Двигатель, работающий за счет выталкивающей силы

1 Изобретение касается устройства для создания вращающего момента. Такого типа устройства находят в технике разнообразное применение в частности, как привод для станков и тому подобного. В основу изобретения положена задача создать другое приспособление названного вначале типа, которое использует, в частности, выталкивающие силы для создания вращающего момента. Эта задача решается посредством устройства согласно п. 1 формулы изобретения. В соответствии с изобретением, таким образом предусмотрено, что, по крайней мере, два тела связаны между собой таким образом, что они могут выполнять вращательное движение,при котором одно тело движется в направлении силы тяжести, а другое в противоположном ему направлении, причем каждое тело при смене направления движения изменяет свой объем так,что объем движущегося в направлении силы тяжести тела или тел меньше объема движущегося в противоположном направлении тела или тел. Изменение объема каждого тела происходит, следовательно, таким образом, что он увеличивается, когда его движение вниз, то есть, по существу проходящее в направлении силы тяжести движение меняется на направленное вверх движение, следовательно, против силы тяжести, в то время как он уменьшается, как только движение тела снова меняется на направленное вниз движение. За счет этого попеременного при смене направления движения увеличения и уменьшения объемов тел обеспечивается, что всякий раз движущиеся вверх тела вследствие их большего объема испытывают большую выталкивающую силу, чем движущиеся вниз тела. За счет этого происходит вращательное движение тел. Особенно выгодно, когда связанные между собой тела выполнены так, что несмотря на попеременные изменения объемов отдельных тел полный объем всех тел по существу постоянен. Хотя устройство в соответствии с изобретением, в принципе может работать и с нечетным количеством тел, предпочтительным вариантом предусмотрено, что тела по отношению к вращательному движению расположены попарно противоположно друг другу. За счет этого симметричного, попарного расположения тел обеспечивается создание особенно равномерного вращающего момента. В принципе устройство, согласно изобретению, может работать в любой жидкости, которая при удобных для использования изменениях объема тел создает достаточно большое приращение выталкивающей силы, так что, по крайней мере, могут преодолеваться действующие в устройстве силы трения. Однако предпочтительно, чтобы тела, по меньшей мере, во время части своего враща 001255 2 тельного движения, были погружены в жидкость. За счет, по меньшей мере, частичного целесообразнее же полного размещения устройства в жидкости, в частности, в воде, уже при относительно небольшом изменении объема может достигаться сравнительно большое увеличение выталкивающей силы. Например, увеличение объема отдельных тел, соответственно,на 1 дм 3 (1 л) создает увеличение выталкивающей силы на 9,81 Н (1 кгс). Особенно целесообразно, когда отдельные тела соединены между собой тяговым элементом, который кольцеобразно проходит через, по меньшей мере, одно поворотное устройство,причем поворотное устройство имеет, по меньшей мере, одно поворотное колесо, расположенное на валу, который может передавать вращающий момент. Чтобы по возможности полно использовать разницу выталкивающих сил для создания вращающего момента, предусмотрено, что каждые два расположенных попарно друг другу тела, преимущественно все тела, имеют одинаковую массу. Таким образом устройство по отношению к действующим силам веса может полностью удерживаться в равновесии. При особенно предпочтительном варианте исполнения изобретения предусмотрено, что каждое тело выполнено как унифицированный узел из поршня и цилиндра, причем поршень в зависимости от ориентации узла из поршня и цилиндра относительно силы тяжести может перемещаться действующей на него силой веса в свое выдвинутое или вдвинутое положение. Чтобы при этом обеспечить, что перемещение поршня, в частности, его извлечение,может происходить только на основании действующей на него силы веса, предусмотрено, что длина поршня Ik удовлетворяет следующему уравнению: где h - максимальная глубина погружения тела в жидкость,f - плотность жидкости иk - плотность материала поршня. Особенно целесообразно, когда отдельные узлы из поршня и цилиндра расположены так,что каждый узел из поршня и цилиндра при смене направления движения в принудительном порядке переводится из его положения, в котором поршень выдвинут или же вдвинут, в его другое положение, в котором поршень вдвинут или же выдвинут. При другом варианте исполнения изобретения предусмотрено, что камеры цилиндров отдельных узлов из поршней и цилиндров соединены между собой для возможности обмена жидкости, причем камеры цилиндров кольцеоб 3 разно, предпочтительно посредством шланга,соединены между собой. Таким образом может быть образована замкнутая гидравлическая система в соединенных между собой камерах цилиндров, что приводит к тому, что давление, возникающее при вдвигании поршня, меняющего свое движение на движение вниз, через замкнутую гидравлическую систему может передаваться выводимому в свое выдвинутое положение поршню узла из поршня и цилиндра, изменяющего свое движение на направленное вверх,так что дополнительное давление на поршень поддерживает его движение в выдвинутое положение для увеличения объема и компенсирует возможно возникающие потери на трение. В качестве жидкости в камерах цилиндров может применяться просто воздух или другой газ; но также можно использовать, например,совсем легкое масло или подобную жидкость в качестве жидкости, которая имеет преимущество, заключающееся в том, что может особенно хорошо передавать давление. Изобретение подробнее объясняется ниже с помощью примеров, представленных на чертежах. Изображено: фиг. 1 - сильно упрощенное схематическое изображение устройства согласно изобретению с парой тел для создания разности выталкивающих сил,фиг. 2 а - упрощенное схематическое изображение сечения узла из поршня и цилиндра с выдвинутым поршнем,фиг. 2 б - упрощенное схематическое изображение сечения узла из поршня и цилиндра с вдвинутым поршнем и фиг. 3 - упрощенное схематическое изображение устройства согласно изобретению с большим количеством попарно расположенных тел для создания разности выталкивающих сил. На фигурах чертежа соответствующие друг другу конструктивные элементы снабжены одинаковыми условными обозначениями. Как показано на фиг. 1, устройство для создания вращающего момента, согласно изобретению, включает в себя поворотное устройство 10 для тягового элемента 11, к которому прикреплены два узла 12 из поршней и цилиндров как пара тел для создания разности выталкивающих сил. Поворотное устройство 10 включает в себя поворотное колесо 13, которое установлено на валу 14, который может передавать созданный устройством согласно изобретению вращающий момент. Например, к валу 14 может быть подключен генератор для выработки электрической энергии. В качестве поворотного колеса 13 в зависимости от применяемого тягового элемента 11 может использоваться зубчатое колесо или канатный барабан или тому подобное. Соответственно тяговый элемент 11 может быть выполнен 4 как цепь, канат, зубчатый ремень, тяговая лента или тому подобное. Чтобы передать действующие на узлы 12 из поршней и цилиндров силы на тяговый элемент 11, каждый узел 12 из поршня и цилиндра закреплен на тяговом элементе 11 с помощью отстоящих друг от друга в направлении длины тягового элемента 11 крепежных стержней 15 или тому подобного. Благодаря этому закреплению узлов 12 из поршней и цилиндров на тяговом элементе 11, а следовательно, благодаря крепежным средствам, отстоящим друг от друга в направлении длины тягового элемента 11 и, таким образом, в направлении движения узлов 12 из поршней и цилиндров достигается тот эффект, что узлы 12 из поршней и цилиндров во время полного поворотного движения относительно соответствующего направления перемещения сохраняют одинаковую ориентацию, так что при смене направления движения по отношению к силе тяжести они в принудительном порядке изменяют свое положение по отношению к гравитации. Чтобы камеры цилиндров 16 узлов 12 из поршней и цилиндров соединить друг с другом,так чтобы они сообщались между собой, предусмотрен в качестве трубопровода жидкости шланг 17 или подобное соединение, который через соответствующие соединительные детали 18 и соединительные штуцера 19 закреплен на цилиндрах 20 узлов 12 из поршней и цилиндров,так что шланг 17 находится в гидравлическом соединении с соответствующими камерами цилиндров 16. Как подробнее представлено на фигурах 2 а и 2 б, в каждом цилиндре 20 расположен поршень 21 с возможностью скольжения таким образом, что когда цилиндр 20, как представлено на фигуре 2 а, расположен своей открытой стороной вниз, он на основании действующей на него силы веса скользит вниз в свое вытянутое или выведенное положение. Чтобы при этом устранить вываливание поршня 21 из цилиндра 20, цилиндр 20 имеет, например, направленный внутрь фланец 22, в то время как поршень 21 несет взаимодействующий с ним направленный наружу фланец 23. На фланце 22 размещены детально не представленные уплотняющие средства, которые герметично уплотняют камеру цилиндра 16, существенно не препятствуя перемещению поршня 21, для обеспечения того,чтобы окружающая узел 12 из поршня и цилиндра среда не могла проникать в камеру цилиндра 16. В дальнейшем предполагается, что устройство согласно изобретению полностью расположено в воде, и что камеры цилиндров 16, соединенные между собой шлангом 17 и образующие замкнутую гидравлическую систему,наполнены воздухом. Вместо воды может быть использована также другая среда, имеющая небольшую вязкость и максимально высокую 5 плотность. При предположенном здесь применении воды вместо воздуха может быть также использовано максимально легкое масло как наполняющая камеры цилиндров 16 жидкость. Существенным для выбора предусмотренных в устройстве согласно изобретению текучих сред является то, что плотность предусмотренной в камерах цилиндров 16 среды меньше, предпочтительно много меньше, плотности среды окружающей узлы 12 из поршней и цилиндров. Различие в плотности между воздухом и водой настолько велико, что при последующем объяснении изобретения масса содержащегося в камерах цилиндров 16 воздуха может полностью не приниматься во внимание. Чтобы определить результирующую силуFR, передаваемую для создания вращающего момента посредством тягового элемента 11 на окружность поворотного колеса 13, следует прежде всего отдельно рассматривать силы,действующие на узлы 12 из поршней и цилиндров. На левый на фиг. 1 узел 12 из поршня и цилиндра наряду с его силой веса Gi действует создаваемая окружающей водой выталкивающая сила FA(VI), которая вызывает кажущееся уменьшение силы веса G1. Выталкивающая сила известным образом зависит от объема V1 узла 12 из поршня и цилиндра, представленного на фиг. 1 слева, и рассчитывается по уравнениюFA(VI) = gfVI. При этом g - ускорение свободного падения и f - плотность окружающей узел 12 из поршня и цилиндра среды, следовательно воды. Соответствующим образом к правому на фиг.1 узлу 12 из поршня и цилиндра наряду с действующей на него силой веса Gr приложена выталкивающая сила FA(Vr), которая удовлетворяет уравнению FA(Vr) = gf Vr, где Vr - объем правого узла 12 из поршня и цилиндра, следовательно, узла 12 из поршня и цилиндра при втянутом поршне 21. С учетом того, что передаваемые левым и правым узлом 12 из поршня и цилиндра на тяговый элемент 11 силы относительно тягового элемента 11 действуют в противоположных направлениях и соответствующая выталкивающая сила действует противоположно силе веса, для результирующей силы FR получается следующее уравнение:FR = FA(VI) - FA(Vr)+ Gr - GI С помощью вышеприведенных уравнений для выталкивающих сил для результирующей силы FR получается тогда следующее уравнение:FR = gf(VI - VR) + (Gr -G1) Если же, как это предпочтительно предусмотрено изобретением, узлы 12 из поршней и цилиндров выполнять одинаковым образом,чтобы они имели также одинаковый вес, то силы веса взаимно уничтожаются и действующая на поворотное колесо 13 результирующая силаFR для создания вращающего момента на валу 14 зависит только от разности объемов V = VI Vr обоих узлов 12 из поршней и цилиндров. Разность объемов V при цилиндрическом поршне 21 соответствует произведению хода поршня Ih на площадь поперечного сечения поршня Аk. Для результирующей силы FR справедливо тогдаFR = gfIhAk. Для обеспечения перемещения поршня 21 вопреки действующей на его свободную поверхность 21', направленной вверх на фигуре 2 а силы, которая создается всякий раз преобладающим давлением воды, его выведенное положение, длину поршня Ik предпочтительно выбирать такой, чтобы она удовлетворяла следующему уравнению: При этом h - максимально возможная глубина погружения узла 12 из поршня и цилиндра и, таким образом поршня 21, следовательно расстояние самого глубокого положения свободной поверхности 21' поршня 21 от поверхности воды, и k -плотность материала поршня. Функционирование устройства согласно изобретению подробнее объясняется далее с помощью фиг. 3, на которой показан пример исполнения изобретения с 14 соответственно попарно друг к другу расположенными узлами 12 из поршней и цилиндров. Наряду с верхним поворотным устройством 10 это устройство имеет нижнее поворотное устройство 30 с поворотным колесом 33, расположенным на нижнем валу 34. Как можно видеть на фиг. 3, шесть расположенных на левой стороне узлов 12 из поршней и цилиндров имеют соответственно на V =VI - Vr = Ih - Аk больший объем, чем расположенные на правой стороне узлы 12 из поршней и цилиндров, так как у них поршни 21 находятся в выведенном положении. Вследствие этого на тяговый элемент 11 действует результирующая сила FR, которая при пренебрежении потерями на трение и тому подобными составляет 6gfV. Эта сила FR приводит узлы 12 из поршней и цилиндров во вращательное движение, при котором всякий раз поршень 21 узла 12.2 а из поршня и цилиндра, который меняет движение вверх на левой стороне на движение вниз на правой стороне, только на основании действующей на него силы веса вдвигается в цилиндр 20 для уменьшения объема. Одновременно, в зоне нижнего поворотного устройства 30 узел 12.2 б из поршня и цилиндра изменяет движение с направленного вниз на правой стороне на направленное вверх на левой стороне,причем поршень 21 для увеличения объема за счет действующей на него силы веса вопреки 7 преобладающему в этой области давлению воды выводится из цилиндра 20. Поскольку каждые два узла 12 из поршня и цилиндра установлены взаимно попарно, так что относительно вращательного движения они расположены взаимно противоположно, как самый верхний и самый нижний узел 12.la и 12.1 б из поршня и цилиндра или узлы 12.2 а и 12.2 б из поршней и цилиндров, то каждый раз происходит ввод поршня 21, следовательно, при изменении положения от позиции узла 12.la из поршня и цилиндра к позиции узла 12.2 а из поршня и цилиндра, в то время как при соответствующей смене положения от позиции узла 12.1 б из поршня и цилиндра к положению узла 12.2 б из поршня и цилиндра поршень выводится. За счет вытеснения объема воздуха в камере цилиндра 16 узла 12.2 а из поршня и цилиндра,которое приводит к увеличению давления воздуха в замкнутой системе, поддерживается вывод поршня 21 соответствующего противолежащего узла 12.2 б из поршня и цилиндра. При условии, что, например, сталь с плотностью 7,87 кг/дм 3 должна быть использована, в качестве материала для поршня 20 узла 12 из поршня и цилиндра и устройство в своей самой глубокой точке около 2 м глубины расположено в воде, необходима длина поршня Ik около 25 см. Если, в соответствии с этим, применяют поршень с диаметром примерно 22 см и необходимой длиной 25 см, который может выполнять ход 20 см, то получается изменение объема V около 4 дм 3, что создает выталкивающую силу около 40 Н (соответствующую 4 кг вытесненной воды). Тогда при шести такого типа узлах из поршней и цилиндров получается результирующая сила FR 235 Н, которая в зависимости от диаметра поворотного колеса 13 создает на валу 14 соответствующий вращающий момент,который может быть использован для привода генератора для выработки электрической энергии. За счет выбора подходящего материала и соответствующих размеров отдельных конструктивных элементов устройства согласно изобретению простым способом могут быть созданы вращающие моменты в широкой области. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для создания вращающего момента, содержащее, по крайней мере, два тела(12), связанные друг с другом таким образом, что они могут выполнять вращательное движение,при котором одно тело (12) движется в направлении силы тяжести, а другое в противоположном ему направлении, причем каждое тело (12) при смене направления движения изменяет свой объем так, что объем движущегося (движущихся) в направлении силы тяжести тела (тел) (12) меньше объема движущихся в противоположном направлении тел (12). 8 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что связанные между собой тела (12) выполнены так, что, несмотря на попеременные изменения объемов отдельных тел (12), полный объем всех тел (12), по существу, постоянен. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что тела (12) по отношению к вращательному движению расположены попарно противоположно друг другу. 4. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что тела (12), по меньшей мере, во время части своего вращательного движения погружают в жидкость. 5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что отдельные тела(12) связаны между собой тяговым элементом(11), проходящим кольцеобразно через, по меньшей мере, одно поворотное устройство (10). 6. Устройство по п.5, отличающееся тем,что поворотное устройство (10) имеет, по меньшей мере, одно поворотное колесо (13), установленное на валу (14), который может передавать вращающий момент. 7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каждые два расположенных попарно друг другу тела (12), предпочтительно все тела (12), имеют одинаковую массу. 8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каждое тело выполнено как унифицированный узел (12) из поршня и цилиндра, причем поршень (21) в зависимости от ориентации узла (12) из поршня и цилиндра относительно силы тяжести может перемещаться действующей на него силой веса в свое выдвинутое или вдвинутое положение. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем,что длина поршня (Ik) удовлетворяет следующему уравнению где h- максимальная глубина погружения тела (12) в жидкость, f - плотность жидкости иk - плотность материала поршня. 10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что каждый узел (12) из поршня и цилиндра при смене направления движения принудительно переводят из одного положения, в котором поршень (21) выдвинут или вдвинут, в другое его положение, в котором поршень (21) вдвинут или выдвинут. 11. Устройство по п.8 или 10, отличающееся тем, что камеры цилиндров (16) отдельных узлов (12) из поршней и цилиндров соединены между собой для возможности обмена жидкостью. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем,что камеры цилиндров (16) кольцеобразно, предпочтительно посредством шланга (17) соединены между собой.