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Kreisel-Antrieb.
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Der Erfindungsgegenstand stellt einen neuartigen Kreisel-Antrieb dar,
wobei unter Verwendung rotierender, schwerer Kreisel in Verbindung mit einer erzwungenen
Präzession Kräfte freigesetzt werden, die für beliebige Antriebszwecke ausnutzbar
sind, insbesonders für Transportmittel aller Art, zu Lande, zu Wasser, in der Luft
so.rsrie auch im freien Raum.
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Im allgemeinen werden Transportmittel fortbewegt, indem Aktions- und
Reaktionskräfte wirksam ausgenutzt werden, wobei normalerweise diese beiden Kraftwirkungen
in einen der entgegengesetzten Richtungen verlaufen, wobei ein ge wiser Anteil dieser
Kraftwirkungen auch andere Richtungen aufweist, beispielsweise die Reaktionskraft
von Rotationsmaschinen in Kraftfahrzeugen.
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Es ergeben sich völlig neue Aspekte, wenn es gelingt, ein System zu
entwickeln, bei dem die Reaktionskräfte in ei ner Ebene verlaufen, die von der Aktionskraft
senkrecht, durchstoßen wird. Dieses ist bei einem Rotationssystem der Fall, wobei
die Reaktionskräfte der eingebrachten Rotationsenergie an einen Kreis in einer Ebene
tangierend
angreifen, und wenn dieses System die Eigenart aufweist,
in Richtung der Rotationsachse eine Aktionskraft, d.h£ eine mechanische Schubkraft
wirksam werden zu lassen.
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Ein derartiges Antriebssystem weist ungewöhnliche Eigen schaften auf,
es stellt quasi einen Motor mit einer eine nen Schubkraft dar, der in einem Kraftfahrzeug
verwendet, dieses weitgehend auf beliebig glatter Fahrbahn rutsc.hfest macht, weil
jetzt die Kraftübertragung vom Antrieb über die Räder zur Fahrbahn entfällt.
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Die Anwendung dieses neuen Antriebssystem bedeutet bei einem Wasserfahrzeug,
daß auf eine Schiffschraube verzichtet werden kann, daß dieses in gleicher Weise
wie ein Landfahrzeug schnell starten und bremsen kann.
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Wird ein Flugzeug mit diesem System ausgestattet dann werden keine
Propeller, Dtisenantriebe oder sonstige lautstarken Antriebsmittel mehr benötigt.
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Bei der Verwendung in der Raumfahrtechnik kann der Aktionsradius der
Raumfahrzeuge wesentlich vergrößert werden, da die üblichen Rückstrahltriebwerke
mit dem seLr kleinem Wirkungsgrad nunmehr nunmehr durch ein Antriebssystem mit sehr
hohem Wirkungsgrad ersetzt werden.
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Dieser hohe Wirkungsgrad bietet weiterhin eine günstige Voraussetzung
für die wirtschaftliche Verwendung von kinetischen Energiespeichern bei den o.a.
Transportmitteln, ein Argument, das angesichts der Umweltverschmutzung eine erhebliche
Rolle spielt.
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L's muß als technischer Fortschritt angesehen werden, wenn es gelingt,
ein derartig vorteilhaftes Antriebssystem riit wirtschaftlich tragbaren Mitteln
funktionssicher zu erstellen.
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hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Kreisel system zu verwenden,
bestehend aus mindestens zwei rotierenden kreisel, die in einer erzvningenen Präzession
um eine Hauptachse rotieren, wobei weiterhin erfindungsgemaße Maßnahmen getroffen
werden, die aus diesem System Kraftwirkungen in Richtung der Hauptachse freisetzen,
die für die beschriebenen Antriebszwecke ausgenutzt werden.
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Zur besseren Verständlichmachung dieser relativ komplizierten Zusammenhänge
wird im Folgenden schrittweise an den Erfindungsgedanken herangeführt.
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Ausgehend von den bekannten Kreiselgesetzen erzeugt ein rotierender,
schwerer Kreisel auf seine Achse ein Moments wenn er zusätzlich um eine auf der
Kreiselebene befindlichen Hauptachse gedreht wird. im dieser Momentenbildung ist
die gesamte Schwungmasse des Kreisels beteiligt, auch dann, wenn sie als Rohr ausgebildet
ist.
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In Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen in schematischer Darstellungsart
ist ein solcher schwerer Kreisel dargestellt. Er besteht aus dem Rohr 1, das in
Pfeilrichtung um die Kreiselachse 2 rotiert. Zusätzlich wird es in Pfeilrichtung
üm die Hauptachse 3 gedreht. Nach den Kreisel gesetzen entsteht somit das durch
Pfeilrichtung an den
Enden der Kreiselachse 2 angegebene Moment,
das-auch durch Pfeile an den Schwerpunkten der Querschnittsflächen kenntlich gemacht
ist. Der Kreisel 1 ist mit den beiden Lagern 4 u. 5 auf seiner Welle 2 drehbar gelagert,
Da die gesamte Schwungmasse des Kreisels 1 an der Momentenbildung beteiligt ist,
fällt auch ein Anteil an dieser Momen tenbildun g auf den durch Schraffur gekennzeichneten
Abschnitt 6.
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Dieser Abschnitt 6 ist als eigener Kreisel 7 herausgetrennt und in
Fig. 2 dargestellt. Die Pfeile entsprechen hier denen in Fig. 1. Die Hauptachse
8 ist jetzt weit nach links gerückt. Wird die Kreiselachse 9 an der Schnittstelle
durch die Hauptachse 8 durch das Lager 10 unterstützt, dann ergibt sich sie bekannte
Anordnung eines Gyroskopes, bei dem die Wechselwirkung von Momentenbildung und Drehung
um die Hauptachse, hier Präzession genannt, auftritt. Hier ist zunächst das Moment
des Kreiseleigengewichtes vorhanden, dieses erzeugt in Verbindung mit der Kreiselrotation
eine Präzession, die wiederum ein Gegen moment erzeugt, so daß der Kreisel in einer
Art Gleichgewichtszustand um den Stützpunkt 10 kreist.
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Wird diese Präzession künstlich verzögert, dann wird damit die Momentenbildung
verringert, der Kreisel kippt nach unten ab; entsprechend kippt er ilach oben, wenn
die Präzession künstlich beschleunigt wird.
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Werden jetzt nach Fig. 3 die beiden Kreisel 11 u. 12 auf einer gemeinsamen
starten Achse 13 symmetrisch zu
der Lagerstelle 14 der Hauptachse
15 in entgegengesetzten Drehrichtungen rotierend angeordnet, dann befindet sich
das System zunächst ohne Momenten- und Präzessionsbildung ruhig im Gleichgewicht.
Wird jetzt in Pfeilrichtung durch eine äußere Kraft eine Präzession um die Hauptachse
15 aufgezwungen, dann entstehen die durch Pfeilrichtung angegebenen Momente, die
die Kreiselachse 13 auf Biegung beanspruchen. Die hierzu erforderliche Energie wird
sowohl aus der Rotationsenergie der Kreisel, als auch aus der aufgezwungenen Präzession
entnommene d.h. letztere arbeitet praktisch gegen die Kreiselrotation und bringt
diese zum Stillstand.
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Werden nach Fig. 4 die Kreisellager mit Gelenken 16 u. 17 ausgestattet,
dann können die Schwungmassen der Kreisel 18 u. 19 bei der Doppelrotation der Momentenbildung
folgen, sie kippen, wie gezeichnet um. Ein Ener-gielrerlust tritt nicht auf, die
Rotationsgeschwindigkeit um die Hauptachse 20 wird bei gleichmäßig eingebrachter
Kraft ständig beschleunigt Eine Kraftwirkung nach außen tritt.
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nicht auf.
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Werden nach Fig.5 die Gelenke 21 u, 22 in Dichtung zur Hauptachse
23 versetzt, dann treten wieder bei der Doppelrotation die bekannten Momente auf,
eine Biegespannung wird nicht erzeugt, vielmehr können die Kreisel 24 u, 25 nur
in der gezeichneten Stellung der Momenten bildung nachgeben, Damit haben sich aber
deutlich die Schwerpunkte der Kreisel 24 u. 25 nach oben bewegte Das entspricht
einer Schwerpunktsverlagerung des gesamten Systems.
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Durch die Zentrifugalkraftwirkung der Rotation um die Hauptachse 23
werden die Schwerpunkte der Kreisel nach außen, d.h. nach unten gedrückt; auch das
gibt eine Schwerpunktsbeeinflussung des Gesamtsystems. Schließlich erfolgt noch
eine unterschiedliche Beinflussung der Kreisel~ schwungmassen durch die Zentrifugalkraft
infolge der Schrägstellung der Kreisel, diese kippt die Kreisel wieder nach oben.
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Die Schwerpunkte der Kreisel folgen somit einer resultierenden Kraftkomponenten
aus diesen drei Krafteinflüssen Da das System syminetrisch aufgebaut ist, kann die
entsprechende Schwerpunktsverlagerung des Gesamtsystems nur auf der Hauptachse 23
erfolgen, das entspricht einer resultierenden Schubkraft in Richtung der Hauptachse.
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Durch konstruktive Maßnahmen in Verbindung mit den beiden Umlaufgeschwindigkeiten
können die einzelnen Krafteinflüsse und somit auch die resultierende Schubkraft
geändert werden.
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Es ist möglich, doch nicht wahrscheinlich, daß die Sunure sämtlicher
Frafteinflüsse gleich Null ist. Ist dieses er Fall, dann braucht nur ein weiterer
Krafteinfluß hinzugefügt werden, und das Kräftegleichgewicht ist wieder gestört.
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Die Kreisel sollen an ihren Lagerstellen 26 u. 27 angetrieben werden
In Fig. 6 sind diese Antriebsstellen und zugleich Lagers teilen 28 u. 29 innerhalb
der Gelenke 30
und 31. Letztere müssen somit als Kardan-Gelenke
o.ä.
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ausgebildet werden. Die zusätzliche Krafteinwirkung auf die Schwerpunkte
der Kreisel besteht nun darin, daß die im Gelenk abgeknickten Kreiselachsen sich
durch die Rotation wieder geradlinig auszurichten suchen.
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Diese Antriebssysteme lassen sich mathematisch mit allen Einzelheiten
erfassen und berechnen. Zur Erzielung optimaler Wirkungsgrade ist es zweckmäßig,
wenn eine weitere veränderliche Größe -rorgeæehen wird, ein Neigungswinkel der Kreiselachsen
32 u. 33 zur Hauptachse, wie es beispielhaft in Fig. 7 dargestellt ist.
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Die mathematische Ableitung liefert weitere Erkenntnisse darüber,
wie diese Antriebssysteme für die einzelnen Anwendungszwecke optimal ausgebildet
werden. So wurde beispielsweise mittels überschlägiger Berechnung für. ein Kraftfahrzeug
ein Antriebssystem entworfen wie es in Fig. 8 im Längsschnitt dargestellt ist. Es
entspricht dem in Fig. 7 angegebenen Schema, das für den Vorwärtelauf und für den
Bremsvorgang sowie Rückwärtslauf mit zwei einander entgegenwirkenden Kreiselsystemen
ausgestattet ist, die wahlweise in Tätigkeit gesetzt werden können.
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Nach Fig. 8 ist das gesamte System axial symmetrisch zur Hauptachse
35 aufgebaut. Auf der fest in nichteingezeichneten Fahrzeug angeschraubten Flanschplatte
36 ist das die wesentlichen Teile umschließende. Gehäuse 37 aufge--' schraubt. Letzteres
enthält in der oberen Stirnseite das Lager 38; in entsprechender Weise ist in der
Flanchplatte
das Lager 39 vorgesehen. Durch diese beiden Lager 38
u.39 verläuft die Welle 40, an der das Kegelrad 41 befestigt ist. Auf diese Welle
40 ist die Hohlvelle-42 aufgeschoben, auf der das Kegelrad 43 befestigt ist. Diese
beiden Kegelräder befinden sich in einem Raum, der aus der Lager schale 44 und dem
Lagerunterteil 45 gebildet ist, letzteres ist unten mit der Hohlwelle 46 verbunde.
Ferner sind in dem Lagerunterteil sechs kreisförmig verteilte Lagerstellen 47 vorgesehen,
in die die Wellen 48 frei drehbar eingesetzt sind; letztere tragen in dem Hohlraum
jeweils die Kegelritzel 49, die gemeinsam in kraftschlüssigem Eingriff zu dem Kegelrad
43 stehen.
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In gleicher Weise sind in der Lagerschale 44 die sechs Lager 50 vorgesehen,
in denen die Wellen 51 frei drehbar gelagert sind, diese tragen die Kegelritzel
52, die wiederum zu dem Kegelrad 41 in kraftschlüssigem Eingriff stehen.
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Die Lagerschale 44 und das Lagerunterteil 45 sind konzentrisch auf
der Welle 40 und der Hohlwelle 42 gelagert.
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Diese bauliche Einheit wird in dem Gehäuse 37 nach oben durch das
Drucklager 53 und nach unten durch das Drucklager 54 abgefangen, Die aus dieser
baulichen Einheit herausragenden Enden der Wellen 48 u. 51 tragen jeweils ein Kardan-Gelenk
55, in die jeweils die Kreisel 56 bis 59 (insgesamt 12 Kreisel) eingehängt sind.
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Unterhalb der Flanschplatte 36 ist an der Hohlwelle 46 das Stirnrad
60 befestigt, das zu dem Stirnritzel 61 in kraftschlüssigem Eingriff steht, letzteres
ist über die Welle 62 mit einem nichteingezeichneten Aggregat z. B.
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Motor verbunden.
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Die Welle 40 trägt an ihrem unteren Ende die Bremstrommel 63 mit den
Bremsbacken 64. In entsprechender Weise trägt die Hohlwelle 42 die Bremstrommel
65 mit den Bremsbacken 66.
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Sind die Bremsbacken 64 u. 66 gelöst, und ist ferner das Aggregat
in Gang gesetzt worden, dann wird über die Welle 62, das Stirnritzel 61, das Stirnrad
60, die Hohlwelle 46 das Lagerunterteil 45 und die Lagerschale 44 in Drehung versetzt.
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Die Kreisel werden sämtlich über die Kardan-Gelenke 55 mit herumgeschleudert
und stehen durch die Zentrifugalkraft bedingt senkrecht, wie auf der Zeichnung die
beiden Kreisel 57 u. 58. Die Kreisel führen keine Eigenrotation aus, sondern nehmen
über die Kegelritzel 49 u. 52, die Kegelräder 41 u 43 in ihrem Umlauf mit, damit
dreht sich über die Welle 40 die Bremstrommel 63 und über die Hohlwelle 42 die Bremstrommel
65. In diesem Leerlauf tritt keine äußere Kraftwirkung auf.
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Wird jetzt zum Start, wie rechtsseitig ron der Hauptwele 35 dargestellt,
die Bremsbacke 66 gegen die Bremstrommel 65 gedrückt, und diese damit zum Stillstand
gebracht, dann
bleibt gleichfalls die Hohlwelle 42 und damit das
Kegel rad 43 stehen. Nunmehr rollen sich die von dem rotieren den Lagerteil 45 mitgenommenen
Kegelritzel 49 auf dem feststehenden Kegelrad 43 ab, die Kreisel 56 geraten da mit
in Eigenrotatlon und erzeugen in Verbindung mit der Haupt rotation eine resultierende
Schubkraft in Pfeilrichtung nach oben also in Fahrtrichtung nach vorn und übertragen
diese Schubkraft über die Lagerteile 45 u, 44, über das Drucklager 53 auf das Gehäuse
37 ,daniit auf die Flanschplatte 36 und somit auf das Kraftfahrzeug, das da mit
anfährt.
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Die Kreisel 57 verbleiben während der Fahrt in der gezeichneten Neutralstellung,
sie liefern also keine Kraft.
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Zum Abbremsen wird die Bremsbacke 66 wieder gelost und> wie linksseitig
von der Hauptachse dargestellt, nunmehr mit der Bremsbacke 64 die Bremstrommel 63
zum Stillstand gebracht. Jetzt steht das Kegelrad 41 still, und die Kegelritzel
52 laufen darauf ab und versetzen die Kreisel 59 in Eigenrotation. Durch die Bnordnung
dieser Kreisel bedingt erfolgt jetzt in Pfeilrichtung eine Kraftwirkung nach unten,
geeignet zum Bremsen oder zur Rückfahrt.
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Dieses Ausführungsbeispiel stellt in keiner Weise eine grundsätzliche
Anwendungsform des Erfindungsgedankens dar, es soll lediglich gezeigt werden, wie
kompakt ein derartigen Antriebssystem ausgeführt werden kann, und wie relativ einfach
die Bedienung ist.
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In dieser Ausführungsform werden praktisch zur Betätigung nur zwei
Fußpedale benötigt, eines für die Vorwärtsfahrt, das die Bremsbacken 66 betätigt
und gleichzeitig beim weiteren Durchtreten die Funktion des üblichen Gaspedals übernimmt,
und eines zum Bremsen oder für die Rückwärtsfahrt, das die Bremsbacken 64 betätigt
und gleichzeitig beim weiteren Durchtreten durch erneute Brennstoffzufuhr die Bremswirkung
beliebig erhöht oder die Rückwärtsfahrt beschleunigt.
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Aller Voraussicht nach ist bei Verwendung dieses Antriebssystems kein
Schaltgetriebe mehr erforderlich, da die Umdrehungszahl des Aggregates unabhängig
der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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In vorteilhafter Weise kann das neue Antriebssystem auch für Steuerungszwecke
verwendet werden Hierzu ist entweder das gesamte Gehäuse schwenkbar zu machen oder
es sind weitere Kreiselsysteme vorzusehen, die unterschiedliche Schubliraftrichtungen
aufweisen, so daß aus diesen unterschiedliche endresultierende Schubkraftrichtungen
auszusteuern sinde Ferner können auch gleichgerichtete Antriebssysteme in Fahrtrichtung
nebeneinander angeordnet werden, mit denen ähnlich wie bei bekannten Kettenfahrzeugen
Fahrtrichtungsänderungen durchgeführt werden können.
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Das Ausschöpfen sämtlicher Verwendungrnö glichke iten dieser neuen
Kreiselsysteme ist an dieser Stelle nicht möglich aber auch nicht erforderlich.