DE2640717B2

DE2640717B2 - Gleitkontaktanordnung, insbesondere für schienenlose elektrische Spielfahrzeuge

Info

Publication number: DE2640717B2
Application number: DE19762640717
Authority: DE
Inventors: Jan 8520 Erlangen Kralicek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2640717C3; DE2640717A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitkontaktanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Gleitkontaktanordnungen der genannten Art werden insbesondere für schienenlose elektrische Spielfahrzeuge benötigt, wie die Spielzeug-Autofahrbahn nach der deutschen Offenlegungsschrift 17 28 290 zeigt. Sie können aber auch für andere Zwecke, zum Beispiel bei elektrisch betriebenen beweglichen Rekiameanlagen, eingesetzt werden, wenn es darum geht zwischen einem auf einer Fläche bewegten Objekt und der Fläche mindestens zwei getrennte galvanische Verbindungen zur Übertragung einer Spannung zu erzielen.

Bei der oben genannten Autofahrbahn sind den Leiterbahnen, die jeweils abwechselnd an den einen oder anderen Pol einer Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, zwei in einer Reihe nebeneinanderliegende Gleitkontakte mit rechteckiger Kontaktfläche zugeordnet deren Längsachse quer zur Fahrzeuglängsachse verläuft. Deshalb muß schon bei geringen Abweichungen der Fahrtrichtung von der Längsrichtung der Leiterbahnen der Kontakt verlorengehen. Diese Unterbrechung mag sich zwar noch durch den Schwung der Fahrzeugmasse überwinden lassen, die das Spielzeug-Auto bei »schräger« Fahrt in eine andere Lage relativ zu den Leiterbahnen führt. Die ständigen Unterbrechungen beeinträchtigen jedoch den Fahrbetrieb und können außerdem zu Funkstörungen führen. Darüber hinaus ist es bei der bekannten Autofahrbahn durchaus möglich, daß das Fahrzeug überhaupt nicht weiter betrieben werden kann, nämlich dann, wenn es so zwischen den Leiterbahnen parallel zu diesen fährt, daß der Kontakt zu den Leiterbahnen, die ja durch die beiden Gleitkontakte nicht kurzgeschlossen werden dürfen, vollständig verlorengeht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Gleitkontaktanordnung zu schaffen, bei der unabhängig von der Fahrbewegung ständig galvanischer Kontakt vorhanden ist.

Dazu könnte man zwar Mehrfachkontaktanordnungen mit mehr als zwei Gleitkontakten verwenden, wie sie beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 21 755 bekannt sind. Bei dieser bekannten Anordnung, bei der Dioden zur polaritätsrichtigen Weiterleitung der Spannung den Gleitkontakten nachgeschaltet sind, besteht jedoch der Nachteil, daß die Leiterbahnen sich fast über die gesamte Fläche der Fahrbahn erstrecken. Sie sind wesentlich breiter als die schmalen Isolierstreifen zwischen den Leiterbahnen. Damit wird die Fahrbahn nach Aussehen und Herstellung durch die

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Leiterbahnen bestimmt

Eine erste Lösung der Aufgabe ist durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben. Die Gleitkontakte überdecken damit mehrere parallele Leiterbahnen. Durch ihre unmittelbare Nachbarschaft und ihre Gruppierung ist außerdem dafür gesorgt daß die in den Abmessungen der Gleitkontaktanordnung praktisch geradlinigen schmalen Leiterbahnen niemals zwischen die einzelnen Gleitkontakte zu liegen kom_nen können, so daß kein Kontakt mehr vorhanden ist. Dies gilt für die kleinsten praktikablen Leiterbahnbreiten.

Die Erfindung kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform so gestaltet werden, daß fünf Gleitkontakte um einen zentralen Gleitkontakt gruppiert sind. Hier ist unmittelbar einzusehen, daß eine der Berührungsfläche einer schmalen Leiterbahn entsprechende Gerade, die durch den Kreis der äußeren fünf Gleitkontakte ohne Berührung mit diesen gelegt ist von dem zentralen Gleitkontakt berührt werden kann.

Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe, die gegenüber der vorgenannten Anordnung unter Umständen mit noch weniger Platz auszukommen gestattet ist im kennzeichnenden Teil des Anspruches 3 angegeben. Hier werden drei der Kontakte von den anderen auf mindestens ²A ihres Umfanges umgeben, so 2^r> daß wiederum das vorstehend behandelte Problem der Berührung mit mindestens zwei Leiterbahnen gelöst ist.

Die Gleitkontakte selbst sollen einfach gestaltet sein, damit sie in einer Massenanfertigung billig herzustellen sind. Besonders günstig sind dabei Gleitkontakte mit jo ringförmigen Kontaktflächen, weil sich hier geringere Auflageflächen als beispielsweise bei kreisförmigen Kontaktflächen ergeben, so daß ein gleichmäßiger Abrieb und ein größerer Kontaktdruck zu erwarten ist. Vorteilhaft können die Gleitkontakte drehbar befestigt sein, damit wiederum die Gleichmäßigkeit des Abriebes gefördert wird.

Eine bei Versuchen besonders bewährte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Gleitkontakte glockenförmig ausgebildet sind und einen to zentralen Zapfen zur Befestigung aufweisen. Der Zapfen kann nicht nur zur Befestigung dienen, sondern auch mit Anschlußdraht galvanisch verbunden sein. Eine Befestigungsmöglichkeit preisgünstiger Art besteht darin, daß die Gleitkontakte mit den Zapfen in Löchern 4> einer Folie sitzen. Die Folie kann aus Kunststoff bestehen. Wichtig ist, daß sie bei ausreichenden elektrischen Isoliereigenschaften die für die Halterung und Führung erforderliche mechanische Festigkeit gewährleistet und gleichzeitig so biegsam ist, daß eine w Anpassung an Unebenheiten der Bahn möglich ist.

Die Zapfen können auf der der Glocke abgekehrten Seite der Folie von einer parallel zur Folie verlaufenden Biegefeder umfaßt sein. Diese Biegefeder k&nn einen insbesondere drehbaren Sitz der Zapfen in der Folie i^r> sicherstellen, wenn der Zapfen nicht selbst mit einer Verdickung in einen Schlitz der Folie eingeknöpft sein sollte. Dabei können die Biegefedern zusätzlich einen Kontaktdruck aufbringen. Durch eine Verhakung in der Folie können die Biegefedern leicht festgelegt sein. w>

Eine andere Möglichkeit, eine bestimmte Kontaktkraft aufzubringen, besteht darin, daß die Glockenkörper Magnete enthalten. Die Magnete können Ringmagnete sein, damit die Anziehungskraft an allen Teilen des Unterteils des Glockenkörpers gleichmäßig ist. Die h"> Glockenkörper können dabei zur Verstärkung des Magnetflusses aus weichmagnetischem Material bestehen. Es ist aber auch möglich, die Glockenkörper selbst aus hartmagnetischem Material herzustellen, wobei alle in gleicher Weise mit einem Pol im Bereich des Zapfens so zu magnetisieren sind, daß sich der Magnetfluß ebenfalls an der Unterseite der Glocke schließt

Die Gleitkontakte sollen ra Hinblick auf die Möglichkeit einer schmalen Ausführung der Leiterbahnen möglichst eng benachbart sein. Deshalb ist es zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den einzelnen Gleitkontakten vorteilhaft wenn die Giockenkörper an der Außenseite eine Isolierschicht aufweisen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei ist in

F i g. 1 in einer Draufsicht die Anwendung der Gleitkontaktanordnung nach der Erfindung für ein elektrisches Spielzeugauto im Maßstab 1 :1 dargestellt

Die F i g. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fahrbahn für das Spielzeugauto.

In F i g. 3 ist die Gleitkontaktanordnung in größerem Maßstab im Grundriß dargestellt.

In Fig.4 ist die Gleitkontaktanordnung perspektivisch als Baugruppe gezeichnet, wie sie am Spielzeugauto befestigt wird.

Fig.5 zeigt einen Schnitt durch einen einzelnen Gleitkontakt.

Fig.6 zeigt perspektivisch eine Biegefeder zur Befestigung eines Gleitkontaktes.

In Fig. 7 ist die Befestigung eines Gleitkontaktes in einer Seitenansicht dargestellt.

Die F i g. 8 und 9 zeigen schematisch vereinfacht zwei weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein elektrisches Spielzeugauto 1 durch den Umriß seiner Karosserie 2 angedeutet. Diese bedeckt die gestrichelt gezeichnet gezeichneten Hinterräder 3 und 4, die von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben werden, sowie die lenkbaren Vorderräder 5 und 6. Der Steuermechanismus für die Vorderräder ist ebenfalls nicht dargestellt.

Die elektrische Energie für den Fahrantrieb und die Steuerung wird über eine Gleitkontaktanordnung 7 zugeführt, die auf der Unterseite des Fahrzeuges befestigt ist und mit elektrischen Leiterbahnen 8 einer Autofahrbahn 9 zusammenwirkt. Die parallelen Leiterbahnen 8 haben abwechselnd unterschiedliches Potential, denn sie sind in der dargestellten Weise mit einer Spannungsquelle 10 verbunden, die vorzugsweise eine impulsmodulierte Gleichspannung liefert.

F i g. 2 zeigt den einige Millimeter dicken Kunststoff körper 12 der Fahrbahn 9. Die darin eingelassenen Leiterbahnen 8 erstrecken sich, wie man sieht, über weniger als die Hälfte der Dicke des Kunststoffkörpers. Ihre Breite b liegt in der Größe von 'Λ mm bis zu höchstens 3 mm, so daß sie nur 'Λο der Breite B von z. B. 15 mm des Isolierstreifens 13 zwischen den einzelnen Leiterbahnen 8 beträgt.

Aus der Fig.2 wird ferner deutlich, daß die Leiterbahnen 8 geringfügig über die Oberfläche 14 des Kunststoffkörpers 12 hervorstehen. In diesem vorstehenden Bereich sind sie abgeschrägt oder abgerundet, wie am Rand der Fahrbahn 9 sichtbar ist.

Der Kunststoffkörper 12 kann aus einem thermoplastischen Kunststoff, z. B. PVC bestehen. Die Leiterbahnen 8 sind beim Ausführungsbeispiel als massive Profilkörper aus Stahl oder einem anderen weichmagnetischen Material dargestellt. Sie können auch aus dünnem Blech geformt sein. Ferner ist es denkbar, daß runde Drähte geeigneten Durchmessers in den Kunst-

stoff körper 12 eingebettet oder in Nuten eingelegt und eingeklebt sind.

Die Gleitkontaktanordnung 7 umfaßt sechs Glockenkörper 22 der in Fig.5 dargestellten Art als Gleitkontakte, die in der Anordnung nach Fig.3 mit einer Kunststoffolie 15 mechanisch zusammengefaßt sind (F i g. 5 und F i g. 7). Die Folie besteht z. B. aus 0,2 mm dickem Silikongummi und besitzt eine der Gleitkontaktanordnung 7 angepaßte dreieckige Erweiterung 16 mit zwei gegenüberliegenden Stegen 17 und 18. Die Stege tragen an ihren Enden Vorsprünge 19 und 20, mit denen die Gleitkontaktanordnung 7 in die Unterseite des Spielzeugautos 2 eingehängt ist. In Löcher 21 der Folie 15 sind die Glockenkörper 22 der einzelnen Gleitkontakte eingeknöpft.

Die Glockenkörper 22 sind Rotationskörper aus Silberstahl mit dem aus F i g. 5 ersichtlichen Querschnitt. Sie umfassen einen ebenen Boden 23 und einen an der Außenseite zylindrischen Ringbereich 24, dessen Innenseite abgeschrägt ist, um die Herstellung der Glockenkörper 22 in einen Preß- oder Gießverfahren zu erleichtern. Dadurch entsteht eine schneidenartige, gegebenenfalls abgerundete ringförmige Kontaktfläche 25. Das Verhältnis der Höhe H der Glockenkörper 22 zum Durchmesser D von z. B. 13 mm beträgt etwa 1 :6 bis 1 :2. Aus der ebenen Oberseite 27 ragt ein zentraler Zapfen 28 mit einer Nut 29, die sich an einen der Oberseite 27 benachbarten zylindrischen Bereich 26 anschließt. In die Nut 29 greift bei jedem Gleitkontakt 22 eine Biegefeder 30, wie besonders aus Fig.4 ersichtlich wird.

Die Biegefeder 30 ist in F i g. 6 im einzelnen dargestellt. Sie besitzt zwei U-förmig zueinander verlaufende Schenkel 31 und 32, deren Abstand A voneinander gleich dem Durchmesser des Zapfens 28 im Bereich des Nutengrundes ist. An dem dem Steg 33 abgekehrten Ende ist der längere Schenkel 31 rechtwinklig umgebogen. Das umgebogene Ende 34 ist in ein Loch 35 der Folie 15 eingehakt. Damit sind die Gleitkontakte 22 an der Folie 15 befestigt. Durch die Abwinkelung entsteht zugleich eine öse 36, in die Anschlußdrähte 37 eingelötet werden können. Die Anschlußdrähte 37 sind beim Ausführungsbeispiel durch weitere Löcher 38,39,40 und 41 geführt und treten dort von der Unterseite in die Karosserie 2 des Spielzeugautos. Eine andere Anschlußmöglichkeit besteht darin, daß die Anschlußdrähte 37 in nicht dargestellte Bohrungen der Zapfen 28 gesteckt und z. B. durch Löten befestigt sind.

Die sechs Gleitkontakte 22 sind, wie die Fig.3 deutlich zeigt, in Form eines gleichseitigen Dreiecks unmittelbar benachbart angeordnet, denn der Abstand a zwischen den Gleitkontakten ist dabei so klein wie möglich gemacht. Er beträgt z. B. 0,5 mm. Eine Berührung der Glockenkörper 22 kann durch eine Isolierstoffolie 42 auf der Außenseite der Glockenkörper 22 verhindert werden (F i g. 5). Jedenfalls sollte der Abstand a nicht größer als die Wandstärke des Ringbereichs 24 sein. Die Mittelpunkte 43 der Gleitkontakte 22 brauchen jedoch nicht genau auf den gestrichelt gezeichneten Geraden 44 zu liegen, vielmehr können die Mittelpunkte 43' der mittleren Gleitkontakte um die Strecke s im Betrag der Wanddicke 24 vom Mittelpunkt M des Dreiecks weggerückt werden. Dadurch vergrößert sich die für das Überdecken der Leiterbahnen 8 maßgebende Höhe H der Gleitkontaktanordnung 7, die mindestens 2B + b beträgt, ohne daß sich die Berührungssicherheit zwischen den Gleitkontakten 22 und den Leiterbahnen 8 durch die Möglichkeit verringert, daß Leiterbahnen isoliert zwischen benachbarten Gleitkontakten 22 verlaufen.

In F i g. 5 ist dargestellt, daß der Glockenkörper 22 einen Ringmagnet enthält. Der Ringmagnet ist in Richtung seiner Achse magnetisiert, die mit der des Zapfens 28 übereinstimmt. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Anziehungskraft am Umfang des Glokkenkörpers 22, der am besten aus weichmagnetischem Material hergestellt wird, z. B. Silberstahl, damit sich die Kraftlinien des Magneten schließen können.

In F i g. 8 ist dargestellt, daß man die glockenförmigen Kontaktkörper nach den F i g. 5 bis 7 einschließlich der Befestigungsmittel auch bei einer Gleitkontaktanordnung T einsetzen kann, bei der fünf Gleitkontakte 22' auf einem strichpunktiert angedeuteten Kreis 4€ gleichmäßig verteilt um einen zentralen Gleitkontakt 22" liegen. Die Höhe, d. h. der kleinste Abstand zweier parallelen Geraden 47 und 48, die die Außenseite der Gleitkontakte 22' berühren, ist hierbei mindestens so groß wie die Breite von drei nebeneinanderliegenden Leiterbahnen, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind. Die äußeren Gleitkontakte 22' sind dabei so nah wie möglich an den zentralen Gleitkontakt 22" gerückt

Die erfindungsgemäße Verwendung von sechs Gleitkontakten in einer Gleitkontaktanordnung ist, wie F i g. 9 zeigt, nicht auf die Glockenkörper beschränkt obwohl diese sich als äußerst vorteilhaft erwieser haben. Man kann z. B. auch sternförmige Kontaktkörper 49, die eine in der Zeichnungsebene liegende glatte Unterseite aufweisen und deshalb aus einem Strang gepreßten Materials abzuschneiden sind, in einer dreiecksähnlichen Anordnung zusammenfassen. Auch hierbei ist es ausgeschlossen, daß die Leiterbahnen 8 der F i g. 1 kontaktlos durch den Bereich des Gleitkontaktes 7" verlaufen. Die Entfernung der gestrichelt gezeichneten Geraden 50, 51 ist größer als die Breite von drei nebeneinanderliegenden Leiterbahnen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleitkontaktanordnung, insbesondere für schienenlose elektrische Spielfahrzeuge, mit einer mindestens annähernd in einer Ebene liegenden Reihe paralleler Leiterbahnen, abwechselnd unterschiedlichen Potentials, die durch Isolierstoffstreifen voneinander getrennt sind, deren Breite ein Mehrfaches der Breite der Leiterbahnen beträgt, und mit mehreren Gleitkontakten, deren Breitenabmessungen nur geringfügig kleiner als die Breite der Isolierstoffstreifen sind, zur Abnahme der Spannung zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens sechs gleiche und regelmäßige Gleitkontakte (22) unmittelbar benachbart so angeordnet sind, daß mindestens einer von den anderen weitgehend umgeben ist

2. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Gleitkontakte (22') um einen zentralen Gleitkontakt (22") gruppiert sind (F i g. 8).

3. Gleitkontaktanordnung, insbesondere für schienenlose elektrische Spielfahrzeuge, mit einer mindestens annähernd in einer Ebene liegenden Reihe paralleler Leiterbahnen, abwechselnd unterschiedlichen Potentials, die durch Isolierstoffstreifen voneinander getrennt sind, deren Breite ein Mehrfaches der Breite der Leiterbahnen beträgt, und mit mehreren Gleitkontakten, deren Breitenabmessungen nur geringfügig kleiner als die Breite der Isolierstoffstreifen sind, zur Abnahme der Spannung zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß sechs gleiche und regelmäßige Gleitkontakte (22) unmittelbar benachbart so angeordnet sind, daß sie die Form eines gleichseitigen Dreiecks ergeben, dessen Höhe (H) größer als die Breite (2fi + b) von drei nebeneinanderliegenden Leiterbahnen (8) ist

4. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkontakte (22) ringförmige Kontaktflächen (25) aufweisen.

5. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gleitkontakte (22) drehbar befestigt sind.

6. Gleitkontaktanordnung, insbesondere nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch glockenförmige Kontaktkörper (22) mit einem zentralen Zapfen (28) zur Befestigung.

7. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (28) mit einem Anschlußdraht (37) galvanisch verbunden ist.

8. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkörper (22) mit den Zapfen (28) in Löchern (21) einer Folie (15) sitzen.

9. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (28) auf der der Glocke (22) abgekehrten Seite der Folie (15) von einer parallel zur Folie verlaufenden f>o länglichen Biegefeder (30) umfaßt sind.

10. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefeder (30) in der Folie (15) verhakt ist.

11. Gleitkontaktanordnung nach einem der *>"> Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Glockenkörper (22) Magnete (45) enthalten.

12. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet daß die Magnete (45) Ringmagnete sind.

13. Gleitkontaktanordnung nach Anspruch Il oder 12, dadurch gekennzeichnet daß die Glockenkörper (22) aus weichmagnetischem Material bestellen.

14. Gleitkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß die Glockenkörper (22) aus hartmagnetischem Material bestehen und in gleicher Weise mit einem Pol im Bereich des Zapfens (28) magnetisiert sind.

15. Gleitkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet daß die Glockenkörper (22) an der Außenseite eine Isolierschicht (42) aufweisen.