DE20303846U1 - Mechanischer Kreisel - Google Patents

Description

Mechanischer Kreisel

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Kreisel mit vertikaler Masseverschiebung. Dabei handelt es sich um ein physikalisches „Spielzeug" zur Demonstration von gegeneinander wirkender Zentrifugalkraft und Gravitationskraft. Derartiges „Spielzeug" mit einem physikalischen Hintergrund trägt zur Erklärung der Wirkungsweise physikalischer Grundprinzipien und der Ableitung von Anwendungsgebieten im Sinne der angewandten Physik bei.

Physikalisches Spielzeug hat seit langer Zeit in vielen Ländern seinen Platz gefunden. Physikalisches Spielzeug wird in der Schule eingesetzt, um das Interesse für physikalische Fragen zu wecken und um mit seiner Vorführung zur Klärung der physikalischen Wirkungsweise beizutragen. Neben diesen eher Lehrmittelcharakter tragenden „Spielzeugen" gibt es auch Gegenstände, die bekannte Phänomene aus dem Bereich der Physik als sinnliches Erlebnis vorführen und zunächst Verblüffung auslösen. Manches Spiel lädt zu kleinen Wettkämpfen ein und wird als Herausforderung empfunden. Andere Spielgegenstände bestechen gleichzeitig durch wertvolles Design und dekorativen Charakter und wollen Aufmerksamkeit erzeugen.

Der vorliegende erfinderische Gegenstand gehört insbesondere zur letztgenannten Gruppe

Aus DE 195 18 122 A1 ist ein Drehimpulskreisel bekannt, der als Spielzeug mit Lehrmodellcharakter dient. Über gelenkige Gestänge und Zugfedern sind die Massestücke zunächst in der Ausgangssituation weit außen von der Drehachse des Kreisels entfernt. Der Kreisel wird in Bewegung versetzt und rotiert mit einer bestimmten Drehzahl. Schlägt man nun auf eine spezielle axiale Schiebestange, werden die Massestücke dicht an die Drehachse gezogen und der Kreisel rotiert plötzlich mit wesentlich gesteigerter Drehzahl.

Mit dem hier beschriebenen Mechanismus kann nur die Wirkung der Zentrifugalkraft auf das Kreiselprinzip gezeigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der an einem mechanischen Kreisel das Zusammenspiel von Zentrifugalkraft und Gravitationskraft demonstriert werden kann.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach der Konzeption der Erfindung besteht die Vorrichtung zur Demonstration des Zusammenspiels von Zentrifugalkraft und Gravitationskraft aus einem an einem senkrechten Stift beweglich aufgehängten Kreiselkäfig mit exzentrisch am Kreiselkäfig befestigten Massestücken für die Wirkung der Zentrifugalkraft und mit einem an der unteren, auf dem Stift axial verschiebbaren Achshalterung des Kreiselkäfigs aufsitzenden Massekörper für die Gravitationskraft

Der Kreiselkäfig besteht einmal aus der oberen, drehbar auf dem feststehenden Stift, also der Kreiselachse aufsitzenden Achshalterung, über die auch mittels eines axial nach oben verlängerten Griffstücks der manuelle Antrieb des Kreisel erfolgt. Zum anderen besteht der Kreiselkäfig aus mindestens zwei paar Käfigarmen, die sowohl an der oberen Achshalterung als auch an der unteren, axial auf der Kreiselachse verschiebbaren Achshalterung beweglich gelagert und über Gelenke miteinander verbunden sind. An der Gelenkverbindung zwischen den jeweils oberen und unteren Käfigarmen sind die Massestücke für die Zentrifugalkraft befestigt.

Die oberen und unteren Käfigarme sind rotationssymmetrisch angeordnet, so dass sie sich bei der Drehbewegung zu einem Rotationskörper mit annähernd Kugel- bis Ellipsiodform ergänzen. Der Massekörper für die Gravitationskraft ist mit der unteren Achshalterung verbunden und wird bei der Kreiselbewegung

zusammen mit der unteren Achshalterung - axial auf dem Stift/der Kreiselachse gleitend - entgegen der Schwerkraft verschoben.

Wird der Kreisel nun durch kräftige manuelle Drehbewegung in Rotation versetzt, so streben die an den Gelenken der Käfigarme befestigten exzentrischen Massestücke, angetrieben durch die Zentrifugalkraft, nach außen. Die Käfigform verändert sich mit steigender Drehzahl zu einem zunehmend flachen Rotationsellipsoid, wobei der Massekörper entgegen der Schwerkraft angehoben wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung.
Hier zeigt Fig. 1 die Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen mechanischen Kreisels.

Der Kreisel steht auf einem massiven Sockel 9 und ist zur Ausübung der Drehbewegung an einem senkrechten Stift 1 aufgehängt, der gleichzeitig die feststehende Achse des rotierenden Kreiselkäfigs 2 bildet.

Der Kreiselkäfig 2 besitzt eine obere, fest mit dem Griffstück 8 zum manuellen Antrieb des Kreisels verbundene Achshalterung 3. In dieser Achshalterung 3 sind höhenbeweglich die oberen Käfigarme 2.1 arretiert. Die oberen Käfigarme 2.1 bilden zusammen mit den über jeweils ein Gelenk 5 angeschlossenen unteren Käfigarmen 2.2 den eigentlichen Kreiselkäfig 2, der sich im unteren Kontaktbereich mit dem feststehenden Stift (der Kreiselachse) über eine auf dem Stift 1 während der Drehbewegung des Kreisel leicht höhenverschiebbare untere Achshalterung 4 abstützt.

Der Kreiselkäfig 2 wird durch mindestens zwei paar, jeweils über ein Gelenk 5 beweglich gekoppelte Käfigarme 2.1, 2.2 gebildet.

Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel besteht der Kreiselkäfig 2 aus zwei paar einander gegenüber liegenden Käfigarmen 2.1, 2.2 . Der Abstand der Käfigarmpaare zueinander ist immer etwa gleich, d.h. er beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 180° und bei einem Kreiselkäfig mit drei Käfigarmpaaren 120°.

Die einander entgegen wirkenden Massen sind als Massestücke 6 zur Nutzung der Zentrifugalkraft an den Gelenken 5 und als Massekörper 7 für die Gravitationskraft an der unteren höhenverschiebbaren Achshalterung 4 angeordnet.

Zur Gelenkverbindung ist beispielsweise eine horizontale Gelenkachse 5.1 vorgesehen, auf die die betreffenden Enden von jeweils zwei Käfigarmen 2, die eine passfähige Lochbohrung aufweisen, und vorzugsweise beidseitig je ein zylindrisches Massestück 6 mit axialer Bohrung aufgeschoben ist.

Wird der Kreisel manuell in Drehung versetzt, streben die schon im Ruhezustand exzentrisch liegenden Massestücke 6 aufgrund der Fliehkräfte noch weiter nach außen. Über die zugehörigen Käfigarme 2.1, 2.2 und Gelenke 5 wird die Fliehkraft in Zugkraft umgewandelt, mit der der größere Massekörper 7 entgegen der Erdanziehungskraft angehoben wird. Je größer nun die Rotationsgeschwindigkeit wird, desto höher wird der Massekörper 7 gehoben und desto flacher ist das Erscheinungsbild des Kreiselkäfigs 2 als Rotationsellipsoid. Mit Verlangsamung der Rotation stellt sich schließlich das Ausgangsbild wieder ein.

Die Einzelteile des Kreisels werden vorzugsweise aus Metall gefertigt, für die Herstellung des Kreiselkäfigs 2 können aber auch andere Werkstoffe, beispielsweise geeignete Kunststoffe, eingesetzt werden.

Der „Mechanische Kreisel" ist ein etwa 45 cm hohes Tischobjekt, welches auf interessante Art das bekannte Phänomen der Fliehkräfte und die Umlenkung in eine Zugkraft auf den Massekörper 7 verdeutlicht.

Liste der Bezugszeichen

1	Stift, Kreiselachse
2	Kreiselkäfig
	2.1 obere Käfigarme
	2.2 untere Käfigarme
3	obere Achshalterung
4	untere Achshalterung
5	Gelenk
	5.1 Gelenkachse
6	Massestücke
7	Massekörper
8	Griffstück
9	Sockel

Claims (5)

1. Mechanischer Kreisel zur Demonstration von gegeneinander wirkender Zentrifugalkraft und Gravitationskraft, gekennzeichnet durch einen an einem senkrechten Stift (1) beweglich aufgehängten Kreiselkäfig (2) mit exzentrisch am Kreiselkäfig (2) befestigten Massestücken (6) für die Wirkung der Zentrifugalkraft und einem an der unteren, auf dem Stift (1) axial verschiebbaren Achshalterung (4) des Kreiselkäfigs (2) aufsitzenden Massekörper (7) für die Gravitationskraft.

2. Mechanischer Kreisel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau

- einer oberen Achshalterung (3), die drehbar auf dem feststehenden Stift (1), also der Kreiselachse aufsitzt und die nach oben in axialer Verlängerung in einem Griffstück (8) endet,

- dem an der oberen Achshalterung (3) angreifenden Kreiselkäfig (2), der mindestens aus zwei paar Käfigarmen (2.1, 2.2) besteht, die sowohl an der oberen Achshalterung (3) als auch an der unteren, axial verschiebbaren Achshalterung (4) beweglich gelagert und über Gelenke (5) miteinander verbunden sind, wobei an der Gelenkverbindung (5) zwischen den jeweils oberen und unteren Käfigarmen (2.1, 2.2) die gegen den mit der unteren beweglichen Achshalterung (4) verbundenen Massekörper (7) für die Gravitationskraft arbeitenden Massestücke (6) für die Zentrifugalkraft befestigt sind.

3. Mechanischer Kreisel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Käfigarme (2.1, 2.2) symmetrisch zueinander und rotationssymmetrisch angeordnet sind.

4. Mechanischer Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigarme (2) zum Einnehmen einer Kugel- bis Ellipsoidform des Rotationskörpers eine geeignete konvexe Krümmung aufweisen.

5. Mechanischer Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gelenkverbindung jedes Käfigarmpaares (2.1, 2.2) eine horizontale Gelenkachse (5.1) vorgesehen ist, auf die die betreffenden Enden der Käfigarme 2, die eine passfähige Lochbohrung aufweisen, und vorzugsweise beidseitig je ein zylindrisches Massestück 6 mit axialer Bohrung aufgeschoben ist.