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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Es sind ferngesteuerte Fahrzeuge bekannt. Üblicherweise sind diese Fahrzeuge
mit einer Funkfernsteuerung ausgerüstet, mit welcher sowohl der
Fahrzeugantrieb als auch die Fahrzeuglenkung beeinflusst werden
kann. Dabei kann per Funkfernsteuerung der in der Regel als Elektromotor
ausgeführte
Fahrzeugantrieb an- und abgeschaltet werden. Außerdem kann über die
Funkfernsteuerung die Drehzahl des Elektromotors und damit auch
die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs geregelt werden. Des Weiteren kann
mit der Funkfernsteuerung auch die Lenkung des Fahrzeugs beeinflusst
werden, so dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs mit der Funkfernsteuerung
gesteuert werden kann.
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Des
Weiteren sind sogenannte bahngebundene Fahrzeuge, insbesondere Spielfahrzeuge
bekannt. Diese Fahrzeuge fahren mit ihren Fahrzeugrädern auf
einer Spielzeugfahrbahn. Um das Fahrzeug auf der Fahrbahn zu lenken,
sind diese Fahrzeuge mit einer Leiteinrichtung versehen. Üblicherweise
ist diese Leiteinrichtung als aus dem Fahrzeugboden abragender Leitkiel
ausgestaltet. Dieser Leitkiel greift in eine komplementär ausgestaltete,
in die Fahrbahnoberfläche
der Spielzeugfahrbahn eingelassene Führungsnut ein. Es handelt sich
also um ein bahngeführtes
Fahrzeug. Im Gegensatz zu einem schienengeführten Fahrzeug, beispielsweise
einer Eisenbahn, erfolgt die Richtungsführung des Fahrzeugs jedoch
nicht über
die Fahrzeugräder,
welche teilweise auch als Antriebsräder ausgestaltet sind, sondern über die
aus Führungseinrichtung
und Führungsnut gebildete
Führung.
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Schließlich ist
es auch bekannt, in die Spielzeugfahrbahn einer Fahrzeugrennbahn
elektrische Leiter zu integrieren zur Versorgung der Fahrzeuge mit
elektrischer Energie. Die Fahrzeuge haben in diesem Fall üblicherweise
Stromabnehmer am Fahrzeugboden, welche einen elektrischen Kontakt
mit den Leitern her stellen und die zum Fahrzeugbetrieb erforderliche
elektrische Energie von den Leitern abgreifen. Da die Leiter von
außen
her zugänglich
sind, muss die Betriebsspannung natürlich so gewählt sein,
dass ein Schaden für
die Gesundheit ausgeschlossen ist. Es ist deshalb üblich, die
Leiter mit einer Betriebsspannung von 12 Volt zu betreiben.
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Für den Fall,
dass die vorzugsweise aus einzelnen Bahnstücken zusammengesetzte Spielzeug-Rennbahn
mit elektrischen Leitern versehen ist, sind zwischen den die 12
Volt-Spannung in die Leiter einspeisenden Transformatoren und die
Leiter auf der Rennbahn Geschwindigkeitsregler zwischengeschaltet.
Diese Regler wirken nach Art eines Potenziometers. Üblicherweise
sind diese Geschwindigkeitsregler mit Dreh- oder Schiebereglern
versehen. Durch die Betätigung
dieser Regler wird das in die jeweiligen Leiter eingespeiste elektrische
Potenzial geregelt und regelt somit mittelbar die Drehzahl des Antriebsmotors
und damit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Schließlich ist
es auch bekannt, Fahrzeuge nur mit Hilfe einer Leiteinrichtung auf
einer Rennbahn zu führen,
also die Richtungsführung
mechanisch als Bahnführung
zwischen Leiteinrichtung/Leitkiel und Führungsnut in der Rennbahn auszugestalten
und die Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs mit Hilfe einer Funkfernsteuerung
zu realisieren.
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Ausgehend
vom geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Fahrzeug so auszugestalten, dass es sowohl unabhängig von
einer Rennbahn oder Fahrbahn ferngesteuert werden kann, als auch
Maßnahmen
vorzusehen, die es ermöglichen,
dasselbe Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit Richtungsführung einzusetzen.
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Diese
Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer
Weise gelöst.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, ein Spielfahrzeug,
welches sowohl über
eine ferngesteuerte Geschwindigkeitsregelung als auch über eine
ferngesteuerte Fahrzeuglenkung verfügt, mit einem montierbaren und
demontierbaren Leitelement zu versehen. Bei montiertem Leitelement
greift dieses Leitelement in eine entsprechend ausgebildete Führungsnut
einer Spielfahrbahn. Die formschlüssige Führung deaktiviert dann gewissermaßen automatisch
die ferngesteuerte Fahrzeuglenkung. Selbst wenn die Fahrzeuglenkung
betätigt
wird, werden die entsprechenden Kräfte zwar noch über die
eingelenkten Fahrzeugräder
auf die Fahrbahn übertragen, ohne
dass jedoch das Fahrzeug seine Richtung ändert, weil die formschlüssige Verbindung
zwischen Leitkiel und Führungsnut
die über
die Räder
auf die Fahrbahn übertragenen
Kräfte
weitgehend neutralisiert.
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Mit
der Erfindung ist es also möglich,
ein und dasselbe Fahrzeug sowohl funkferngesteuert auf einem beliebigen
Untergrund zu betreiben als auch mit dem Fahrzeug eine Rennbahn
zu befahren. Es ist folglich überflüssig, für beide
Spielzwecke jeweils separate Fahrzeuge vorzuhalten. Vielmehr können mit einem
Fahrzeug nach der Erfindung zwei Gebrauchszwecke ertüllt werden.
Beispielsweise kann bei schönem
Wetter und bei demontiertem Leitkiel das Fahrzeug im Freien mit
seiner Funkfernsteuerung betrieben werden. Bei schlechtem Wetter
oder im Winter wird einfach am Fahrzeug der Leitkiel montiert und
das Fahrzeug kann auf einer Spielzeug-Rennbahn als Rennbahnfahrzeug
ebenfalls betrieben werden. Der mit der Erfindung verbundene Spareffekt
ist evident.
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In
den rückbezogenen
Ansprüchen
sind zum Teil vorteilhafte und zum Teil für sich erfinderische Weiterbildungen
der Erfindung beansprucht.
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Anspruch
2 betrifft die vorteilhafte Montage der als Leitkiel ausgebildeten
Leiteinrichtung am Fahrzeugboden. Diese Montage hat den Vorteil,
dass der Leitkiel insbesondere auf der Spielzeugfahrbahn von außen her
nicht sichtbar ist, so dass die Leiteinrichtung den optischen Gesamteindruck
des Fahrzeugs nicht stört.
Außerdem
ist der Leitkiel am Fahrzeugboden sehr nah an seiner späteren Wirkstelle
im Bereich der Fahrbahn montiert.
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Anspruch
3 betrifft eine besonders gut wirkende Anordnung des Leitkiels in
Bezug auf die Lenkbarkeit des Fahrzeugs. Der Kraftangriff des Leitkiels
liegt hierbei im Bereich der lenkbaren Fahrzeugräder. Werden die Fahrzeugräder bei
aktiviertem/montiertem Leitkiel mit Hilfe der Fernsteuerung gelenkt,
wirkt sich dies nur unwesentlich auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs
aus, weil die vom Leitkiel eingeleiteten Richtungsführungskräfte im Bereich
der von den Fahrzeugrädern
ausgeübten
Reibkräfte
ebenfalls am Fahrzeug angreifen und diese Reibkräfte wirksam neutralisieren.
Außerdem
ist es vorteilhaft, dass der Leitkiel seine Lenkungswirkung in demselben
Bereich entfaltet, wie die lenkbaren Fahrzeugräder.
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Mit
der Anbringung des Leitkiels an einem am Fahrzeugboden adaptierten
Hebel nach Anspruch 4 ist ein stufenloser Höhenausgleich für den Leitkiel
gegenüber
der Fahrbahn gewährleistet.
Fahrbahnunebenheiten im Bereich der mit dem Leitkiel zusammenwirkenden
Führungsnut
werden vom Hebel ausgeglichen, ohne dass sie die Fahrzeugbalance
beeinträchtigen.
Außerdem
kann der Abstand des Leitkiels zum Fahrzeugboden mit Hilfe des Hebels stufenlos
gewählt
werden.
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Anspruch
5 sowie die auf den Anspruch 5 zurückbezogenen Ansprüche betreffen
ein Fahrzeug mit Hybridantrieb. Der als Elektromotor ausgestaltete Fahrzeugmotor
ist sowohl mit gespeicherter elektrischer Energie antreibbar als
auch über
die Stromabnehmer. Die gespeicherte elektrische Energie kann beispielsweise
in Form vom Akkumulatoren oder Batterien im Fahrzeug vorhanden sein.
Sobald das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit Leitern betrieben wird, kann
die elektrische Energie dann auch über den montierten Stromabnehmer
in das Fahrzeug eingespeist werden. Vorteilhaft ist es natürlich, den
Stromabnehmer am Fahrzeugboden lösbar
zu fixieren. Hier ist der Stromabnehmer nahe seiner Wirkstelle, nämlich der
Fahrbahn angeordnet. Außerdem
stört der
Stromabnehmer dann nicht den optischen Gesamteindruck des Fahrzeugs.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, den Leitkiel und den Stromabnehmer als integrales
Bauteil auszubilden. Es ist dann nämlich nur nötig, ein einziges Bauteil am
Fahrzeug zu montieren oder zu demontieren. Dieses Bauteil übernimmt
dann sowohl die Funktion der Leiteinrichtung als auch die Funktion
der Energieeinspeisung in das Fahrzeug. Diese Lösung ist Platz sparend und
reduziert – wie
gesagt – den
Montageaufwand. Außerdem
trägt dies
zu einer kompakten Bauweise des Fahrzeug bei. Schließlich ist
es möglich,
auf diese Weise Leiteinrichtung und Energieeinspeisungseinrichtung
mit nur einem Kupplungselement am Fahrzeug zu befestigen, so dass
das Eindringen von Schmutz oder ähnliche
Störungen
auf ein einziges Kupplungselement am Fahrzeug reduziert sind.
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Anspruch
8 betrifft schließlich
eine Maßnahme
zur Anpassung der elektrischen Komponenten des Fahrzeugs an die
verschiedenen Möglichkeiten der
Einspeisung elektrischen Potenzials. Anspruch 8 betrifft insbesondere
eine stromuntersetzende Schaltung zur Herabsetzung der Schienenspannung,
mit welcher die Stromabnehmer beaufschlagt werden auf die zulässige Steuerspannung
des Antriebsmotors bzw. der elektrischen Schaltung zum Antrieb des Antriebsmotors
mit Hilfe der Funkfernsteuerung.
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Besonders
vorteilhaft ist dies realisierbar mit der in Anspruch 9 vorgeschlagenen
Kollektorschaltung. Eine solche Schaltung ist beispielsweise bekannt
aus „U.
Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 6. Auflage, Springer-Verlag
Berlin, Heidelberg, New York, Tokio 1983, S. 56 f (ISBN 3-540-12488-8)".
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Anspruch
10 betrifft schließlich
die Kombination eines erfindungsmäßigen Fahrzeugs mit einer entsprechend
ausgestalteten Spielzeugfahrbahn. Diese Spielzeugfahrbahn weist
eine Führungsnut auf,
welche gemeinsam mit dem Leitkiel eine geschlossene Bahnführung für das Spielzeugfahrzeug ausbildet.
Anspruch 11 betrifft die Kombination eines erfindungsmäßigen Spielzeugfahrzeugs
mit Hybridantrieb und Spielzeugfahrbahn mit einer stromführenden
Kontaktschiene zur Einspeisung des elektrischen Potenzial in den
Stromabnehmer des Fahrzeugs mit Hybridantrieb.
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Anspruch
12 betrifft schließlich
eine Kombination aus Spielzeugfahrbahn und Fahrzeug mit Geschwindigkeitsregelung über die
Kontaktschiene in der Spielzeugfahrbahn.
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Anhand
der Zeichnungsfiguren wird die Erfindung weiter erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung – teilweise
geschnitten – eines
Fahrzeugbodens mit angebrachtem Leitkiel,
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2 eine Prinzipdarstellung – teilweise
geschnitten – einer
Spielzeugfahrbahn mit Führungsnut und
Kontaktschiene und einem dazu komplementär ausgebildeten Bauteil mit
Leitkiel und Stromabnehmern,
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3 eine erste Schaltung für ein Fahrzeug mit
Hybridantrieb,
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4 eine zweite Schaltung
für ein
Fahrzeug mit Hybridantrieb,
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5 eine dritte Schaltung
für ein
Fahrzeug mit Hybridantrieb.
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Einander
entsprechende Teile sind in den Figuren stets mit dem gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung
des geschnitten dargestellten Fahrzeugbodens 1 des in den Zeichnungsfiguren
nicht dargestellten Fahrzeugs. Der Fahrzeugboden 1 ist
an der Unterseite der Karosserie des nicht dargestellten Fahrzeugs
angeordnet. Die Karosserie erstreckt sich somit oberhalb der Oberseite 2 des
Fahrzeugbodens 1. An seiner der Oberseite 2 in
vertikaler Richtung abgewandten Unterseite 3 ist am Fahrzeugboden
der Leitkiel 4 angebracht. Der Leitkiel 4 weist
hierfür
eine eine Trägerplatte 5 in
vertikaler Richtung durchgreifende Aufhängung auf. Diese Aufhängung besteht
aus einem die Trägerplatte 5 durchgreifenden
zylindrischen Stift 6 und einem den Leitkiel 4 und
den Stift 6 vor dem Herausfallen aus der Trägerplatte 5 in
vertikaler Richtung sichernden Halteflansch 7. Der Stift 6 liegt
hierbei in der Trägerplatte 5 so
mit Spiel ein, dass der Stift 6 und damit auch der Leitkiel 4 an
der Trägerplatte 5 drehbar
gelagert ist.
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Die
Trägerplatte 5 ist
an der Unterseite 3 des Fahrzeugbodens 1 im Ausführungsbeispiel
mit Hilfe von Klebeelementen 8 befestigt. Diese Klebeelemente 8 sind
im Ausführungsbeispiel
prismatisch ausgeführt
und weisen an ihren der Unterseite 3 des Fahrzeugbodens 1 und
an ihrer der Oberfläche 9 der
Trägerplatte 5 zugewandten
Kontaktflächen
jeweils eine Klebeschicht auf. Mit Hilfe dieser Klebeschicht üben die
Klebeelemente 8 die Adhäsionskräfte aus,
die benötigt
werden, um die Trägerplatte 5 am
Fahrzeugboden 1 zu fixieren.
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt nur eine mögliche
Variante der Befestigung des Leitkiels 4. Es ist ebenso
gut möglich,
die Trägerplatte 5 an
Lenkern zu lagern, die mit einem Ende an der Unterseite 3 des Fahrzeugbodens 1 und
mit ihrem anderen Ende an der Oberfläche 9 der Trägerplatte 5 gelagert
sind. Auch ist es natürlich
möglich,
den Leitkiel direkt am Ende eines Lenkers anzuordnen, also auf die
Trägerplatte 5 zu
verzichten.
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Die
Funktionsweise des Leitkiels 4 ist aus 2 zu erkennen. 2 zeigt einen geschnittenen Bereich eines
Bahnstücks 10 einer
Spielfahrbahn. Dieses Bahnstück 10 ruht
auf seiner Bahnunterseite 11, während die der Bahnunterseite 11 in
vertikaler Richtung abgewandte Fläche eine Spielfahrbahn 12 bildet.
In die Spielfahrbahn 12 ist eine Führungsnut 13 eingelassen.
In diese Führungsnut 13 greift
der Leitkiel 4 ein. Der Leitkiel 4 und die Führungsnut 13 bilden
somit eine geschlossene Bahnführung.
Das Spielfahrzeug wird so vom Leitkiel 4 in der Führungsnut 13 auf
der Spielfahrbahn 12 geführt.
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In
dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind neben dem Leitkiel 4 noch elektrische Stromabnehmer 14 vorgesehen.
Diese elektrischen Stromabnehmer 14 sind an einer den Leitkiel 4 und
die Stromabnehmer 14 lagernden Lagerplatte 15 angeordnet.
Die Lagerplatte 15 vereinigt so den Leitkiel 4 und
die Stromabnehmer 14 zu einer integralen Baugruppe.
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Die
Stromabnehmer 14 werden von Kontaktschienen 16,
die in die Spielfahrbahn 12 eingelassen sind, mit elektrischer
Leistung versorgt. Die Stromabneh mer 14 sind über Anschlussleitungen 17 mit
dem Elektromotor bzw. den Elektromotorensteuerung im Fahrzeug verbunden.
Diese elektrische Verbindung kann beispielsweise hergestellt sein
durch Steckkontakte am kontaktfernen Ende der Anschlussleitungen 17.
Es sind auch Schleifkontakte oder Lötkontakte oder jede andere
Art der Kontaktierung denkbar. Auch können entsprechende Steckkontakte
oder Ähnliche
an der Trägerplatte 5 oder
einem Lagerarm oder Ähnlichem
ausgebildet sein.
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Wichtig
ist nur, dass der Leitkiel 4 und die Stromabnehmer 14 am
Fahrzeug montierbar bzw. vom Fahrzeug demontierbar sind. Es ist
auch möglich,
die aus dem Halteflansch 7 und dem Stift 6 bestehende
Lagerung des Leitkiels 4 montierbar oder demontierbar auszugestalten.
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3 zeigt ein Schaltungsbild,
in welchem die Kontaktschienen 16 und die Stromabnehmer 14 jeweils
qualitativ angedeutet sind. Das Schaltbild zeigt des Weiteren einen
elektrischen Antriebsmotor 20. Dieser elektrische Antriebsmotor 20 ist
in seinem einen Betriebszustand mit einer in 3 nicht dargestellten Fernsteuerantriebsschaltung
verbunden. Diese Fernsteuerantriebsschaltung dient zum Betrieb des
Antriebsmotors 20 im Fernsteuerbetrieb.
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Durch
Umsetzen eines Steckverbinders 21 (Jumper) in die in 3 gesetzte Position wird
die Fernsteuerantriebsschaltung deaktiviert und die in 3 dargestellte Schaltung
aktiviert. Diese Schaltung dient zur Einspeisung des elektrischen
Potenzials von den Kontaktschienen 16 über die Stromabnehmer 14 in
den Antriebsmotor 20. Um die üblicherweise höhere Betriebsspannung
der Kontaktschienen 16, im Ausführungsbeispiel 12 Volt, auf
die Betriebsspannung des Antriebsmotors 20, im Ausführungsbeispiel
6 Volt, herabzusetzen, sind zwei Widerstände 22, ein Transistor 23 und
eine Diode 24 vorgesehen. Diese Elemente bilden zusammen
mit dem Motor als Last die oben erwähnte Kollektorschaltung. Die
Widerstände 22 teilen
die an der Transistorbasis wirkende Spannung. Die Diode 24 verhindert
den Betrieb der Schaltung in umgekehrter Bahnrichtung und dient
als Verpolschutz. Bei dieser Betriebsstellung sind die Batterien,
welche für
die Fern steuerantriebsschaltung des Motors benötigt werden, zu entnehmen.
Durch Umsetzen des Steckverbinders 21 kann die Fernsteuerantriebsschaltung
des Motors wieder aktiviert werden. Der Motor wird dann wieder mit
den wieder einzusetzenden Batterien betrieben. Die elektrische Versorgung über die
Kontaktschienen 16 und die Stromabnehmer 14 ist
dann deaktiviert.
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In
einer in 4 gezeigten
Variante der Schaltung gemäß 3 ist der Transistor 23 basisseitig
mit Widerständen 25 und 26 sowie
einer die am Transistor 23 anliegende Basisspannung begrenzenden
Zenerdiode 27 beschaltet. R1 ist so dimensioniert, dass
der Strom zur Z-Diode so gering ist, dass die Steuerung der Schienenspannung über den Handregler
noch wirksam ist, aber bei höheren
Trafospannungen die Ausgangsspannung begrenzt wird. Weiterhin ist
dem Transistor 23 emitterseitig eine Diode 28 nachgeschaltet.
Die Diode 28 verringert die Batterieverluste über die
permanent anliegende Schaltung bei Batteriefahrt und verhindert
die verkehrte Fahrtrichtung bei Schienenbetrieb auf der Spielfahrbahn 12.
Damit ist einer Schädigung
der Schaltung bei nichtordnungsgemäßem Gebrauch des Fahrzeugs,
insbesondere bei Aktivierung des Vorwärts-Fernsteuerantriebs des
Fahrzeugs, solange dieses auf der Spielfahrbahn 12 aufgesetzt
ist, vorgebeugt. Der Widerstand 26 begrenzt den Basisstrom
am Transistor bei Batterie-Rückwärtsfahrt. Eine
alternative Aktivierung bzw. Deaktivierung des Fernsteuerantriebs
und des Bahnantriebs, wie sie in der Schaltung gemäß 3 durch den Steckverbinder 21 vorgenommen
wird, ist somit nicht mehr zwingend erforderlich. Bei Bahnbetrieb
mit Stromschiene sind der Batterieschalter am Fahrzeug auszuschalten
und die Batterien zu entfernen, da über den Handregler mit Bremse
(Motorbremse) die Stromschienen im Ruhezustand kurzgeschlossen werden. Der
Steckverbinder 21 ist deshalb zur Handhabungsvereinfachung
des Fahrzeugs bei der Schaltungsvariante gemäß 4 nicht vorgesehen.
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In 5 ist wiederum eine Variante
der Schaltung gemäß 4 gezeigt. Hierbei ist die
aus den Widerständen 25 und 26,
der Zenerdiode 27 und dem Transistor 23 gebildete
Kollektorschaltung durch einen in integrierter Schaltungstechnologie ausgeführten Festspannungsregler 29,
insbesondere vom Typ MC7806CT, ersetzt.
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- 1
- Fahrzeugboden
- 2
- Oberseite
- 3
- Unterseite
- 4
- Leitkiel
- 5
- Trägerplatte
- 6
- Stift
- 7
- Halteflansch
- 8
- Klebeelemente
- 9
- Oberfläche
- 10
- Bahnstück
- 11
- Bahnunterseite
- 12
- Spielfahrbahn
- 13
- Führungsnut
- 14
- Stromabnehmer
- 15
- Lagerplatte
- 16
- Kontaktschienen
- 17
- Anschlussleitungen
- 20
- Antriebsmotor
- 21
- Steckverbinder
- 22
- Widerstand
- 23
- Transistor
- 24
- Diode
- 25
- Widerstand
- 26
- Widerstand
- 27
- Zenerdiode
- 28
- Diode
- 29
- Festspannungsregler