DE19818832A1

DE19818832A1 - Light mill based on radiometer effect as a decorative object

Info

Publication number: DE19818832A1
Application number: DE1998118832
Authority: DE
Inventors: Andreas Biedermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 1999-11-18

Abstract

The vane arrangement of the mill is coupled to a first magnetic or magnetizable body (1) and the vessel containing the vanes to a second magnetic or magnetizable body (2). The force of attraction between the two is chosen to be greater than the total weight of the vanes and any attachments

Description

State of the art

Der Radiometereffekt soll bereits 1825 von A. J. FRESNEL entdeckt worden sein. WILLIAM CROOKES nutzte später den Effekt zur Herstellung eines sich fortwährend drehenden Radiometers (Lichtmühle). Die Lichtmühlen sind physikalische Spielzeuge, die offenbar immer auf ein gewisses Interesse stoßen, so daß Lichtmühlen schon seit langem kommerziell vertrieben werden. Die Erklärung zum Aufbau und zur Funktionsweise findet sich in vielen Physik-Lehrbüchern (beispielsweise: GRIMSEHL, Lehrbuch der Physik, Drit ter Band, Optik, Leipzig 1952, S. 51/1/) und sogar in allgemeinbildenden Enzyklopädien (beispielsweise BROCKHAUS-Enzyklopädie: in 24 Bd. 19. Auflage, Bd. 18, Seite 21/2/).The radiometer effect is said to have been discovered by A. J. FRESNEL in 1825 be. WILLIAM CROOKES later used the effect of continually making one rotating radiometer (light mill). The light mills are physical toys that apparently always met with some interest, so lightmills have been around for a long time be sold commercially. The explanation of the structure and how it works can be found found in many physics textbooks (for example: GRIMSEHL, Textbook of Physics, Drit ter Band, Optik, Leipzig 1952, p. 51/1 /) and even in general educational encyclopedias (For example, BROCKHAUS encyclopedia: in 24 vol. 19th edition, vol. 18, page 21/2 /).

Die Funktion des Radiometers beruht auf der unterschiedlichen Erwärmung von Oberflächen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Die auf die wärmere Oberflä che auftreffenden Gasmoleküle werden mit größerer Geschwindigkeit reflektiert, so daß ein Rückstoß resultiert. Die Oberflächen befinden sich auf Anordnungen, welche oft als Flügel bezeichnet werden. Diese Flügelanordnungen sind so gestaltet, daß aus dem Rück stoß ein Drehmoment um eine - in der Regel vertikale - Achse entsteht.The function of the radiometer is based on the different heating of Surfaces with different optical properties. The on the warmer surface che impinging gas molecules are reflected at greater speed, so that a recoil results. The surfaces are on arrangements, which are often called Wings are called. These wing arrangements are designed so that from the back a torque occurs about an - usually vertical - axis.

Für die Nutzung als Radiometer ist es ausreichend die Flügelanordnung an ei nem Torsionsfaden auftuhängen. Die Torsion ist dann ein Maß für die Beleuchtungsstärke. Für Nutzung als Lichtmühle ist dagegen eine Lagerung erforderlich, die freies Drehen er möglicht. Die Güte dieser Lagerung hat Einfluß auf die Umdrehungsgeschwindigkeit der Lichtmühle. Verluste im Lager sind schädlich für die Funktion der Lichtmühle. So daß bei Lichtmühlen Spitzenlagerung angewandt wird, die kleinste Verluste aufweist (Fig. 1a, 1b). Die gesamte Flügelanordnung wird auf möglichst kleine Verluste der Lagerung ausgerich tet. Das bedeutet insbesondere die Forderung nach sehr kleinem Gewicht der Flügelanord nung. For use as a radiometer, it is sufficient to hang the wing arrangement on a torsion thread. The torsion is then a measure of the illuminance. For use as a light mill, on the other hand, storage is required, which enables free rotation. The quality of this bearing affects the speed of rotation of the light mill. Losses in the warehouse are harmful to the function of the light mill. So that tip storage is used with light mills, which has the smallest losses ( Fig. 1a, 1b). The entire wing arrangement is aligned on the smallest possible losses in storage. This means in particular the requirement for a very small weight of the wing arrangement.

Die Forderung nach kleinem Gewicht ist eine technische Einschränkung, die die Gestaltungsmöglichkeiten begrenzt.The requirement for small weight is a technical limitation that the Design options limited.

Die Spitzenlagerung verlangt besondere konstruktive Maßnahmen:
die Auflagefläche der Nadelspitze muß oberhalb des Schwerpunkts der Flügelanordnung liegen (sofern keine weiteren konstruktiven Maßnahmen vorhanden sind, die Kippen ver hindern), das Gewicht wirkt nach unten, deshalb ist ein Träger für die Auflagefläche erforderlich, der unterhalb der Flügelanordnung verläuft,
die Flügelanordnung muß Aussparungen für die Stellen aufweisen, die durch den Träger beansprucht werden.Top storage requires special design measures:
the contact surface of the needle tip must be above the center of gravity of the wing arrangement (if there are no other design measures that prevent tipping), the weight acts downwards, therefore a support for the contact surface that runs below the wing arrangement is required,
the wing arrangement must have recesses for the locations which are occupied by the carrier.

Diese besonderen konstruktiven Maßnahmen ergeben weitere technische Ein schränkungen. Insgesamt sind viele Gestaltungsmöglichkeiten, die gerade für die Nutzung als dekoratives Objekt wünschenswert sind, stark begrenzt. Insbesondere wäre es sehr aufwendig, ein Objekt als Flügelanordnung herzustellen, welches mechanisch stabil, kom pliziert und unsymmetrisch gestaltet ist.These special design measures result in further technical input restrictions. Overall, there are many design options that are just for use are highly desirable as a decorative object. In particular, it would be very complex to produce an object as a wing arrangement, which is mechanically stable, com is complicated and asymmetrical.

Object of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtmühle zu schaffen, deren Lagerung die bisherigen technischen Einschränkungen beseitigt.The object of the invention is to provide a light mill, the storage of which previous technical restrictions removed.

Presentation of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß
die Flügelanordnung mit einem ersten magnetischen oder magnetisierbaren Körper ver bunden wird,
mit dem Gefäß der Lichtmühle ein zweiter magnetischer oder magnetisierbarer Körper verbunden wird,
die Anziehungskraft zwischen erstem und zweitem magnetischen oder magnetisierbaren Körper größer eingestellt wird als das Summengewicht aus Flügelanordnung und aller da mit verbundenen Teile. The object of the invention is achieved in that
the wing arrangement is connected to a first magnetic or magnetizable body,
a second magnetic or magnetizable body is connected to the vessel of the light mill,
the force of attraction between the first and second magnetic or magnetizable body is set greater than the total weight from the wing arrangement and all parts connected there.

Eine Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt, dort ist der erste magnetische oder magnetisierbare Körper mit 1 und der zweite magnetische oder magnetisierbare Kör per mit 2 bezeichnet.An embodiment is shown in Fig. 2, where the first magnetic or magnetizable body is denoted by 1 and the second magnetic or magnetizable body by 2 .

Für die Kombination der beiden Körper kommen folgende Möglichkeiten in Frage:
beide Körper sind magnetisch - Anziehung bei geeigneter Polung
ein Körper ist magnetisch, der andere ist magnetisierbar - immer Anziehung
beide Körper sind magnetisierbar - Anziehung bei Anlegen eines äußeren Magnetfelds.The following options are possible for the combination of the two bodies:
both bodies are magnetic - attraction with appropriate polarity
one body is magnetic, the other is magnetizable - always attraction
both bodies are magnetizable - attraction when an external magnetic field is applied.

Als Ausführungsbeispiel wird als erster Körper eine handelsübliche Stopfnadel eingesetzt, als zweiter Körper ein Permanentmagnet auf Ferrit-Basis. Ausgewählt wird ein Permanentmagnet mit einem Magnetfeld, das die Nadel mit einer Kraft von 0,01 N anzieht. An der Flügelanordnung wird ein Faden befestigt. Am anderen Ende wird der Faden an der Öse der Nadel befestigt. Durch die Verwendung eines Fadens kann die Flügelanordnung sich gemäß ihres Schwerpunkts allein ausrichten. Nadel, Faden und Flügelanordnung mö gen zusammen eine Masse von 1 g besitzen. Daraus resultiert ein Gewicht von 0,00981 N. Bei der herkömmlichen Anordnung würde die Auflagefläche zwischen Nadel und Pfanne mit der dem Gewicht identischen Kraft belastet. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird die Auflagefläche nur mit der Differenz aus Anziehungskraft und Gewicht, also mit 0,00019 N belastet. Die herkömmliche Anordnung würde bei gleichem Gewicht um den Faktor 50 höhere Reibungsverluste im Lager aufweisen.As an exemplary embodiment, a commercially available darning needle is used as the first body used as a second body, a permanent magnet based on ferrite. A is selected Permanent magnet with a magnetic field that pulls the needle with a force of 0.01 N. A thread is attached to the wing arrangement. At the other end, the thread is on the Eyelet attached to the needle. By using a thread, the wing assembly can align themselves according to their focus. Needle, thread and wing arrangement possible together have a mass of 1 g. This results in a weight of 0.00981 N. In the conventional arrangement, the contact surface between the needle and pan loaded with the force identical to the weight. In the embodiment according to the invention the contact surface is only with the difference of attraction and weight, i.e. with 0.00019 N loaded. The conventional arrangement would around the same weight 50 times higher friction losses in the bearing.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung ist es einleuchtend, daß nahezu beliebig geformte Objekte "aufgehängt" werden können. Insofern sind Herstellung und Montage der Lichtmühle wesentlich vereinfacht.Because of the arrangement according to the invention, it is obvious that almost objects of any shape can be "hung". In this respect, manufacturing and Assembly of the light mill is significantly simplified.

Die Zugfestigkeit eines dünnen Fadens ist erheblich größer als die Knickfestig keit. So daß die erfindungsgemäße Anordnung erstmals die Möglichkeit eröffnet, Lichtmüh len mit Objekten zu gestalten, die sich scheinbar frei im Raum drehen. Dann nämlich wenn der Faden so dünn gemacht wird, daß er bei üblicher Beleuchtung praktisch nicht zu er kennen ist.The tensile strength of a thin thread is considerably greater than the kink resistance speed. So that the arrangement according to the invention opens up the possibility for the first time design with objects that seem to rotate freely in space. Then when the thread is made so thin that it is practically not he under normal lighting is known.

Für die resultierende Kraft auf die Auflagefläche der Nadel ist die Differenz aus Anziehungskraft und Gewicht maßgebend. Bei bestimmter Differenz ist die Auflagekraft völlig unabhängig von der Masse. D. h. es können beliebig schwere Flügelanordnungen verwendet werden. Allerdings steigt dann auch die Trägheit der Anordnung und bei Er schütterungen besteht die Gefahr, daß die Körper voneinander abfallen. Abhilfe schafft die Anordnung einer Abfallsicherung, welche den maximalen Abstand der beiden magneti schen oder magnetisierbaren Körper auf einen solchen Abstand begrenzt, daß die Körper wieder zur Anziehung gebracht werden können. Dargestellt ist eine solche Abfallsicherung in Fig. 4. Dort begrenzt ein Drahtbügel 4 den maximalen Abstand. Bei normaler Funktion verursacht der Drahtbügel keine zusätzliche Reibung, insofern beeinträchtigt die Abfallsi cherung nicht die Funktion der Lichtmühle. Lediglich das zusätzliche Gewicht des Drahtbü gels muß berücksichtigt werden.The difference between the force of attraction and weight is decisive for the resulting force on the contact surface of the needle. With a certain difference, the contact force is completely independent of the mass. That is, arbitrarily heavy wing arrangements can be used. However, the inertia of the arrangement then increases and when it shakes, there is a risk that the bodies will fall apart. Remedy is the arrangement of a waste protection, which limits the maximum distance between the two magnetic or magnetizable body to such a distance that the body can be brought back to attraction. 4 is shown a wire bracket such a dropout fuse in Fig. 4. There limits the maximum distance. In normal operation, the wire bracket does not cause any additional friction, so the fall protection does not affect the function of the light mill. Only the additional weight of the wire bracket must be taken into account.

Es ist nicht immer notwendig, den magnetischen oder magnetisierbaren Körper 2 zusätzlich anzuordnen. Dann nämlich, wenn das Gefäß teilweise aus einem magneti schen oder magnetisierbaren Material besteht. Beispielsweise dargestellt in Fig 3a. Dort wird der magnetische oder magnetisierbare Körper 2 von einem bereits vorhandenen me tallischen Deckel gebildet.It is not always necessary to additionally arrange the magnetic or magnetizable body 2 . This is because when the vessel is partially made of a magnetic or magnetizable material. For example, shown in Fig. 3 a. There the magnetic or magnetizable body 2 is formed by an already existing metallic cover.

Die beiden magnetischen oder magnetisierbaren Körper müssen nicht unmittel bar an der Berührungsfläche aufeinandertreffen. Das Magnetfeld kann nichtmagnetische oder nichtmagnetisierbare Materialien durchdringen, so daß zwischen den beiden magne tischen oder magnetisierbaren Körpern ein nichtmagnetisches oder nichtmagnetisierbares Material angeordnet werden kann. Vorteile entstehen, wenn eine Pfanne aus einem Materi al geformt wird, welches geringste Reibung verursacht. Eine solche Anordnung ist darge stellt in Fig. 3b, wo sich zwischen den beiden magnetischen oder magnetisierbaren Kör pern eine Pfanne aus nichtmagnetischem oder nichtmagnetisierbarem Material 3 befindet. Auch kann es technologisch vorteilhaft sein, den Magneten an der Außenwand des Gefä ßes zu befestigen - wenn die Gefäßwand aus einem nichtmagnetischen oder nichtmagne tisierbaren Material besteht.The two magnetic or magnetizable bodies do not have to meet directly at the contact surface. The magnetic field can penetrate non-magnetic or non-magnetizable materials, so that a non-magnetic or non-magnetizable material can be arranged between the two magnetic tables or magnetizable bodies. Advantages arise when a pan is formed from a material that causes the least friction. Such an arrangement is shown in FIG. 3b, where there is a pan made of non-magnetic or non-magnetizable material 3 between the two magnetic or magnetizable bodies. It can also be technologically advantageous to attach the magnet to the outer wall of the vessel - if the vessel wall consists of a non-magnetic or non-magnetic material.

Claims

1. Light mill with a wing arrangement rotatably mounted on a small contact surface within a vessel with low gas pressure, characterized in that
the wing arrangement is connected to a first magnetic or magnetizable body,
a second magnetic or magnetizable body is connected to the vessel of the light mill,
the force of attraction between the first and second magnetic or magnetizable body is greater than the total weight of the wing arrangement and all the parts connected to it.

2. Light mill according to claim 1, characterized in that a waste protection is is what the maximum distance between the two magnetic or magnetisierba Ren body limited to such a distance that the body again to attraction can be brought.

3. Light mill according to claims 1 or 2, characterized in that between the at the magnetic or magnetizable bodies are non-magnetic or non-magnetic gnetizable material is arranged.