DE19818832A1

DE19818832A1 - Lichtmühle

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

Die Erfindung betrifft die Lager von Lichtmühlen. Durch ein magnetisches Feld läßt sich eine Lagerung schaffen, die die Nachteile der bisherigen Spitzenlagerung behebt. Insbesondere wird die bisherige Regel durch die Erfindung korrigiert, daß nur sehr leichte Flügelanordnungen in einer Lichtmühle eingesetzt werden können. Damit werden neue Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet.

Description

Stand der Technik

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/).

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.

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.

Die Forderung nach kleinem Gewicht ist eine technische Einschränkung, die die Gestaltungsmöglichkeiten begrenzt.

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.

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.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtmühle zu schaffen, deren Lagerung die bisherigen technischen Einschränkungen beseitigt.

Darstellung der Erfindung

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.

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.

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.

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.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung ist es einleuchtend, daß nahezu beliebig geformte Objekte "aufgehängt" werden können. Insofern sind Herstellung und Montage der Lichtmühle wesentlich vereinfacht.

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.

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.

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.

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.

Claims

1. Lichtmühle mit einer auf kleiner Berührungsfläche drehbar gelagerten Flügelanordnung innerhalb eines Gefäßes mit geringem Gasdruck, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flügelanordnung mit einem ersten magnetischen oder magnetisierbaren Körper ver bunden ist,
mit dem Gefäß der Lichtmühle ein zweiter magnetischer oder magnetisierbarer Körper verbunden ist,
die Anziehungskraft zwischen erstem und zweitem magnetischen oder magnetisierbaren Körper größer ist als das Summengewicht aus Flügelanordnung und aller damit verbun denen Teile.

2. Lichtmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abfallsicherung ange bracht ist, welche den maximalen Abstand der beiden magnetischen oder magnetisierba ren Körper auf einen solchen Abstand begrenzt, daß die Körper wieder zur Anziehung ge bracht werden können.

3. Lichtmühle nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den bei den magnetischen oder magnetisierbaren Körpern ein nichtmagnetisches oder nichtma gnetisierbares Material angeordnet ist.