Untaugliches

Quecksilberrad nach Bhaskara, 12. Jahrhundert

Kugellaufmaschine nach Jacob Leupold, einem Zeitgenossen Besslers aus Leipzig. Er beschäftigte sich intensiv mit der Mechanik von Maschinen und veröffentlichte seine Ideen in mehreren Büchern, die bis heute erhalten geblieben sind. Das bekannteste trägt den Titel ”Theatrum machinarum generale”. Siehe hierzu die folgenden Links:
http://books.google.com/books?id=sNMUAAAAQAAJ&source=gbs_similarbooks
http://www.deutsches-museum.de/bibliothek/unsere-schaetze/technikgeschichte/leupold/
http://www.faq-chemnitz.de/foerderzentrum/Rt/Leupold.htm

Um die Verhältnisse in diesem Rad schneller zu durchschauen, wurden die Kugeln vom Verfasser unterschiedlich eingefärbt. Die fünf roten Außengewichte sind für sich alleine im Gleichgewicht. Die restlichen zwei am linken Rand befindlichen blauen Gewichte sollen fünf Innengewichte anheben. Die Untauglichkeit dieses Konzepts ist so offensichtlich, dass man sich fragt, ob Leupold das nicht sehen wollte. Zumindest war es naiv, damit ohne eine experimentelle Überprüfung an die Öffentlichkeit zu gehen. Seinem Ruf hat das jedoch keinen Abbruch getan.  

Ein generelles Problem dieser Art Kugellaufmaschinen besteht darin, dass Kugeln, die von der Peripherie in Richtung Zentrum laufen, sich dort zwangsläufig auf engem Raum drängen. Dadurch müssen wenige Außenkugeln im Zweifel viele Innenkugeln anheben.  Etwas, das von Tüftlern in ihrem Eifer anfangs häufig übersehen wird. Es ist aber nicht nur der mangelnde Raum, der es verhindert, dass man Kugeln wirklich bis ins Zentrum des Rades rollen lassen kann, sondern auch der immer geringer werdende Weg, den sie dann noch angehoben werden könnten. (Schließlich müssen sie ja irgendwann wieder nach oben.) Direkt im Zentrum wäre zwar die Kraft unendlich, aber dafür der Weg Null.

Entwürfe von Leonardo da Vinci, sämtlich nicht lauffähig

Das Konzept zeichnet sich durch mindestens zwei Ungereimtheiten aus. Wenn die Torsionsfeder das Gewicht A bis zur 2-Uhr-Stellung in seiner Position hält, kann A unmöglich bis ganz unten in seiner neuen Position bleiben. Es würde bereits früher wieder zurückgedrückt werden. Die A-Massen, die sich im Uhrzeigersinn um die Länge des jeweiligen Kreisbogens verschieben, verlagern den Schwerpunkt der rechten Radhälfte nach unten. Die nur geringfügig verlängerte Hebelwirkung der leichteren B-Gewichte reicht ganz sicher nicht aus, um das entstandene Übergewicht der linken Radseite auszugleichen oder sogar zu übertreffen. Dieses Konzept ignoriert (wie viele andere auch) die Bilanzen der potentiellen Energie jeder einzelnen Masse. Am Ende dieses Beitrags wird der Sachverhalt in hellerem Blau noch einmal deutlicher formuliert. 

Als “Bessler-Rad” propagiertes Konzept eines deutschen “Erfinders”

Die schwarzen Flächen sind in je einem Zahnrad exzentrisch angeordnete Massen. Diese Zahnräder drehen sich auf den grün dargestellten Achsen, die ihrerseits mit dem rot eingefärbten Arm nach der Art eines Längslenkers verbunden sind. Der Arm ist in seiner Mitte um die  blaue Achse drehbar. Der große Kreis stellt einen Zahnkranz dar, dessen Zähne nach innen zeigen und in die Zähne der Exzenter eingreifen. (Mangels einer geeigneteren Software konnten die Zähne hier nicht dargestellt werden.) Wenn man bei einer Rotation des roten Arms den äußeren Zahnkranz gleichsinnig, jedoch langsamer mitbewegt, kann man erreichen, dass die exzentrischen Massen in Bezug auf ihre ruhende Umgebung stets um 90° ausgelenkt bleiben. Man könnte glauben, dass der rote Arm dadurch ständig im Ungleichgewicht sein müsste und dass man auf diese Weise einen funktionierenden Gravitationsantrieb realisiert hätte. 

Auch hier sitzen Auge und Verstand einem Trugschluss auf. Es wird nämlich nicht bedacht, dass die exzentrischen Räder keine Hebelverlängerung oder -verkürzung bewirken, wenn sie drehbar gelagert sind. Um dies zu tun, müssten sie starr mit dem roten Arm verbunden sein. Dann wäre allerdings nach einer 90°-Drehung alles schon zu Ende. Es ist gleichgültig, in welcher Position sich der einzelne Exzenter befindet, auf der grünen Achse lastet so stets dieselbe Kraft. Das ganze Gebilde ist daher fortwährend im Gleichgewicht und rotiert entgegen den Beteuerungen seines Erfinders nicht selbständig. Der Antrieb des Zahnkranzes verbraucht sogar zusätzlich Energie.

Das gilt auch, wenn man statt des äußeren Zahnkranzes ein zentrales Zahnrad verwendet. Durch das Mitdrehen dieses Rades wird auch hier zusätzlich Energie verbraucht und nichts gewonnen.  

Am nachfolgenden Beispiel werden diese Zusammenhänge noch deutlicher. Die seitlich angebrachten roten Gewichte bewirken nicht, dass der rechte Teil sich absenkt und so aus dem Rechteck ein Parallelogramm wird.    

Das Exzenterkonzept ist als Gravitationsantrieb untauglich. Es besitzt auch sonst keine einzige der bekannten Besslerrad-Eigenschaften. Daher versteht es sich von selbst, dass Besslers Mechanismus so nicht ausgesehen haben kann.

Zusammenfassend wird man es als Phänomen bezeichnen dürfen, dass die Entwürfe mancher Erfinder die Jahrhunderte überdauerten, (siehe Bhaskara), obwohl es sich um absolut unbrauchbare Konzepte handelte, die sofort in den Papierkorb gehört hätten. Vermutlich hat das mit der Faszination des Themas ”Perpetuum Mobile” zu tun. Es käme ja niemand auf die Idee, in die Geschichtsbücher zum Beispiel folgende ”Erfindungen” aufzunehmen: Streichhölzer, mit denen man kein Feuer anzünden kann - Bleistifte, mit denen sich nichts zu Papier bringen lässt - ein Klebstoff, der ungeeignet ist, etwas zusammenzufügen usw.

An dieser Stelle soll nicht unerwähnt bleiben, dass Untauglichkeit im Einzelfall auch Sozialschädlichkeit bedeuten kann. Es gibt Personen, die in diesem Zusammenhang die Gutgläubigkeit ihrer Mitmenschen ausnutzen. Sie geben vor, sich auf dem Gebiet alternativer Energiegewinnung, Overunity, Perpetua Mobilia usw. an vorderster Front forschend zu betätigen und bereits spektakuläre Ergebnisse erzielt zu haben. Natürlich ist alles ganz streng geheim. Wer an ihren Erkenntnissen partizipieren möchte, muss finanziell in Vorleistung treten. Sei es, dass er einen einmaligen Betrag entrichten oder regelmäßig zahlendes Mitglied in einem “elitären” Club werden muss, wo die Zusage winkt, hinter verschlossenen Türen in die Geheimnisse eingeweiht zu werden. In Wahrheit handelt es sich jedoch um Bauernfängerei.

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Zurück zu den Kugellaufmaschinen. Je größer die Anzahl der Kugeln, desto größer ist die Verwirrung des Betrachters und möglicherweise auch die des Erfinders. Dabei ist es naheliegend, dass eine solche Maschine bereits mit zwei gegenüber angeordneten Kugeln laufen müsste, wenn das Grundkonzept funktionsfähig wäre*). Sie können sich also bei der Betrachtung beliebiger Entwürfe auf zwei Kugeln beschränken und sich den Rest wegdenken. Wenn Sie danach die zu erwartende Bewegung vor Ihrem geistigen Auge ablaufen lassen, werden Sie feststellen, dass in ganz kurzer Zeit ein Stillstand eintritt. Dennoch ist beim Experimentieren mit Kugellaufmaschinen die Versuchung groß, mit mehr Gewichten doch das zu erreichen, was mit wenigen Gewichten nicht gelingt.   

*) Diese Aussage gilt nur für Kugellaufmaschinen. Bei anderen Wirkprinzipien ist es durchaus denkbar, dass ein wiederkehrendes Ungleichgewicht mehr als zwei Gewichte erfordert. 

Hier wird deutlich, dass mit jeder Verdopplung der Anzahl der Gewichte sich der Winkel halbiert, den das Rad durch die Gravitation zusätzlich ausgelenkt werden kann. Bei zwei gegenüber positionierten Gewichten sind es 90°, bei vier Gewichten 45°, bei acht nur noch 22.5° usw. Rein rechnerisch könnte man beliebig viele Gewichte verwenden und käme in der Summe doch nie auf 180°. Dieser Wert müsste jedoch nicht nur erreicht, sondern sogar überschritten werden, um mit dem Kugellaufprinzip eine ständige Bewegung zu erzielen.

Mit mehr Gewichten lässt sich ein funktionsunfähiges Konzept also nicht in eines umwandeln, das sich im Sinne eines “Perpetuum Mobiles” wunschgemäß verhält. Ein gutes Beispiel ist der nachfolgend noch einmal zu sehende Entwurf Leonardo da Vincis. Eine einzelne dreiflügelige Kugellaufbahn dreht sich nicht ständig, sondern gerät nach kurzer Zeit in einen stabilen Zustand. Dies ändert sich auch dann nicht, wenn man zehn, zwanzig oder auch hundert solcher Bahnen auf einer gemeinsamen Achse jeweils leicht versetzt hintereinander anordnet. Es bleibt ein untaugliches System.

Ein funktionsfähiger Gravitationsantrieb ist mit einer Kugellaufmaschine, die nur auf einem Wirkprinzip beruht, nicht zu realisieren. Viele haben es auf unterschiedlichen Wegen versucht, und alle sind damit gescheitert. Es lässt sich für dieses Konzept zusammenfassend folgende Feststellung treffen:

Jede Masse, die sich abwärts bewegt, verliert potentielle Energie, die auch als Höhen- oder Lageenergie bezeichnet wird. Wenn man diese Masse zu ihrer Ausgangsposition zurückbringen will, damit sie dort erneut ihre Wirkung entfalten kann, muss ihr zwangsläufig die verlorene Energie vollständig wieder zugeführt werden. Soll Letztere durch die Abwärtsbewegung einer anderen (gleich großen) Masse gewonnen werden, müssen auch die Höhenunterschiede beider Massen (vorher/nachher) gleich groß sein. Und zwar unabhängig davon, wo sich die beiden Massen aktuell befinden.

Selbst wenn man ignoriert, dass durch Reibung und Luftwiderstand Verluste auftreten, scheint es zunächst unmöglich zu sein, dass unter Beachtung der obigen Gesetzmäßigkeit mit der Wirkung der Gravitation nicht nur die endlose Drehung eines Rades bewirkt, sondern zusätzliche Energie für andere Zwecke gewonnen werden kann. Die meisten Physiker sind deshalb fest davon überzeugt, dass Besslers Rad nicht funktioniert haben kann und ein Schwindel gewesen sein muss. Sie gehen richtigerweise davon aus, dass unter Beachtung der obigen blau gedruckten Zeilen potentielle Energie nicht für einem dauerhaften Radantrieb genutzt werden kann. Sie erwägen jedoch nicht, dass paarweise wirkende Massen bei einer gegenläufigen Bewegung den wirksamen Hebel verlängern oder verkürzen können, ohne dass dabei die Bilanz der potentiellen Energien verändert wird. Auf der Seite Die Lösung stellt der Verfasser ein solches Konzept vor. Er teilt die Auffassung der Schulphysik nicht und betrachtet es als inakzeptabel, dass sie Bessler bis heute als Scharlatan verunglimpft. 

Im Beitrag War Bessler ein Betrüger? setzt sich der Verfasser intensiv damit auseinander, warum der Mensch schnell zur Schwindelerklärung greift, wenn er etwas nicht versteht.