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Die
Erfindung betrifft eine Maschine zur Erzeugung von Zug- oder Schubkraft
zum Antrieb von Land-, Luft-, Wasser- und Raumfahrzeugen sowie alle
Arten von Werkzeugvortrieben wie Z.B. Abbau- und Tunnelbohrwerken
im Bergbau, bei der durch Änderung
des Gesamtdrehimpulses rotierender Massen, durch Energiezufuhr von
außen
in einem Rotationssystem, eine Änderung
des Gesamtimpulses der Maschine bewirkt wird, wobei auf einer Bahn
(3), die auf einem sich um ein Drehzentrum (21)
drehenden Rotor (1) angebracht ist, eine Richtmasse (2)
so angetrieben und beschleunigt wird, das diese, dort, in Form-
und Kraftschluß beweglich
gehalten, in entgegen gesetzten Drehsinn zum Rotor (1)
um ein Drehzentrum (21) des Rotors (1) fährt oder
bewegt wird, wobei die Winkelgeschwindigkeiten (ω) des Rotors (1) und
der Richtmasse (2) so eingestellt sind, das diese im Betrag
gleich groß aber
entgegengesetzt im Drehsinn gerichtet sind, wodurch bewirkt wird, daß die so
bewegte oder fahrende Richtmasse (2) in Bezug auf die Maschinenbasis
(13) zu stehen scheint, obwohl sich diese doch in Bezug
auf den Rotor (1) mit dessen entgegen gerichteter Umfangsgeschwindigkeit (ν) bewegt,
wodurch eine von der Richtmasse (2) dabei bewirkte Fliehkraft
(Fz) als Zug- oder Schubkraft wirkt, und
somit der Gesamtimpuls (p) der Maschine geändert wird, wodurch sich ein
Antrieb der gesamten Maschine in die selbe Richtung, in die Richtung
der Fliehkraft (Fz) ergibt. Richtungsänderungen
dieses Antriebes können dabei
durch Änderung
einer der Winkelgeschwindigkeiten (ω) entweder der, des Rotors
(1) oder der auf der Bahn (3) fahrenden oder bewegten
Richtmasse (2) vorgenommen werden. Aufgrund der sehr viel
größeren kinetischen
Energie der drehenden Masse des Rotors (1), ist es jedoch
sinnvoll, bei einer beabsichtigten Richtungsänderung die Winkelgeschwindigkeit
(ω) der
Richtmasse (2) zu verändern.
Mach erfolgter Richtungsänderung
werden die Winkelgeschwindigkeiten (ω) des Rotors (1) und
der Richtmasse (2), durch Energiezufuhr von außen, wieder
auf gleichen Betrag, aber entgegengesetzt wirkend eingestellt und
die Richtmasse (2) ist wiederum in Bezug auf die Maschinenbasis
(13) still stehend und die von ihr bewirkte Fliehkraft
(Fz) wirkt nunmehr in die neu eingestellte
Richtung.
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Eine
besondere Form des Antriebes der Richtmasse (2, 2.1)
kann auch über
einen Stellarm (29) erfolgen, der durch einen auf der Maschinenbasis
(13) gelagerten Stelltrieb (30), die Richtmasse
gegen die sich um das Drehzentrum (21, 21.1) mit
dem Rotor (1, 1.1) drehende Bahn (3, 3.1)
positioniert und dort von dem Stellarm (29) einen Energiezufluß durch
ein Drehmoment erhält,
das einer am Umfang oder am Radius (r) der Bahn (3, 3.1)
angreifenden Kraft entspricht, die die Richtmasse (2, 2.1)
um den Winkel (φ)
um das Drehzentrum (21, 21.1) dreht. Geschwindigkeitsänderungen
der gesamten Maschine, d.h. Änderungen
des Impulses (p) setzen eine Vergrößerung der bewirkten Fliehkraft
(Fz) voraus, diese kann bei Beibehaltung
der Größe der Richtmasse
(2) und deren Richtung verändert werden, durch Veränderung
der Winkelgeschwindigkeiten (ω) des
Rotors (1) und oder der auf der Bahn (3) fahrenden
bzw. bewegten Richtmasse und oder der Größe des wirksamen Radius (r)
der Bahn (2). Wie bereits zuvor gesagt, hat der Rotor (1)
bedingt durch Aufbau und Konstruktion in Bezug auf die Richtmasse
(2) die überwiegend
größere rotierende
Masse und deshalb auch das größeren Schwungmoment
bzw. die größere kinetische
Energie, aufgrund dessen ist es bedeutend einfacher eine Größen-Änderung
der von der Richtmasse (2), bewirkten Fliehkraft (Fz) in gleiche Wirkrichtung, unter Beibehaltung
der Winkelgeschwindigkeiten (ω)
von Rotor (1) und Richtmasse (2) durch eine Veränderung
der Größe der rotierenden
Richtmasse (2) vorzunehmen. Dazu ist die Richtmasse (2)
als Behälter
(14) ausgeführt, der
bereits Masse enthält,
aber weitere Teilmassen aufnehmen und wieder abgeben kann. Bei erforderlicher Geschwindigkeitsänderung,
Impulsänderung
der Gesamtmaschine, werden dem Speicher (14) für Teilmassen,
der sich in der Maschinenbasis (13) befindet und für Änderung
der Größe der Fliehkraft
(Fz) Teilmassen enthält, die entweder als Flüssig- Metall,
Z.B. Quecksilber oder feste Teilmassen in Z.B. kugelform vorliegen, mittels
geeigneter Transportsystemen entnommen und dem Behälter der
Richtmasse (2) zugeführt.
Die Zu- und Abführung
erfolgt bei Flüssig
-Metall mittels Pumpe 15) und bei festen Teilmassen durch
Z.B. Band- oder Schraubenförderer.
Die kinetische Energie des Rotors (1) wird bei diesem Vorgang
nur wenig geändert,
anders ist es aber bei der Richtmasse (2), deren kinetische
Energie wegen der geringeren Richtmasse geringer ist, die bei einer
Zufuhr von Teilmasse und durch Energiezufuhr von außen den
erforderlichen Bedingungen für eine
Geschwindigkeitsänderung
der Maschine angepasst werden muß, damit das Verhältnis der
absoluten Zahlen der Winkelgeschwindigkeiten (ω) zwischen Rotor (1)
und Richtmasse (2) d.h. Winkelgeschwindigkeit/Rotor (1):
Winkelgeschwindigkeit/Richtmasse (2) = 1 ist, wobei die
Geschwindigkeit (ν)
der Richtmasse (2) in Bezug auf die Maschinenbasis (13)
gleich Null (0) ist, und damit die Richtung der Fliehkraft (Fz) und die Richtung der Impulsänderung
(p) der Maschine auf erforderlichen Kurs gehalten werden bzw. in
die gewählte
Richtung zeigen. Eine weitere Möglichkeit
für Beschleunigung
oder Verzögerung,
d.h. positiver bzw. negativer Impulsänderung (Δp) ergibt sich durch die Gegenwirkung
von parallelen aber gegenläufigen
Rotationssystemen, wobei von diesen gegenläufigen Rotationssystemen Fliehkräfte Fz)
erzeugt werden können,
die in verschiedene Richtungen zeigen und damit auch geringe Änderungen
der Beschleunigungen oder Verzögerungen
erzeugt werden können.
Als Beispiel dazu wird auf 3, 4, 5, 6 verwiesen
aus denen zu ersehen ist wie sich die erzeugten Fliehkräfte (Fz)
addieren und die 7, 8, 9, 10 bei
denen sich die erzeugten Fliehkräfte
(Fz) aufheben.
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Der
Stand der Technik für
die Rückstoßerzeugung
ohne Wechselwirkung mit den Medien (d.h. Stoffen in den Aggregatzuständen fest,
flüssig
oder gasförmig,
auf der Erde, anderen Himmelskörpern
oder im quasi Vakuum des Weltalls, ist der Raketenantrieb (), bei dem die Beschleunigung von Massen, unabhängig von
den Medien der Umgebung, durch den Ausstoß eines Masseteilchenstromes,
Impuls, erfolgt, ist bereits aus China seit dem Jahre 1200 nach
Christus als Kampfmittel bekannt. In Europa werden ano 1379 erstmals
Raketen schriftlich erwähnt.
Die erste wissenschaftliche Bearbeitung der Theorie erfolgte etwa
1896 durch Ziolkowski, spätere Pioniere
der Raketentechnik sind u.a. R. Esnault-Peterie, R. Goddart, H.
Oberth, M. Valier, F. Zander, S. Koroljow, J. Kondratjukow sowie
Werner von Braun. Nach dem Erhaltungssatz des Impulses (p) sind
Impulse (p) der ausgesandte und zurückgestoßenen Masse stets entgegengesetzt
gleich (m1ν1 = –m2ν2), wobei m = Masse und ν = Geschwindigkeit sind; das
Produkt von Masse multipliziert mit der Geschwindigkeit ist bekanntlich
eine gerichtete Größe (Skalar),
die in Richtung der Bewegung wirkt.
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Bekanntlich
besteht der geringste Teil der Gesamtmasse einer Rakete aus Nutzlast,
der überwiegende Teil
besteht aus Treibstoff und dem dafür erforderlichen Gefäßsystem,
welches nach Verbrauch des Treibstoffs, meist als nicht wieder befüllbar zur
Erdoberfläche
zurückkehrt.
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Andere
Rückstoß-Antriebe,
wie Plasma- oder Elektro- Antriebe, wurden bereits in der Raumfahrt
erprobt; sind aber wegen geringer Größe des Kraftstoßes, nicht
ausreichend, um Nutzlasten in Erdumlaufbahnen zu befördern.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es Antriebe für Land-, Wasser-, Luft- und
Raumfahrzeuge und für
alle Arten von Werkzeug- Vortrieben, wie Z.B. für Abbau- und Tunnelbohrmaschinen
im Bergbau zu schaffen, die unabhängig sind von Wechselwirkungen
mit den Medien auf der Erde wie dem Boden, Wasser und der Atmosphäre.
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Weiterhin
werden damit erfindungsgemäß der Raumfahrt
Antriebe zur Verfügung
gestellt, mit denen die Gravitation unseres Heimat- Planeten der
Erde und anderer Himmelskörper überwunden
werden können, ohne
das menschliche Passagiere schädlichen
Beschleunigungen ausgesetzt werden.
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Das
Hauptproblem, der für
den menschlichen Körper
lang andauernden Schwerelosigkeit auf langen Raumfahrten, wird damit
beseitigt, weil durch die erfindungsgemäße, mögliche bequeme Dauerbeschleunigung
der Raumfahrzeuge eine für
menschliche Körper
bequeme Dauerbeschleunigung angewendet werden kann und sich durch
diese Dauerbeschleunigung bzw. – Verzögerung die
Reisegeschwindigkeiten im Weltall bedeutend steigern lassen und
die Reisezeiten verringert werden können.
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Weiterhin
vereinfacht sich die Raumfahrt von der Erdoberfläche in den Orbit der Erde bzw.
vom Orbit zur Erdoberfläche
dadurch, dass dabei mit Geschwindigkeiten durch die Lufthülle der
Erde gefahren oder geflogen werden kann, bei denen mit erfindungsgemäß möglichen,
niederen Aus- und Eintrittsgeschwindigkeiten in die Erdatmosphäre die Fahrzeughülle der
Raumfahrzeuge nicht Problemen durch Reibungs-Hitze in der Atmosphäre und damit
einhergehenden Festigkeitsproblemen ausgesetzt ist.
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Die
erfindungsgemäße Maschine
kann bei der Reise im Weltall immer aus ausreichenden mitgeführten Energievorrat,
wie Z.B. Atommeiler zur Erzeugung von Elektroenergie, versorgt werden
oder mittels Fotovoltaik aus dem All Licht – oder andere Strahlung – Energie
aufnehmen und verschwendet bzw. verliert keine Masse im Weltraum.
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Ausführungen
der Erfindung sind schematisch in den beigefügten Figuren dargestellt und
werden nachfolgend beschrieben. Gleiche oder einander entsprechende
Teile sind in den verschiedenen Beispielen mit übereinstimmenden Bezugszahlen
bezeichnet.
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1 zeigt
in einem Schnitt A–B
eine erfindungsgemäße Ausführung zur
vereinfachten Darstellung des Grundprinzips, der Umwandlung von
Rotationsenergie aus dem Drehimpuls in Impuls, d.h. Massenbeschleunigung.
Ein Antrieb (22) im Beispiel ein Elektromotor, treibt einen
Rotor (1) an, auf dem sich die Bahn (3) befindet,
der sich mit der Winkelgeschwindigkeit (ωRo)
um das Drehzentrum (21) dreht. Auf der Bahn (3) fährt ein
Fahrzeug (25), im Kontakt mit den Laufrädern (23, 24)
auf dem Rand des Rotors (1) mit eigener Energieversorgung,
Z.B. Brennkraftmaschine, und treibt damit die im Fahrzeug befindliche
Richtmasse (2) auf dem Radius (r) der Bahn (3)
an, die Andruckrolle (28) drückt die Laufräder (23, 24)
bei geringer Fliehkraft (Fz) an. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die
Winkelgeschwindigkeit (ωRm) der Richtmasse (3) entgegen
der Winkelgeschwindigkeit (ωRo) des Rotors (1), d.h. Rotor (1)
und Richtmasse (2) bewegen sich entgegengesetzten Drehsinn
und die Winkelgeschwindigkeit (ωRo) ist gleich groß im Betrag wie die Winkel – geschwindigkeit (ωRm), wodurch die Geschwindigkeit der Richtmasse
(2), obwohl diese um das Drehzentrum (21) des
Rotors (1), in entgegengesetzter Drehrichtung auf der Bahn
(2) fährt,
gegenüber
der Maschinenbasis (13) gleich Null ist. In Wirklichkeit
wird aber aufgrund der Bewegung der Richtmasse (2), auf
den Schwerpunkt des Fahrzeugs) gegenüber der Bahn (3) eine
Fliehkraft (Fz) bewirkt, die aufgrund der Wirkrichtung von Fliehkraft
(Fz) stetig in eine Richtung zeigt und damit auf die Gesamtmaschine
und die Masse (m) der Gesamtmaschine einen Impuls bewirkt, was einen
Antrieb der Gesamtmaschine in Richtung der Fliehkraft (Fz) bedeutet.
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2 zeigt
ergänzend
zur 1 eine Draufsicht dieses erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles.
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1a zeigt
in einem Schnitt A–B
eine erfindungsgemäße Ausführung zur
vereinfachten Darstellung des Grundprinzips, der Umwandlung von
Rotationsenergie aus dem Drehimpuls in Impuls, d.h. Massenbeschleunigung.
Wobei hier das Fahrzeug mit Richtmasse (25) durch einen
Stellarm (29) gegen die Bahn (3, 3.1) gedrückt bzw.
positioniert wird. Der Stellarm (29) überträgt somit ein Drehmoment auf
das Fahrzeug mit Richtmasse (25), das sich gegenüber der
Bahn (3, 3.1) relativ bewegt und somit gegenüber der
Bahn (3, 3.1) ein Drehimpuls hat. Im Augenblick,
wenn der Stellarm (29) gelöst und die Bahn (3, 3.1)
stehen bleibt, würde
dieses Drehmoment das Fahrzeug mit mit Richtmasse (25)
auf der nunmehr stehenden Bahn (3, 3.1) weiterfahren lassen
und die von der Richtmasse (2, 2.1) bewirkte Fliehkraft
(Fz) würde gegenüber dem
Drehzentrum (21, 21.1) umlaufen bis z. B. die
Reibung zwischen Bahn und Richtmasse diese Drehbewegung zum Stillstand
bringen würde.
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2a zeigt
eine Draufsicht zur 1a.
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3:
zeigt im Schnitt A–B
ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
mit Rotorsystem. Im Kardanring (12), der auf Kardanachse
(5) gelagerte Rotorkäfig
(17), sieht man im Schnitt A–B den Rotor (1) und Schleifkontaktträger, links
(6), der die Energie für
Rotor und Richtmasse in den Rotorkäfig (17) einbringt.
Die Statoren (9) eines Asynchronmotores sind zum Antrieb
des Rotors, links (1) und für die Statoren (10, 11)
für die
Richtmasse, links (2). Durch Pfeile wird die mögliche Bewegungsrichtung
der Richtmasse (2) auf der Bahn (3) und des Rotors
(1) angezeigt. Die Drehzentren (21, 21.1)
sind gleichzeitig die Drehzentren für Rotor (1, 1.1) und
Richtmassen (2, 2.1) die auf der konzentrischen
Bahn (3, 3.1) das gleiche Drehzentrum (21, 21.1)
umfährt. Um
Drehimpulse auf das Rotorsystem zu vermeiden ist das System spiegelbildlich
gesehen gedoppelt. Einheiten mit Indexzeichen Punkt sind analog
zur linken Seite des Rotorsystems ausgeführt. So ist Z.B. Rotor, rechts
= (1.1).
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4:
zeigt zu dem unter 1 erläuterten Ausführungsbeispiel,
den Kardanring (12) der über Kardanachsachse (5)
den Kardankäfig
(17) trägt.
Im Kardankäfig
(17), durch Trennwand (2) geteilt, sieht man die auf
den Rotorachsen (4, 4.1) gelagerten Rotoren (1, 1.1)
auf denen die Bahnen (3, 3.1) für die Richtmassen (2, 2.1)
angebracht sind. Die Elektroenergie für Rotore (9, 9.1)
und Bahnen (3, 3.1) wird über Schleifringträger (6, 6.1)
in den Kardankäfig
(17) übertragen.
Die Statore (9, 9.1) sind an den Statorträgern (8, 8.1)
befestigt, die wiederum am Kardankäfig (17) befestigt
sind. Im Kardankäfig
(17) sind zentrisch um die Rotorachsen (4, 4.1) Schleifringe
(26, 26.1) zur Energiezufuhr für Rotore (1, 1.1)
und und darüber hinaus
zur Weiterleitung an die Bahn (3, 3.1) angebracht.
Die Statore (10, 10.1 horizontal und 11, 11.1 vertikal)
sind auf dem Umfang der Rotore (9, 9.1) befestigt
und bilden somit die Bahnen (3, 3.1), über die,
die kreuzförmigen
metallischen Sekundärteile
die Antriebsenergie auf die Richtmassen (2, 2.1) übertragen
und diese durch Magnetkräfte
dort reibungslos führen
und über
ein Wanderfeld antreiben. Das erfindungsgemäße Rotorsystem ist spiegelbildlich durch
Trennwand (20) geteilt und doppelt ausgeführt, um
Drehimpulse zu vermeiden und um Impulsänderungen durch Fliehkräfte (Fz)
besser dosieren zu können.
Beide Richtmassen (2, 2.1) zeigen in die gleiche
Richtung, d.h. die Fliehkräfte
beider parallelen Systeme (links und rechts) werden addiert.
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5:
zeigt im wesentlichen das unter 3 erläutert Ausführungsbeispiel
Die Richtmasse (2, 2.1) besteht hier aber anders
als bei 3 aus einem kreissegmentförmigen Massebehälter der
mit einem senkrecht an der Richtmasse (2, 2.1)
kreissegmentförmigen
flachen Sekundärteil
verbunden ist, welches durch ein magnetisches Wanderfeld des Asynchronmotors
mit den Statoren (11, 11.1), die konzentrisch
auf dem Rotor (1, 1.1) angebracht sind, angetrieben
wird. Die Bahn (3, 3.1) ist als konzentrischer
auf dem Rotor (1, 1.1) befestigter Ringkanal ausgeführt. Die
Richtmasse (2, 2.1) läuft in diesem Ringkanal auf
den dort angebrachten Radiallagern (18, 18.1)
um, und wird dabei seitlich durch die magnetischen Kräfte des
Asynchronantriebes, also durch die Statoren (11, 11.1)
geführt,
die auf das Sekundärteil,
das an der Richtmasse (2, 2.1) befestigt ist,
einwirken.
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6:
zeigt das bei 3 erläuterte Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung.
Die Richtmassen (2,2.1) zeigen in die gleiche
Richtung, d.h. beide Fliehkräfte
(Fz) werden addiert.
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7:
zeigt das unter 3 und 4 erläuterte Ausführungsbeispiel.
Die Richtmasse (2, 2.1) besteht hier aus einen
kreisbogenförmigen
Metallbehälter
an dem eine kreissegmentförmiges
Sekundärteil
angebracht ist welches über
die Statoren (11, 11.1) gebildeten Wanderfeld
angetrieben wird. Die Richtmassen (2, 2.1) stehen
zueinander unter 180°,
wodurch die Fliehkräfte
(Fz) sich gegenseitig aufheben.
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8:
zeigt das unter 7 erläuterte Ausführungsbeispiel im Schnitt.
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9:
zeigt das erweiterte unter 3 und 4 erläuterte Ausführungsbeispiel.
Die beiden Richtmassen (2, 2.1) stehen hier auf
den Bahnen (3, 3.1) um 180° versetzt, wodurch die bewirkten
Fliehkräfte
(Fz 1, Fz 1.1) entgegengesetzt wirken und sich
somit in der Wirkung auf die Maschinenbasis (13) gegeneinander aufheben.
Es ergibt sich also keine Impulsveränderung auf die Gesamtmaschine.
Die Erweiterung besteht aus der Veränderungsmöglichkeit der in der Richtmasse
(2, 2.1) befindlichen und auf der Bahn (3, 3.1)
umlaufenden Massen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist außen am Rotorkäfig (17)
beiderseitig, zentrisch ein Behälter als
Massenspeicher für
Flüssigmetall
(14, 14.1) angebracht. Aus diesem Behälter wird
mittels Pumpe (15, 15, 1) und über Leitung
für Flüssigmetall/Hg
(16, 16.1) in den Rotorkäfig (17) und in die
Richtmasse (2, 2.1) eingebracht. Eine Änderung
der Größe der Richtmasse
(2, 2.1) muß einhergehen
mit einer Änderung
der Energiezufuhr des Asynchronantriebes der Richtmasse (2, 2.1).
Das erfindungsgemäße Rotorsystem
zeigt außerdem
die Einbindung des Kardanrings (12) in die Maschinenbasis
(13).
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10:
zeigt das unter 9 erläuterte Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht.
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11:
zeigt einen vergrößerte Teil-Schnitt
der Ausführung
und Anbringung des Rotorsystems an der Seitenwand des Rotorkäfigs (17).
Der Schleifkontaktträger
(6, 6.1) ist im Zentrum der Seitenwand angebracht, 3
Schleifringe (7, 7.1) sind in der Bohrung angebracht,
die den Rotor (1, 1.1) aufnimmt. Der Statorträger/Rotor (8, 8.1)
ist als konzentrischer Ring an der Seitenwand des Rotorkäfigs (17)
befestigt, auf dem die Statoren (9, 9.1) zum Antrieb
des Rotors (1, 1.1) positioniert sind. Über die
Schleifkontakte (26, 26.1) wird Elektroenergie für Rotor
(1, 1.1) und Richtmasse (2, 2.1)
in den Rotorkäfig
(17) eingebracht.
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12:
zeigt die unter 11 erläuterte Darstellung in einer
Draufsicht.
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13:
zeigt eine vergrößerte Darstellung
zu den unter den 3 und 4 bzw. 7 und 8 bereits
erläuterten
Ausführungsbeispiel,
bei dem die Bahn (3, 3.1) als kreuzförmige Hohlfelge
ausgebildet ist, die das kreuzförmige
Sekundärteil
der Richtmasse (2, 2.1) antreibt und allein über Magnetkräfte das
Sekundärteil
der Richtmasse (2, 2.1) führt und über ein Wanderfeld antreibt.
Die Statore (10, 11) sind direkt auf der Außenseite
dieser kreuzförmigen
Bahn (3, 3.1) angebracht und wirken von dieser
Position aus Durchbrüche nicht
dargestellt auf das kreuzförmige
Sekundärteil
ein. Schleifringe (7, 7.1) sind im Rotor (1,1.1)
eingebettet. Von hier aus wird die Elektroenergie über Kabel
(nicht dargestellt), die im Rotor (1, 1.1) eingebettet
sind, an die Statoren (10, 11) übertragen.
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14:
zeigt eine Draufsicht der unter 13 erläuterten
Situation.
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15:
zeigt ein Ausführungsbeispiel
wie bereits zuvor unter 3 erläutert, bei dem der Rotorkäfig (17) über die
Kardanachse (5) mittels Stellmotore für Kardanring (19, 19.1)
die auf dem Kardanring (12), d.h. links und rechts angebracht
sind, bei Bedarf quer zum Rotor (1, 1.1) verschwenkt
werden kann. Damit kann das Rotorsystem in horizontalen und vertikalen
Richtungen verschwenkt werden, und somit Impulsänderungen in alle Richtungen
bewirkt werden, d.h. ein komplette Steuerung eines Flugkörpers oder
eines Raumfahrzeuges ist damit möglich.
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16:
zeigt zu der zuvor erläuterten
Situation eine Draufsicht.
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17:
zeigt das unter 5 und zuvor erläuterte Ausführungsbeispiel.
Die Richtmassen (2, 2.1) sind hierbei unter durch
Energiezufuhr von außen,
bei gleichmäßiger Veränderung
der Winkelgeschwindigkeit (ω2, ω2.1), aufeinander zu bewegt wurden. Die dabei
durch die Richtmassen (2, 2.1) bewirkten Fliehkräfte Fz 2,
Fz 2.1) überlagern
sich dabei positiv. Bei Einstellung der genauen Überlagerung der Richtmassen
(2, 2.1) addieren sich die von ihnen bewirkten
Fliehkräfe
Fz 2, Fz 2.1) zur einer resultiernden Fliehkraft
von = FzRes. Durch dieses Verfahren, der Änderung
Stellung der beiden Richtmassen (2, 2.1) gegeneinander,
ist es also möglich die
Größe der effektiven
resultiernden Fliehkraft (Fz) feindosiert in die erforderliche Wirkrichtung
einzustellen, womit ein sehr wirksames Instrument zur Steuerung
der Impulsänderung
für die
gesamte Maschinenmasse in Größe des Betrages
und der Wirkrichtung zur Verfügung
steht.
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Rechenbeispiele
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Beispiel 1:
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Das
Fahrzeug (25) steht auf der Bahn (3) des Rotors
(1), d.h. die Richtmasse (2) befindet sich mit
dem Schwerpunkt im Abstand (r) vom Drehzentrum (21), mit
den Laufrädern
(23, 24) und der Andruckrolle (28) antriebslos
am Rotorrand gestützt
und dreht sich mit dem Rotor (1) um das Drehzentrum (21).
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1.1 – Berechnung der Fliehkraft
(Fz1)
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Gegeben
sind:
| – Radius
der Bahn (3) | r
= 1 Meter (m) |
| – Richtmasse
(2) | m
= 100 kg |
| – Umfangsgeschwindigkeit
des Rotors (2) | νRo =
100 m/s |
| mit
der Bahn (3) | |
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Lösung:
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Fz1 = m × νRo 2 : r = 100 kg × 1002 m2 : 1 m × S2 = 1 × 106N oder 1 × 103 kN
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Beispiel 2:
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Das
Fahrzeug (25) fährt
mit Eigenantrieb, Z.B. Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) auf
der Bahn (3) des stehenden Rotors (1), der Antrieb
erfolgt dabei über
die Antriebsrollen (23, 24), die Richtmasse (2)
fährt im
Abstand des Schwerpunktes (r) um das Drehzentrum (21) auf
der Bahn (3).
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Gegeben
sind:
| – Radius
der Bahn (3) | r
= 1 Meter (m) |
| – Richtmasse
(2) | m
= 100 kg |
| – Umfangsgeschwindigkeit
der Richtmasse | νRm =
100 m/s |
| mit
der Bahn (3). | |
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Lösung:
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Fz2 = m × vRm 2 : r = 100 kg × 1002 m2 : 1 m × S2 =106 N oder 103 kN
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Beispiel 3:
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Das
Fahrzeug (25) fährt
mit Eigenantrieb, der Antrieb erfolgt dabei über die Antriebsrollen (23, 24)
Z.B. mit Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) auf der Bahn (3)
des Rotors (1), der sich entgegengesetzt zum Uhrzeiger
um das Drehzentrum (21) dreht, die Richtmasse (2)
fährt also
mit dem Schwerpunkt im Abstand (r) um das Drehzentrum (21)
auf der Bahn (3) im Sinne des Uhrzeigers.
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Gegeben
sind:
| – Radius
der Bahn (3) | r
= 1 Meter (m) |
| – Richtmasse
(2) | m
= 100 kg |
| – Umfangsgeschwindigkeit
des Rotors (2) | νRo =
100 m/s |
| mit
der Bahn (3) (entgegen dem Uhrzeiger) | |
| – Umfangsgeschwindigkeit
der Richtmasse | νRm =
100 m/s |
| auf
der Bahn (3) im Uhrzeigersinn | |
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Die
Umfangsgeschwindigkeit des Rotors (νRo)
mit der Bahn (3) (entgegen dem Uhrzeiger) und die Umfangsgeschwindigkeit
der Richtmasse (νRm) auf der Bahn (3) im Uhrzeigersinn
sind gegengerichtet, die Richtmasse (νRm)
bewegt sich dabei auf der Bahn (3) mit νRm =
100 m/s und steht gegenüber
der Maschinenbasis (13) still.
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Lösung:
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Fz3 = m × νRm 2 : r = 100 kg × 1002 m2 : 1 m × S2 = 106 N oder 103 kN
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Beispiel 4:
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Berechnung
der erforderlichen Arbeit (W) bei Rotation und der erforderlichen
Leistung (P) für
die Rotationsverhältnisse
mit den Werten und Größen gemäß Rechenbeispiels 3.
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Gegeben
sind:
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Lösung:
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ω = ν : r = 100
m/s : 1 m = 100 1/s
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Lösung:
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Fz3 = m × νRm 2 : r = 100 kg × 1002m2/1 m × s2 = 106 kg m/s2 (N) oder 103 kN
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Prot Rm = Wrot Rm : t = 500.000 Nm/1s = Watt = 500 kW
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Prot Ro = Wrot Ro : t = 1.250.000 Nm/1s = Watt = 1.250
kW
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Pges = PRm + PRo = 500 kW + 1.250 kW = 1.750 kW
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Beispiel 5:
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Berechnung
der erforderlichen Arbeit (W) für
die Rotationsverhältnisse
mit Werten und Größen des Beispiels 3 aber
mit verdoppelter Bahngeschwindigkeit (νRo)
= 200 m/s.
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Gegeben
sind:
| Radius
der Bahn (3) | r
= 1 Meter (m) |
| Richtmasse
(2) | m
= 100 kg |
| Umfangsgeschwindigkeit
des Rotors (2) | νRo =
200 m/s |
| mit
der Bahn (3) (entgegen dem Uhrzeiger) | |
| Umfangsgeschwindigkeit
der Richtmasse | νRm =
200 m/s |
| auf
der Bahn (3) im Uhrzeigersinn. | |
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Lösung:
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Fz5= m × νRm 2 : r = 100 Kg × 2002 m2 : 1 m × S2 = 4 × 106 N oder 4 × 103 kN
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Berechnung
der erforderlichen Arbeit (W) bei Rotation und der erforderlichen
Leistung (P)
gegeben sind:
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Lösung:
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ω = ν : r = 200
m/s : 1 m = 200 1/s
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Lösung:
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Fz5 = m × νRm 2 : r = 100 kg × 2002 m2 : 1 m × S2 = 4 × 106 N oder 4 × 103 kN
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Prot Rm = Wrot Rm : t = 2.000.000 Nm/s = Watt = 2.000
kW
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Prot Ro = Wrot Ro : t = 5.000.000 Nm/s = Watt = 5.000
kW
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Pges = PRm + PRo = 2.000 kW + 5.000 kW = 7.000 kW
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Beispiel 6:
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Das
Fahrzeug (25) fährt
auf der Bahn (3) des Rotors (1), d.h. die Richtmasse
(2) befindet sich mit dem Schwerpunkt im Abstand (r) vom
Drehzentrum (21), mit den Laufrädern (23, 24)
und der Andruckrolle (28) vom Stellarm (29) am
Rotorrand positioniert und dort vom Stelltrieb gestützt und
dreht sich somit gegenüber
dem Rotor (1) um das Drehzentrum (21).
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1.1 – Berechnung der Fliehkraft
(Fz1)
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Gegeben
sind:
| – Radius
der Bahn (3) | r
= 1 Meter (m) |
| – Richtmasse
(2) | m
= 100 kg |
| – Umfangsgeschwindigkeit
des Rotors (2) mit der Bahn (3) | νRo =
100 m/s |
| – Umfangsgeschwindigkeit
der Richtmasse | νRm =
100 m/s |
| auf
der Bahn (3) im Uhrzeigersinn | |
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Lösung:
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Fz1 = m × νRo 2 : r = 100 kg × 1002 m2 : 1 m × S2 = 1 × 106 N oder 1 × 103 kN
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Diskussion der Ergebnisse
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Beide
Ergebnisse der Rechenbeispiele 9 und 2 sind vom Betrag her gleich.
Ob sich der Rotor (1) mit der auf der Bahn (3)
geparkten Richtmasse (2) um das Drehzentrum (21)
dreht oder die Richtmasse (2) auf der Bahn (3)
des stehenden Rotors (1) um das Drehzentrum (21)
fährt ergibt
das gleiche Ergebnis: Fz1 = Fz2 =
103 KN und bedeutet für das Lager des Rotors (1)
eine umlaufende Unwucht bzw. eine umlaufende Belastung von 103 KN. Erfindungsgemäß, bedeutet Fz3 hingegen,
für das
Lager des Rotors (1) eine statische Belastung von 103 kN, einer Kraft, die über die Laufräder (23, 24)
die Richtmasse (2) im Fahrzeug (25) auf den Rotor
(1) mit gekoppelten Rotorantrieb/Motor (22), in
Richtung dieser „statisch" wirkenden Fliehkraft
(Fz3) antreibt und damit den Impuls (P)
des gesamten Systems verändert
und die Maschine in dieser Richtung durch permanenten Kraftstoß bzw. Impuls
(P) wie eine Schubkraft antreibt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zweier, entgegenwirkender, gekoppelter, Rotationssysteme, ergibt diese, „statisch" in eine vorgewählte und
veränderbare
Richtung wirkende Fliehkraft (Fz3), die
als permanent wirkender und im Betrag veränderlich gesteuerter Kraftstoß zum massebeschleunigenden
Antrieb wird.
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Die
hierbei wirkende Kräfte
sind die Zentripetalkraft (Fr), die als Ursache der Zentralbewegung
zu sehen ist und die Zentrifugalkraft (Fz) oder Fliehkraft, die
eine Trägheitskraft
ist, die der Änderung
des Bewegungszustandes auf der Kreisbahn entgegen gerichtet, also
vom Drehzentrum weg gerichtet ist. Im Rechenbeispiel 3 sind beide
Umlaufgeschwindigkeiten entgegen gerichtet, die des Rotors (1)
= νRo und die der Richtmasse (2) =
(νRm), d.h. die Umlaufgeschwindigkeit der Richtmasse
(νRm) = ist somit der negativen Umlaufgeschwindigkeit
entgegen gerichtet. Wenn der Betrag (–νRo)
= Betrag (νRi) ist, scheint die Richtmasse (2)
gegenüber
der Maschinenbasis (13) bewegungslos, obwohl diese mit
Umlaufgeschwindigkeit (νRm) auf der Bahn (3) fährt und
von der Krümmung
der Bahn (3) daran gehindert wird, trägheitsgemäß geradeaus zu fahren und somit
um das Drehzentrum (21) fahren muß. Die permanent, erfindungsgemäß in die
gleiche Richtung wirkende Fliehkraft (Fz3),
wirkt über
den Rotorrand (1) auf die gesamte Maschine, verändert deren
Impuls und treibt dadurch diese an.
-
Das
Ergebnis des Rechenbeispiels 6 ist gleich dem des Rechenbeispiels
2:
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Lösung:
-
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Fz6 = m × νRm 2 : r = 100 kg × 1002 m2 : 1 m × S2 = 106 N oder 103 kN
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Es
ist dabei unerheblich ob die Richtmasse (2, 2.1)
sich mittels Eigenantrieb, d.h. mit Energiezufuhr von „außen" auf der Bahn (3, 3.1)
bewegt oder ob die Richtmasse (2, 2.1) mittels
Stellarm (29) über
Stelltrieb (30) gegen die Bahn (3, 3.1)
gedrückt
und somit auch durch eine Energiezufuhr von außen, mit einer Kraft (F), welche
ein Drehmoment bewirkt, sich gegenüber der Bahn (3, 3.1)
mit der negativen Umfangsgeschwindigkeit (νRm)
im entgegen gerichteten Drehsinn wie diese bewegt, und dabei eine
Fliehkraft (Fz) bewirkt wird.
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Die
Ergebnisse der Rechenbeispiele zeigen:
- 1. Das
bei einer Verdopplung der Bahngeschwindigkeit der Richtmasse (νRi)
sich eine vierfache Fliehkraft ergibt und die dafür erforderliche
Leistung (P) ebenfalls auf das Vierfache steigt.
- 2. Das die Richtung der bewirkten Fliehkraft (Fz) und damit
die Richtung der Impulsänderung
sehr fein einstellbar über
die Steuerung bzw. Einstellungen der Drehzahlen von Rotor (1)
oder Richtmasse (2) auf der Bahn erfolgen kann.
- 3. Die Größe der zu
bewirkenden Fliehkraft (Fz) und damit der erforderlichen Impulsänderung
wird direkt durch gleichzeitige Drehzahlveränderungen bei Rotor (1)
und Richtmasse (2) oder durch Veränderung der Größe der Richtmasse
(2) eingestellt.
- 4. Durch gegenläufige
Rotationssysteme kann Beschleunigung oder auch Verzögerung wegen
der Möglichkeit
von Kompensation der wirksamen Fliehkräfte, die wirksame resultierende
Fliehkraft sehr fein eingestellt werden.
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Vergleicht
man die Leistungsausbeute einer erfindungsgemäßen Maschine mit dem Stand
der Technik, so kann gemäß Beispiel
5/Fliehkraft (Fz5) und Rechenbeispiel 5/Leistung
(P) mit der Tragkraft einer modernen Ariane-5 Rakete festgestellt
werden, daß die
erfindungsgemäße Maschine
mit einer Masse von 600 kg des Rotationssystems und einer Gesamtmasse
von ca. geschätzt
12.000 kg~, also einem Gewicht von 12.000 kg × 9,81 m/s2 =
117.720 kgm/s2 (N) oder = 117 kN (~11,7t)
einen Schub von 4.000 kN (~400t) entwickeln kann.
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Die
erfindungsgemäße Maschine
zur Impulsänderung,
könnte
400t abzüglich
der Masse der Maschine = 11,7t ~ 388t Nutzlast und Treibstoff zuladen.
Das Gefäßsystem
bleibt intakt, Treibstoffe können
nachgeladen werden. Im Weltall kann durch Fotovoltaiksysteme fortwährend über Licht
und andere Strahlung Energie getankt werden, wobei durch das Z.B.
elektrisch angetriebene Rotationssystem keine Massen im Weltraum
verloren gehen. Genau so verhielte es sich bei Anwendung von Atomreaktoren
zur Erzeugung von Elektroenergie wobei die erfindungsgemäße Schuberzeugung,
ohne Masseverluste, im Weltall funktioniert.
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Als
Beispiel für
den Stand der Technik, wird auf die Spitzenleistung der europäischen Trägerrakete
Ariane-5 verwiesen, diese hat ein Gesamtgewicht von ca. 690t.
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Diese
für den
Stand der Technik gewählte
Trägerrakete
Ariane-5 entwickelt In der 1. Stufe einen Schub von 684t, in der
2. Stufe einen Schub von 116t und in der 3. Stufe einen Schub von
3t. Die antreibenden Massen werden zur Schuberzeugung weggeschleudert,
das Gefäßsystem
geht verloren. Ein Nachladen im Weltraum ist nicht möglich.
-
- 1
- Rotor,
links
- 1.1
- Rotor,
rechts
- 2
- Richtmasse,
links
- 2.1
- Richtmasse,
rechts
- 3
- Bahn,
links
- 3.1
- Bahn,
rechts
- 4
- Rotorachse,
links
- 4.1
- Rotorachse,
rechts
- 5
- Kardanachse
- 6
- Schleifkontaktträger, links
- 6.1
- Schleifkontaktträger, rechts
- 7
- Schleifringe,
links
- 7.1
- Schleifringe,
rechts
- 8
- Statorträger-Rotor,
links
- 8.1
- Statorträger-Rotor,
rechts
- 9
- Stator-Rotor,
links
- 9.1
- Stator-Rotor,
rechts
- 10
- Stator-Richtmasse,
links/horizontal
- 10.1
- Stator-Richtmasse,
rechts/horizont.
- 11
- Stator-Richtmasse,
links/vertikal
- 11.1
- Stator-Richtmasse,
rechts/vertikal
- 12
- Kardanringe
- 13
- Maschinenbasis
- 14
- Massenspeicher-Flüssigmetall,
links
- 14.1
- Massenspeicher-Flüssigmetall,
re.
- 15
- Pumpe
für Flüssigmetall,
links
- 15.1
- Pumpe
für Flüssigmetall,
rechts
- 16
- Leitung
für Flüssigmetall,
links
- 16.1
- Leitung
für Flüssigmetall,
rechts
- 17
- Rotor-Käfig
- 18
- Radiallager-Richtmasse,
links
- 18.1
- Radiallager-Richtmasse,
rechts
- 19
- Stellmotor-Kardanring,
links
- 19.1
- Stellmotor-Kardanring,
rechts
- 20
- Trennwand
- 21
- Drehzentrum-links
- 21.1
- Drehzentrum-rechts
- 22
- Elektromotor
- 23
- Laufrad-Antrieb-Richtmasse
- 24
- Laufrad-Antrieb-Richtmasse
- 25
- Fahrzeug
mit Richtmasse
- 26
- Schleifring-Rotor,
links
- 26.1
- Schleifring-Rotor,
rechts
- 27
- Antriebsnut
- 28
- Andruckrolle
- 29
- Stellarm
- 30
- Stelltrieb
- Fz
- Fliehkraft
- r
- Bahnradius
- νRo
- Umfangsgeschwindigkeit-Rotor
- νRm
- Umfangsgeschwindigkeit-Bahn
- ωRo
- Winkelgeschwindigkeit-Rotor
- ωRm
- Winkelgeschwindigkeit-Bah
