Gravitationsabschirmung durch rotierende Massen
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Abschlussbericht<br />
<strong>Gravitationsabschirmung</strong><br />
<strong>durch</strong> <strong>rotierende</strong> <strong>Massen</strong><br />
Versuchsaufbau nach Eduard Krausz<br />
Autor:<br />
Thomas Senkel<br />
Dipl.-Physiker im<br />
Institut für Gravitationsforschung<br />
Waldaschaff, den 30.06.2004
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Einführung.......................................................................................................................... 4<br />
1.1 Einflussgrößen............................................................................................................ 4<br />
2 Aufbau................................................................................................................................ 4<br />
2.1 Rotationskörper .......................................................................................................... 5<br />
2.2 Antrieb und Lagerung ................................................................................................ 5<br />
2.3 Auswuchten................................................................................................................ 6<br />
2.4 Abschirmung.............................................................................................................. 8<br />
2.5 Probekörper ................................................................................................................ 8<br />
2.6 Waage ......................................................................................................................... 8<br />
2.6.1 Aufbau mit DMS-Wägezelle.............................................................................. 9<br />
2.6.2 Aufbau mit Balkenwaage................................................................................... 9<br />
2.7 Messtechnik.............................................................................................................. 10<br />
2.8 Vorsichtsmaßnahmen............................................................................................... 11<br />
3 Versuchs<strong>durch</strong>führung..................................................................................................... 11<br />
4 Ergebnisse ........................................................................................................................ 11<br />
4.1 Messungen mit DMS-Wägezelle ............................................................................. 11<br />
4.1.1 Erdung des Aufbaus ......................................................................................... 11<br />
4.1.2 Drift der Waage ................................................................................................ 11<br />
4.1.3 Vibrationen....................................................................................................... 12<br />
4.1.4 Luftdruck im Inneren der Abschirmung........................................................... 12<br />
4.1.5 Temperaturverhalten ........................................................................................ 13<br />
4.1.6 Temperaturkompensation an der DMS-Wägezelle.......................................... 14<br />
4.2 Messungen mit Balkenwaage ................................................................................... 16<br />
4.3 Überlegungen zur Drehzahl ..................................................................................... 18<br />
4.4 Überlegungen zu elektrischen Kräften am Krausz-Aufbau ..................................... 19<br />
5 Würdigung und Kritik des „Gelsenkirchener Experiments“............................................ 21<br />
6 Zusammenfassung............................................................................................................ 21<br />
7 Quellennachweis .............................................................................................................. 22<br />
7.1 Literatur .................................................................................................................... 22<br />
7.2 Materialliste für mechanischen Aufbau................................................................... 22<br />
7.3 Messgeräte und Sensoren......................................................................................... 22<br />
7.4 Lieferanten ............................................................................................................... 22<br />
8 Danksagung...................................................................................................................... 23<br />
- 2 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Abbildungsverzeichnis<br />
Abbildung 1: Prinzipskizze mit Balkenwaage ........................................................................... 5<br />
Abbildung 2: Technische Zeichnung Titanzylinder, Luftlager und -turbine ............................. 5<br />
Abbildung 3: Luftbedarf Picobell Turbine................................................................................. 6<br />
Abbildung 4: Messprotokoll Auswuchten.................................................................................. 7<br />
Abbildung 5: Restunwucht nach dem Auswuchten................................................................... 7<br />
Abbildung 6: Gießen des Probegewichts aus Blei..................................................................... 8<br />
Abbildung 7: Probegewichte aus Wolfram, Blei, Granit und Holz ........................................... 8<br />
Abbildung 8: Aufbau mit DMS-Wägezelle (verdeckt <strong>durch</strong> Trägerprofil) ............................... 9<br />
Abbildung 9: Aufbau mit Balkenwaage................................................................................... 10<br />
Abbildung 10: Drift DMS-Waage, Reset sofort nach Einschalten .......................................... 12<br />
Abbildung 11: Versuch mit Temperatur- und Druckmessung................................................. 13<br />
Abbildung 12: Gewichtsänderung <strong>durch</strong> Erwärmen mit einem Föhn...................................... 14<br />
Abbildung 13: Temperaturkompensation der DMS-Wägezelle............................................... 14<br />
Abbildung 14: Autotune des PID-Reglers für Heizung der DMS-Waage ............................... 15<br />
Abbildung 15: Kein Einfluss von Heizungsstrom auf Waage ................................................. 15<br />
Abbildung 16: Gewichtsänderung in Abhängigkeit von der Drehzahl, DMS-Waage ............. 16<br />
Abbildung 17: Gewichtsänderung in Abhängigkeit von der Drehzahl; Balkenwaage ............ 17<br />
Abbildung 18: Vermuteter Effekt bei geringeren Drehzahlen................................................. 18<br />
Abbildung 19: Aufbau spannungswaage.................................................................................. 20<br />
Abbildung 20: Probegewicht in Abschirmung......................................................................... 20<br />
Abbildung 21: Messdiagramm zur Spannungswaage .............................................................. 20<br />
- 3 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
1 Einführung<br />
Nach Eduard Krausz handelt es sich bei der Gravitation um ein fluides Medium, welches den<br />
gesamten Raum erfüllt (Äther). Dabei erfährt Materie folgende Wechselwirkungen mit der<br />
Gravitation:<br />
?? Materie wird von Gravitation umspült und <strong>durch</strong>drungen<br />
?? Materie bindet Gravitation und verdichtet sie zu Materie<br />
?? Materie selbst erzeugt keine Gravitation<br />
?? Materie zerfällt <strong>durch</strong> Gravitationszufuhr bei entsprechend niedrigem Druck in der<br />
Halbwertszeit<br />
?? Materie zerfällt ohne Gravitationszufuhr zurück in Gravitation<br />
[1, S.23]<br />
Mit dem unten beschriebenen Versuchsaufbau sollen die Existenz und die Eigenschaften<br />
dieses fluiden Mediums nachgewiesen werden. Ein sehr schnell <strong>rotierende</strong>r Metallzylinder<br />
lenkt das fluide Medium ab, so dass ein Probekörper im Inneren des Zylinders leichter wird.<br />
Genau genommen wird die Richtung des Gravitationsvektors abgelenkt, so dass die vertikale<br />
Komponente kleiner wird. Ein positives Ergebnis bei diesem Experiment könnte mit den<br />
herkömmlichen Theorien der Gravitation nach Newton und Einstein nicht erklärt werden.<br />
1.1 Einflussgrößen<br />
Der Effekt sollte stärker werden:<br />
?? Mit größerem Durchmesser des Zylinders<br />
?? Mit höherer Masse, bzw. Dichte des Zylinders<br />
?? Mit höherer Drehzahl<br />
?? Mit höherer Masse, bzw. Dichte des Probekörpers<br />
?? Mit geringerem Abstand des Probekörpers vom Zylinder<br />
Dies sind Vermutungen, abgeleitet aus den Hypothesen von Krausz. Genauere funktionale<br />
Zusammenhänge sind nicht bekannt.<br />
Dem entsprechend wird die Geometrie des Aufbaus gewählt, um einen möglichst starken<br />
Effekt zu erhalten. Natürlich sind hier Grenzen gesetzt, vor allem <strong>durch</strong> die Festigkeit des<br />
Materials und die Drehzahlfestigkeit der Lagerung.<br />
2 Aufbau<br />
Der Aufbau orientiert sich im wesentlichen am Originalexperiment von Krausz [4, S. 21 ff],<br />
welches 1992 in Zusammenarbeit mit der FH Gelsenkirchen <strong>durch</strong>geführt wurde. Krausz<br />
spricht daher auch vom „Gelsenkirchener Experiment“.<br />
Die Prinzipskizze (Abbildung 1) zeigt unseren Aufbau mit Balkenwaage, Gegengewicht und<br />
digitaler Laborwaage. Der <strong>rotierende</strong> Zylinder befindet sich vollständig in einer<br />
geschlossenen Abschirmung.<br />
Der Aufbau und die Durchführung der Experimente erstreckte sich insgesamt über einen<br />
Zeitraum von zwei Jahren, wobei schon über ein Jahr verging, bis nach einigen Fehlschlägen<br />
der Versuchsaufbau überhaupt betriebsbereit war. In einem weiteren Jahr wurden die<br />
Messungen und Verbesserungen <strong>durch</strong>geführt, immer wieder von Pausen unterbrochen, da<br />
parallel noch andere Experimente <strong>durch</strong>geführt wurden.<br />
- 4 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Gegengewicht<br />
Digitalwaage<br />
0,001 g<br />
0.00 g<br />
Balkenwaage<br />
Probegewicht<br />
- 5 -<br />
Titanzylinder<br />
Abschirmung<br />
Abbildung 1: Prinzipskizze mit Balkenwaage<br />
Luftturbine<br />
2.1 Rotationskörper<br />
Das zentrale Bauteil des Experiments ist ein Zylinder, bzw. Becher aus Titan (TiAl6V4). Das<br />
Material wurde aufgrund seiner nicht-magnetischen Eigenschaften und der sehr hohen<br />
Festigkeit ausgewählt. Im Original von Krausz betragen die Maße D 76,1 mm x 90 mm x 2<br />
mm. Wir haben die Maße passend zu unserem Antrieb leicht modifiziert. Der Becher wurde<br />
komplett „aus dem Vollen“ gedreht und geschliffen mit einer Rundlaufgenauigkeit von besser<br />
als 5 µm.<br />
Abbildung 2: Technische Zeichnung Titanzylinder, Luftlager und -turbine<br />
2.2 Antrieb und Lagerung<br />
Als Antrieb hatte Krausz einen umgebauten Abgasturbolader von Porsche verwendet, der mit<br />
Pressluft bei 10 bar angetrieben wurde. Für den erforderlichen Luft<strong>durch</strong>satz wäre ein sehr<br />
großer Kompressor notwendig gewesen. Dies hätte erhebliche Kosten, Platzbedarf und<br />
Lautstärke bedeutet.
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Daher haben wir zunächst einen elektrischen Antrieb vorgesehen. Eine Schleifspindel mit<br />
Frequenzumrichter wurde uns Leihweise von der Fa. GRW zur Verfügung gestellt.<br />
Drehzahlen von bis zu 120.000 min -1 sollten damit erreichbar sein. Die Lagerung bestand aus<br />
keramischen Kugellagern, die mit Ölnebelschmierung versorgt wurden. Leider erwies sich die<br />
Achse mit 7mm Durchmesser als nicht stabil genug und zerbrach beim Auswuchten mit<br />
aufgeschraubtem Titanzylinder.<br />
Für den endgültigen Aufbau entschieden wir uns für eine Picobell Luftturbine mit<br />
dazugehörigem Luftlager der Fa. Eitzenberger. Gerade für hohe Drehzahlen stellen Luftlager<br />
eine ideale Form der Lagerung dar, da sie nahezu reibungsfrei und ohne störende Resonanzen<br />
sind.<br />
Der Hersteller gibt für die Turbine eine maximale Drehzahl von über 50.000 min -1 an, die<br />
vom Luftbedarf her mit einem normalen Kompressor erreichbar sein sollte (Abbildung 3). Die<br />
gilt allerdings nur im Leerlauf. Mit angeflanschtem Titanzylinder erreichten wir in der Praxis<br />
dann maximal 43.000 min -1 .<br />
Abbildung 3: Luftbedarf Picobell Turbine<br />
Das Luftlager wird von einem separatem Kompressor versorgt, der an einem eigenen<br />
Stromkreis betrieben wird. Ein Ausfall des Luftlagers während des Betriebs würde einen<br />
Totalschaden verursachen.<br />
2.3 Auswuchten<br />
Erst <strong>durch</strong> das Auswuchten wird ein präziser Rundlauf erreicht, der bei diesen Drehzahlen<br />
absolut notwendig ist. Geringste Unwuchten könnten zur Zerstörung der Lager und des<br />
- 6 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
ganzen Aufbaus führen. Das Auswuchten in zwei Ebenen wurde auf einer Wuchtmaschine bei<br />
der Firma Schenck Rotec GmbH <strong>durch</strong>geführt.<br />
Abbildung 4: Messprotokoll Auswuchten<br />
In Abbildung 4 zeigt Kanal 1 die Schwingamplitude in der Ebene der Aufhängung des<br />
Zylinders; Kanal 2 ist die Ebene am äußeren Rand des Zylinders. Das Auswuchten wurde in<br />
mehreren Schritten <strong>durch</strong> gezieltes Abschleifen an der Außenseite des Zylinders<br />
vorgenommen.<br />
Schließlich konnte eine Restunwucht von 0,082 gmm in Ebene 1 und 0,069 gmm in Ebene 2<br />
erreicht werden (s. Abbildung 5)<br />
Abbildung 5: Restunwucht nach dem Auswuchten<br />
- 7 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
2.4 Abschirmung<br />
Der Probekörper muss gegenüber dem <strong>rotierende</strong>n Zylinder gegen Luftströmung abgeschirmt<br />
werden. Die Abschirmung sollte möglichst dünn und aus nichtmagnetischem Material<br />
bestehen. Krausz hat einen Edelstahl Nr. 4571 (V4A) verwendet. Wir haben mit<br />
verschiedenen Abschirmungen aus PVC und Kupferblech experimentiert.<br />
2.5 Probekörper<br />
Krausz hatte einen Probekörper aus Blei (11,4 g/cm 3 ) mit einer <strong>Massen</strong> von 728 g verwendet.<br />
Er ist als ein Zylinderabschnitt mit maximaler Größe innerhalb der Abschirmung geformt und<br />
befindet sich im oberen Bereich des Zylinders.<br />
Abbildung 6: Gießen des Probegewichts aus Blei<br />
Wir haben mehrere Probekörper aus Blei (478 g), Granit (152 g) und Buchenholz (32 g)mit<br />
gleicher Größe und Form angefertigt. Des weiteren wurde ein noch dichterer, aber kleinerer,<br />
Probekörper aus Wolfram (295 g)angefertigt. Dazu wurde Wolframgranulat zusammen mit<br />
Epoxidharz in eine Form gegossen. Diese Form mit gestutzten Kanten sei nach Aussage von<br />
Krausz noch effektiver.<br />
Abbildung 7: Probegewichte aus Wolfram, Blei, Granit und Holz<br />
2.6 Waage<br />
Im Originalaufbau von Krausz wurde eine Balkenwaage verwendet. Auf der einen Seite war<br />
der Probekörper befestigt, auf der anderen ein verschiebbares Gegengewicht zum austarieren.<br />
Der Drehpunkt war im Bereich der Durchführung <strong>durch</strong> die Abschirmung. Es wurden<br />
Auslenkungen am Ende des Balkens von bis zu 5mm registriert. Dies wurde mit einem<br />
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Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
berührungslosen Wegsensor mit einer Auflösung von 1/10.000 mm gemessen. Diese<br />
Wegauslenkung musste in eine Gewichtsveränderung umgerechnet werden. Dazu muss zuvor<br />
die Empfindlichkeit der Waage bestimmt werden, die vor allem <strong>durch</strong> Länge des Balkens und<br />
die Lage der <strong>Massen</strong>schwerpunkte gegenüber dem Drehpunkt gegeben ist.<br />
Die Präzision und Zuverlässigkeit der Gewichtsmessung ist von entscheidender Bedeutung in<br />
diesem Experiment. Um zu verlässlichen Ergebnissen zu kommen, haben wir mit zwei<br />
verschiedenen Wägesystemen Messungen <strong>durch</strong>geführt und die Ergebnisse genauestens<br />
überprüft.<br />
2.6.1 Aufbau mit DMS-Wägezelle<br />
Beim ersten System (Abbildung 8) haben wir eine DMS-Wägezelle eingesetzt, die mit<br />
zugehörigem Messverstärker eine Anzeigegenauigkeit von 0,01 g hat. Die tatsächliche<br />
Genauigkeit beträgt allerdings nur etwa 0,05 g. Die Z-förmige Wägezelle konnte innerhalb<br />
der Abschirmung eingebaut werden, so dass das Probegewicht direkt aufliegt.<br />
Abbildung 8: Aufbau mit DMS -Wägezelle (verdeckt <strong>durch</strong> Trägerprofil)<br />
Das U-förmige Trägerprofil lässt sich von außen <strong>durch</strong> drei Stellschrauben in Höhe und<br />
Neigung justieren, um den optimalen Abstand des Probegewichts von der Abschirmung<br />
einzustellen.<br />
Der Vorteil dieser Anordnung ist die Unempfindlichkeit gegenüber Luftströmungen, die bei<br />
der Balkenwaage das Ergebnis verfälschen könnten.<br />
Leider hat diese Anordnung auch Nachteile, die erst im Laufe der Experimente sichtbar<br />
wurden, z.B. eine Temperaturabhängigkeit der Waage.<br />
2.6.2 Aufbau mit Balkenwaage<br />
Beim zweiten Wägesystem (Abbildung 9) wird eine Balkenwaage verwendet, die aus einem<br />
Aluminiumstab und einem speziellen Achatlager besteht. Auf der einen Seite ist das<br />
Probegewicht direkt auf dem Waagebalken befestigt und ragt in die Abschirmung hinein. Auf<br />
der anderen Seite hängt ein etwas schwereres Gegengewicht, das auf einer digitalen<br />
Laborwaage (Fa. Kern, Genauigkeit 1 mg) aufliegt. Es werden also nur Gewichtsdifferenzen<br />
erfasst. Der Ablesewert hat dann das umgekehrte Vorzeichen und muss noch um das<br />
- 9 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Hebelverhältnis der Balkenwaage korrigiert werden. (In unserem Falle ist das Hebelverhältnis<br />
1:1)<br />
Abbildung 9: Aufbau mit Balkenwaage<br />
Dieses System hat den Vorteil, dass die Waage weit weg von etwaigen elektromagnetischen<br />
oder thermischen Störungen ist. Die Laborwaage hat eine sehr gute Genauigkeit und ist intern<br />
temperaturkompensiert. Außerdem hat die Balkenwaage bei dieser Anordnung fast keine<br />
Auslenkung, und somit bleibt auch der Abstand des Probegewichts von der Abschirmung<br />
konstant.<br />
Allerdings könnte Luftzug das Ergebnis beeinflussen.<br />
2.7 Messtechnik<br />
Das Messsystem soll in erster Linie das Gewicht des Probekörpers möglichst genau erfassen.<br />
Dazu wurden, wie oben beschrieben, zwei verschiedene Verfahren angewendet.<br />
Wichtig ist auch eine Drehzahlmessung am Zylinder. Dazu wurde eine schwarze Markierung<br />
auf dem Titanzylinder angebracht und mit einer Reflexlichtschranke detektiert. Mit einem<br />
Frequenzzähler wurde direkt die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute angezeigt und per<br />
serieller Schnittstelle an den Prozessrechner übertragen.<br />
Des weiteren wurden zur Verifizierung und Konsolidierung der Gewichtsmessung noch<br />
folgende Parameter erfasst:<br />
?? Vibration mit Beschleunigungssensor.<br />
?? Temperatur direkt an der Wägezelle mit PT100.<br />
?? Differenzdruck zwischen innerhalb und außerhalb der Abschirmung.<br />
Alle diese Eingangskanäle wurden synchron mit dem Prozessrechner Hydra erfasst und mit<br />
der Software Diadem ausgewertet.<br />
- 10 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
2.8 Vorsichtsmaßnahmen<br />
Der <strong>rotierende</strong> Titanzylinder hat einen hohen Energieinhalt, der je nach Drehzahl bis zu<br />
20 MJ betragen kann. Das Hochfahren der Drehzahl muss sehr vorsichtig erfolgen. Schon<br />
geringste Unwuchten könnten zu Zerstörung des gesamten Systems führen. Außerdem ist zu<br />
beachten, dass niemals die Luftzufuhr zum Luftlager unterbrochen wird, während der<br />
Zylinder rotiert.<br />
3 Versuchs<strong>durch</strong>führung<br />
Die Durchführung der Versuche ist recht einfach. Zunächst werden die Abstände der<br />
Abschirmung und des Probekörpers so justiert, dass nirgendwo ein Kontakt auftritt. Dann<br />
wird die Luftzufuhr für das Luftlager geöffnet. Nachdem die Messaufnahme gestartet wurde,<br />
wird die Waage nochmals auf Null gesetzt. Nun kann das Ventil für die Luftturbine langsam<br />
geöffnet werden. Die maximale Drehzahl wird einige Zeit konstant gehalten, dann wird die<br />
Luftzufuhr für die Turbine geschlossen. Wenn alles zum Stillstand gekommen ist, wird die<br />
Messung gestoppt und das Luftlager ausgeschaltet.<br />
4 Ergebnisse<br />
4.1 Messungen mit DMS-Wägezelle<br />
Insgesamt wurden 19 Messreihen aufgezeichnet, wobei folgende Parameter variiert wurden:<br />
?? Art des Probekörpers (Wolfram, Blei, Granit, Holz)<br />
?? Art der Abschirmung (PVC, Kupfer)<br />
?? Einrichtung zusätzlicher Messkanäle für Temperatur, Vibration, Druck<br />
Folgende Einflussfaktoren wurden dann genauer untersucht:<br />
?? Erdung des Aufbaus inkl. Wägezelle<br />
?? Drift der Waage<br />
?? Vibrationen<br />
?? Luftdruck im Inneren der Abschirmung<br />
?? Temperaturverhalten der Wägezelle<br />
4.1.1 Erdung des Aufbaus<br />
Es stellte sich heraus, dass beim ungeerdeten System eine unkontrollierte Drift der Waage<br />
aufgrund von elektrostatischer Aufladung stattfinden kann. Dies ist vermutlich der Fehler bei<br />
den ersten Messungen gewesen. So kann ein Berühren des Aufbaus mit der Hand den<br />
Anzeigewert der Waage um mehrere Gramm ändern! Durch Erdung wurde diese Fehlerquelle<br />
ausgeschlossen.<br />
4.1.2 Drift der Waage<br />
Die DMS-Waage sollte nach dem Einschalten erst einige Zeit (z.B. 2 Stunden) warmlaufen.<br />
Erst wenn alles im thermischen Gleichgewicht ist, bleibt der Messwert im Rahmen der<br />
Messgenauigkeit von +/- 50mg stabil. (Abbildung 10)<br />
- 11 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Abbildung 10: Drift DMS -Waage, Reset sofort nach Einschalten<br />
4.1.3 Vibrationen<br />
Mit einem Beschleunigungssensor wurde direkt auf dem Gehäuse des Luftlagers in axialer<br />
Richtung die auftretenden Vibrationen gemessen. Die Vibrationen sind aufgrund der guten<br />
Auswuchtung sehr gering und damit vernachlässigbar.<br />
4.1.4 Luftdruck im Inneren der Abschirmung<br />
Der mit bis zu 43000 min -1 <strong>rotierende</strong> Titanzylinder verursacht im Außenbereich erhebliche<br />
Luftströmungen. Der Durchtritt des Trägerprofils <strong>durch</strong> die Abschirmung ist nicht völlig<br />
luftdicht. Falls nun hier Luft eintritt und im Inneren einen Überdruck erzeugt, würde der<br />
Probekörper leicht angehoben werde. Daher wurde während einiger Versuche zusätzlich mit<br />
einem Differenzdrucksensor gemessen. Die Druckänderungen sind geringer als die Auflösung<br />
des Sensors von 0,1 hPa. Diese mögliche Fehlerquelle ist also vernachlässigbar.<br />
(sieheAbbildung 11)<br />
- 12 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Drehzahl [1/min]<br />
45000<br />
40000<br />
35000<br />
30000<br />
25000<br />
20000<br />
15000<br />
10000<br />
5000<br />
0<br />
Krausz Versuch 18<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550<br />
Zeit [s]<br />
Abbildung 11: Versuch mit Temperatur- und Druckmessung<br />
4.1.5 Temperaturverhalten<br />
Das Temperaturverhalten der Wägezelle ist der kritischste Punkt.<br />
Exemplarisch sei hier ein Messprotokoll wiedergegeben, bei dem die Temperatur mit einem<br />
PT100-Sensor direkt an der Wägezelle mit erfasst wurde (Abbildung 11). Deutlich sichtbar ist<br />
der Temperaturanstieg von 11,2°C auf 14,5°C, der aus der Luftreibung des <strong>rotierende</strong>n<br />
Zylinders resultiert. Parallel zum Temperaturanstieg sinkt der Messwert der Waage.<br />
Das Temperaturverhalten wurde in einem weiteren Versuch ohne Rotation genauer<br />
untersucht. Dazu wurde der Aufbau mit einem Föhn bis auf 55°C erwärmt. (Abbildung 12).<br />
Die gesamte Gewichtsänderung beträgt etwa 7 g. Allerdings ist auch die thermische Trägheit<br />
zu erkennen: Die Waage braucht einige Zeit länger als der Temperatursensor, bis die<br />
jeweilige Temperatur erreicht ist. Da<strong>durch</strong> kommt es zu einem Zeitversatz der beiden Kurven.<br />
- 13 -<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
-0,2<br />
-0,4<br />
-0,6<br />
-0,8<br />
-1,0<br />
Gewicht [g]<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
Temp. [°C]<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
-1<br />
-2<br />
-3<br />
-4<br />
-5<br />
Druck [hPa]
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Temperatur [°C]<br />
60<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000<br />
Zeit [s]<br />
Abbildung 12: Gewichtsänderung <strong>durch</strong> Erwärmen mit einem Föhn<br />
4.1.6 Temperaturkompensation an der DMS-Wägezelle<br />
Um die Temperatur an der DMS-Wägezelle möglichst konstant zu halten, wurde eine<br />
geregelte Heizung eingebaut. Dazu wurden zwei keramische Hochlastwiderstände von je<br />
10 Ohm und 10 W Verlustleistung im Inneren der Abschirmung an den U-förmigen Aluträger<br />
geklemmt (Abbildung 13). Gespeist wurde diese mit geglätteter Gleichspannung von etwa<br />
18 V, die über ein Halbleiterrelais (SSR) ein- und ausgeschaltet wurde.<br />
Abbildung 13: Temperaturkompensation der DMS -Wägezelle<br />
Die Regelung erledigte ein PID-Regler der Fa. Eurotherm mit einer Genauigkeit von besser<br />
als 0,05 K. Die Temperatur wird dabei etwas über Raumtemperatur, z.B. auf 26°C konstant<br />
gehalten. Da<strong>durch</strong> wird ein Wärmeeintrag des Antriebs automatisch <strong>durch</strong> verringerte<br />
Heizleistung ausgeglichen. Der Regler ermittelt die erforderlichen Werte über das thermische<br />
Verhalten des Gesamtsystems automatisch in einem sog. Autotune Prozess (Abbildung 14).<br />
- 14 -<br />
2<br />
1<br />
0<br />
-1<br />
-2<br />
-3<br />
-4<br />
-5<br />
-6<br />
Gewichtsdifferenz [g]
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Temperatur [°C]<br />
28<br />
27<br />
26<br />
25<br />
24<br />
23<br />
22<br />
21<br />
PID Regler Autotune mit Heizung innen<br />
20<br />
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65<br />
Zeit [min]<br />
Abbildung 14: Autotune des PID-Reglers für Heizung der DMS -Waage<br />
Nachdem das Autotuning <strong>durch</strong>geführt wurde, hat der Regler die optimalen PID-Parameter<br />
ermittelt und gespeichert. Beim erneuten Start wird die Solltemperatur direkt angesteuert, so<br />
dass es zu fast keinem Überschwinger mehr kommt.<br />
Des weiteren wurde noch getestet, ob evtl. Rückwirkungen der strom<strong>durch</strong>flossenen<br />
Heizwiderstände aufgrund von elektromagnetischer Einstreuung stattfinden. Abbildung 15<br />
zeigt, dass die Waage innerhalb der Messgenauigkeit von 50 mg nicht <strong>durch</strong> den Stromfluss<br />
in der Heizung beeinträchtigt wird.<br />
Gewicht [g]<br />
1,000<br />
0,800<br />
0,600<br />
0,400<br />
0,200<br />
0,000<br />
-0,200<br />
-0,400<br />
-0,600<br />
-0,800<br />
-1,000<br />
Einfluss von Heizungsstrom auf Waage<br />
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50<br />
Zeit [s]<br />
Gewicht Heizung ein<br />
Abbildung 15: Kein Einfluss von Heizungsstrom auf Waage<br />
Nun erst konnte mit der DMS-Wägezelle ein verlässliches Ergebnis erzielt werden.<br />
In Abbildung 16 ist die Abhängigkeit des Gewichts von der Drehzahl dargestellt.<br />
- 15 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Gewichtsdifferenz [g]<br />
0,20<br />
0,15<br />
0,10<br />
0,05<br />
0,00<br />
-0,05<br />
-0,10<br />
-0,15<br />
-0,20<br />
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000<br />
Drehzahl [1/min]<br />
- 16 -<br />
Probegewicht<br />
Abbildung 16: Gewichtsänderung in Abhängigkeit von der Drehzahl, DMS-Waage<br />
Deutlich sichtbar sind die statistischen Schwankungen von etwa ±0,05 g, was der Auflösung<br />
der Waage entspricht. Darüber hinaus ist beim besten Willen keine Gewichtsabnahme,<br />
sondern eher noch eine leichte Zunahme mit höherer Drehzahl zu erkennen.<br />
Dies liegt aber alles im Rahmen der Messgenauigkeit der verwendeten Waage!<br />
Bei den ersten Messungen mit der DMS-Wägezelle schien sich zunächst der erwartete Effekt<br />
zu zeigen: Die Waage zeigte einen Wert von bis zu -2,3 g an.<br />
Wie man den vorherigen Abschnitten entnehmen kann, lässt sich dieses erste Ergebnis<br />
auf äußere Störungen (fehlende Erdung, falsche Kalibrierfaktoren der DMS-<br />
Messbrücke) zurückführen.<br />
(Anmerkung: Diese ersten Messungen hatten wir leider vorschnell Herrn Krausz telefonisch<br />
mitgeteilt, etwas später dann aber mit der genannten Begründung widerrufen. Leider beruft<br />
sich Herr Krausz trotzdem noch öffentlich auf diese fehlerhaften Messungen. Siehe [5])<br />
4.2 Messungen mit Balkenwaage<br />
Die Messung mit der Balkenwaage brachte nun die genauesten und verlässlichsten Ergebnisse<br />
hervor.<br />
In Abbildung 17 ist die Abhängigkeit des Gewichts von der Drehzahl dargestellt. Die<br />
Messgenauigkeit der Waage beträgt 0,001 g. Die maximalen Ausschläge von 4 mg kommen<br />
wahrscheinlich von der ganzen „Unruhe“ des Systems, also Luftzug und Vibrationen. Zu<br />
vermuten sind auch Resonanzen bei 12500 min -1 und 25000 -1 . Tendenziell ist aber auch hier<br />
wieder eher eine Gewichtszunahme zu erkennen und keine Gewichtsreduzierung. Die
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
Anzeigewerte der Digitalwaage wurden im Diagramm schon um das Vorzeichen korrigiert, so<br />
dass direkt die Gewichtsänderung des Probegewichts abgelesen werden kann.<br />
Bei 30000 min -1 geht die Waage sogar wieder auf 0,000 g zurück.<br />
Von einem positiven Effekt kann also keine Rede sein!<br />
Gewichtsdifferenz [g]<br />
0,020<br />
0,015<br />
0,010<br />
0,005<br />
0,000<br />
-0,005<br />
-0,010<br />
-0,015<br />
-0,020<br />
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000<br />
Drehzahl [1/min]<br />
- 17 -<br />
Probegewicht<br />
Abbildung 17: Gewichtsänderung in Abhängigkeit von der Drehzahl; Balkenwaage
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
4.3 Überlegungen zur Drehzahl<br />
Eine von Krausz vorgebrachte Kritik an unserem Experiment sei die viel zu geringe Drehzahl.<br />
Wenn es einen Effekt gäbe, ist aber davon auszugehen, dass er in irgendeiner Weise mit einer<br />
stetig differenzierbaren Funktion von der Drehzahl abhängt. Eine genauere Angabe aus den<br />
theoretischen Überlegungen ist nicht gegeben. Krausz geht von einer linearen Abhängigkeit<br />
aus (siehe [5], Seite 56). Exemplarisch sind in Abbildung 18 eine lineare, quadratische und<br />
exponentielle Abhängigkeit dargestellt. Bekannt sind nur die beiden Werte von Krausz:<br />
(0 min -1 ; 0 g) und (85000 min -1 ; 4 g). Der quadratische und exponentielle Fit ist mit zwei<br />
Werten noch unterbestimmt, das heißt der „Bauch“ könnte auch etwas stärker oder flacher<br />
gewölbt sein. Trotzdem ist gut zu erkennen, dass auch bei 30000 min -1 schon ein Effekt von<br />
mindestens 0,5 g vorhanden sein sollte.<br />
Unsere Messgenauigkeit beträgt je nach Aufbau 0,001 g, bzw. 0,05 g. Damit hätte ein<br />
Effekt auch bei geringen Drehzahlen messbar sein müssen, wenn es ihn denn gäbe.<br />
Gewichtsdifferenz [g]<br />
4,5<br />
4,0<br />
3,5<br />
3,0<br />
2,5<br />
2,0<br />
1,5<br />
1,0<br />
0,5<br />
0,0<br />
0,8<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
Vermuteter Effekt bei geringeren Drehzahlen<br />
Ausschnitt<br />
0,0<br />
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000<br />
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000<br />
Rotordrehzahl [1/min]<br />
- 18 -<br />
Messpunkt Krausz<br />
Abbildung 18: Vermuteter Effekt bei geringeren Drehzahlen<br />
Messpunkt Krausz<br />
Linearer Fit<br />
Exponentieller Fit<br />
Quadratischer Fit
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
4.4 Überlegungen zu elektrischen Kräften am Krausz-Aufbau<br />
Durch die hohe Drehzahl des Titanbechers könnte es zu elektrischen Aufladungen des<br />
Aufbaus kommen, insbesondere wenn keine <strong>durch</strong>gängige Erdung aller Komponenten<br />
vorhanden ist.<br />
Die Aufladung könnte zum einen <strong>durch</strong> Reibungselektrizität zustande kommen. Zum anderen<br />
kann man den Aufbau auch als Unipolargenerator (sog. „N-Maschine“) betrachten, bei dem<br />
sich aufgrund der Rotation eine Potentialdifferenz zwischen Achse und Umfang aufbaut.<br />
Anschaulich formuliert, werden die freien Elektronen dabei <strong>durch</strong> die Zentrifugalkraft nach<br />
außen geschleudert.<br />
Wenn man den metallischen Probekörper und den <strong>rotierende</strong>n Becher als Kondensator<br />
betrachtet, entspricht der Aufbau einer Spannungswaage nach Thomson (dem späteren Lord<br />
Kelvin). Der Ausschlag der Waage (bzw. die Gewichtsveränderung des Probekörpers) ist<br />
dabei quadratisch von der Feldstärke, bzw. der Spannung abhängig und gegeben <strong>durch</strong>:<br />
U ? d<br />
2F<br />
? A<br />
1<br />
F ? ?<br />
2<br />
0<br />
E<br />
Mit<br />
U<br />
E ?<br />
d<br />
folgt<br />
1 ? U ? 2F<br />
? U ?<br />
F ? ? 0?<br />
? A ? ? ? ? ?<br />
2 ? d ? ? 0 A ? d ?<br />
Folgende Parameter sind bei unserem Aufbau gegeben:<br />
Projezierte Kondensatorfläche: A = 54 mm * 74 mm = 0,004 m 2<br />
Abstand Probekörper – Abschirmung d = 1 mm (bis 2 mm)<br />
Kraft bei Krausz (ca. 4g) F = 0,04 N<br />
Elektrische Feldkonstante e0 = 8,854 E-12 As/(Vm)<br />
Eingesetzt ergibt sich:<br />
0<br />
2<br />
2 ? 0,<br />
04N<br />
? Vm<br />
U ? 0,<br />
001m<br />
?<br />
? 1503 ? V<br />
? 12<br />
2<br />
8,<br />
854 ? 10 As ? 0,<br />
004m<br />
Eine Spannung von etwa 1500 V würde ausreichen, um eine Gewichtsveränderung von 4 g zu<br />
bewirken. Diese Spannung könnte <strong>durch</strong>aus beim „Gelsenkirchener Experiment“ von Krausz<br />
entstanden sein und die Gewichtsverringerung bewirkt haben. Krausz macht keine Angaben<br />
darüber, ob sein Aufbau <strong>durch</strong>gängig geerdet war. Diese Kraftwirkung entsteht außerdem nur<br />
bei asymmetrischem Probekörper (Zylinderabschnitt). Ein Voll- oder Hohlzylinder hätte<br />
keine gerichtete elektrische Kraftwirkung. Nach der „alternativen Gravitationstheorie“ gibt es<br />
auch keinen plausiblen Grund dafür, warum der Probekörper asymmetrisch sein soll.<br />
- 19 -<br />
2<br />
A<br />
2
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
In einem separaten Versuch haben wir eine Spannungswaage nach Thomson aufgebaut. Dabei<br />
wurde dieselbe Balkenwaage, Probegewicht aus Blei und Abschirmung aus Kupfer wie beim<br />
Hauptversuch verwendet und mit einem Hochspannungsnetzteil aufgeladen.<br />
Abbildung 19: Aufbau Spannungswaage<br />
Abbildung 21: Messdiagramm zur Spannungswaage<br />
- 20 -<br />
Abbildung 20: Probegewicht in Abschirmung<br />
Das Diagramm (Abbildung 21) zeigt deutlich, wie die Gewichtsdifferenz sich quadratisch zur<br />
Spannung verhält, wie es nach obiger Formel zu erwarten ist. Die Abstände von 1 mm, bzw.<br />
2 mm wurden per Augenmaß bestimmt und sind nicht sehr genau. Dennoch stimmt die<br />
Größenordnung sehr gut mit der Berechnung überein. Im Versuch ist bei 1 mm Abstand eine<br />
Spannung von 1700 V ausreichend, um eine Gewichtsdifferenz von 4 g zu erzielen.
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
5 Würdigung und Kritik des „Gelsenkirchener Experiments“<br />
Die Leistung von Eduard Krausz besteht darin, dass er die bereits zur Zeit Newtons<br />
diskutierte Drucktheorie der Gravitation in heutiger Zeit in seinen Werken wieder neu<br />
ausformuliert, um neue Erkenntnisse ergänzt und schließlich ein Experimentum Cruzis<br />
entworfen hat, um diese Hypothesen auf die Probe zu stellen.<br />
Die Umsetzung seiner Hypothese in Form des „Gelsenkirchener Experiments“ ist jedoch<br />
diskussionsbedürftig und fragwürdig. Auf persönliche Nachfrage erklärte Herr Krausz, dass<br />
keinerlei Laboraufzeichnungen oder Messprotokolle existieren. Ihm genüge es, dass er „den<br />
Effekt mit eigenen Augen gesehen“ habe.<br />
In mehreren Veröffentlichungen [2][4][5] beruft er sich zur der Bestätigung seines Effekts nur<br />
auf einen einzigen (!) Zahlenwert.<br />
Weiterhin sind auch keine Referenzmessungen und Fehlergrenzen dokumentiert, die belegen<br />
könnten, dass es sich bei seinem Ergebnis nicht um irgendwelche Messartefakte handelt.<br />
Mögliche systematische Fehlerquellen, auf die er nirgendwo eingeht, gibt es in seinem<br />
Aufbau genug:<br />
?? Luftströmungen im Außenbereich könnten auf die Balkenwaage einwirken.<br />
?? Rückwirkungen aufgrund von Vibrationen.<br />
?? Drift der verwendeten Waage.<br />
?? Elektromagnetische Kräfte auf den Probekörper.<br />
6 Zusammenfassung<br />
Der von Eduard Krausz postulierte und angeblich in seinem „Gelsenkirchener Experiment“<br />
gemessene Effekt der Gewichtsreduzierung einer Probemasse, die von einem schnell<br />
<strong>rotierende</strong>n Metallzylinder umgeben ist, konnte von uns nicht reproduziert werden.<br />
Aufbau und Durchführung der Experimente erstreckten sich über einen Zeitraum von über<br />
zwei Jahren, wobei großen Wert auf die Zuverlässigkeit der Messung gelegt wurde.<br />
Unser anfänglich positives Ergebnis stellte sich bald als Artefakt der verwendeten DMS-<br />
Wägezelle heraus. Die Gewichtsmessungen wurden weiter verfeinert, unter anderem <strong>durch</strong><br />
Temperaturkompensation des Systems.<br />
Des weiteren wurde ein anderes System zur Gewichtsmessung aufgebaut, das mit einer<br />
Balkenwaage und digitaler Laborwaage funktioniert.<br />
Nach diesen Verbesserungen erhielten wir zuverlässige Messergebnisse, die keinerlei Effekt<br />
der Gewichtsreduktion zeigen.<br />
Leider sind von Krausz keinerlei Laboraufzeichnungen vorhanden, so dass sich die fundiert<br />
dargelegten erheblichen Zweifel an der Echtheit des von Krausz beobachteten Effektes nicht<br />
ausräumen lassen. Wir konnten zeigen, dass bspw. schon allein elektrostatische Kräfte – so<br />
man sie denn nicht verhindert – in der Lage sind, Effekte in der von Krausz beobachteten<br />
Größenordnung hervorzurufen. Diese Diskrepanz hat unsere Entscheidung maßgeblich<br />
bestimmt, keine weiteren Untersuchungen zu diesem Experiment vorzunehmen.<br />
- 21 -
Institut für Gravitationsforschung <strong>Gravitationsabschirmung</strong> nach Krausz<br />
7 Quellennachweis<br />
7.1 Literatur<br />
[1] Krausz, Eduard: „Gravitation, kosmisches Blut“; Saturn Verlag Groß Umstadt, 1991<br />
[2] Krausz, Eduard: „Neue Schwerkraft-Theorie: Ist Gravitation ein Medium?“;<br />
Raum&Zeit 91/1998, S.73-76<br />
[3] Krausz, Eduard: „Gravitations-Experiment an der FH Gelsenkirchen. Schwerkraft als<br />
vierter Aggregatzustand der Materie“; VDI-Nachrichten Bd. 46, Heft 50 (11.12.1992),<br />
S. 16<br />
[4] Krausz, Eduard: „Das Universum funktioniert anders“, Corona Verlag Hamburg, 1998<br />
[5] Krausz, Eduard: „10 Jahre Gelsenkirchener Experiment“, Raum&Zeit 125/2003, S.55-<br />
58<br />
7.2 Materialliste für mechanischen Aufbau<br />
?? Grundplatte aus Alu 312 mm x 272 mm x 20 mm<br />
?? Rotationszylinder aus TiAl6V4, nach Zeichnung<br />
?? Abschirmung aus PVC und Schichtholz, nach Zeichnung<br />
?? Luftturbine Picobell mit Luftlager<br />
?? Kompressor 10bar, 400 l Ansaugleistung, 380V, 1,5kW<br />
?? Kompressor 8 bar, 210 l Ansaugleistung, 220V, 1,1kW<br />
?? Achatlager der Firma Kern<br />
?? Waagebalken, Alu 600 mm x 20 mm x 6 mm<br />
7.3 Messgeräte und Sensoren<br />
?? DMS Waage , ME Systeme SK40, max. 500g, 50mg Auflösung<br />
?? Laborwaage Kern KK 600-3, max. 600g, 1mg Auflösung<br />
?? Frequenzzähler Agilent 53132A<br />
?? Temperaturregler Eurotherm 2216e<br />
?? Differenzdrucksensor MPX-2010 DP<br />
?? Beschleunigungssensor, Fa. PCB, JM352C65<br />
?? ICP Messverstärker, Fa. PCB, 442B104<br />
?? Messsystem Hydra, Fa. Kinzinger<br />
7.4 Lieferanten<br />
Titanbearbeitung und Gesamtherstellung:<br />
Reuter Technologie GmbH<br />
63825 Schöllkrippen<br />
www.reuter-technologie.de<br />
Luftlager und- turbine:<br />
Eitzenberger Luftlagertechnik<br />
82405 Wessobrunn<br />
http://home.t-online.de/home/eitzenberger.h/homep1.htm<br />
- 22 -
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Kugellager und Spindelantrieb:<br />
GRW, Gebr. Reinfurt GmbH&Co. KG<br />
97074 Würzburg<br />
www.grw.de<br />
Auswuchten:<br />
Schenck Rotec GmbH<br />
64293 Darmstadt<br />
www.schenck-rotec.de<br />
8 Danksagung<br />
Wir bedanken uns bei Herrn Eduard Krausz für seine Unterstützung und Informationen über<br />
sein „Gelsenkirchener Experiment“.<br />
Vielen Dank an die Mitarbeiter der Fa. Gebrüder Reinfurt Würzburg (GRW), die uns<br />
unentgeltlich mit großem Engagement und Arbeitseinsatz den ersten Aufbau mit<br />
Elektroantrieb ermöglicht haben.<br />
Auch bei den Mitarbeitern der anderen genannten Firmen möchten wir uns bedanken, die<br />
<strong>durch</strong> ihren persönlichen Einsatz unsere Versuchsaufbauten in der erforderlichen Präzision<br />
ermöglicht haben.<br />
- 23 -