentder schweren Massedes Drehkörpers um die Lagerstelle dertragenden Faser und ein Drehmomentder trägen Masse des Drehkörpers um die Drehachse zwischen beiden Lagerstellen zur Wirkung kommt und zu erhalten ist ; damitwird erfindungsgemäß erreicht, daß mit dereinanmigen Torsionswaage Messungen durchzuführen und Wirkungen zu erfahren sind, die mit der doppelarmigen Torsionswaage technisch nicht durchführen und physikalisch prinzipiell nicht zu erfahren sind ; darin besteht ein wesentliches Merkmal, und bei vergleichbarer Empfindlichkeit beider Meßge rate liegt darin ein Hauptvorteil der einarmigen Torsionswaage gegenüber der doppelarmigen Torsionswaage ; Figur 6 bis Figur 9 4. TorsionsSchwerependel zur Erhaltung reibungsfreier Vertikalschwingungen und Pendelbewegungen von Werkstücken und Körpern mit höchstem Wirkungsgrad der Antriebs kraft und der Bewegungsenergie nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 4.1 daß der Lagerrahmen flach auf einem unterstützenden Gestell horizontal ausgerichtet ist, so daß die schwere Seite des Drehkörpers zwischen den elastischen Körpenn wie ein Lot nach unten hängt, oderdaß der Lagerrahmen aufseiner Seitenfläche aufrechtsteht, so daßdiegerad linig zwischen den rahmenfesten Lagerstellen gedachte Drehachse in die waagerechte horizon tale Richtung der Wasserwaage ausgerichtet ist ; der um die waagerechte Drehachse mit ver tikal ausgerichteten Lagerstellen bewegte Drehkörper bildet das TorsionsSchwerependel ; 4.2 daß der Drehkörper mit der Rückstellkraft des Gewichtes mit mittlerer konstanter Schwingungsfrequenz des Schwerependels und mit der Rückstellkraft der elastischen Körper mit mittlerer konstanter Eigenfrequenz des Torsionspendels zu schwingen bestrebt ist ; damit ist erfindungsgemäß ein Meßgerät herzustellen, daß die physikalisch ausgezeichneten Eigen schaften eines Torsionspendels und eines Schwerependels technisch vereinigt ; ein weiterer Vorteil und anderes Kennzeichen ist, daß im Gegensatz zur Reibungskraft der äußeren Reibung in herkömmlicherWeise in einem Wälzlager schwingender Schwerependel die Dämpfungskraft der inneren Reibung der Faserkörper sich proportional zur Geschwindigkeit der Schwingung ändert, so daß mit der Anordnung des TorsionsSchwerependels harmonische freie Pendel schwingungen von höchster Konstanz der Schwingungsgrößen zu erhaften sind ; 5. Elastisches Kraftlager für die Werkstoffprüfung für die Durchführung von Werkstoffprüfungen von Kunststoffen, Metallen, und anderen reißfesten Stoffen mit der Kraft der schweren Masse als Prüfkraft der Vertikaffestigkeit und mit der Schubkraft dertragen Masse als Prüfkraft der Querfestigkeit in einem einheitlichen Prüfvorgang nach Anspruch 1 und 2 sowie Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, 5.1 daß das Kraftlager mit aus dem zu prüfenden Stoff hergestellten Prüflingenals elastische Körper hergestellt ist, 5.2 daß das Kraftlager vorzugsweise mit Wechsellagem für das in wirtschaftlicher Weise durchzuführende Auswechseln der Prüflinge, und für den raschen Austausch und das sichere Ersetzen durch Vergleichskörper und/oder Normalkörper hergestellt ist ; 5.3 daß die zu Prüflinge im Kraftlager zu diesem Zweck in analoger Weise befestigt sind, wie unter Anspruch 1,2,3, und 4 für elastische Körper beschrieben ; damit der Prüfling gemäß Anspruch V. 2 dabei rasch und sicher gegen einen neuen Prüfling auszuwechseln, oder gegen einen Vergleichskörper auszutauschen ist, sind im Unterschied zu vorstehend beschriebenen festen Lagerstellen die Lagerstellen für das elastische Kraftlager für die Werkstoffprüfung in der Regel in herkömmlicher Weise mittels Wälzlager als eine leicht lösbare, bewegliche feste Verbindungsstelle zwischen Lagerrahmen und Drehkörper hergestellt ;Figur 10 5.4 daß das Wechsellager für den Prüfling zu diesem Zweck beispielsweise als ein Klemm lager hergestellt ist, worin dieser durch Zusammenschrauben eingepreßt ist, dabei haben die Klemmhälften erfindungsgemäß die Form eines Halbkeils, eines Halbkegels, einer Halbkugel, usw., so daß im zusammengeklemmten Zustand daraus eine Lagerschneide, ein Lagerkonus, eine Lagerkugel, usw. wird ; die Backen des auf diese Art und Weise hergestellten Klemmiagers haltenden Prüfling in der Mitte fest, und passen außen formschlüssig in die Lagerpfanne, welche von spiegelbildlicher Form hergestellt ist, und die als gegenüber angeordnete Lagerpfannen im Lagerrahmen und als nebeneinanderliegende angeordnete Lagerpfannen im Drehkörper an den unter Anspruch 1 bis 4 beschriebenen Stellen befestigt sind ; Figur 10 5.5 daß das Wechselund Klemmiager im geöffneten Zustand den Probekörper aufnimmt, und im geschlossenen Zustand ein sicheres Einhängelagerfürdie Festigkeitsprüfung bildet, das den Prüfling im Inneren voll umfaßt und sicher festhält ; 5.6 daß das Anklemmiager (10a) zur Längenregulierung in der Regel ein einfaches Klemmbacken lager ist, woran unten der aufrollbare Spannkörper befestigt, und oben der Prüfling eingeklemmt ist ;Figur 10 5.7 daß das Wechsellager statt als Wälzlager nach Anspruch 5.4 als ein elastisches festes Lager von der unter Anspruch 1 und 2 beschriebenen Art hergestellt ist, jedoch im Unterschied dazu mit kurzen elastischen Körpern von bekannter Festigkeit ausgeführt ist, die im Drehkörper und im Rahmen festsitzen, und an deren freien Enden Ösen oder Klemmbacken befestigt sind, worin der Prüfling eingehängt bzw. festgeklemmt wird ; der Vorteil dieser Ausführung besteht in der völligen Vermeidung der Reibungskraft als Störkraft während der Prüfung, so daß diese Ausführung für feine Prüflinge dient, und für die PräzisionsWerkstoffprüfung hergestellt ist ; 5.8 daß auf diese Art und Weise Prüflinge von unterschiedlicher Form und aus verschiede nem Materialelastische Bander, Vliesstoffe, Fasergeflechte, Stahldrähte, Metallstangen, usw. wenigAuswandraschundzuverlässigmitdemLagerrahmenundmitdemDrehkärperzumit verbinden sind ; die Prüfkraftwird wie unter Anspruch 1 und 2 beschrieben mittels des Gewichtes des Schließkörpers erhalten, dieses wird durch die Hebelwirkung zwischen Einhängelager der Prüflinge im Drehkörper und Schwerpunkt des Drehkörpers im Schließkörper auf die für die Festigkeitsprüfung gewünschte Größe verstärkt ; die Regulierung der Größe der Prüfkraft erfolgt in der Regel durch Verschiebung des Schließkörpers auf dem zweckmäßigerweise als Meßkör per ausgebildeten, mit Meßmarken des Abstandes von der Lagermitte der Einhängelager versehenen Drehkörper ; je grö#er der Abstand des Schlie#körpersvon den Einhängelagem der Prüflinge durch Verschiebung nach außen gemacht wird, und je kleiner der Abstand der Einhängelager auf dem Drehkörper ist, desto größer ist die Zugkraft zu machen, womit die Prüflinge auseinander gezogen werden ; ein technisches wesentliches Kennzeichen und wichtiger Vorteil des elastischen Kraftlagers für die Werkstoffprüfung im Vergleich bekannter Reißund Torsionsprüfgeräte liegt darin, daß damit zwei Prüflinge zugleich einzuspannen sind, was die Möglichkeit bietet, Prüflinge im Direktversuch miteinander zu vergleichen, oder einen in seinen Eigenschaften unbekannten Prüfkörper mit einem in seinen Eigenschaften bekannten Normalkörper zu vergleichen ; 5.9 daß durch Komplettierung des Drehkörpers um Nutzgeräte und Meßgeräte in der unter Anspruch 1 und 2 beschriebenen Weise, z. B. mit einem LaserWinkelmeßgerät, die mit der Änderung der Prüfkraft eintretende, und besonders schwierig zu erfassende Änderung der Werkstoffgrößen, beispielsweise der Zugfestigkeit und des Elastizitätsmoduls des Prüflings, direkt zu erfassen und hochgenau zu messen ; beispielsweise ist die Dehnung in Abhängigkeit von konstantem oderveranderlichem Kraftmomentdurch Halten oder Verschieben des Schließ körpers in der Position aus der Winkelgeschwindigkeit der Vertikalbewegung des Laser direkt abzulesen, zugleich ist es möglich, die eintretende Änderung der Torsionsfestigkeit des zu freier Torsionsschwingung angeregten Prüflings anhand der Winkelgeschwindigkeit der Horizontal bewegungdes Lasers davon unabhängig abzulesen, womit die Größe und die Änderung beider Arten von Materialkonstanten mit einem einheitlichen Prüfvorgang erfa#t und gemessen worden ist ; das vereinfachtden Prüfungsablauf und erhöht die Sicherheit der Werkstoffprüfung. |
Bekannte technische Lösungen in Industrie und Meßtechnik Mit Torsionsschwingungsgeräten für die Erzeugung von Torsionskräften für die Werkstoff- prüfung, wie sie nach DIN 53 445 für die Bestimmung von Schubmodul, Scherung, Steifheit, u. a. Material-Kenngrößen von der chemischen Industrie eingesetzt werden, sind freie Torsionschwingungen anzuregen.
Torsionswaagen-oder Drehwaagen, oder Torsionspendel-sind hochempfindliche Meßge- rate. Dabei wird die geringe Verdrillungskraft eines dünnen Drehfadens zur Messung kleinster Kraftmomente genutzt.
Gemeinsame Kennzeichen dieser allgemein bekannten technischen Lösungen sind : a) Es gibt nur eine Torsionswelle. Ein Torsionschwingungsgerät hat einen Torsionsstab ; die Drehwaage einenTorsionsfaden. b) Die Torsionswelle ist an einem Ende fest eingespannt, das andere Ende hängt frei beweglich ins Schwerefeld.-Hierbei gibt es vielfältige Variationen. bildetderProbekörperdieTosionswelle,unddieSchwungscheibe-Be iWerkstoffprüfungen kann unten angehängt, oder oberhalb befestigt sein ; diese ist von homogener Dichte, und symmetrischer Form.-Das Prinzip geht aus Zeichnung 4, Figur 1 und 2, hervor. beweglichenunterenEndedesFadensderTorsionswaagehängteinWaag ebalken-Amfrei im Massengleichgewicht An den Balkenenden hängen die Probekörper.
Am Querbalken der Drehwaage von EÖTVÖS (1900) hängen zur Messung der räumlichen Variation der Feldstärke des Schwerefeldes neutrale Körper. Am Stembalken des Torsionspendels von BRAGINSK2PANOW (1972) sind Aluminiumstücke und Platinstücke befestigt ; das Drehkreuz erhält sich im Massengleichgewicht.-Das Prinzip dieser Lösungen veranschaulicht Zeichnung 5, Figur 1 und 2.
-Magnetische Drehwaagen funktionieren entsprechend mit magnetischen Körpem an Torsionsbändem ; heute werden sie kaum noch verwendet. besitzeneinenDrehwaagestabausIsoliermaterial,woran-Elektrost atischeDrehwaagen elektrisch geladene Körper anzuhängen sind. Sie werden nur noch für Demonstrationszwecke in Lehre und Experimentalphysikverwendet.
Die technische Aufgabe der Schaffung eines Feldkraftantriebes mitfiels Torsionsgetriebe Ein aligemeines Kennzeichen dieser bekannten technischen Lösungen ist, daß die Drehachse durch die neutrale FaserdesTorsionsfadens, und die verlängerte vertikale Schwere- linie durch den resultierenden Schwerpunkt des Torsionskörpers-des Waagebalkens, des Drehkreuzes, der Schwungscheibe, usw.-praktisch immer deckungsgleichzusammenfallen.
Der Grund ist, daß ein dünner Faden nur geringe Widerstandskraft gegen Umbiegen hat. Es genügt ein geringes Übergewicht, und derWaagebalken kippt. DieTorsionswaagefunktioniert also nicht, wenn der Schwerpunkt des Torsionskörpers außerhalb der Drehachse liegt.
Genau das ist aber die Bedingung, deren Erfullung für die Schaffung eines Feldkraftan- triebs physikalisch prinzipiell zu fordern ist, der mit Kraftmomenten beliebiger Kraftfelder funktioniert, also auch mit denen neutraler Kraftfelder. Dieser ist wichtig, um Wirkungen auch solcher Kraftfelder zu nutzen, die auf der Erdoberfläche im Vergleich zum Schwerefeld zwar schwach, aber in jedem Moment und an jedem Ort stetig wirken. Durch die technische Lösung dieser Aufgabe ist z. B. das Kraftfeld der Sonne zur Energiequelle eines solchen Feldkraftan- triebs zu machen.
Daß das bekannte technische Prinzip der Drehwaage dafür keine Anknüpfungspunkte bietet, veranschaulichtZeichnung 6in Figur2 : DerVersuch, mitderAnziehungskraftderSonne ein Drehmomentzu erzeugen, muß physikalisch notwendig ein negatives Ergebnis haben, weil der Angriffspunkt der resultierenden Anziehungskraft der Sonne im Schwerpunkt des angezo- genen Körpers liegt. Fallen also Schwerpunkt des Körpers, und Drehachse des Körpers, wie bei der Drehwaage der Fall, in jedem Moment zusammen, dann wirkt das Kraftfeld zwar in jedem Moment linksdrehend und rechtsdrehend beschleunigend. Aber es erzeugt genau entgegengesetztdrehende Kraftmomente.
Daher gleichen sich diese Kraftmomente im Resultat für den ganzen Drehkörper aus.
Darum verharrt der Drehbalken der Eo-rvös-Waage, oder das Torsionspendel von BRAGINSKI/ <BR> <BR> PANOW, bis zur hohen Meßgenauigkeit von 10-9 bzw. 10-12 fur den Beobachter im Zustand der Ruhe und des Gleichgewichtes.
Von derschwachen, stetigen, stabilen Wirkung desweitreichenden Sonnenkraftfeldes auf die Massen der Körper im Schwere-und Rotationskraftfeld der Erde ist auf diese Weise physikalisch nichts zu erfahren.
Zwar erzeugt das Kraftfeld der Sonne auf der Erde in jedem um eine feste Mitte drehenden oder tordierenden Körper schwach links-und rechtsdrehende Teil-Drehmomente. Nur, direkt zu erfahren sind diese Teil-Momente mit Anordnungen wie Drehwaagen physikalisch nicht, weil sich das links-und das rechtsdrehende Moment, teils wegen der Parallelität der Anzie- hungskräfte in der Richtung einer sehr femen Quelle eines weitreichenden Kraftfeldes, teils wegen der Symmetrie des Körpers bezüglich der Drehachse, in jedem Moment gegenseitig
aufheben. Darum ist mit Geräten, die nach dem Prinzip des Torsionsschwingers und der Torsionswaage arbeiten, keine Torsionsrnaschine mit Feldkraftantrieb zu bauen. Damit sind freie Torsionsschwingungen immer nur für eine bestimmte Zeitdauer anzuregen.
Daß es physikalisch und technisch im Prinzip möglich ist, einen Feldkraftantrieb zu schaffen, der mit dem Kraftfeld der Sonne langsame freie Torsionsschwingungen von einer Viertelperiode von etwa 6 Stunden stabil anregt und aufrecht erhält, das zeigt anschaulich die Figur 1 in Zeichnung 6.
Die wichtigste Voraussetzung, um diese Möglichkeit technisch zu nutzen, liegt in der Schaffung einer Anordnung, womit der Drehpunkt, worum die Drehung des Körpers und Torsionsschwingung gegen eine elastische Rückstellkrafterfolgt, und der Massenschwer- punkt des Körpers, worin die Anziehungskraft der schweren Masse der Sonne (und der natürlich auch der schweren Masse der Erde !) angreifen, voneinanderzu trennen sind.
Mit einem Torsionsfaden, wie bei der Drehwaage, oder mit einem Torsionsstab, wie beim Torsionsschwingungsgerät, ist das technisch offenkundig nicht zu schaffen.
Trennen muß man aber, weil nur so zwischen Drehpunkt und Schwerpunkt der nötige Abstand rzu legen ist, der den"Kraftarm"bildet, um den die zur Sonne anziehende Feldkraft <BR> <BR> <BR> FA außerhalb des Drehpunktes angreifen, und ein Kraftmoment erzeugen kann, daß das elastische Rückstellmoment der Torsionsachse des Torsionsgetriebes überwindet. Nur so kommt eine physikalisch sicher beobachtbare, und technisch zuverlässig reproduzierbare Dreh-und Torsionsbewegung zustande. Das ist der einzige Weg, um ein technisch nutzbares KraftmomentMA durch eine derartige Feldkraft als Antriebskraft MA = FA rS zu erzeugen. Die Größe des Moments ist bestimmt von der Größe der Anziehungsbe- schleunigung g5 des Sonnenkraftfeldes auf die Masse m und vom Abstand rS zwischen Schwerpunkt und Drehpunkt des Körpers MA =mgsrs Die wirkende Feldkraft ist dabei bestimmt von der Größe der angezogenen Masse und von der Größe der Anziehungsbeschleunigung des Kraftfeldes FA=mgs Die schwierige Aufgabe, die technisch zu lösen ist, liegt nun darin, eine Anordnung zu schaffen, womit die viel stärkere Feldwirkung der Schwerkraft, die durch die Schwerebe- <BR> <BR> <BR> schleunigung gz durch das UbergewichtFz des Körpers durch ein Kippmomentin Richtung der Erdoberfläche wirkt, M = m gz r M = Fz rS in jedem Moment der Dreh-und Torsionsbewegung stabil zu kompensieren ist, so daß der Körper nicht zur Erde fällt, sondern im Schwerefeld der Erde andauemd in festem Abstand um die Drehachse frei schwebt, und darum leicht und ungestört dreht. Dabei sind
auch Störkräfte abzuhalten, bzw. zu dämpfen. Insbesondere das unstetige Kraftspiel mechanischer Reaktionskräfte beim Wechsel zwischen Haft-und Gleitreibung in einem beweglichen Lager infolge Oberflächenreibung zu unterdrücken ist dabei sehr wichtig, beispielsweise durch eine geeignete Gestaltung der Torsionswellenlager. Wenn das alles gelingt, dann ist die Aufgabe zu lösen, und die gefundene Anordnung funktioniert dann als eine Torsions-und Schwebemaschine mit einem Feldkraftantrieb.
Beschreibung des Mehrwellentorsionsgetriebes und der feldkraftgetriebenen Torsionsmaschine Aufbau und Funktionsweise eines elastischen Getriebes für die Erhaltung eines übergewichtigen Torsionskolbens im Schwebezustand Die erfindungsgemäßetechnische Lösung, wie im kennzeichnenden Teildes Patentanspru- ches beschrieben, wird nachfolgend näher beschrieben und erläutert.
Zuerst wird die Anordnung-dazu Zeichnung 1,2,3-im Zusammenspiel ihrer Hauptbauteile gekennzeichnet, und deren Funktionsweise wird kurz charakterisiert. Anschließend werden unterschiedliche Vorzugslösungen näher beschrieben. Dann werden verschiedene Teile der Lösungen durch ausgewählte Angaben näher beschrieben. Abschließend werden Ausführungs- beispiele charakterisiert, und einige mit Prototypen erhaltene Ergebnisse genannt.
Die Anordnung, womit im Schwerefeld der Erde ein schwerer Körper in festem Abstand um die Drehachse andauemd im Zustand der Schwebung stabil zu erhalten ist, besteht aus einem starren unbeweglichen Rahmen, worin ein elastisches Getriebe aus mehreren Fasern Zugkräfte und Torsionskräfte auf einen beweglichen starren Träger überträgt. Erfindungsgemäß ist an der einen Seite dieses Träger ein schwererkbipermontert, und an der anderen freien Seite nehmen unbewegliche feste Lager, wie Bohrungen, worin die Faser an dem einen Bohrungsaustritt rutschfest festsitzt, bzw. einklemmt, und an dem anderen Lochende in alle Richtungen frei biegsam austritt, die Torsionsfaser auf. Die Wirkungsweise des Getriebes und die wichtigsten BauteilederAnordnungsind inZeichnung 1 zu sehen : Dieobere Faserwirdzwischen Kolben und freiem Ende des Trägers verankert ; die untere Faser wird zum freien Ende des Trägers hin <BR> <BR> <BR> dahinter in möglichst kleinem Abstand"a"verankert. Die obere Faser ist etwa so lang, daß sie bis zur Mitte des Rahmens reicht. Mittels einer Spannvorrichtung wird nach dem Einhängen der Fasem in die Lager die untere Faser straff gespannt. Dadurch beginnt sich auch die obere Faser zu straffen, und nach dem Erreichen der Dehngrenze beginnt deren Lager als Hebellager zu wirken, worum die entgegengesetzte Seite des Trägers mit dem schweren Kolben durch immer weiteres Spannen der unteren Faser hochzuhebeln ist, bis dieser in der Horizontebene stabil schwebt. In diesem Momentistderstabile Schwebezustand in derHorizontebene um dievertikale
Torsions-und Drehachse zwischen den Lagern erreicht Die Drehachseverläuftdabei ungefähr in der Mitte zwischen den Lagem im Träger, und geht etwa durch die Mitte der Lager im Rahmem.
Um diese Achse schwingt der schwere Kolben in diesem Zustand jetzt mit kleinster Kraft., weil die Wirkung des Schwerkraftmomentes durch das vom elastischen Getriebe aufrecht erhaltene Gegenmomentnun vollständig kompensiertwird.
Er hat jetzt nur noch das kleine Vefdrillungsmomentüer Fasern zu überwinden, das ihn in derSchwebungs-und Drehebenein einerbestimmtenfesten Richtung festzuhalten bestrebtist.
Darum dreht und bewegt sich der schwere Torsionskörper unter der Wirkung eines kleinen Kraftmomentes einer schwachen Feldkraft, das damitzum Antriebsmoment wird.
Damit ist die technische Aufgabe gelöst : Der Feldkraftantrieb des Kolbens kann in der Horizontebene als die Torsionsschwingungsebene unter diesen Bedingungen mit der Kraft und <BR> <BR> <BR> dem Kraftmoment beliebigerKraftfelderfunktionieren, die starkgenug wirken, die resultierende<BR> <BR> <BR> <BR> kleine Verdrillungskraftdurch das resultierende kleine Rückstellmoment aller straff gespannten elastischen Fasem des Torsionsgetriebes zu überwinden. <BR> <BR> <BR> <P> Die Instabilität unstetig wechselnder Reibungskräfte beim Kraftschluß im beweglichen<BR> <BR> <BR> <BR> drehbaren Lagerist erfindungsgemäß durch die Beschränkung auf die Haflreibungskraft eines<BR> <BR> <BR> <BR> unbeweglichen elastischen Lagers unterdrückt worden, welche den Form-und Kraftschluß von Faser und Unterlage unterstützt.
Mit der Verwendung des unbeweglichen elastischen Torsionslagers wird das Ziel erreicht, daß sich kleinste Wirkungen stetiger Feldstärkeänderungen ungestört durch unstetige Kraftspiele, wie sie im Dreh-oder Kipplager nicht zu umgehen sind, summieren, was den Torsionskolben erfindungsgemäß in eine entsprechende stetige Bewegung versetzt, sobald die Summe aller solcher an sich unmeßbar kleinen Wirkungen auf einem bestimmten festen Niveau der Gesamtwirkung angekommen ist, so daß ein Kraftmoment <BR> <BR> <BR> entsteht, daß gazer ist, als die Gegenwirkung des Richtmomentes des elastischen Torsionsgetriebes. Die technische Ausführung des erfindungsgemäßen Torsionswellenla- gers als ein unbewegliches festes elastisches Lagerist damit offenkundig : Es kann z. B. als eine Führungsbohrung mit Konus-Klemmsitz für die Faser ausgeführt sein. Wälzlager, <BR> <BR> <BR> Schneidenlager, Kugellager, u. ä. bekannte bewegliche Lagererfüllen im Gegensatz dazu die eben genannten charakteristischen Anforderungen und Kennzeichen als elastische feste Lager eines elastischen Mehrwellentorsionsgetriebes für eine Torsions-und Schwebekörpermaschine nicht.
Das eben genannte Kennzeichen ist beim heutigen Stand der Technik ein charakteri- stisches Unterscheidungsmerkmal einerSchwebe-und Torsionsmaschinemitelastischem Mehrwellentorsionsgetriebe (Patentanspruch 1) und eines elastischen Mehrwellentorsi- <BR> <BR> <BR> onsgetriebe (Patentanspruch 2) für die Werkstoffprüfung. Bei der zweiten unter Schutzanspruch gestellten erfindungsgemäßen Lösung ist man insoweitvariabel, es kann
gegebenenfalls auch das bewegliche Lager im Mehrwellentorsionsgetriebe eingesetzt, und verwendet werden. Das richtet sich danach, was genau erreicht werden soll.
Mit den ersten Prototypen haben sich Richtgrößen ergeben von etwa 0,001 N je 1° Drehwinkel für um die Torsionsachse horizontal frei schwebende schwere Körper von 0,31 kg Masse. Mit auf dem schwebenden Kolben mitgeführten Laserstrahlem sind Winkelauflösungen von 0,01 °, selbst unter ungünstigsten Erprobungsbedingungen, zu schaffen. Das bedeutet, mit dieser Lösung sind Feldbeschleunigungen des Kolbens im Echtzeitbetrieb-also nicht statistisch gemittelt-physikalisch nachzuweisen, und technisch zu nutzen, die das mittlere konstante Niveau der Gesamtwirkung in Größenordnung von 0,000 032 m/s2 erreichen.
Damitistauch physikalisch dasaelen eichtworden, die Feldstärke des Gravitationskraftfeldes der fernen Sonne als Kraft-und Energiequelle für horizontale Dreh-und Torsionsbewegungen technisch zu nutzen.
Diese ist, mit der aus der Astronomie allgemein bekannten jahresmittleren Größe von etwa 0,006 m/s2 verglichen, immerhin fast das 200fache größer als die Drehbeschleunigung, die im elastischen Getriebe den frei schwebenden Torsionskolben um eine Winkelgröße von 0,01° in die Richtung der Quelle des Kraftfeldes dreht.
Das bedeutet, die Wirkung dieses Sonnenkraftfeldes ist mit der gefundenen Lösung physikalisch sicher zu erfassen, und damit technisch zuverlässig zu nutzen.
Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung Zeichnung 1 zeigt schematisch eine Zweiwellen-Torsionsmaschinemit Feldkraftantrieb für die Horizontebene des Beobachters.
Der Feldantrieb durch das Kraftfeld der Sonne ist damit durch Dreh-und Torsionsbewegun- gen des Kolbens anzuzeigen und sichtbar zu machen, von denen sich zeigt, daß sie in einem charakteristischen 6-Stunden-Rhytmus bzw. 12-Stunden-Rhytmus von vergleichbarem Verlauf der Kurven zwischen den Maxima und den Minima dergrößten Auslenkung nach links und rechts verlaufen.
Zeichnung 2 zeigt das Schema einer Vierwellen-Torsionsmaschine. Damit ist die seitliche Torsions-und Drehbewegung zu unterdrücken, und die vertikale Torsions-und Drehbewegung um die Horizontebene durch vertikale Kraftfeldkomponenten zum Vorschein zu bringen. (Damit sind vertikale Schweregradienten noch sicherer als mit der Eörvös-Drehwaage, oder mit einem der üblichen Federgravimeter, zu messen.) Die Beschwerung des Kolbens mit Nutzlasten (8) bietet dabei ein Beispiel dafür, wie die Torsionsmaschine als"Transportmaschine"für Meßgeräte im Zustand der stabilen Schwebungüber der Erdoberfläche praktisch zu nutzen ist : Die Laserstrah- lerzur Messung des Torsionswinkels sind auf diese Weise Bestandteil der erfindungsgemäßen
technischen Lösung. Die Loslösung der Lichtquelle von einer starren Verbindung mit dem Erdboden erhöht nicht nur die Winkel-Meßgenauigkeit Das eröffnet auch neue technische Wege zur genaueren Messung von Bodenwellen, und von Bewegungen des Erdbodens, bis hin zu Erdbebenwellen. Denn damit verfügt man über eine neue technische Möglichkeit, ungestört über dem Erdboden schwebende feste Bezugspunkte für Messungen überhaupt, speziell aber für Richtungsmessungen mit Strahlungsquellen zu schaffen, die auf dem Torsionsträger fest montiert sind.
Zeichnung 3 zeigt das Schema einer Zweiwellen-Torsionsmaschine mit kombiniertem Feldkraftantrieb-durch neutrale Kraftfelder, deren Feldstärkeänderung auf die schwere Masse des Standardkolbens (Ak) wirkt, durch magnetische Kraftfelder, deren Feldstärkeänderung auf den mit dem Torsionskolben mitbewegten magnetischen Stoff des Permanent-Magneten (Mg) wirkt, und durch elektrische Kraftfelder, deren Feldstärkeänderung auf die elektrische Ladung des mitbewegten Kondensators (Ko) wirkt.
Die Stromzuführung fürdie Laserelektronik, und dieelektrische Zuleitung zum Kondensator, besteht aus dünnen Cu-Drähten vom Führungsgestell herab zum Träger. Deren Verdrillungs- kraft geht damit in die resultierende Richtgröße des elastischen Torsionsgetriebes ein.
Gezieltes Zuschalten oder Abschaften künstlich erzeugter Kraftfelder ist möglich. Auf diese Art und Weise ist eine Vielfalt unterschiedlichster Wirkungen zu erzielen, wobei auch neue physikalische Erfahrungen zu machen sind.
Technische Angaben zu ausgewählten Funktionsteilen -Das Führungsgestell (3) wird aus einem nicht magnetischen Material, vorzugsweise aus einem Metall wie Aluminium, angefertigt.-dazu Zeichnung 1- -Die elastischen Torsionswelien (2 ; 9) bestehen aus synthetischen Fasern, die eine besonders hohe Zugfestigkeit besitzen, und leicht biegsam sind, vorteilhaft sind Geflechte, wie Dyneema, und Material wie Kevlar. Die obere Zug-und Torsionswelle wird darum vereinfachend auch"Tragfaser", und die untere Zug-und Torsionswelle"Hebelfaser"genannt.
- Die Tragwellenlager (1,10 ; 4,5), worin die Fasern enden, sind zur Vermeidung von Gleitreibungskräften und Störkräften keine Wälzlager, keine Kugellager, usw. Es sind in der Regel unbewegliche, feste Formschlußlager, z. B. Bohrungen für die Durchführung der Faser, etwas größer als der Faserdurchmesser, mit speziellem Paßsitz der Faser dahinter, teilweise auch noch im Paßsitz verklebt, um Gleitreibung der Oberflächen beim Tordieren und Verdrillen der Fasem ganz sicher auszuschließen.
- Der Träger (6) für den Feldantriebskolben ist in der Regel ein Metallprofil aus zug-, druck- , und biegefestem Leichtmetall, z. B. ein H-Profil aus Duraluminium, oder ein Profil aus Titan.
-Der Feldantriebskolben (7) wird aus Materialvongro#er Dichte gefertigt, und als Bleikörper, oder ausgeführt.
-Die Spannvorrichtung (10) der Hebelfaser ist im unteren Teil des Führungsgestells angeordnet Sie wird in an sich bekannter Weise mittels Umlenkrolle und Antriebswalze ausgeführt. Drehen in Spannrichtung erhöhtdie Zugspannung der auf die Walze aufgewickelten Hebelfaser. Damit nimmt die Führungskraft F2 zu, womit der Druck auf das hintere Führungslager (5) des Trägers steigt. Damit nimmt auch die nach oben gerichtete Führungskraft F, zu. Im Resu Itatdes Spannens der Führungsfasem ändertsich durch die Wechselwirkung der Führungs- kräfte das Höhenniveau der Dreh-und Arbeitsebene, und wird der Kolben in die gewünschte Schwebehöhe eingesteuert.
ÜbersetzungvehältniszwischenderÜbergewichts-undVertikalkr aftF2desKolbens-Das <BR> <BR> <BR> und den Führungskräften der Fasem wird mittels des konstruktivfestgelegten Abstandes"a"der Mitte der Lagerstellen (4,5) der Trag-und Hebelfaser im Träger, und des Abstandes"b"des resultierenden Schwerpunktes bis Mitte Lagerstelle der Tragfaser bestimmt. Die Reißfestigkeit derelastischen Fasem bestimmtdieObergrenze, wieweitzugehen ist. DerAbstand rSzwischen Drehachse des Trägers und Angriffspunkt des Übergewichtes der Kolben-und Trägermasse bestimmt sich dabei überschläglich aus diesen Abständen nach der Beziehung <BR> <BR> <BR> <BR> r tb+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Ausführungsbeispiele und Ergebnisse bei Prototypen 1. Zweiwellen-Torsionsgetriebe mit 157 g-Antriebskolben und 5-mm Lagerabstand der Torsionsfasern Die Gesamtmasse der Laser, der Einschubhülse des Permantmagneten, des Konden- sators, der elektrischen Anschlüsse, der Bleikörper, des H-Profils aus Aluminium, und anderer Bauteile des zuerst hergestellten Prototyps beträgt : m = 157 g Der Abstand zwischen Drehachse des Trägers und Angriffspunkt des Übergewichtes der Gesamtmasse beträgt : r, 140 mm Der Abstand der Mitte der Lagerbohrungen im Träger beträgt a = 5 mm.
Daraus ergibt sich die Festlegung des Kraftübersetzungsverhältnisses auf bla = 27.
Damit folgt die mittlere Führungskraft für die Fasern in Größenordnung von F= 42 N.
Tragwelle und Führungswelle sind aus Fasem von gleichem DurchmesserD = 0,3 mm hergestellt.
Daraus ergibt sich die Führungsspannung in jeder Torsionsfaser in einer Größenord- nung im Mittel bei # = 4 F/#D2 = 600 N/mm2 Mit dieser Anordnung zeigte sich unter anderem das charakteristische Ergebnis, daß die Dauer einer Torsionschwingung in einem bestimmten Dehnungs-und Tagesabschnitt nichtvon der Weite der Amplitude abhängt : Sie bleibt eine mittlere konstante Zeitgröße für
beliebige räumliche Ausschläge.
Die Amplitude dauert also die gleiche Zeit für große Horizontal-Amplituden (etwa 3 Millimeter Schwerpunktweg ; diese werden künstlich angeregt durch Anstöße) und für kleine Horizontal-Amplituden, die auf natürliche Weise durch Feldkraftantrieb aufrecht erhalten werden (Amplituden unter 0,01 mm bis... 0,02 mm Schwerpunktweg). Daraus ergibt sich, daß die Torsionsgeschwindigkeit, die Torsionsbeschleunigung, und die Tor- sionkraft direkt proportional zur räumlichen Größe der Horizontalamplitude veränderliche Größen sind.
Dabei nimmt die Dauer der Torsionsschwingung mit wachsender Dehnung und Alterung der Faser unter konstant bleibender Zugspannung bei etwa 600 N/mm2 stetig ab ; zum Beispiel 10.03.98,17.00 Uhr : 4,941 s 11.03.98,15.50 Uhr : 4,820 s 12.03.98,14.38 Uhr : 4,732 s 13.03.98,20.41 Uhr : 4,634 s 14.03.98,17.15 Uhr : 4,609 s 15.03.98,09.45 Uhr : 4,527 s Aus diesen Angaben ergibt sich, das etwa eine Woche nach der Einrichtung des Gerätes die relative Verkürzung der Schwingungsdauer um 8,4% in 5 Tagen zu beobachten ist. Nach etwa vier Wochen ist die Dauer der Torsionsperiode auf etwa 4 s, und nach nicht ganz 8 Wochen auf etwa 3,6 s gefallen.
Der mit dieser Anordnung erzielbare maximale Seitenantriebwar auf dem Meßblatt mit etwa 8 mm im 6-Stunden-Rhytmus abzulesen, was einem um die Mittellage schwankenden Schwerpunktweg des 157 g-Antriebskolbens von etwa 0,24 mm entspricht.
Bei einem Torsionswiderstand dieser Anordnung von etwa dem 7fachen der Antriebs- kraft wäre von einer Feldbeschleunigung von etwa 7 x 0,000 02 m/s2 ~ 0, 00014 m/s2 als Antriebsbeschleunigung für die langsame Seitenbewegung auszugehen.
Der Vergleich mit der mittleren Größe von 0,006 m/s2 der Anziehungsbeschleunigung der Sonnenmasse und der Erdmasse ergibt, daß diese Größe hier nur zu 2,2% wirksam geworden ist. Das weist auf einen geringen Wirkungsgrad dieser Anordnung für die Energienutzung hin.
Als Schlußfolgerung wurde der zweite Prototyp mit verkleinerterem Abstand a zwi- schen Tragfaser und Hebelfaser, und mit größerer Kolbenmasse gebaut.
2. Zweiwellen-Torsionsgetriebe mit 310 g-Antriebskolben und 2,5-mm Lagerabstand der Torsionsfasern Die Gesamtmasse der Laser, der elektrischen Anschlüsse, der Bleikörper, des H-Profil aus Aluminium, und anderer Bauteile beträgt : m = 310 g Der Abstand zwischen Drehachse des Trägers und Angriffspunkt des Übergewichtes der Gesamtmasse beträgt : r= 70 mm Der Abstand der Mitte der Lagerbohrungen im Träger beträgt a = 2,5 mm.
Daraus ergibt sich die Festlegung des Kraftübersetzungsverhältnis auf bla = 27.
Damit folgt die mittlere Führungskraft für die Fasem in Größenordnung von F= 82 N.
Tragwelle und Führungswelle sind aus Fasem von gleichem Durchmesser D = 0,4 mm hergestellt. Daraus ergibt sich die Führungsspannung in jederTorsionsfaserin einerGrößenord- nung im Mittel von = 650 N/mm2 Charakteristische mechanische Kenngrößen dieser Anordnung sind : Trägheitsmoment : J = 0, 0015 kg m2 Winkel-Richtgröße-D = 0,0055 mN m/rad <BR> <BR> <BR> Richtkraft auf den Kolben je 1 Winkeldrehung FA = 0,00097 N/°<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> konstante Torsionsdauer (Mittelwert 2. Tag) T = 3,30 s Der mit dieser Anordnung erzielte Seitenantrieb auf dem Meßblatt beträgt etwa 30 mm im 6-Stunden-Rhytmus ; das entspricht einem Antriebsweg des 310 g-Antriebskolbens in der Horizontebene zur Seite um etwa 0,9 mm und einem Drehwinkel von 0,4 °.
Die mittlere Größe der Feldkraft, die diese seitliche Bewegung im Verlaufe von 6 Stunden erzeugt, ergibt sich aus der Richtkraft des Kolbens je 1° Winkeldrehung mal dem direkt beobachteten Drehwinkel FA = 0,4° x 0,00097 N/° = 0,000 39 N Die den Kolben um 0,4 mm zur Seite bewegende Kraft, dividiert durch die um diese Strecke verschobene Masse des Kolbens, ergibt die mittlere Beschleunigung, womit die Verschiebung <BR> <BR> <BR> erfolgte<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> aA= FA/m = 0, 000 39 N/0,31 kg = 0, 0013 m/s2.
Das ist eine Antriebsbeschleunigung des Antriebskolbens von fast 22% der Anziehungsbe- schleunigung der Sonnenmasse und der Erdmasse.
Die in Antriebsenergie umgewandelte Feldenergie des Kraftfeldes ist durch die Arbeit zu bestimmen, die das Feld durch die Kraft der Verschiebung des Kolbens längs des Weges des Schwerpunktes um die Drehachse verrichtete :
WA = FA s = 0,000 39 N#0, 000 9 mg = 3, 5 10-7 J.
Die Kleinheit der mit dieser Lösung in Bewegungsenergie umgesetzten Feldenergie ist charakteristisch für Energieumsätze in den kleinsten Raum-Zeit-Bereichen der Materie.
Sie kommt hier aber nicht durch atomare oder molekulare Wechselwirkung kleinster Teilchen, sondern durch langsame stetige Wechselwirkung eines starken Kraftfeldes und einer schweren Masse zustande.
Die kleine Energie solcher stetiger schwacher Wechselwirkungen ist mittels Mehnivellentor- sions-und Schwebemaschinen mit elastischem Getriebe technisch zu nutzen, was dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
ZeichnungenundderBezugszeichenErläuterungder Figur 1-Mehrwellentorsionsgetriebe mit zwei Wellen 0-Vertikale Drehachse von resultierendem Richtmoment der Rückstell-/Drillmomente aller Torsionswellen/Führungsfasem 0'-Horizontale Drehachse von resultierendem vertikalem Führungsmoment der elastischen Dehn-, Schub-und Zugmomente in der Längsrichtung aller Torsions-/Führungsfasem 1-oberes Torsions-Tragwellen-Lager, oberes Tragfaserlager 2-obere Torsionswelle, obere Tragfaser 3-Führungsgestell unteresTorsions-Tragwellen-Lager,unteresTragfaserlager4- 5-oberes Torsions-Führungswellen-Lager, oberes Hebelfaserlager 6-Geräteträger 7-Antriebskolben (neutraler Körper, Bleimasse,..) Nutzgeräte(Me#geräte,Laserstrahler,...)8- 9-untere Torsionswelle unteresTorsions-Führungswellen-Lager,unteresHebelfaserlager 10- 11-Führungs-und Hebevorrichtung (Spannvorrichtung) Wärmeschutzgehäuse;12- Schutzgehäuse FA-Antriebskraft des Kolbens ; Feldkraft, die durch die Feldstärkeänderung des Kraftfeldes durch das Kraftfeld auf den Kolben wirkt Fz-Vertikalkraft im Schwerpunkt, Übergewicht auf der Tragwellen-Trägerseite r-Kraftarm (Abstand des resultierenden Schwerpunktes vom Drehpunkt) F,-Obere Fuhrungskraft der oberen Torsionswelle F2-Untere Fiihrungskraft der unteren Torsionswelle a-Abstand zwischen der Mitte der Torsions-Wellenlager im Träger des Arbeitskolbens der Maschine b-Abstand des resultierenden Schwerpunktes von der Mitte des Torsions-Tragwellen-Lagers <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Fieur 2-Mehrwellentorsionsgetriebe mit vier Wellen<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 1-oberes Torsions-Tragwellen-Lager, bestehend aus zwei oberen Faserlagern 2-obere Torsionswelle, bestehend aus zwei oberen Tragfasern 4 - unteres Torsions-Tragwellen-Lager, bestehend aus zwei unteren Faserlagern 5-oberes Torsions-Führungswellen-Lager, bestehend aus zwei oberen Faserlagern 3,6... 8-wie Figur 1 9-unteres Torsionswelle, bestehend aus zwei unteren Fiihrungsfasem 10-unteres Torsions-Führungswellen-Lager, bestehend aus zwei unteren Faserlagern 11,12,... FA... b - wie Figur 1 Figur 3-Mehrwellentorsionsgetriebe mit Zusatzgeräten 1... 12, FA... b-wie Figur 1 +-Potential-/Spannungsversorgung zum Aufbau eines elektrischen Kolben-Kondensator (Ko) und Ansteuerkondensator (im Gehäuse) L+-Stromversorgung fiir die Laserstrahler Ko-Kondensator (elektrisches Nutzgerät elektrischer Zusatz-Antriebskolben) Mg-Permanentmagnet (magnetisches Nutzgerät ; magnetischer Zusatz-Antriebskolben) Ak-Standard-Antriebskolben (wirkt durch schwere und träge Masse eines neutralen Körpers) La-Laseroptik, Laserdiode, und Laserelektronik Figur 4 - Vergleich mit bekanntem normiertem TorsionsschwingungsgerAt mit angehängtem Schwungkörper (Fundstelle : DIN 53445-Prüfung von polymeren Werkstoffen, Torsionsschwingungsversuch ; Herausgeber : Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin/Köln 1984) 1-obere Einspannklemme, mit fester Achse <BR> <BR> 2-Probekdrper<BR> <BR> <BR> <BR> 3-Wärmekammer Kammergehäuse4- 5-untere Einspannklemme 6-Verbindungswelle 7-symmetrischer Schwungkörper (Masse ca. 20 g... 30 g) Figur 5-Vergleich mit bekanntem normiertem Torsionsschwingungsgerät mit entlasteter Torsionswelle (gleiche Fundstelle : nach DIN 53445) 1-Gegengewicht (zur Entlastung des Gewichtes der Schwungscheibe und des Probenkörpers) 2-flexibler Tragdraht für das Gewicht von Schwungscheibe und Probenkörper 3-symmetrische Schwungscheibe 4-Verbindungswelle 5-obere Einspannklemme (3,4,5 : Schwungkörper) Probekörper6- 7-Wärmekammer <BR> <BR> <BR> 8-Kammergehäuse<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 9-untere Einspannklemme Figur Vergleichmitum1900bekannterwissenschaftlicherTorsionswaagevo nR.v.Eörvös- (Fundstelle : Die Masse und ihre Messung, E. S. Sawelski, Fachbuchverlag Leipzig, 1977, S. 69) 1-Torsionswelle (Metall-Torsionsfaden von 0,045 mm Durchmesser aus Platin-Iridium-Legierung) Sp-Drehspiegel am Torsionsfaden 2 - Drehkörper auf höherem Niveau (am Drehwaagebalken) 3-Drehwaagebalken 4-Gehãuse. Standgestell 5-Wägekörper auf tieferem Niveau (mittels Faser tiefer an den Waagebalkens gehängt) 6-Lichtstrahl zum Spiegel am Torsionsfaden <BR> <BR> 7-Lichtstrahl zum Ableseschirm (Registrierrolle)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Figur 7-Veeich mit um 1970 bekanntem wissenschaftlichem Torsionspendel von W. B. BRAGINSKI und W. L PANOW (gleiche Fundstelle : wie Figur 6) -Vakuumkammer. Gehäuse obereHalteklemmefürdieTorsionswelle2- 3-Torsionswelle (bestehend aus einem Wolfram-Torsionsfaden von 0,005 mm = 5 Mikrometer Durchmesser) untereHalteklemmefürdieTorsionswelle4- 5-Drehspiegel für die Messung des Drehwinkels mittels eines Helium-Neon-Laserstrahls (wird damit auf eine laufende Filmtrommel umgelenkt) PlatinkörperPt- AluminumkörperAl- Figur 8-Zum Wirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Mehrwellentorsions- Lagerung 0-Drehachse K-übergewichtiger Torsionskörper relativ zur Drehachse, Ausrichtung der Drehachse : Parallel zu den Schwerelinien des Erdschwerefeldes am Ort r-Abstand der Drehachse von der Schwerelinie durch den Massenmittelpunkt des Torsionskörpers ="Kraftarm"des wirkenden Feldkraftmomentes g5-Feldstärke der Massenanziehungskraft der Masse der Sonne ; Anziehungsbeschleunigung zur Quelle des Kraftfeldes D-Drehmoment D = max-Drehmoment, maximal (weil in dieser Stellung der Kraftarm bezüglich der Kraftquelle die gratte Länge erreicht) D = min-Drehmoment, minimal (weil in dieser Stellung die Drehwirkung des Kraftarms bezüglich der Kraftquelle verschwindet) Erläuterung zum Wirkungsprinzip des Feldkraftantriebs durch Änderung des Kolben-Kraft- momentes durch natUrliche Mitdrehung der Anordnung in einem neutralen Kraftfeld nach Figur 8 : In einem Kraftfeld weitgehend paralleler Massenanziehungs-Kraftlinien (wie z. B. der Massenanziehung der Sonne auf die Masse von Körpern auf Planetenoberflächen) entsteht durch globale Rotation des planetari- schen Körpers (z B. der Erde um die eigene Achse) ein spezifisches Drehmoment auf im Kraftfeld um eine feste Rotationsachse asymmetrisch verteilte, frei drehende, schwebende schwere Massen.
Die Nutzung dieses Umstandes fuhrt technisch zur Entwicklung eines elastischen Getriebes für nicht-symme- trisch im Kraftfeld frei um die Schwere-und Vertikalachse schwebende Körper und zur Mehrwellen- Torsionsmaschine.
Figur 9-Zum Wirkungsprinzip bekannter Torsionsgeräte im gleichen neutra- len Kraftfeld auf symmetrische Torsionskörper von bekannter Art (z. B. nach Figur 4 bis Figur 7) 0-Mittelpunkt = Drehpunkt r-symmetrischer Abstand des gemeinsamen Mittelpunktes der gegenüberliegenden Massenschwer- punkte der Teilmassen des Torsionskörpers ="Kraftarm"des wirkenden Feldkraftmomentes gs-Feldstärke der Massenanziehungskraft der Masse der Sonne = Anziehungsbeschleunigung zur Quelle des Kraftfeldes D-Drehmoment D = 0-Drehmoment, Null (weil in dieser Stellung vollständig kompensierte Drehmomente vorliegen) D = 0-Drehmoment, Null (weil in dieser Stellung der Kraftarm bezüglich der Kraftquelle gleich Null ist) Erläuterung zur Wirkung symmetrischer Torsionskörper im neutralen Kraftfeld nach Figur 9 : Wegen der Symmetrie des Schwerpunktabstandes +r nach links und-r nach rechts in bezug des Mittelpunk- tes als Drehpunkt kompensieren sich die zur Kraftquelle drehenden Kraftmomente links und rechts in jedem Moment.
Zwar entstehen im Kraftfeld durch die Rotation des planetaren Bezugskörpers"Erde"periodisch an-und abschwellende Drehmomente, aber nur in den Teilkörpern links und rechts von der Drehachse.
Diese gleichen sich aus wegen der Symmetrie des Kraftarmes in bezug des Symmetriepunktes als Drehpunkt.
Infolge der Symmetrie der Masse-Verteilung verschwindet darum das resultierende Feldkraft-Moment auf den ganzen Drehkörper.
Daher verharrt dieser als Ganzes gegen den Beobachter im Zustand der Ruhe.
Auf diese Art und Weise geht das vom Kraftfeld auf natürliche Art und Weise erzeugte Drehmoment als technisch nutzbares Kraftmoment verloren. Daher ist mit technischen Lösungen von der bekannten Art- Figur 4 bis Figur 7 bieten Beispiele dafür-die natürliche Wirkung des neutralen Kraftfeldes physikalisch nicht zu erfahren, und technisch nicht zu nutzen.
FigurMehrwellentorsionsgetriebefürMe#-undPrüfzwecke- -oberes Klemm-und Einhängelager für oberen Prüfkörper obererPrüfkörper,oderVergleichskörper2- 3-Ffihrungsgestell unteresKlemm-UndEinhängelagerfürunterenPrüfkörper4- 5-oberes Klemm-und Einhängelager für unteren Prüfkörper, bzw. für den unteren Vergleichskörper 6-Gewichts-und Geräteträger 7-Laufgewicht, zur Regulierung der PrAfspannung mitbewegteMe#geräte:8- Laser-Torsionswinkelmesser,... untererPrüfkörper,untererVergleichskörper9- 10-unteres Klemmlager, unteres Einhängelager für den unteren Prüfkörper flexibleSpannwelle10a- 11-Feststellvorrichtung, Vorspannvorrichtung Wärmeisolierung,Schutzgehäuse12- Fz-Obergewicht, mittels des Laufgewichtes 6 zu steuern/zu regeln Führungskraft(Längs-undZugkraftnachoben)desoberenPrüfkör persF1- Führungskraft(Längs-undZugkraftnachunten)desunterenPrüfkà ¶rpersF2- F1# - elastische Richtkraft der oberen Torsionswelle, Drillkraft des oberen Prüfkörpers F2-elastische Richtkraft der unteren Torsionswelle, Drillkraft des unteren Prüfkörpers F2# - resultierendes Richtmoment des elastischen Mehrwellentorsionsgetriebes, resultierendes Drillmoment Figur 11- Zeichnung zur Zusammenfassung zur Beschreibung insgesamt sieben (7) Zeichnungsblatter : Nr. 1/7 bis 7/7 mit den Figuren 1 bis Figur 10 (Zeichnung zur Zusammenfassung, gesondertes Blatt 8/-, darin nicht mitgezählt)