Untersuchung der Funktionsweise des Quanten-Energie

Untersuchung der Funktionsweise des Quanten-Energie-Generators
Bernhard Foltz, München, 8.5.2013 @
Der Quanten-Energie-Generator (Quantum Energy Generator, QEG) ist eine Vorrichtung, die laut
Open-Source-Veröffentlichung im Internet [1] mehr Leistung abgeben soll als sie zu ihrem Betrieb
aufnimmt. Der QEG wird bei der Inbetriebnahme von einem Gleichstrommotor angetrieben, der
dann nach Erreichen der Resonanz von der externen Energiequelle abgetrennt und vom Generator
selbst versorgt werden soll. Das sind natürlich Aussagen, die in krassem Widerspruch zu sämtlichen
Erkenntnissen der Physik stehen und - wenn doch zutreffend - diese völlig revolutionieren würden.
Doch auch ohne Berücksichtigung dieser ihm zugesprochenen Fähigkeit wartet der QEG mit recht
überraschenden Eigenschaften auf, die ihn auch aus meiner physikalisch orientierten Sichtweise zu
einem interessanten Forschungsobjekt machen. Zudem herrscht in den einschlägigen Internetseiten
und Foren weitgehend Unklarheit über das Funktionsprinzip des QEG. In dieser Arbeit sollen
aufgrund vorgenommener Messungen und Simulationen die Funktionen des QEG ergründet
werden.
Der Aufbau
Der gesamte Aufbau besteht aus dem eigentlichen Generator und einem Gleichstrommotor, wie im
QEG User Manual [1] und dessen deutscher Übersetzung [2] dargestellt ist (Abb. 1).
Abb. 1: Schaltbild des Generators und des Antriebs. (Quelle: [1])
Der Motor wird über einen - in dem Schaltbild fehlenden - Brückengleichrichter mit Netzstrom
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versorgt, wobei ein vorgeschalteter Regeltransformator eine hinreichend feine Drehzahleinstellung
ermöglicht, die zum Erreichen der Resonanzbedingung benötigt wird. Über einen Keilriemen ist der
Motor mit dem Rotor des QEG verbunden.
Der QEG selbst besteht aus einem aus Transformatorblech aufgestapelten ringförmigen Kern, der
mit vier Spulen bewickelt ist. Zwischen den Spulen besitzt der Kern vier nach innen weisende Pole,
von denen wechselweise zwei gegenüberliegende über einen Rotor magnetisch verbunden werden.
Der Rotor besteht aus dem gleichen Material wie der Ring und passt bis auf einen nur ca. 0.1 mm
breiten Luftspalt genau in diesen hinein. Jeweils zwei Spulen mit 3100 Windungen und zwei mit
350 Windungen stehen sich auf dem Ring gegenüber. Die beiden ersteren bilden mit einem
Kondensator von 125nF, der wegen der erforderlichen Spannungsfestigkeit aus 12
Einzelkondensatoren zu je 1,5µF zusammengesetzt ist, einen Schwingkreis. Die anderen beiden
Spulen sind mit einem Verbraucher, z.B. Glühlampen verbunden, wobei über die genaue
Verschaltung und die Höhe der entnehmbaren Spannungen, Leistungen und Frequenzen noch einige
Fragen offen sind. Ein weiterer Bestandteil des QEG sind eine Funkenstrecke und eine Luftspule.
Diese sollen wohl so zusammenwirken wie die Primärspule eines Tesla-Transformators. Diese
Elemente sollen wesentlich für den Energiegewinn aus dem Kosmos verantwortlich sein, werden
aber im folgenden nicht weiter betrachtet.
Funktionsprinzip - erste Überlegungen
Zunächst erscheinen einige Details recht rätselhaft: Der Rotor ist weder permanentmagnetisch noch
mit einer Magnetspule versehen, sodass nicht unmittelbar einsichtig ist, was er für eine Wirkung auf
die Spulen haben könnte. Je zwei auf dem Ring gegenüberliegende Spulen sind so miteinander
verschaltet, dass sich deren Induktion weitgehend gegeneinander aufhebt. Andersherum verschaltet
wäre der Aufbau ein Ringkerntransformator, doch die vorliegende Schaltung scheint keinerlei
Kopplung zwischen dem Schwingkreis und den anderen beiden Spulen zu ergeben.
Der Rotor verbindet während seiner Drehung wechselweise zwei gegenüberliegende Pole des
Ringkerns miteinander und verändert somit sicher die Induktivität der Spulen. Die gemeinsame
Induktivität der beiden Schwingkreisspulen und die Kapazität des Kondensators sind die Parameter,
die die Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmen. Somit liegt die Vermutung nahe, dass es
sich bei dem Aufbau um einen Parametrischen Oszillator handelt.
Parametrischer Oszillator
Als kurze Erläuterung, was ein Parametrischer Oszillator ist, soll die Bewegung einer Schaukel
dienen (Abb. 2).
Abb. 2: Schaukel als Beispiel für einen Parametrischen Oszillator
Statt die Schaukel z.B. seitens einer Hilfsperson rhythmisch anzuschieben kann auch die
schaukelnde Person sich selbst in Schwung halten, indem sie ihren Schwerpunkt im richtigen Takt
anhebt und wieder absenkt. Physikalisch ist das das Ändern eines frequenzbestimmenden
Parameters, nämlich in diesem Fall die Änderung der Länge zwischen der Aufhängung der
Schaukel und dem Schwerpunkt des Schaukelnden. Beste Resultate ergeben sich, wenn der
Schwerpunkt immer in der Mittellage der Schaukel angehoben und an beiden Endpositionen wieder
abgesenkt wird. Typisch für einen Parametrischen Oszillator ist daher, dass der Parameter zweimal
je Schwingung erhöht und erniedrigt wird, also mit doppelter Frequenz. (Ausreichend ist jedoch
auch eine - asymmetrische - einmalige Änderung je Schwingungsperiode.)
Funktionsprinzip - im Detail
Zur genaueren Betrachtung der Vorgänge soll die folgende Darstellung (Abb. 3) des Ringkerns mit
den Spulen und dem Rotor dienen.
Abb. 3: Ringkern mit Spulen und Rotor - Der Magnetfluss hebt sich auf
Angenommen, im Schwingkreis fließe ein Strom in Richtung des in roter Farbe eingezeichneten
Pfeils, und der Rotor verbinde keine Pole miteinander. Dann baut sich in der Spule rechts im Bild
ein Magnetfluss in Richtung des gelben Pfeils auf. In der gegenüberliegenden Spule durchsetzt der
Magnetfluss den Ringkern jedoch im genau entgegengesetzten Sinn, wodurch sich kein den ganzen
Ring durchflutender Magnetfluss aufbauen kann. Die Induktivitäten der beiden Spulen heben sich
zum großen Teil gegenseitig auf und die gemeinsame Induktivität beider Spulen ist niedrig. Eine
Kopplung zu den anderen Spulen ist unterbunden. (Natürlich endet der Magnetfluss nicht einfach
wie im Bild gezeichnet, sondern schließt sich, für jede Spule getrennt, über die Luft und bildet sich
daher insgesamt nur schwach aus.)
Dreht sich der Rotor nun so, dass er zwei gegenüberliegende Pole verbindet, dann ändert sich der
Magnetfluss (Abb. 4).
Abb. 4: Ringkern mit Spulen und Rotor - Magnetfluss im Rotor
Jetzt kann sich der Magnetfluss durch beide Schwingkreisspulen über den Rotor verbinden. Die
Induktivitäten der beiden Spulen heben sich nicht mehr gegeneinander auf, sodass deren
gemeinsame Induktivität deutlich ansteigt. Dadurch werden auch die anderen beiden Spulen
durchflutet (Abb. 5) und somit magnetisch angekoppelt.
Abb. 5: Ringkern mit Spulen und Rotor - magnetische Ankopplung der Ausgangsspulen
Nach einer Drehung des Rotors um weitere 45° ist die Induktivität wieder niedrig und die Kopplung
zu den Spulen, an denen der Verbraucher angeschlossen ist, unterbunden.
Wenn daraufhin der Rotor wieder zwei gegenüberliegende Pole miteinander verbindet, dann ergibt
sich wieder ein Magnetfluss durch die Spulen mit dem Verbraucher, doch ist die Flussrichtung
diesmal andersherum und die Kopplung erfolgt daher mit umgekehrtem Vorzeichen. (Abb. 6)
Abb. 6: Ringkern mit Spulen und Rotor - Ankopplung mit umgekehrtem Vorzeichen
Messungen
Glücklicherweise bot sich die Gelegenheit, an einem QEG-Prototypen [3] Messungen durchzuführen.
Technische Daten (z.T. vor Ort gemessen [4],[5]):
Ringkern- und Rotor-Abmessungen: Originalmaße nach QEG-Manual [1], ca. 305 mm Außendurchmesser
Schwingkreiskondensator: 12 * 1,5 µF in Reihe = 125 nF, gemessen: 124 nF
Induktivität der Schwingkreisspulen: je ca. 60 H, gemeinsam: 10 H bis 30 H je nach Rotorstellung
Induktivität der Lastkreisspulen: je 170 mH, Differenz untereinander: nur ca. 1 mH
Motordrehzahl bei Resonanz: 1178 U/min = 19,63 Hz, Einsetzen der Resonanz: ca. 1100 U/min = 18,3 Hz
Zur Drehzahlmessung wurden reflektierende Markierungen an der Treibriemenscheibe angebracht und diese
mit einem optischen Drehzahlmessgerät abgetastet. Mittels eines Digital-Oszillographen mit
Speichermöglichkeit wurden die Spannungen an den Spulenpaaren gemessen, sowie über eine
angeschlossene Stromzange bzw. einen 10-Ohm Shuntwiderstand auch die zugehörigen Ströme, und die
Resultate als Zahlentabellen abgespeichert [5]. Diese Dateien dienten als Datenquelle für die folgenden
Auswertungen mit einem Tabellenkalkulationsprogramm [6].
Abb. 7: Spannung, Strom und Leistung am Schwingkreis
Abb. 8: Spannung, Strom und Leistung an den mit Glühbirnen belasteten Ausgangsspulen
Aus dem Oszillogramm (Abb. 7) ergibt sich eine Periodendauer von 13,1 ms, was einer Frequenz von 76,3
Hz entspricht. Die Kurvenform jeder Schwingungsperiode des Schwingkreises weicht etwas von der zur
nächsten Periode gehörigen ab und stimmt erst mit der übernächsten wieder genau überein. Offensichtlich
ergeben die beiden möglichen Rotorstellungen, bei denen gegenüberliegende Pole miteinander verbunden
werden, geringfügig abweichende Resultate. Jede Periode entspricht der Drehung des Rotors um 90°. Die
Rotationsfrequenz, daraus abgeleitet, ist 76,3 Hz / 4 = 19,1 Hz = 1145 U/min, was gut mit der gemessenen
Drehzahl übereinstimmt.
Die Schwingkreisfrequenz ist somit überraschenderweise die selbe wie die Frequenz, mit der der Rotor Pole
verbindet und wieder trennt. Das widerspricht dem bei Parametrischen Oszillatoren in der Regel
anzutreffenden Faktor 2 zwischen Resonanzfrequenz und Anregungsfrequenz.
Aus der Frequenz von 76,3 Hz und der Kapazität von 125 nF kann eine Art 'effektive Induktivität' berechnet
werden. Sie ergibt sich zu L = 1 / ((2 π 76,3 Hz)² * 125 nF) = 34,8 H. Die im Stillstand und ohne Last
gemessene Induktivität von 10 bis 30 H weicht somit etwas von diesem ermittelten Wert ab. Eine eventuelle
Erhöhung der Induktivität bei Zuschaltung der Last wird bei einer zukünftigen Gelegenheit noch untersucht.
Im Oszillogramm der Ausgangsspannung (Abb. 8) fällt die nahezu spiegelbildliche Form jeder zweiten
Schwingungsperiode auf. Diese Eigenart steht im Einklang mit obiger Überlegung zu dem sich umkehrenden
Magnetfluss (Abb. 5 und 6).
Simulation
Zur Überprüfung, dass die Schwingungsanregung trotz des Frequenzverhältnisses 1:1 statt 1:2 ein
Parametrischer Oszillator ist, wurde eine Simulation mit LTSpice [7] erstellt.
Abb. 9: Schaltbild der Simulation des QEG mittels LTSpice
Das Programm ist zur Simulation elektronischer Schaltungen vorgesehen und besitzt keine
Elemente, die das reale Verhalten von Magnetflüssen in einem kompliziert geformten Spulenkern
wiedergeben. Deshalb wurden die Bauelemente des QEG auf entsprechende elektronische Bauteile
übertragen.(Abb. 9)
Die Spule L1 ist eine variable Induktivität [8], deren Induktivitätswert von einer Steuerspannung
vorgegeben werden kann. Die Spannungsquelle 'Induktivitaet' ist die Simulation des Rotors, der die
Pole verbindet und damit die Induktivität verändert. Diese Spule L1 bildet zusammen mit der Spule
L2 und dem Kondensator C1 den Schwingkreis des QEG. Der Widerstand R_sat vermindert die
Steuerspannung um einen kleinen stromabhängigen Betrag und simuliert somit eine Sättigung des
Kerns bei hohen Strömen. Die Höhe der Steuerspannung wurde durch Probieren so eingestellt, dass
die sich ergebende Schwingfrequenz mit der real beobachteten möglichst gut übereinstimmt.
Die Spannungsquelle 'Startpuls' gibt nur am Anfang der Simulation einen kurzen Impuls ab, um die
Parametrische Oszillation schneller zu starten, und hat danach keine Auswirkung mehr. In
Wirklichkeit werden die Schwingungen durch geringe Störungen, z.B. Restmagnetismus oder das
Erdmagnetfeld gestartet.
Die Spule L3 entspricht den Auskoppelspulen des QEG. Anstelle einer variablen Kopplung
zwischen Schwingkreis und Ausgang aufgrund der wechselnden Magnetflussrichtung dient in dieser
Simulation eine sinusförmige Wechselspannung 'Polaritaet' zur Darstellung dieses
Richtungswechsels.
Die Stromquelle 'I1' liefert 1A, wobei über den Widerstand 'A_1' eine Spannung 'V_1' von 1V
verfügbar wird. Dieser Konstrukt ist nur zum Eliminieren unerwünschter Einheiten wie z.B. 'V²'
vorgesehen und hat nichts mit der eigentlichen Simulation zu tun.
Beim Ablauf der Simulation werden die Spannung U_res am Schwingkreis, der Strom durch die
Spule L2 und deren Produkt, die Leistung aufgezeichnet. Es werden, analog zu den Messungen am
realen QEG, 50ms der bereits aufgeschaukelten Schwingungen herausgegriffen.
Abb. 10: Simulierte Messwerte am Schwingkreis und am Ausgang
Der obere Teil des Diagramms (Abb. 10) enthält die Leistung, die Spannung und den Strom für den
Schwingkreis. Zusätzlich eingezeichnet ist die variierende Induktivität der Spule. Alle simulierten
Messwerte stimmen in ihren Kurvenformen sehr gut mit den realen Messwerten (Abb. 7) überein.
(Auf eine so realitätsnahe Simulation, dass auch die Skalierung genau stimmt, wurde verzichtet. Es
geht nur um die Form der Oszillogramme.) Lediglich am Stromverlauf sind schwache Knickstellen
erkennbar, die mit den beiden oberen Ecken der Induktivitätskurve übereinstimmen. Der Grund ist
die Verwendung einer Trapezform als Steuerspannung, während das reale Einschwenken des Rotors
zwischen die Pole einen glatteren Verlauf ergibt.
Im unteren Teil des Diagramms (Abb. 10) sind die Spannung und die Leistung am Ausgang
dargestellt. (Da der Strom hier proportional zur Spannung ist, wurde dieser nicht gesondert
eingezeichnet. Die Skalierung der Leistung ist nicht real.) Obwohl leider die Knickstellen des
Induktivitätsverlaufs deutliche Sprünge in der Spannungskurve bewirken, ist auch hier eine
Übereinstimmung mit den Messungen am realen QEG (Abb. 8) erkennbar.
Abschluss und Ausblick
Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass der Quanten-Energie-Generator offensichtlich ein Parametrischer
Oszillator ist, dessen Anregungsfrequenz im betrachteten Fall mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. Die
Übertragung der Überlegungen zu den Magnetflüssen in elektronische Bauteile der Simulation führen zu
dem Schluss, dass sie das Funktionsprinzip richtig wiedergeben.
Eine Folgerung ist, dass der QEG auch mit der doppelten Rotordrehzahl betreibbar sein sollte, wobei es sich
dann um die bei Parametrischen Oszillatoren übliche Betriebsweise handeln würde. Eine Simulation ergibt
für diesen Fall bei gleichen Schwingkreisdaten eine Spannungskurve mit der selben Frequenz wie vorher,
aber einer deutlich anderen Form (Abb. 11).
Abb. 11: Simulierte Messwerte am Schwingkreis bei doppelter Rotor-Drehzahl
Inwieweit diese vorausschauende Simulation der Wirklichkeit entspricht und ob auch bei noch höheren
Vielfachen der Grundfrequenz Schwingungsanregungen möglich sind, wird Gegenstand zukünftiger
Untersuchungen sein.
Die Funkenstrecke und die Luftspule wurden in dieser Arbeit nicht näher betrachtet. Vielleicht ergeben sich
bei deren Inbetriebnahme und Untersuchung noch weitere interessante Überraschungen.
Referenzen:
[1] http://hopegirl2012.files.wordpress.com/2014/03/qeg-user-manual-3-25-14.pdf
[2] http://wirsindeins.files.wordpress.com/2014/03/qeg_3_dt.pdf
[3] Sebastian Gonczarek, Vierkirchen, Betreiber des Forums
http://qeg-forum.de/index.php?action=profile;u=2
[4] Ungenanntes Mitglied der Münchner Gruppe1: Dokumentation der Messarbeiten
[5] Alexander Lichte, Mitglied der Münchner Gruppe1: Messungen, Gerätebereitstellung
[6] http://www.libreoffice.org
[7] http://www.linear.com/designtools/software/#LTspice
[8] Worcester Polytechnic Institute
http://www.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-122209-100909/unrestricted/VariableL.zip