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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Motor, der in der Lage
ist, mit sehr hoher Leistung zu arbeiten. Dieser Motor kann auf zahlreichen
Gebieten zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel für den Antrieb jeglicher Art von
Fahrzeugen, zum Beispiel von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, Zügen
usw.. Er kann auch in Zentralen für die Erzeugung von Energie verwendet
werden. Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung berührt somit alle
Gebiete, in denen eine Energieversorgung erforderlich ist.
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Das Arbeitsprinzip dieser Art von Motoren basiert auf einer speziellen
Verwendung der klassischen elektromagnetischen Kräfte.
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Die Prinzipien der Energie- und Impulserhaltung gelten nur für geschlossene
Systeme, in welchen die im Spiel befindlichen Kräfte dem 3. Newtonschen Prinzip
gehorchen, daß actio gleich reactio ist. Hieraus folgt die Möglichkeit von offenen
Systemen, wenn die im Spiel befindlichen Kräfte nicht dem 3. Newtonschen
Prinzip gehorchen, wie dies bei der elektromagnetischen Lorentz-Kraft der Fall ist,
weil in der Gleichung dieser Kraft ein magnetischer Term enthalten ist.
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Hieraus folgt, daß ein Paar von geladenen Teilchen, die miteinander in
Wechselwirkung stehen, in der Lage sein muß, sich ohne von außen wirkende Kraft
spontan in Bewegung zu setzen. In gleicher Weise muß ein mit Hochspannung
geladener Kondensator in der Lage sein, sich selbst in Bewegung setzen zu
können. Zahlreiche Experimente, die mit Kondensatoren durchgeführt wurden, haben
dieses Phänomen nachgewiesen.
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Insbesondere beschreibt das englische Patent Nr.300 311, das 1928 für T.T.
BROWN erteilt wurde, einen Linearmotor bzw. einen Rotationsmotor, der dieses
Prinzip nutzt. T.T. BROWN schreibt dies jedoch einem Anti-Gravitations-Effekt zu,
der sich aus der einfachen Polarisation der Kondensatoren ergibt, während
jedoch die entwickelte Kraft tatsächlich lediglich aus dem Spiel der klassischen
elektromagnetischen Kräfte resultiert.
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Bei einer Ausführungsform eines Motors, die in der oben erwähnten Druckschrift
beschrieben wird, sind die Kondensatoren in Form von leitfähigen Platten radial
um eine Achse in regelmäßiger und gleichförmiger Weise angeordnet Diese
Anordnung ermöglicht es jedoch nicht, einen maximalen Effekt der entwickelten
Kraft zu erzeugen. Tatsächlich ergibt sich bei einer homogenen Verteilung der
Kondensatoren, wie sie von BROWN vorgesehen wird, daß für drei aufeinander
folgende beliebige Platten, die -, +,-, geladen Sind, sich die im Spiel befindlichen
Kräfte nahezu vollständig kompensieren.
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Darüber hinaus existiert bei dem Motor von Brown keine Einrichtung, die es
ermöglicht, die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors zu steuern bzw. zu regeln.
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Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, einen Motor zu schaffen, der dieses
elektromagnetische Phänomen in optimaler Weise nützt und bei dem die
Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ausgezeichnet steuerbar ist.
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Um dies zu erreichen, hat die vorliegende Erfindung einen elektrostatischen
Motor zum Gegenstand, der einen Rotor umfaßt, der von einer Gruppe von
Kondensatoren gebildet wird, wobei diese Kondensatoren von Metallplatten gebildet
werden, die radial um eine Rotationsachse angeordnet und in ein dielektrisches
Material eingebettet sind, wobei die Hälfte der Platten mit dem positiven Pol eines
Hochspannungsgenerators verbunden ist, während die andere Hälfte der Platten
mit dem negativen Pol des Hochspannungsgenerators verbunden ist, und ist
dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Metallplatten, die radial angeordnet
sind, um die Rotationsachse herum Winkelabstände aufweisen, die nicht konstant
sind. Die Summe der elektromagnetischen Kräfte, die durch die von den
Kondensatoren erzeugten Felder induziert werden, resultiert somit in einer von
Null verschiedenen Komponente.
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Vorteilhafterweise ist der Rotor von einem Stator umgeben, der von einer
elektrischen Wicklung gebildet wird, die eine mit der Rotationsachse des Rotors
zusammenfallende Symmetrieachse besitzt, wobei die Wicklung von einem Strom
mit umkehrbarer Richtung durchflossen wird.
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Vorzugsweise sind die Metallplatten paarweise in Platten mit entgegengesetzter
Spannung aufgeteilt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen die Metallplatten eine
konstante Dicke, wobei jedes Paar von einer Schicht aus dielektrischem Material
getrennt wird, die einen im wesentlichen konischen Querschnitt aufweist.
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Alternativ hierzu besitzen die Metallplatten einen im wesentlichen konischen
Querschnitt und ist jedes Paar von einer Schicht aus dielektrischem Material mit
konstanter Dicke getrennt.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei in nicht einschränkender Weise
Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.
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In der Zeichnung zeigen:
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Fig.1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Rotors eines Motors
gemäß der vorliegenden Erfindung,
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Fig.2 eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Motors
gemäß der Erfindung und
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Fig.3 eine Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Motors
gemäß der Erfindung.
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In Fig.1 ist ein zylindrischer Rotor 1 dargestellt, der eine Rotationsachse 3 besitzt,
die von einer Muffe 4 aus isolierendem Material umgeben ist. Die isolierende
Muffe 4 nimmt eine Vielzahl von Metallplatten 2, 2' auf, die längs der
Rotationsachse 3 radial angeordnet sind. Die Hälfte der Platten 2 ist mit dem positiven
Pol eines (nicht dargestellten) Hochspannungsgenerators verbunden, während
die andere Hälfte 2' mit dem negativen Pol des gleichen Generators verbunden
ist. Die Verbindung der verschiedenen Platten 2, die mit dem positiven Pol des
Generators verbunden sind, erfolgt mit Hilfe einer leitfähigen Platte 5, die das eine
Ende des Zylinders bildet, und an der die positiv geladenen Platten befestigt sind.
Somit ist die Platte 5 mit dem positiven Pol des Hochspannungsgenerators
verbunden. In entsprechender Weise sind die Platten 2' vermittels einer Endplatte 5'
negativ geladen, wie dies in Fig.1 gezeigt ist. Die Platten 2 und 2' sind
alternierend um die Rotationsachse 3 in der Weise angeordnet, daß eine Gruppe von
Kondensatoren gebildet wird.
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Die Hochspannungsversorgung der Kondensatoren des Rotors kann auf zwei
verschiedene Arten erfolgen: Entweder durch Gleitkontakte, die an jeder der
Platten 5 und 5' angeordnet sind, oder durch zwei Entlader, die von den
beweglichen Metallplatten der Platten 5, 5' und von feststehenden Metallplatten gebildet
werden, die mit der Hochspannungsquelle verbunden sind und den Platten
gegenüber liegen. Der Abstand zwischen jeder der feststehenden und beweglichen
Metallplatten, die den Entlader bilden, wird in der Weise gewählt, daß ein
Kurzschluß erzeugt wird, der es ermöglicht, die Kondensatoren des Rotors zu laden.
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Gemäß der Erfindung sind die verschiedenen Platten 2 und 2' paarweise
angeordnet. Eine Platte 2', die negativ geladen ist, besitzt einen größeren
Winkelabstand von der positiven geladenen Platte 2 des benachbarten Kondensators als
von der positiv geladenen Platte 2, mit der sie einen Kondensator bildet. Die
Platten sind in nicht homogener Weise paarweise angeordnet und der
Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Platten ist somit nicht konstant. Dieses
Merkmal
ist wesentlich, da es die Erzielung einer globalen Komponente der durch die
Gesamtheit der Kondensatoren entwickelten Kraft ermöglicht, die von Null
verschieden ist.
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Die verschiedenen Platten 2 und 2' sind andererseits in ein dielektrisches Material
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gute Festigkeit des Rotors sicherzustellen und die Gefahr zu vermindern, daß es
zu einem Durchschlag bei den mit Hochspannung versorgten Kondensatoren
kommt.
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Die Fig.2 und 3 zeigen zwei Varianten von Ausführungsformen eines Motors. Bei
der Ausführungsform aus Fig.2 haben die Platten 2, 2' eine konstante Dicke und
sind folglich durch eine Lage aus dielektrischem Material getrennt, die eine im
Querschnitt konische Form besitzt. Die Abmessung ("Dicke") der konischen,
dielektrischen Schicht ist ebenfalls von einem Plattenpaar zum anderen verschieden.
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Bei der Ausführungsform in Fig. 3 besitzen die Platten 2, 2' einen konischen
Querschnitt derart, daß die dielektrischen Schichten, die die Platten voneinander
trennen, eine konstante Dicke besetzen.
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Der mit Platten konstanter Dicke ausgerüstete Motor (Fig. 2) ist sehr einfach zu
realisieren, da die verwendeten Platten im Handel zur Verfügung stehen, was die
Herstellungskosten des Motors beträchtlich vermindert. Umkehrt ist der mit
Platten mit konischem Querschnitt ausgestattete Motor (Fig.3) schwieriger
herzustellen, wegen der besonderen Geometrie der Platten, die speziell gegossen oder
extrudiert werden müssen.
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Diese letztgenannte Ausführungsform liefert jedoch bessere Ergebnisse, so daß
sie vorzuziehen ist. Die Leistung ist höher weil die Dicke der Schicht aus
dielektrischem Material konstant und sehr gering gehalten wird. Die durch derartige
Kondensatoren erzeugte Kraft ist aufgrund ihrer umgekehrt proportionalen Relation
zum Abstand beträchtlich, der die Platten des Kondensators voneinander trennt.
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Der Rotor ist auch von einem Stator 7 umgeben, bei dem es sich um eine
elektrische Spule bzw. Wicklung handelt, die von einem Strom durchflossen wird und
deren Symmetrieachse mit der Rotationsachse 3 des Rotors zusammenfällt. Die
Verwendung dieser Wicklung 7 dient dazu, die Rotationsgeschwindigkeit des
Rotors 1 zu steuern. Tatsächlich erfahren die Elektronen, die in den Metallplatten
2 und 2' einer Zentrifugalkraft unterworfen sind, entsprechend dem Richtungssinn
des Stroms in der Wicklung eine ergänzende Kraft, woraus sich ergibt, daß sich
die Wirkung dieser Elektronen je nach dem Richtungssinn des Stroms zu dem
betrachteten Effekt hinzufügt oder von ihm abzieht.
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Eine näherungsweise Untersuchung der zwischen zwei Platten erzeugten Kraft
gibt eine Einschätzung dieser Kraft gemäß der Formel:
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FG = 2N²q²(U.V)R/(c²R³)
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wobei N die Anzahl der betroffenen geladenen Teilchen, U die
Ionengeschwindigkeit im Raum, V die Relativgeschwindigkeit der Elektronen bezüglich der Ionen
und R = ri - rc der Abstand zwischen den Elektronen und Ionen einer jeden Platte
eines Kondensators ist. Die oben wiedergegebene Formel impliziert, daß die
erzeugte Kraft FG in einer von den negativen Ladungen zu den positiven Ladungen
weisenden Richtung gerichtet ist.
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Aus der obigen Formel ergibt sich, daß man an die Gesamtheit der
Kondensatoren eine Hochspannung von mehr als 50 kV anlegen muß, um den Rotor in
Bewegung zu setzen und eine akzeptable Geschwindigkeit zu erhalten. Eine durch
Experimente bestätigte theoretische Untersuchung zeigt, daß dieser Motor bei
einer angelegten konstanten Spannung aus den folgenden Gründen eine
beträchtliche Geschwindigkeit erreichen kann:
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- die Zentrifugalkraft und die Zusatzkraft, die von der elektrischen Wicklung
stammt, steigern in Abhängigkeit von der Zeit die Anzahl von Elektronen
(und infolge hiervon die Anzahl der Ionen), die am Effekt der erzeugten Kraft
teilhaben, die somit in Abhängigkeit von der Zeit wächst, und
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- die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors nähert sich der Geschwindigkeit U
der Ionen im Raum, was die erzeugte Kraft verstärkt.