DE2932630A1

DE2932630A1 - Anlage zur befoerderung von teilen

Info

Publication number: DE2932630A1
Application number: DE19792932630
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Kaiser
Original assignee: Individual
Current assignee: Kaiser Helmut Dipl-Ing 8540 Schwabach De Kai
Priority date: 1979-08-11
Filing date: 1979-08-11
Publication date: 1981-02-12
Also published as: EP0025124B1; DE2932630C2; ATE20644T1; EP0025124A1

Description

'Anlage zur Beförderung von Teilen"

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Beförderung von Teilen und diese Teile selber, insbesondere eine Anlage zur Beförderung von Spielfahrzeugen oder dergleichen und die Spielfahrzeuge selber, wobei die Antriebsleistung durch ein von der An-

i x. .magnetisches, Feld _r . ,_

lage erzeugtes eleRtro/ kontaktlos auf ein Empfangsorgan des Teiles ,insbesondere des Spielfahrzeuges übertragen wird und gegebenenfalls eine ebenfalls kontaktlos arbeitende Steuerung vorgesehen ist. Eine Anordnung gemäß vorstehendem, bevorzugtem Oberbegriff der Erfindung ist aus der DE-PS 941 659 bekannt. Dabei wird das Magnetfeld von einer Spule erzeugt und das Spielfahrzeug weist als Empfangsorgan ebenfalls eine Spule auf, die entweder von einer Stromquelle gespeist wird und damit eine auf dem Fahrzeug befindliche Kraftquelle steuert. Öder aber die Sendespule wird von Wechselstrom durchflossen und die Spule auf dem Fahrzeug läuft nach Anwurf mit synchroner Drehzahl um, wobei von deren Achse die Antriebsleistung beliebig abgenommen werden kann. Das Fahrzeug ist also entweder mit einer Stromquelle (Batterie) oder mit einem Motor belastet. Dies erhöht zum einen nachteiligerweise das Gewicht und verteuert zum anderen den Gestehungspreis eines solchen Spielfahrzeuges erheblich. Ein weiterer Nachteil des Gegenstandes der DE-PS 941 659 besteht darin, daß keine Möglichkeit vorgesehen ist, um das Spielfahrzeug in einer bestimmten Bahn laufen zu lassen. Schließlich ist auch die von einer Spule zu einer Spule übertragbare Leistung zu gering, d. h. der Wirkungsgrad der Kraftübertragung ist schlecht. Dies könnte nur mit einer entsprechenden Überdimensionierung der Spulen ausgeglichen werden.

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Dem sind aber durch die Größe der Spielfahrzeuge und auch durch die Herstellungskosten Grenzen gesetzt.

Man kennt zwar Spielanlagen in Form einer Autobahn oder dergleichen, wobei die Autos entlang der Bahn fahren und geführt werden. Hierbei ist es nachteilig, daß für die Übertragung der Antriebskraft entweder mechanische Mittel vorgesehen sein müssen, z. B. in der Weise, daß ein Antriebsdorn des Fahrzeuges mit einer in einem Schlitz befindlichen und rotierenden Spirale kämmt. Auch ist ein elektromotorischer Antrieb der Spielfahrzeuge bekannt, wobei die Bahn in Schlitzen oder darauf eine oder mehrere Stromschimen aufweist, auf der Stromabnahmeschleifer des Spielfahrzeuges gleiten. Nachteilig ist auch hierbei der erhebliche mechanische und/oder elektrische Aufwand, der sich sowohl in einem relsfciv hohen Gewicht der Fahrzeuge, als auch in teueren Herstellungskosten niederschlägt. Bei Bahnen, welche den Strom durch Schleifer von Schienen abnehmen, kommt hinzu, daß die hierbei entstehende Funkenbildung zu empfindlichen Störungen des Radio- und Fernsehempfanges führt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Beförderungsanlage mit zugehörigen Teilen, insbesondere eine Bahnanlage mit zugehörigen Spielfahrzeugen zu schaffen, bei der die Antriebsenergie kontaktlos übertragen wird, ohne daß im zu befördernden Teil eine Batterie oder ein Motor vorgesehen sein muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruches 1, in erster Linie vor, daß als Empfangsorgan des zu befördernden Teiles, insbesondere des Spielfahrzeuges oder dergleichen mindestens ein Permanentmagnet vorgesehen ist und als Anlage eine das Teil, insbesondere das Spielfahrzeug oder dergleichen führende und zugleich mit der Antriebsenergie versorgende, mit einer Vielzahl hintereinander angeordneter Spulen zur Erzeugung" eines Wechselmagnetfeldes versehene Bahn dient. Ein derartiges Teil, insbesondere Spielfahrzeug ist weder mit einer Batterie noch einem Motor

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zu versehen. Vielmehr kann das Empfangsorgan in Form eines oder mehrerer magnete die vom Wechselmagnetfeld auf sie übertragene Energie unmittelbar oder über Übertragungsmittel in den Antrieb des Teiles, insbesondere eines Spielfahrzeuges umsetzen. So können gemäß einer bevorzugten Ausführungsfarm der Erfindung ein oder mehrere Permanentmagnet^ als Rad oder Welle des Spielfahrzeuges ausgebildet sein. Es sind keine Vorrichtungen zur mechanischen Kraftübertragung von der Bahn auf das zu befördernde Teil und auch keine Schleifkontakte erforderlich, wodurch die geschilderten Nachteile entfallen. Dies ist auch Voraussetzung dafür, daß man batterie- und motorlose Teile, insbesondere Spielfahrzeuge von geringem Gewicht und Abmessung verwenden kann, denn eine mechanische Kraftübertragung oder die Abnahme von elektrischem Strom durch Schleifer setzt voraus, daß das jeweilige Teil bzw. Fahrzeug mit einem gewissen Gewicht auf den Kraftübertragungsmitteln, bzw. der Stromschiene aufliegt. Der fabrikatorische Aufwand für eine solche Beförderungsanlage, insbesondere eine Bahnanlage mit zugehörigen Spielfahrzeugen oder dergleichen ist sehr gering, wodurch sich die Herstellungskosten entsprechend reduzieren. Dem kommt auch der Umstand entgegen, daß nach der Erfindung ausgebildete Spielfahrzeuge oder dergleichen sehr klein sein können. Ein weiterer Vorteil dieser mit der Erfindung ermöglichten Kleinheit solcher Fahrzeuge und damit der zugehörigen Bahn liegt darin, daß die Anlage auch auf einem verhältnismäßig kleinen Raum aufgestellt werden kann. Bei den bisher bekannten Bahnanlagen bestand immer das Problem, daß diese zum Aufstellen eine verhältnismäßig große Fläche verlangten, die aber oft in einer Wohnung nicht zur Verfügung steht. Die Bahn kann in einzelne mit einander mechanisch und elektrisch verbindbare Bahnelemente unterteilt werden. Es wird mit einfachsten Mitteln eine Kraftübertragung mit hohem Wirkungsgrad durch ein Streufeld erzielt. Dabei können mit einer Bahn zugleich viele Antriebe also viele Teile, insbesondere Spielfahrzeuge betrieben werden. Durch die Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Spulen hintereinander wird eine translatorische und kontinuierlicher Beförderung der Teile entlang der Bahn erreicht.

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Durch Anordnung unterschiedlicher Bahnspuren nebeneinander und Änderung der Frequenz sowie andere Dimensionierung der zu fördernden Teile, insbesondere der Durchmesser der Permanentmagente und etwaiger Kraftübertragungsmittel können die erzielten Geschwindigkeiten in einem weiten Bereich variiert werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen und ferner den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen, wobei diese Ausführungsbeispiele sich auf die bevorzugte Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, nämlich ein Lehr- und/oder Spielmittel in Form einer Bahnanlage und zugehörigen Spielfahrzeugen oder dergleichen beziehen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bahn in der Draufsicht unter Weglassung der Bahnfläche,

Fig. 2: einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3j ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bahn, ebenfalls unter Weglassung der oberen Fläche,

Fig. 4: einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5-11: weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten und Bahnen nach der Erfindung,

Fig. 12-22: Ausführungsmöglichkeiten von Spielfahrzeugen nach der Erfindung,

Fig. 23-25: Ausführungsmöglichkeiten von Steuerungen nach der Erfindung,

Fig. 26: eine weitere Ausführungsform der Erfindung zum Betreiben einer Beleuchtung»

Fig. 27: eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung«

Fig. 28 weitere Ausführungsbeispiefe der Erfindung.

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Zunächst wird an einigen Ausführungsbeispielen die Bahn oder

und 2 Bahnanlage erläutert. So zeigt Fig. 1/, z. B. aus Kunststoff bestehende Bahnelemente 1 einer bestimmten Länge, die seitlich mit Führungskanten 2 für die Fahrzeuge versehen sein können. In ihnen befinden sich Spulen 4, die um Eisenteile 5 gewicke.lt sind und damit elektromagnetisch das Streufeld 6 er-

Csiehe Fig. 2)

zeugen/i Das tEisen 5 besteht in diesem Beispiel aus einer entsprechenden Anzahl von abgebogenen Drähten, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Um den Abstand a zwischen den Eiseneinlagen der Spulen zu überbrücken, können seitlich weitere Eisenteile, z. B. Drähte 7 eingelegt werden.

Die Bahnelemente sind miteinander verbindbar, z. B. in der Weise, daß an jeder Stirnkante ein drunkknopfähnliches, vorspringendes Verbindungselement θ und ein zur Aufnahme des Elementes 8 des angrenzenden Bahnelementes dienende Vertiefung vorgesehen ist, die sich nach Innen hin erweitert. Somit können die Bahnelemente an ihren Stirnenden mit Schnappwirkung verbunden werden, wodurch auch gleichzeitig verhindert wird, daß sich die Bahnelemente um ihre Längsachse relativ zueinander verdrehen. Die Teile 8, 9 liegen beidseitig und symmetrisch zur Mittellängsachse 10 des Bahnelementes.

Auf der Lauffläche 3 der Bahnelemente laufen die zu fördernden Teile, hier allgemein mit 12 bezeichnete Spielfahrzeuge.

Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 3, 4 ist innerhalb des insoweit mit dem Beispiel der Fig. 1, 2 gleichen Gehäuses 1 eine eisenlose Kupferspule 13 vorgesehen, die ebenso wie die im Beispiel der Fig. 1, 2 in Reihe geschalteten Spulen 4 elektrisch über die Verbindungsmittel 8, 9 mit den Spulen der angrenzenden Bahnelemente verbunden sind, so daß die Teile 8, 9 auch hier nicht nur der mechanischen Koppelung, sondern zugleich der elektrischen Verbindung dienen. Das von der Spule 13 erzeugte Streufeld 14 ist in Fig. 4 mit dargestellt. Es ver-

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läuft, wie ein Vergleich mit Fig. 2 zeigt, aufgrund der anderen Spulen-Anordnung anders als im Beispiel der Fig. 1, 2. Die Ausführungsform gemäß den Fig. 3,4 ist vor allem für die Verwendung von gegenüber der üblichen Netzfrequenz

wesentlich
von 50 Hz/höheren Frequenzen gedacht.

Fig. 5 zeigt mit dem Schnitt V-V in Fig. 5a eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß den Fig. 1, 2, die sich vorallendingen für schmälere Bahnen eignet. Die Spule verläuft in Bahnlängsrichtung und ist mit 4¹ und die Eisenteile sind mit 5¹ beziffert.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6, 6a (Schnitt gemäß der Linie VI-VI) zeigt eine besonders flache, eisenlose Wicklung 15, wobei die relativ schmale Fahrbahn 11 sich oberhalb des flachen Spulenteiles befindet.

Fig. 7 zeigt eine zweiteilige Form des Bahnelementes, bestehend aus einem Unterteil 16 und einem darauf steckbaren und gegebenenfalls austauatbaien Oberteil 17, wobei das Oberteil 17 insgesamt vier Führungsleisten 18 mit drei Bahnen für das zu befördernde Spielfahrzeug oder dergleichen hat. Die Spule 4 mit Eisenteilen 5 entspricht in etwc dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Fig. B zeigt eine Bahn mit einem Unterteil 19 und zwei Oberteilen 20, die zwei Laufflächen 11 bilden. In diesem Fall sind keine seitlichen Führungsstege vorgesehen, da hier alle Fahrzeuge durch das Eisen der Spule in/Spur gehalten werden (hierzu wird auch auf die nachfolgenden Erläuterungen der Wirkungsweise der Leistungsübertragung gemäß der Erfindung verwiesen).

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Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer Bahn nach der Erfindung in Form einer "Hochstraße" mit Spulen 4 und EisBnteilen 5 analog der Ausführungsform der Fig. 1, 2, wobei mehrere obere Laufflächen 22 mit Führungsstegen 23 und auch noch einige untere Laufflächen 24 für eine Hängebahn 25 und eine U-Bahn 26 vorgesehen sind.

Fig. 10 und 10a zeigen in der Draufsicht Bahnelemente mit Weichen in Form von magnetisierten schwenkbaren oder feststehenden Streifen 27 mit einem nach oben gerichteten PoI₁ bzw. 2Θ mit zwei nach oben gerichteten Polen. Eine besonders gute Führung ist auch durch einen 3-poligen Streifen erreichbar (nicht dargestellt), während Fig. 11 ein Bahnelement 29 mit einer Wicklung 4 und Eisenteilen 5 etwa gemäB dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2 zeigt, wobei aber die Bahn in Form einer Wendeschleife (siehe Pfeile 30) für die zu bewegen den Fahrzeuge oder dergleichen ausgebildet ist.

Die Wirkungsweise einer solchen Anlage wird später erläutert. Zunächst sollen Ausführungsbeispiel der zu fördernden Teile, hier kleine Spielfahrzeuge, in ihrem Aufbau und insbesondere in der Anordnung und Gestaltung ihrer Permanentmagneten erläu tert werden.

Während die erläuterten Bahnelemente mit der Vielzahl hintereinander angeordneter Spulen als elektromagnetische Streufeldelemente gewissermaßen Stator-Eigenschaft haben, besitzen diB nachstehend erläuterten Fahrzeuge in ihren Permanentmagneten die zugehörige ^HRotor^ll-Eigenschaf t.

Fig· 12 zeigt zur Erläuterung das Prinzips der Erfindung auf einer mit 31 angedeuteten Bahn einen Permanentmagneten 32 in Form einer zylindrischen Walze, z. B. einen Hartferrit-Magnettn, denen diametral· Polarität jeweils mit N und S angegeben iit und näher au· dar Stirn^njieht der Fig. 13 (gemäß Pfeil 33) und dar Seitenansicht.dar Fig. 14 (gemäB Pfeil 34)

i. -■- i

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ORIGINAL INSPECTED ^- CO**

zu entnehmen ist. Seine Längsachse 32' verläuft parallel zur Auflagefläche und quer zur Fahrtrichtung. Ein derartiger Permanentmagnet wird von den senkrecht aus der Bahnfläche austretenden Feldlinien des elektromagnetischen Wechselfeldes bewegt, wie sie mit den Pfeilen 35 in Fig. angedeutet sind, wobei die Feldlinien immer jeweils die zugehörige Polarität anziehen, bzw. abstoßen, wodurch die Rotation des^Jragneten und damit der Lauf des damit ausgerüsteten Spielfahrzeuges oder dergleichen in der mit Pfeil 36 angegebenen Fahrtrichtung bewirkt wird. Um eine Totpunktlage zu vermeiden, ist ein Eisenstück 37 vorgesehen (siehe Fig. 14) welches für den Start den/magneten 32 so dreht, daß der Nordpol N und der Südpol S nicht genau senkrecht übereinander liegen. Ein solches Spielfahrzeug kann z.B. auf den Flächen 22' im Ausführungsbeispiel der Fig. laufen.

Fig. 15 zeigt schematisch den Permanentmagneten 32 gemäß den Fig. 12 - 14 mit der zugehörigen Bahn 31 und einem vom Permanentmagneten angetriebenen entweder auf dessen Achse befindlichen Reibrad (nicht dargestellt). Das Ganze kann in einem hier nur strichpunktiert angedeuteten, einem Spielfahrzeug nachgebildeten Gehäuse 39 angeordnet sein. Die Bewegung eines solchen Fahrzeuges verläuft senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 15. Der Reibradantrieb könnte aber gem. Fig. 15 auch so erfolgen, daß ein in Verlängerung der Magnetachse am Permanentmagneten befestigter Achsstummel 40 das entsprechend größere Reibrad 38 antreibt. Aufgrund dieser Untersetzung wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges entsprechend reduziert.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich bereits, daß das elektromagnetische Wechselfeld eine senkrechte Komponente zur Magnetlängsachse haben muß.

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ORIGINAL

-y.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 16 verläuft die Längsachse 41' dJ^mWg^ten 41 in der mit Pfeil 42 angegebenen Fahrtrichtung. Ein Achsstummel 43 des Permanentmagneten treibt

rad

ein Kronen/ 44 der Radachse 45. Ein mit einem solchen Permanentmagneten 41 ausgerüstetes Spielfahrzeug oder dergleichen wird auf einer Spur der Fahrbahn unterzubringen sein, über der die Feldlinien ganz oder teilweise senkrecht/verlaufen, z. B. im Bereich 46 der Feldlinien gemäß Fig. 2, bzw. 47 der Feldlinien in Fig. 4. Anstelle des Getriebes 43, 44 könnte auch eine "magnetische Zahnstange" vorgesehen sein (siehe Fig. 28 und 29).

Im Beispiel der Fig. 17 (Draufsicht), Fig. 1Θ (Stirnansicht) und Fig. 19 (Seitenansicht) ist ein Permanentmagnet 48 mit schräg stehender Achse 49 gezeigt. Ein mit einem solchen Permanentmagneten ausgerüstetes Fahrzeug kann sowohl auf Bahnspuren laufen, die von etwa senkrechten Feldlinien durchsetzt werden, als auch auf Bahnspuren, über denen die Feldlinien etwa waagerecht verlaufen, da aufgrund der Schräglage der Achse der Permanentmagnet von senkrechten und von waagerechten Feldlinien eines Wechselfeldes in Umlauf versetzt wird. Der Abtrieb erfolgt direkt durch Auflaufen der Kante 50 auf der Fahrbahn 31. In der Variante dieser Ausfuhrungsform gemäß Fig. 20 läuft der Permanentmagnet 48 mit dem Rand eines balligen Achsstummels 51 auf der Fahrbahn 31, wodurch sich eine Untersetzung ergibt, die durch Verschwenken der Achse variiert werden kann.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich in Verbindung mit der Erläuterung der verschiedenen Ausführungsformen von Bahnen, daß man - falls erforderlich - durch die Anordnung des oder dar Permanentmagnete im zu fördernden Teil hier einem Spielfahrzeug oder dergleichen, bestimmen kann, auf welcher Bahnspur, bzw. welchem streifenförmigen Abschnitt der Bahn das Teil eich fortbewegen soll. Geht man z. B. von einer Bahn

*) oder quer zur Fahrtrichtung

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gemäß den Fig. 1 und 2 aus, so wurden sich Spielfahrzeuge oder dergleichen mit Permanentmagneten in einer Anordnung gemäß den Fig. 12 - 15 am Rand der Bahn bewegen, wo die Feldlinien senkrecht auftreten. Ein Spielfahrzeug oder dergleichen mit Permanentmagneten in einer Anordnung gemäß der Fig. 16 würde/in der Mitte der Bahn fahren können, in der die Feldlinien waagerecht verlaufen, während ein Spielfahrzeug oder dergleichen mit einem Permanentmagneten in der

rechten Anordnung gemäß den Fig. 17 - 19 sowohl am/Rande,als auch in

der Mitte fahren könnte.

Fig. 21 zeigt innerhalb eines hier nur schematisch angedeuteten Fahrzeuggehäuses 52 einen darin mit der Achse 53 gelagerten Permanentmagneten 54, dessen Drehbewegung auf ein Reibrad 55 und von dort auf die Lauffläche 56 übertragen wird, wodurch das Fahrzeug in die senkrecht zur Zeichenebene gelegene Fahrtrichtung bewegt wird. Das Reibrad 55 kann auf einer Achse 55' gemäß den Pfeilen 57 hin- und hergeschoben werden, wodurch stufenlos die Übersetzung und auch die Fahrtrichtung geändert werden kann. Das Verschieben des Rades 55 entlang der Achse 55' kann durch nicht dargestellte Mittel von außen her erfolgen, z. B. durch Magnetsteuerung. Durch Verdrehen des Ganzen um eine senkrechte Achse kann eine Lenkung des Fahrzeuges herbeigeführt werden.

Es versteht sich, daß pro Fahrzeug ein oder mehrere Permanentmagnete vorgesehen sein können. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Permanentmagnete als Radwalze oder Räder eines Spielfahrzeuges oder dergleichen in der prinzipiellen Anordnung gemäß den Fig. 12 - 15. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch seine konstruktive Einfachheit aus, in dem nur ein sehr kleines Gehäuse eines Fahrzeuges oder dergleichen vorgesehen und mit den zugleich als Räder ausgebildeten Permanentmagneten ausgerüstet werden muß. So zeigt z. B. Fig. 5 ein Fahrzeuggehäuse mit zwei Permanentmagneten 58, als Räder, die von den etwa senkrecht aus den

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Eisenteilen 5' austretenden Feldlinien beeinflusst werden. Gleichermaßen sind auch die in den Figuren 2 und 4 dargestellten Fahrzeuge zu betreiben.

Fig. 22 zeigt, wie ein Gehäuse 59 mit einem Permanentmagneten BO in eine öffnung des Fahrzeugbodens 61 einsetzbar ist. Dies kann in Farm, eines sogenannten "Einknäpfens" mit Rast- oder Schnappwirkung erfolgen (nicht im einzelnen dargestellt). In Verlängerung der Magnetlängsachse 62 sind Achsstummel 63 vorgesehen, die im Gehäuse 59 bzw. im Gehauseboden 64 gelagert sind. Der untere Achsstummel 63 endet in einem/Reibrad 55, das auf der Fahrbahnfläche 66 läuft und dadurch das Fahrzeug antreibt. Die sinngemäße gleiche Anordnung kann zur Betätigung eines Lenkausschlages dienen. Hierzu wird im einzelnen auf die nachstehenden Ausführungen verwiesen.

Fig. 23 zeigt in der Draufsichtund Fig. 24 in einem dazugehörigen Längsschnitt, wie die Kraftübertragung nach der Erfindung auch zur Lenkung benutzt werden kann. Die Radwelle 67 ist über ein z. B. aus Kunststoff bestehendes Zwischenteil 68 drehfest mit einem Permanentmagneten 69 verbunden, der ebenso wie die übrigen Permanentmagnete diametral magnetisiert ist (N-S). Die vorstehend erläuterte Anordnung ist über Binen Drehzapfen 70 im Gehäuse 71 des Fahrzeuges schwenkbar gelagert. Durch eine entsprechend polarisierte Gleichstromkomponente in den Spulen der Bahn wird ein Magnetimpuls erzeugt, der sich dem Wechselmagnetfeld überlagert und den Permanentmagneten 69 entweder nach links oder nach rechts dreht. Hierdurch wird die Radwelle 67 entsprechend vsrschwenkt. Diese Schwenkbewegung kann

vertauschbare

durch/Stoppanschläge 72, 73 begrenzt werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Stoppanschläge so ausgebildet, daß die Achse zwar in Pfeilrichtung links (L) verschwenkt werden kann, nicht aber nach rechts (Pfeilrichtung R), da

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hier der Anschlag an der Stirnkante des Stoppanschlages 72 entgegensteht.

Man kann nun gemäß Fig. 25 so vorgehen, daß man dem auf der Bahn (z. B. Ziff. 1) fahrenden Fahrzeug (z. B. Ziff. 12) einen leichten Steuereinschlag nach rechts gibt, so daß es normalerweise immer an der rechten Führungskante 2 fährt (siehe Fahrtrichtung gemäß Pfeil 74). Durch einen Gleichstrom wird die Achse 67 nach links verschwenkt, so daß das Fahrzeug gemäß Pfeil 75 bis zur gegenüberliegenden, in Fig. 25 links gelegenen Führungskante 2 der Fahrbahn fährt und dann dort entlanggleitet. Durch einen gegensinnigen Gleichstrom oder durch Wegfall des Gleichstromes kann wieder der frühere Lenkausschlag hergestellt werden, so daß aufgrund des vorgegebenen Rechtseinschlages das Fahrzeug wieder an die in Fig. 25 rechts gelegene Führungskante 2 fährt. Ein zweites Fahrzeug ist mit Permanentmagneten 69 mit entgegengesetzter Polung versehen und wird nur dann zum Lenkausschlag gebracht, wenn ein entgegengesetzt gepalter Gleichstrom gegeben wird. Somit sind zwei Fahrzeuge unabhängig voneinander lenkbar. Es kann aber auch die zweite Möglichkeit statt zur Lenkung eines weiteren Fahrzeuges im selben Fahrzeug verwendet werden, um die Gangschaltung oder Schrittschaltwerke zu betätigen. Bei anderen Fahrzeugen kann dia Anordnung ungekehrt sein, d. h. die Anschläge 73 und 72 sind vertauscht und das Fahrzeug hat bei Geradeausfahrt eine leichte Linkssteuerung, Dann fährt es zunächst an der linken Führungskante und nach einem Gleichstrom gelangt es an die rechte Führungskante, So kann man überholvorgängs bewirken.

Aus der vorstehenden Erläuterung z^:j den Fig. 23 - 25 wird auch die magnetische Weichenanordnung gemäö cen Figuren 1D, 10a verständlich. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1Q ist evtl. beweglich sine Weichenzunge 27 mit nach oben gerichteten Nordpolen unterhalb der Fahrbahn 75 vorgesehen. Ein ankommendes Fahrzeug 77 mit N-S diamentral magnetisiertem Permanentmagneten 89 wird nach rechts gelenkt,, wenn sein mit N

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polarisierter Teil beim Ankommen an die Weichenzunge sich rechts davon befindet, da hierbei eine Abstoßung zu den N-Polen der Zunge 27 erfolgt. Eine Umlenkung des Fahrzeuges in den Bahnzweig 76' ist erreichbar, wenn zuvor das Fahrzeug an die linke Führungskante der Bahn 76 gesteuert wird, da dann die Abstoßung der N-PoIe einen Lenkausschlag nach links bewirkt. Die Stoppanschläge für die Begrenzung der Lenk-Schwenkbewegung sind entsprechend den gewünschten bzw. möglichen Lenkausschlägen anzuordnen. Ein entsprechend polarisierter Führungsmagnet 80 eines nicht mit einer gesonderten Lenkung versehenen Fahrzeuges 77 wird in entsprechender Weise von der Weichenzunge 27 beeinflusst. Ist am Heck des vorhergehenden Fahrzeuges ein ebenso wie der Magnet 80 gepolter Magnet 79 vorgesehen, wobei dieser aus der Mittellinie etwas nach rechts und der Magnet 80 aus der Mittellinie etwas nach links versetzt ist, so wirken bei Annäherung des hinteren

vordere

an das/Fahrzeug beide Magneten in Art einer Überholautomatik, indem das von hinten ankommende Fahrzeug automatisch nach links abgedrückt wird.

Im Beispiel der Fig. 10a werden Fahrzeuge gemäß Ziff. 77 mit Permanentmagneten 69, deren N-PoI sich vorn und deren S-PoI sich hinten befindet, von der links mit S-Polen und rechts mit N-Polen versehenen Magnetweichenzunge 28 anders gelenkt als Fahrzeuge 77', bei denen sich am Permanentmagneten 7Θ der S-PoI vorn und der N-PoI hinten befindet.

Es kann auch eine 3-polige Weichenzunge vorgesehen sein, die z. B. in der Mitte N-PoIe und links und rechts je einen Streifen mit S-Polen hat (nicht dargestellt]. Dadurch ergibt sich eine besonders exakte Führung z. B. des Magnetstiftes oder Zapfens 80, der die Pole an seinen Enden besitzt.

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Die Lsnkmagnete 69 können im übrigen von der betreibenden Person um 180° gedreht werden, so daß sich das Lenkungsverhalten dieses Fahrzeuges im Bezug auf die Bahn entsprechend umkehrt.

Gemäß Fig. 26 kann die Streufeldwirkung der Spulen 4 auch über einen Weichferritkern oder dergleichen 79 und eine Spule 80 zur Beleuchtung, insbesondere mit das Licht emittierenden Dioden (LED) 81 benutzt werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. dargestellt. In einer Bahn 82 befindet sich eine Spule 4 mit Eisen 5 und zusätzlichen Eisendrähten oder dergleichen 7. Im Fahrzeug 12' befinden sich das magnetische Streufeld 6 auffangende und zu dem Permanenmagneten 83 leitende Eisenteile/Ferrite 84. Der Permanentmagnet kann eine Wicklung 85 induzieren, welche eine Beleuchtung betreibt. Hier wird eine gewisse Zusammenfassung des Streuflusses und Zuleitung zum Permanentmagneten und damit eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht, so daß sich eine solche Anordnung insbesondere für schnell laufende Rennfahrzeuge und dergleichen empfiehlt.

Es versteht sich, daß als Fahrzeuge nicht nur Nachbildungen von Kraftfahrzeugen, sondern auch solche von Hubschraubern, Schiffen und dergleichen vorgesehen sein können. Auch kann man Motorräder auf einer solchen Bahn laufen lassen, sofern die sie treibenden Magneträder genügend breite Laufflächen haben und über Bahnen laufen, in dem sie durch Anziehung der darunterliegenden Eisenleitwegen gestützt werden. Hierdurch wird ein Umkippen des Motorrades verhindert.

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Dia Kraftübertragung sollte so ausgelegt werden, daß das von den Permanentmagneten erzeugte Drehmoment großer als das Reibmoment zur Fahrbahn ist, damit nach einer Karambolage und einem dadurch verursachten Stillstand des Fahrzeuges ein Wiederanläufen und Rotieren der Fahrzeuge möglich ist. Eine Erhöhung der Frequenz des Wechselfeldes, z. B. durch einen Frequenzgenerator, hat sowohl einen entsprechend größeren transformatorischen Effekt, als auch eine entsprechend höhere Rotationsgeschwindigkeit des jeweiligen Permanentmagneten zur Folge. Falls sich in einer Bahn mehrere Reihen von Spulen nebeneinander befinden, wobei jede Reihe elektrisch von den anderen Reihen unabhängig ist, kann man durch Änderung der Frequenz einer Spulenreihe die darauf laufenden Fahrzeuge oder dergleichen beschleunigen, z. B. wenn ein Fahrzeug der anderen Spulenreihe überholt werden soll. Man kann also jeweils aus mehreren Fahrzeugen bestehende Fahrzeuggruppen schaffen, wobei die eine Gruppe unabhängig von der anderen betrieben werden kann. Dabei werden die erläuterten Überholmöglichkeiten durch die Kontaktfreiheit der Fahrzeuge wesentlich erleichtert. Während z. B. bei einer Frequenz von 50Hz und entsprechend der Auslegung der Fahrzeugteile eine Geschwindigkeit von 5 km/h bei der einen Gruppe erzielt wird, kann durch die o. g. Frequenzerhöhung eine andere Fahrzeuggruppe entsprechend schneller fahren. Man kann auf der selben Bahn auch mit mehreren Frequenzen zugleich arbeiten, da sich diese bekanntlich beim überlagern nicht stören. Die Rotoren sind dabei beim Anlaufen auf ihre jeweilige Frequenz zu synchronisieren. Dabei wurden sinnvollerwBise die Fahrzeuge mit der höheren Betriebsfrequenz zuerst zum Anlaufen gebracht werden. Der fließende Verkehr kommt mit einem Geschwindigkeitsbereich

von?1 :" 2 aus. Die Fahrzeuge wurden also mit:

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0 50 Hz in einem weiten Bereich - (1) 70 - 150 Hz (2)

1Θ0 - 350 Hz (3)

usw. arbeiten. Ihre Geschwindigkeit muß deswegen nicht ganz verschieden sein,denn verschiedene Untersetzungen könnten ausgleichen. Wegen der frequenzproportionalen Leistungserhöhung genügen zudem kleinere Magnete für höherfrequent betriebene Fahrzeuge.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 28 - 30 zeigt zusätzlich zu den hier nicht dargestellten Spulen einen Per-

11a
manentmagnetstreifen/ der abwechselnd N-S-polarisiert ist. Hierbei verlaufen die Trennungslinien zwischen den mit N polarisierten Magnetteilflind den mit S polarisierten Magnetteir/schräg, d. h. im spitzen Winkel zur Fahrtrichtung. Dies kann entweder im Beispiel der Fig. 29 durch entsprechend geformte Magnetstrsifen mit schrägen Seitenkanten oder gemäß dem Beispiel der Fig. 30 durch Anordnung mehrerer Längsmagnetstreifen mit einzelnen N-S-Rechteckstücken, die jeweils zueinander versetzt sind, erreicht werden. Ein vom Wechselfeld der Spule in Drehung versetzter Permanentmagnet 41 wird entsprechend der Lage seiner Pole entweder nach vorn oder nach rückwärts entlang dem Permanentmagnetstreifen 11a gezogen und zieht sich quasi an einer "magnetischen Zahnstange" an diesem Streifen entlang. Hierdurch wird die mechanische Kraftübertragung vom Magneten auf die Bahn durch eine magnetische Kraftübertragung ersetzt. Es versteht sich, daß bei z. B. einer Rechtsdrehung des Magneten um seine Längsachse er sich nach vorn bewegt und bei einer Linksdrehung nach rückwärtsj bzw. umgekehrt. Dabei soll die Längsachse des Permanentmagneten wenigstens eine Komponente parallel zur Bahn haben. Der Magnetstreifen 11a kann auf die Bahn 18 aufgeklebt sein (Fig. 28, rechte Hälfte) oder sich unter dieser befinden (Fig. 2ff, linke Hälfte) .

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Durch eine Verringerung der Polabstände im Magnetstreifen (siehe Fig. 30 oberes Drittel) kann die Geschwindigkeit des Fahrzeuges reduziert werden.

Im Fahrzeug kann außerdem ein weiterer Magnet vorgesehen sein, der als Servomotor zum Betrieb eines Blinkers_J der Schaltung eines Getriebes oder dergleichen dient und entweder von einer gesonderten Frequenz, insbesondere niedrigen Frequenz oder auch von den Permanentmagneten des Magnetstreifens 11a betrieben werden kann. Er kann somit auch zur Erzielung eines Anlaufvorganges dienen, wenn man ein solches Fahrzeug über derartige Magnetstreifen schiebt.

Die bei einem Ausführungsbeispiel beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen sind sinngemäß auch bei den anderen Ausführungsbeispielen einsetzbar und umgekehrt. Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie Merkmalskombinationen sind erfindungswesentlich.

Ansprüche

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■ is-

Leerseite

Claims

BERNHARD RICHTER „_{n Q n7O}

85 NÜRNBERQ, den 10.8.1979

PATENTANWALT _ Beethcvenstraße 10

O QOOC? Oft Telefon Sa.-Nr. (0911) 595015

Telegramm: Palri Telex: 0623266 pjlri d

Herr Dipl.-Ing. Helmut KAISER
Schleichstr. 31, 8500 Nürnberg-Eibach

Patent- und Schutzansprüche

1. Anlage zur Beförderung von Teilen und zugehörige Teile, insbesondere Anlage zur Beförderung von Spielfahrzeugen oder dergleichen und zugehörige Spielfahrzeuge oder dergleichen, wobei die Antriebsleistung durch ein von der Anlage erzeugtes elektromagnetisches Feld kontaktlos auf ein Empfangsorgan des Teiles, insbesondere des Spielfahrzeuges oder dergleichen übertragen wird und gegebenenfalls eine ebenfalls kontaktlos arbeitende Steuerung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfangsorgan des zu befördernden Teiles, insbesondere des Spielfahrzeuges oder dergleichen mindestens ein Permanentmagnet vorgesehen ist und daß als Anlage eine das Teil, insbesondere das Spielfahrzeug oder dergleichen führende und zugleich mit der Antriebsenergie versorgende, mit einer Vielzahl hintereinander angeordneter Spulen zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes versehene Bahn dient.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Bahnelemente (1) vorgesehen, mit einer oder mehreren Spulen (4, 4¹, 13, 15) versehen und elektrisch, sowie mechanisch miteinander verbindbar sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, elektromagnetisch voneinander unabhängige Bahnspuren nebeneinander vorgesehen sind und bevorzugt in einem einzigen Bahnelement vereinigt sind.

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•4. Anlage und zugehörige Teilenach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel in der Bahn und/oder den Teilen zwecks Änderung der Beförderungsgeschwindigkeit, z. B. Mittel zur Änderung der Frequenz des elektromagnetischen Wechselfeldes oder der über- bzw. Untersetzung der Drehbewegung des oder der Permanentmagneten, oder durch einen Streifen (11a) mit Permanentmagnetⁿmit veränderlichem Abstand.

5. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Bahnelemente durch druckknopfartige Vorsprünge (8) und diese mit Rast- oder Schnappwirkung aufnehmende Vertiefungen (9) erfolgt, wobei die Teile (8, 9) an beiden Stirnkanten eines Bahnelementes (2) vorgesehen und beidseitig sowie symmetrisch zu deren Mittellängsachse C10J angeordnet sind, sowie durch eine leichte Vorspannung die Bahnelemente fest aneinander halten.

6. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn bzw. Bahnelemente (2), gegebenenfalls auch die einzelnen Bahnspuren, mit seitlichen Führungskanten (2, 18, 23) oder einer entsprechenden das Fahrzeug führenden Eisenleitung versehen sind.

7. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (4) durch Eiseneinlagen (5) verstärkt sind, z. B. etwa U-förmig abgebogene Drähte oder dergleichen.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen quer zur Beförderungsrichtung und parallel zur Lauffläche (11) des Bahnelementes verlaufen.

9. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, 8, gekennzeichnet durch eine eisenlose Spule (13, 15), insbesondere eine Flach-Kupferspule, welche in einem Bahnelement oder in einer Bahnanlage umläuft.

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10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch aus einem Oberteil (17 bzw. 20} und einem Unterteil (16 bzw. 19) bestehende Bahnelemente, wobei Ober- und Unterteil miteinander verbindbar sind und zwischen sich die Spulen und gegebenenfalls Eiseneinlagen der Spulen umschließen, und daß das Oberteil die Laufflächen (11) und gegebenenfalls die Führungskanten zur Begrenzung der Bahnspuren oder Laufflächen aufweist.

11. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Bahnelemente in Form einer Wendeschleife mit einer zumindest aussenseitig vorgesehenen Führungskante.

12. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Bahnelemente in Form von Weichen mit als "Weichenzunge" dienende, unterhalb der Lauffläche vorgesehene, gegebenenfalls schwenkbare Streifen mit einer bestimmten magnetischen Polarisierung, wobei im Fahrzeug korrespondierende Permanentmagnete vorgesehen sind.

13. Teile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Permanentmagnete der bzw. die als Rad oder Welle des Teiles ausgebildet ist, bzw. sind und im Rad- oder Wellendurchmesser magnetisiert sind.

14. Teile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nahe des Umfanges des Permanentmagneten ein Eisenstück (37) derart vorgesehen ist, daß es einen der Pole anzieht, so daß beide Pole des Permanentmagneten sich in einer vom Wechselmagnetfeld betreibbaren Anlaufposition befinden (Fig. 14), wobei das Eisenstück auch zwecks Erzielung einer anderen Drehrichtung umstellbar ist.

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15. Anlage und zugehörige Teile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (32¹) des Permanentmagneten (32) parallel zur Lauffläche der Bahn und quer zur Bewegungsrichtung des Teiles verläuft, wobei sich die für dieses Teil bestimmte Bahnspur im Bereich der etwa senkrecht aus der Bahn austretenden Feldlinien (35) befindet.

16. Anlage und zugehörige Teile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (41') des Permanentmagneten (41) in der Bewegungsrichtung des Teiles verläuft, und daß die zugehörige Bahnspur sich unterhalb der etwa waagerecht zur Lauffläche und quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden Feldlinien (46, 47) befindet.

17. Anlage und zugehörige Teils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (49) des Permanentmagneten (48) im Winkel zur Lauffläche (31) verläuft, wobei ihre Projektion auf die Lauffläche quer, d. h. im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zugehörigen Teiles verläuft und daß sich die zugehörige Bahnspur unter den senkrechten und/oder den waagerechten Feldlinien befindet.

18. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet (60) mit Reibradübertragung (65) sich in einer Umhausung (59) befindet, die mit Rast- oder Schnappwirkung in den Boden (61) eines Teiles, insbesondere einss Spielfahrzeuges oder dergleichen einsetzbar ist.

19. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1Θ, gekennzeichnet durch ein Reibrad zur Übertragung des vom Permanentmagneten erzeugten Drehmomentes auf die Lauffläche der Bahn, wobei diese Reibradüber- oder Untersetzung bevorzugt veränderbar ist.

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20. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch mindestens einen Permanentmagneten (69), der auf Drehmitnahme mit dsn Lenkmitteln eines Teiles, insbesondere eines Spielzeuges oder dergleichen verbunden ist,

21. Teil nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Stappanschläge (2, 73) zur Begrenzung der Lenkausschlägs in beiden Lenkrichtungen.

22. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch auf die Lenkung einwirkende Permanentmagnete (69, 78) des Teiles, sowie gegebenenfalls einen Führungsmagneten (80) mit einer Polarisierung (N - S), die von der Polarisisrung der magnetischen Weichenzunge (27, 28} betätigt werden kann.

23. Teil nach einBm oder mehreren der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenk-Permanentmagnet (69) von der das Teil betreibenden Person um 180° um seine Achse verschwenkbar ist.

24. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 23, gekennzeichnet durch ein zweites Teil ^mit einem Permanentmagneten (69) entgegengesetzter Polung als das erste Fahrzeug,

25. Tail nach einem oder mehreren der Anspruch? 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß einTeil mit einemSteuermag- nBt mit einer zum Lankmagnet (69) entgegengesetzter Polung vorgesehen ist zwecks Betätigung einer Gangschaltung,eines Schrittschaltwerkaa oder dargleichen.

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26. Anlage und dazugehörige Teile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß auf der selben Bahn oder Bahnspur mit mehreren Frequenzen unterschiedlicher Größe zugleich gearbeitet wird, wobei die dazugehörigen Teile gegebenenfalls unterschiedliche Untersetzungen haben.

27. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch eine mit einer Lichtquelle, bevorzugt einer lichtemittierenden Diode (Θ1) verbundenen Spule (80), die vom Streufeld der Bahn induzierbar ist.

28. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27,

ferromagnetisches Material gekennzeichnet durch im Teil befindliche / (B4J, die einen magnetischen Leitweg vom Streufeld zum Permanentmagneten (83) bilden.

29. Anlage und dazugehörige Teile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch die zusätzliche Aufbringung eines magnetischen Streifens miteinander abwechselnden Permanentmagnetstücken mit N-Polarisierung und S-Polarisierung, wobei die effektive Trennlinie zwischen beiden Polaritäten im spitzen Winkel zur Fahrtrichtung verläuft und die Längsachse des dazugehörigen Permanentmagneten des Teiles wenigstens eine parallel zur Bahn verlaufende Komponente aufweist.

30. Anlage nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daB im Verlauf des Permanantmagnetstreifens (11a) die Abmessungen dar PermanentmagnetstUcke auf einen Teilbereich des Magnetstreifen· kleiner sind als in dessen übrigen Bareich.

31t Teil· naoh einem oder mehreren dar AneprOohe 1 tote 30, dtdurch ieNennieiehnet, daß im rückwärtigen Itreich einee Fahrieugee une) im vorderen Bereich dee dahintorfahrendin Pahr»eu|ee je) ein Mefnetetab oder dergleichen vorgesehen Mnd/Jeweile naah entgegengesetzten Selten der Mittellinie lueinander versetzt sind (überholautometik).

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32. Teil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31, gekennzeichnet durch einen weiteren Magneten im Teil als Servomotor zum Betrieb eines Blinkers,eines ^rntriebes oder dergleichen, insbesondere in Verbindung mit dem Permanentmagnetstreifen (11a).

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