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Die Erfindung bezieht sich auf Spielgeräte für Kinderplätze mit mindestens zwei Schaukeln, die durch undehnbare Bindungen an unterem Rand des festen plattförmigen Zwischenlager aufgehängt sind, das drehbar zu einem Rahmen durch eine horizontale Welle und die Lager befestigt wird (Patent
CA1182138 und Patent Application
GB 2450995 , die im großem und ganzen das kanadische Patent wiederholt).
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So ein Zwischenlager ist eigentlich nicht anders als horizontal ausgedehntes quer schwingendes Pendel und wird deshalb weiter Pendellager genannt. Die ans bewegliche Pendellager aufgehängte Schaukeln erweisen sich dynamisch miteinander durchs Pendellager verbunden, was nicht nur Spaß macht, sondern auch z. B. Behinderte aufschaukeln lässt.
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Als Antrieb wird in
GB2450995 eine von außen erregende Masse vorgelegt, die genauso wie eine von Schaukeln ans Pendellager angehängt und Schwingungen infolge dynamischer Verbindung auf das Pendellager und auf die Schaukeln übergibt. So eine Vorrichtung ist nicht effektiv. Sie schließt in sich zu viele Übertragungsglieder ein, wobei große Energieverluste nicht zu vermeiden sind. Die motorisierte Masse bleibt in der Spielzone mit allen Schaukeln zusammen hängen, was für Insassen gefährlich ist. Ausführungsbeispiele gibt es leider nicht. Alle andere bekannten Antriebe sind meistens für Baby-Schaukeln vorherbestimmt und sind für Spielgeräte mit zwei und mehr Schaukeln ungeeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Multischaukel-Spielgerät mit mindestens zwei Schaukeln, die durch undehnbare Bindungen an unterem Rand des plattförmigen festen Pendellager aufgehängt sind, das drehbar zu einem Rahmen durch eine horizontale Welle und die Lager befestigt wird, ein effektiven und ungefährlichen Antrieb zu schaffen, womit die beliebigen ausgewählten Schaukeln auf ihren eigenen Frequenzen gleich stark aufgeschaukelt werden könnten.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Antrieb, der aus dem einen oder aus den einigen auf den Rahmen aufgestellten und von einem Regelungssystem gesteuerten Schwingungserregern besteht, die unmittelbar auf das Pendellager einwirken und damit gleichförmige periodische Querschwingungen auf seinem unteren Rand versetzen können.
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Auf diese Weise werden alle Schaukeln am festen Pendellager entlang gleichmäßig erregt. Das Pendellager wirkt als gemeinsamer Erreger für alle Schaukeln genauso wie menschliche Hand für ein auf einem Faden hängendes Gewicht. Es ist besonders wichtig, dass alle Schaukeln dabei gleichmäßig stark aufgeschaukelt werden können. Theoretisch bleibt das in Kraft bei beliebiger, u. a. bei sogar asymmetrischer Verteilung von Schwingungserregern, wenn nur das Rahmen und das Pendellager fest genug sind.
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Um ziemlich starken Schwung zu garantieren, muss eine Schwingungsamplitude am unterem Rand des Pendellagers 3...5 cm betragen. Das gilt für Schaukeln üblicher Höhe 2...2,5 m mit typischen Reibungsverlusten.
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Des weiteren können elektromechanische oder elektromagnetische gesteuerte Wandler als Schwingungserreger ausweisen, weil sie die o. g. Schwingungsamplituden gewährleisten können.
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Es ist vorzugsweise, den Antrieb durch vier von einem elektronischen Regelungssystem gesteuerten identischen Zugmagnete zu realisieren, die paarweise gegeneinander von beiden Seiten des Pendellagers auf den Rahmenstützen aufgestellt sind.
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Bei solcher Anordnung von Schwingungserregern setzen sich Insassen der Gefahr nicht aus. Zugmagnete sind sparsame und kleine aber fürs betreffende Ziel ziemlich leistungsfähige Geräte. Sie werden in großem Maßstab für Umschaltung angewandt. Erfindungsgemäß erzeugen sie rechteckige periodische Schwingungen des Pendellagers. Bei einer Resonanz von ausgewählter Schaukel spielt nur die erste sinusförmige Harmonische eine Rolle. Amplituden, Phasen und Frequenz der von Zugmagneten erregten Schwingungen sind elektronisch leicht zu steuern.
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Des weiteren sind elastische Elemente zwischen den Rahmenstützen und dem Pendellager aufgestellt. Das ist für die Zugmagnete nötig, um ihre eingezogene Anker nachdem Arbeitszyklus möglichst schneller in Ruhelage zurückzuführen und damit Bedingungen für den nächsten Zyklus zu vorbereiten. Außerdem reduzieren die elastische Elemente eine Rückwirkung von Schaukeln auf Dynamik von den Zugmagneten.
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Besonders wichtig ist, die von den Zugmagneten wirkende Kräfte ohne Verluste und Verzerrungen dem Pendellager zu übergeben. Darum ist es vorteilhaft, dass die Anker von jeden Paar gegeneinander aufgestellte Zugmagnete je durch eine flexible undehnbare und senkrecht zum Pendellager geleitete Kopplung koaxial und gleich hoch verbunden sind.
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Wie hoch Verbindungsstellen von Zugmagneten auf dem Pendellager angeordnet werden müssen, hängt von ihren Zugwegen ab. Wenn diese die beforderten 3...5 cm erreichen, kann man die Zugmagnete zum unteren Rand des Pendellagers anschließen. Sonst ist es vorteilhaft, Verbindungsstellen der Kopplungen mit dem Pendellager nach dem Hebelgesetz zu suchen, was im Anspruch 7 und unten detailliert erklärt wird.
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Um Außenmaß des Multischaukel-Spielgerätes herabzusetzen, ist es vorteilhaft, dass die Zugmagnete platt auf den Rahmensstützen angeordnet werden und die Kopplung von jedem Zugmagnete mit dem Pendellager durch eine auf dem Rahmenstütze aufgestellte freidrehende Rolle gezogen wird. U-Träger als Rahmenstütze geben dabei die Möglichkeit, darauf befestigte Geräte zu verstecken und sowohl Sicherheit als auch Aussehen zu verbessern.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist es auch vorzugsweise, die elastischen Elemente wie die bekannten Rückfedern auf den Zugmagneten zu befestigen. Das lässt benötigte Spannung der Kopplungen gewährleisten, falls diese aus den Faden oder dünnen Drahtseilen hergestellt sind.
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Um symmetrische und periodische Schwingungen des Pendellagers zu schaffen, ist es vorteilhaft, die beiden Zugmagnete von jeder Seite des Pendellagers gleichzeitig von dem Regelungssystem zu steuern und wechselhaft mit gleichem zeitlichem Abstand umzuschalten. Dabei zerstört sich minimal Gleichförmigkeit von Schwingungen, wenn auch das in horizontaler Richtung ausgedehnte Pendellager nicht ziemlich fest ist.
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Das Regelungssystem und die davon gesteuerten Zugmagnete sollen die beliebigen ausgewählten Insassen auf ihren Wunsch aufschaukeln. Um dafür benötigtes Steuersignal am einfachsten zu erzeugen, wird ein Impulsgeber auf dem Boden unter der jeden Schaukel eingerichtet und alle Impulsgeber mit dem Regelungssystem gekoppelt sind. Ganz geringe freie Schwingungen genügen, um das Regelungssystem durch Signale von den Impulsgebern zu aktivieren.
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Des weiteren müssen kurze Impulse in periodische rechteckige Stromimpulse umwandeln und damit durch die Zugmagnete aufs Pendellager einwirken. Das Ziel wird erfindungsgemäß durch die mit den zwei Relais vereinigten impulsformierenden Schaltungen erreicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnungen dargestellt und wird in folgenden näher geschrieben. Es zeigen:
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1 ein Multischaukel-Spielgerät mit einem Antrieb in Ruhestand in schematischer Darstellung von vorn und von der Seite gesehen.
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2 Blockschaltbild von dem Regelsystem.
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Das Multischaukel-Spielgerät schließt mindestens zwei Schaukeln (1), die durch undehnbare Bindungen (2) am unteren Rand (30) eines Pendellagers (3) aufgehängt sind. Das Pendellager wird zu einem Rahmen (4) durch eine horizontale Welle (5) und die Lager (6) befestigt.
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Durch bewegliches Pendellager (3) werden alle Schaukeln (1) dynamisch verbunden. So spielt das Pendellager (3) eine Rolle, wie ein gemeinsamen Erreger für alle Schaukeln (1).
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Ein erfindungsgemäß vorgelegener Antrieb besteht aus dem einem oder aus den einigen auf den Rahmenstützen (40) aufgestellten und von einem Regelsystem (7) gesteuerten Schwingungserregern (81–84). Sie wirken unmittelbar auf das Pendellager (3) ein und damit können gleichförmige periodische Querschwingungen auf seinem unteren Rand (30) versetzen, wo alle Schaukeln aufgehängt sind.
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Theoretisch sogar bei der unsymmetrischen Erregung gibt es eine gleiche Amplitude dem ausgedehnten festen Pendellager (3) entlang. Vom Pendellager 3 erregend, schwingen sich die einzelne Schaukeln (1) je stärker, desto näher ihre eigene Frequenzen zur Erregungsfrequenz ist.
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Der Berechnung zufolge, bei der Schwingungsamplitude 3...5 cm auf dem unterem Rand (30) und bei der üblichen Reibungsverlusten in den Bindungen (2) können die Schaukeln ziemlich stark ausgeschaukelt werden. Diese Amplituden sind sowohl mit elektromechanischen als auch mit elektromagnetischen Wandler erreichbar. Elektromagentische Wandler sind vorteilhaft, weil sie elektronisch leichter zu steuern sind.
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Vorzusgweise besteht das Antrieb aus vier von einem elektronischen Regelsystem 5 gesteuerten Zugmagneten (81–84). Sie sind paarweise (81, 82) bzw. (83, 84) gegeneinander von beiden Seiten des Pendellagers (3) auf den Rahmenstützen (40) gestellt.
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Die elastischen Elemente (12) können sich verschiedenartig zwischen den Rahmenstützen (40) und dem Pendellager (3) angeordnet werden. Ihre Deformation (Kompression und Ausdehnung) soll dem Zugweg entsprechen. In Ruhelage soll das Pendellager (3) eine vertikale Stellung behalten.
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Die Zugmagnete (81, 83) bzw. (82, 84) von jeder Seite des Pendellagers wirken aufs Pendellager (3) der Reihe nach mit den gleichen rechteckigen Kraftimpulsen.
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Die Anker (9) von jedem Paar Zugmagnete (81, 82), bzw. (83, 84) sind je durch flexible undehnbare und senkrecht zum Pendellager (3) in seiner vertikalen Lage geleitete Kopplungen (10) koaxial und gleich hoch gegenseitig mit dem Pendellager (3) verbunden. Dadurch bei gleichem Stromzufuhr wirkt jeder Zugmagnet (81–84) aufs Pendellager (3) mit gleicher Kraft und gleichem Momente ein.
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Die flexible Kopplungen (10) schützen die entsprechenden Anker (9) von Schiefstellung und Fressen bei großen Schwingungsamplituden des Pendellagers (3), weil alle Verbindungsstellen (11) bogenförmig bewegen, während die Anker (9) gerade hin- und hergehen.
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Zugmagnete mit dem Zugweg 3...5 cm kann man neben dem unteren Rand (30) mit dem Pendellager (3) verbinden. Aber kleinere Zuwege sind auch zulässig, wenn ein Zugmagnet dafür eine größere Kraft entwickeln kann. Verbindungsstellen (11) der Kopplungen (10) mit dem Pendellager (3) sind dem Hebelgesetz nach zu suchen: h = H(1 – (ZW/W)), h Abstand in vertikaler Richtung zwischen der Verbindungsstelle (11) und dem unteren Rand (30) des Pendellagers (3),
H Vertikales Ausmaß des Pendellagers (3) von der Welle (5) bis zum unteren Rand (30) des Pendellagers (3),
ZW Zugweg der vorhandenen Zugmagneten,
W Vorgegebene Amplitude auf dem unteren Rand (30) des Pendellagers (3), z. B. 3...5 cm.
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Das Ausführungsbeispiel ist besonders kompakt. Die Zugmagnete (81–84) sind auf den Rahmenstützen (40) platt festgestellt. Sie können sogar versteckt werden, wenn Rahmenstützen (40) aus U-Trägern hergestellt sind.
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Die Kopplungen (10) mit dem Pendellager (3) werden durch die auf den Rahmenstützen (40) aufgestellten freidrehenden Rollen (13) gezogen sind. Dadurch können die Kopplungen (10) senkrecht zum Pendellager (3) gerichtet werden.
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Die elastischen Elemente (12) werden in vorgelegtem Ausführungsbeispiel als Rückstellfedern bei den Zugmagneten (81–84) vorgewiesen. Sie sind mit den Rahmenstützen (40) durch die Zugmagnete (81–84) und mit dem Pendellager (3) durch die entsprechenden Kopplungen (10) verbunden. Die elastischen Elemente (12) lassen die Anker (9) nach dem ordentlichen Arbeitszyklus (Einzug und Freilassung) in die Ruhelage zurückführen. In diesem Ausführungsbeispiel gewährleisten sie auch Spannung in Kopplungen (10), wenn diese aus Faden, dünner Draht oder Drahtseilen vollgezogen sind.
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Um symmetrische periodische Schwingungen des Pendellagers (3) zu schaffen, ist es vorteilhaft, die beiden Zugmagnete (81–83) bzw. (82–84) von jeder Seite des Pendellagers (3) gleichzeitig von dem Regelungssystem (7) zu steuern und wechselhaft mit dem gleichem zeitlichem Abstand umzuschalten.
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Das Regelungssystem (7) und die davon gesteuerten Zugmagnete (81–84) sollen die beliebigen ausgewählte Insassen auf ihren Wunsch aufschaukeln. Um ein für dieses Ziel notwendiges Signal zu schaffen, wird jede Schaukel (1) mit einem magnetischen Impulsgeber (14) ausgerüstet, der gleich unter der Schaukel (1) auf dem Boden (15) angeordnet ist. Versetzt irgendeine Schaukel (1) in Schwingung, erzeugt der entsprechende Impulsgeber (14) kurze impulsförmige Signale, deren Folgefrequenz genau gleich der doppelten Schwingungsfrequenz ist. Alle Impulsgeber (14) werden mit dem Regelungssystem (7) gekoppelt. Ganz geringe freie Schwingungen genügen, um das Regelungssystem (7) zu aktivieren.
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Das Regelungssystem (7) schließt ein:
Umschalter (71), der irgendeinen Impulsgeber wählt,
Impulsformer (72), der Impulsform normalisiert,
regelbare Impulsverzögerungsschaltung (73), die verschiebt Impulse der Zeitachsen entlang, um eine Phase der von den Zugmagneten (81–84) erzeugten Kräften zu optimieren,
bistabile Kippstufe (74), die die nacheinander folgende rechteckige Stromimpulse in Relais (75, 76) erzeugt,
Kontakte (77, 78) der Relais (75) bzw. (76), dadurch die Zugmagnete (81, 83) bzw. (82, 84) zur Stromquelle eingeschlossen werden.
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Um irgendeine Schaukel (1) mit dem Signal vom entsprechenden Impulsgeber in starke Schwingung zu versetzen, muss man nur die optimale Impulsverzögerung finden. Je näher eigene Frequenzen der anderen Schaukeln (1) zum gewählten Wert sind, desto stärker sie mit der gewählter Schaukel zusammen schwingen.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorgelegene Ausführungsbeispiel. Als Alternative, die hier nicht gezeigt ist, können sich die Zugmagnete ohne Rückstellfedern horizontal anordnen und mit dem Pendellager durch die dünnen Stäbe aus Federstahl verbinden. Die anderen schaltungstechnischen Lösungen fürs Regelungssystem sind auch in Rahmen der Ansprüche möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CA 1182138 [0001]
- GB 2450995 [0001, 0003]
