DE3529097A1 - Antriebs- und lenksystem fuer spielzeug-modellfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterflurtransportsystem zur schienengebundenen Beförderung (Bewegung) eines Führungsmagneten für Spielzeug-Modellfahrzeuge, dessen Zweckbestimmung die modellhafte Nachbildung eines Straßenverkehrs­ systemes in zur Modelleisenbahn analoger Nutzung ist.

Die techniscbe Grundlage des Fahrzeug-Antriebssystemes bildet die flächen­ parallele Übertragung von magnetischen Kraftwirkungen und deren Umsetzung in Bewegungsabläufe, die von einem unter einer modellhaft nachgebildeten Fahrbahn geführten bzw. bewegten Führungsmagneten auf einen, an dem zu be­ wegenden Modellfahrzeug angebrachten Antriebsmagneten ausgeübt werden.

Zum bekannten Stand der Technik gehört ein Vorschlag, der auf dem Prinzip der unterflurgeführten Magnetkopplung beruht und dessen Unterflurbewegung­ apparatur von einer, in einem speziellen Tunnelsystem verlegten, handels­ üblichen Modelleisenbahn gebildet wird. Diese bekannte Lösung hat in bezug auf die modellhafte Nachbildung von Bewegungsabläufen eines Straßenverkehrs­ systemes zwei entscheidende, die Nutzanwendung stark einschränkende Nach­ teile, indem erstens die magnetischen Anzugskräfte der Magnetkopplung über die Erhöhung der Achslast, hemmend auf die Lenkbewegung der meist starr­ achsigen Modellautos wirken und zweitens der Bewegungsablauf der Modell­ autos auf die relativ großen, durch die Lenkgeometrie des bei den Modell­ eisenbahnen üblichen Zweischienensystemes, grundsätzlich begrenzten Schienen­ kurvenradien, beschränkt ist.

Zum Hintergrund des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung gehört bei einer bevorzugten Anwendung ein neuartiges Unterflur-Magnetkopplungs­ system, das in einer parallel laufenden Patentanmeldung P 35 25 350.9 des gleichen Anmelders beschrieben ist. Grundlage dieser Erfindung ist die Nutzung der abstoßenden Kraftwirkung gegensinnig polarisierter Magneten, die bei einer ringförmigen und trichterförmigen Ausbildung des Unterflur- Führungsmagneten, eine Schwebeeffekt erzeugende Kraft- und Bewegungsüber­ tragung auf das Modellfahrzeug bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transport- und Bewegungs­ system der eingangs genannten Art, insbesondere für das vorerwähnte neu­ artige Magnet-Kopplungssystem zu entwickeln, das die Nachteile der exis­ tierenden Lösungen auf Modelleisenbahnbasis wirksam vermeidet und bei einem kostengünstigen Gesamtaufbau einen, aus dem realen Straßenverkehrssystem im Modellmaßstab zu übertragenden Bewegungsablauf der Modellautos ermög­ licht.

Als wesentliche Merkmale der maßstabgerechten Übertragung von Bewegungsab­ läufen des Straßenverkehrssystemes werden der maßstabgerechte Bewegungsab­ lauf der Modellautos in bezug auf enge Straßenkurven bzw. dem Wendekreis­ durchmesser der realen Straßenfahrzeuge und die Steigfähigkeit des Modell­ autoantriebes entsprechend der Steigfähigkeit der realen Straßenfahrzeuge betrachtet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein, unterhalb eines modellhaft nachgebildeten Straßenverlaufes einer Modellverkehrsanlage ver­ legter Einschienenkörper den Träger eines Einschienen-Unterflurtransport­ fahrzeuges für den Führungsmagneten einer Modellfahrzeug-Unterflurmagnet­ kopplung bildet. Die Unterflurtransportfahrzeuge bestehen aus einem schienen­ bezogenen Fahrgestell, das den elektromotorischen Antrieb und eine Halte­ vorrichtung für ein zweites Fahrgestell trägt, das federnd gegen die Fahr­ bahnunterseite der Modellanlage vorgespannt ist und an dieser abrollt und an dem der zu transportierende Führungsmagnet der Unterflur-Magnetkopplung des Spielzeug-Modellfahrzeugantriebes befestigt ist.

Die beiden Teilsysteme, Einschienensystem und Unterflurtransportfahrzeug, bilden eine Einheit mit systemspezifischen Eigenschaften des Unterflur­ transportsystemes, die weitgehend eine modellmaßstäbliche Nachbildung der Bewegungsabläufe des realen Straßenverkehrssystemes erlauben. Mit der Bau­ form der Einschienenbahn werden die Probleme der Kurvenradienbegrenzung wirk­ sam vermieden, es gibt weder Radstandprobleme noch eine Schlupfreibung starrer Achsen des Zweischienensystemes in engen Kurven. Das Problem der im Normalfall der Einschienenbahn bestehenden instabilen, labilen Fahrzeuglage auf einer Schiene, wird als systemspezifische Eigenschaft der hier darge­ stellten Unterflurbahn dadurch gelöst, daß das die Fahrtrichtung bestimmende untere Fahrgestell durch ein zweites, gegen die Straßenunterseitenoberfläche gerichtetes Fahrgestell ergänzt wird. Das zweite obere Fahrgestell ist Träger des Führungsmagneten und hat die Aufgabe, diesen in einer möglichst geringen Distanz zur Straßenunterseite zu halten und Stützkräfte auf das Antriebsfahrgestell so zu übertragen, daß sich in einer Querschnittsbetrach­ tung des Transportfahrzeuges eine Dreipunktlagerung ergibt.

Ausgehend von dem Grundgedanken der Einschienenbahn umfaßt die Erfindung be­ sondere konstruktive Markmale, die das Einschienentransportsystem zu einer systemtechnisch funktionsfähigen Einheit werden läßt. Die einzelnen Mark­ male aus den Ansprüchen können einzeln oder auch zu jeder geeigneten Kombi­ nation verwirklicht werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen jeweils schematisch

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Modellautos einschießlich eines senk­ rechten Schnittes durch die Fahrbahn mit darunter liegender Seiten­ ansicht des Unterflurtransportfahrzeuges auf einem Einschienen­ körper,

Fig. 1a eine Vorderansicht des Unterflurtransportfahrzeuges nach Fig. 1 unter einem senkrechten Schnitt durch die Fahrbahn, angeordnet auf einen senkrechten Schnitt durch das Einschienenprofiles mit einem Schienenmontagewinkel,

Fig. 1b eine Draufsicht auf das Unterflurtransportfahrzeug in einem Schnitt A-A nach Fig. 1, zur Darstellung der Führungsmagnet­ positionierung in einer zylindrischen Ausführungsform des Magnet­ körpers und in einer Anordnung von vier Distanzrollenlager,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das untere, schienenbezogene Fahrgestell in einem Schnitt B-B nach Fig. 1, zur Darstellung eines Ausführungs­ beispieles der Stromabnehmerfunktion sowie der Lauf- und Antriebs­ rollenausbildung in extremen Schienenkurvenbereichen,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Unterflurtransportfahrzeug ähnlich Fig. 1b zur Darstellung der Distanzrollenfunktion des Führungsmagnetträger­ fahrgestelles in Kurvenauslegung in einem Ausführungsbeispiel einer Dreirollenpositionierung und einer alternativen Bauform der Distanz­ rollen,

Fig. 4 und Fig. 4a eine Seitenansicht und eine Vorderansicht des Unterflurtransport­ fahrzeuges ähnlich Fig. 1 und Fig. 1b mit einer Funktionsdarstellung der Fahrgestellparallelführung sowie eine Funktionsdarstellung der Dreipunktführung des Unterflurtransportfahrzeuges,

Fig. 5 ein senkrechter Schnitt durch das Schienenprofil in einem Ausführungs­ beispiel eines einfachen Einschienenbandprofiles,

Fig. 5a ein senkrechter Schnitt durch das Schienenprofil in einem Aus­ führungsbeispiel eines T-förmigen Schienenprofiles,

Fig. 5b ein senkrechter Schnitt durch ein Einschienenprofil mit der Seiten­ sicht eines Ausführungsbeispieles für einen Einschienen-Montage­ winkel,

Fig. 6 ein senkrechter Schnitt durch ein Einschienenprofil mit beid­ seitiger isolierter Stromleiteranordnung,

Fig. 6a Seitenansicht eines Einschienenprofiles mit Stromleiteranordnung,

Fig. 7 Prinzipdarstellung einer Einschienenweiche,

Fig. 8 Prinzipdarstellung einer Einschienenkreuzung.

Entsprechend Fig. 1 ist für ein beliebiges Spielzeug-Modellfahrzeug 10 eine Fahrbahn 14 vorgesehen, die beispielswiese aus Kunststoff, Holz oder be­ liebigem anderen, magnetisch nicht leitfähigem Material besteht. Auf der Unterseite des Modellfahrzeuges 10 ist ein Antriebsmagnet 12 angeordnet, der dort angeformt oder nachträglich befestigt, zum Beispiel angeklebt sein kann. Unterhalb der Fahrbahn 14, in der Mitte der Fahrbahn, entlang des Fahrbahn­ verlaufes ist ein Einschienenkörper 60 mittels Montagewinkel 68 in einem bestimmten Abstand zur Fahrbahnunterseite der Modellanlage verlegt, der als Führung und Stromschienenträger für die Unterflurtransportfahrzeuge dient.

Die Fig. 1, 1a, 1b und Fig. 2 zeigen das Ausführungsbeispiel eines kon­ kret realisierten Unterflurtransportfahrzeuges in Dreiseitenansicht bzw. in entsprechenden Schnitten, das zunächst als Erprobungsmuster dem Funktions­ nachweis der wesentlichsten erfindungsgemäßen Lösungsvorschläge dient. Das vorliegende Ansführungsbeispiel wurde auch zum Funktionsnachweis und einer vorzugsweisen Nutzanwendung der Ringmagnet - bzw. Führungsmagnet-Unterflur- Magnetkopplung 16, 12 ausgelegt.

In der Fig. 1, in der Seitenansicht des Unterflurtransportfahrzeuges, ist der Aufbau des unteren, schienenbezogenen Fahrgestelles 22, sowie des Führungsmagnet-Trägerfahrgestelles 50 dargestellt. Das untere Fahrgestell 22 mit den Lauf- und Antriebsrädern 24, 25, trägt das Antriebsaggregat be­ stehend aus einem Flachmotor 26 und einem mechanischen Schnecken-/Zahnrad­ getriebe 28, über das das Antriebsrad 25 angetrieben wird. Desweiteren trägt das untere Fahrgestell die in Höhe des vorderen Einschienenrades angeord­ neten Lagerblöcke 42 der Fahrgestellparallelführung 44 und die Stromab­ nehmer 30.

Die Fig. 2 zeigt anschaulich die erfindungsgemäße Ausbildung der Einschienen­ laufräder 24, 25, deren Breite von dem maßstäblich vorgegebenen Schienen­ radius 66 und dem Achsabstand der Einschienenlaufräder 24, 25 bestimmt ist. Die Fig. 2 zeigt in Verbindung mit Fig. 1 desweiteren die Funktionsweise des Stromabnehmerpaares 30, deren erfindungsgemäße Aufgabe es ist, beidseitig das Einschienenprofil kontaktsicher zu berühren, jedoch ohne eine zum Schienenverlauf senkrechte Kraftwirkung von der Schiene horizontal rückwir­ kend auf das Fahrgestell zu übertragen. Die in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Lösungen der Einschienenräder 24, 25 sowie des Stromab­ nehmers 30 erfüllen die Aufgaben anhand des vorliegenden Funktionsmusters empirisch eindeutig nachweisbar, zuverlässig in allen Kurvenbereichen, in allen Geschwindigkeitsbereichen und vor allem auch bei Schienenprofilver­ dickungen im Schienenstoßbereich, sowie auch bei kurzen Schienenunter­ brechungen im Weichen- und Kreuzungsverkehr.

Die erfindungsgemäße Lösung des Magentträgerfahrgestelles 50, ist in einer Vierrollenausführung in den Fig. 1, 1a und 1b dargestellt. Die Aus­ führung und Anordnung der vier exentrisch gelagerten Distanzrollen 54 zeigt ein stabiles Fahrverhalten des Unterflurtransportfahrzeuges in allen Be­ triebssituationen der Funktionserprobung, so z. B. auch bei der Umlenkung der Rollen 54 durch Fahrtrichtungsänderung. Ein anderer Ausführungsvorschlag eines Magnetträgerfahrgestelles 51 ist in der Bauart einer Dreirollen- Version, verbunden mit einer anderen Bauart der Rollen 56, in Fig. 3 dar­ gestellt.

In den Fig. 4 und 4a ist die Funktionsweise der Fahrgestellparallel­ führung 40 dargestellt, in dem gezeigt wird, daß bei unterschiedlichen bzw. sich ändernden Abständen zwischen Schiene 60 und Modellanlagen-Fahrbahn­ unterseite 15, diese durch die Parallelführung 40 der gegeneinander federnd abgestützten Fahrgestelle 22, 50 in einem größeren Hubbereich 41 über­ brückt werden. Ein großer Fahrgestell- bzw. Parallelführungshub 41 ist sehr vorteilhaft für die Gestaltung von Fahrbahnen im hügligen und bergigen Modellandschaftsbereich, da die Verlegung des Einschienenkörpers nur bedingt kurzen Änderungen der Streckensteigungen folgen muß.

In den Fig. 5 und 5a sind die beiden Grundformen des Einschienen­ profiles dargestellt. Dem aufrechtgestellten Flachmaterial ist der Vorzug bei einer kurvenreichen Streckenführung zu geben, da dieses Profil leicht biegbar ist und bis auf einen, durch die konstruktive Auslegung des Trans­ portfahrzeuges begrenzten Minimalradius, jeder Kurvenverlauf individuell gestaltbar ist. Die Verwendung des T-förmigen Einschienenprofiles ist bei vorzugsweiser gerader Streckenführung vorteilhaft, da aufgrund der Profil­ steifigkeit die Schienenabstandshaltewinkel in größeren Abständen gesetzt werden können.

In Fig. 5b ist die Grundform eines Montagewinkels 68 des Einschienen­ profiles dargestellt. Zum Ausgleich unterschiedlicher Abstände zwischen Schiene 60 und Fahrbahnunterseite 15 in hügligem Straßenverlauf, ist eine Version mit einem in der Länge verstellbaren senkrechten Schenkel des Montagewinkels 68 vorteilhaft zu verwenden.

Die Anordnung der Stromleiterbahnen als eine Standardversion mit jeweils zwei Leiterbahnen je Schienenprofilseite ist in den Fig. 6 und 6a dar­ gestellt. Als Träger der Leiterbahnen ist auch handelsübliches Leiter­ plattenmaterial entsprechender Stärke zu verwenden, das in Kontaktstreifen aufgeteilt und in Streifen in Schienenprofilhöhe geschnitten ist. Das Aufbringen auf den Schienenkörper erfolgt für kleine Radien vorzugsweise nach dem Biegen des Schienenverlaufes, in einem Kontaktklebeverfahren.

Die Ausgestaltung der in den Fig. 7 und 8 als Prinzipdarstellung ange­ deuteten Einschienenweiche und Einschienenkreuzung folgt weitgehend den Konstruktionsmerkmalen der Zweischienen-Modelleisenbahn wobei jedoch das Raddurchmesser-/Radbreitenverhältnis der Einschienenlauf- und Antriebs­ räder zu berücksichtigen ist.

Claims (14)

1. Unterflurtransportsystem für Führungsmagneten von durch magnetische Kopplung einzeln angetriebenen und gelenkten Spielzeug-Modellfahrzeugen, bestehend aus einem unterhalb einer modellhaft nachgebildeten Verkehrs­ anlage, insbesondere Straßenverkehrsanlage, verlegten Schienensystem so­ wie aus elektromotorisch angetriebenen, jeweils einen Führungsmagneten befördernden Unterflurtransportfahrzeugen, die jeweils einem auf der Ver­ kehrsanlage fahrenden und mit einem Antriebsmagneten versehen Modellfahr­ zeug zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterhalb der Verkehrsanlage in der Mitte des Fahrbahnverlaufes angeordneter Einschienenkörper (60) als Führung und Stromschienenträger für Unterflurfahrzeuge ausgebildet ist, die jeweils auf einem ersten, schienenbezogenen Fahrgestell (22) den elektromotorischen Antrieb (26) und eine mechanische Halteeinrichtung (40) für ein zweites Fahrgestell (50) tragen, das an der Unterseite der die Fahrbahn bildenden Platte (14) abrollt und gegen diese vorgespannt ist, und daß an dem zweiten Fahrgestell der zu befördernde Führungsmagnet (16) befestigt ist.

2. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fahrgestelle (22, 50) des Unterflurfahrzeuges durch eine Parallelführung (40) miteinander verbunden sind, über die das am unteren Fahrgestell (22) federnd abgestützte obere Fahrgestell (50) die quer zur Schienenrichtung verlaufende, überwiegend waagerechte Flächenneigung (15) der Fahrbahnunterseite (14) auf das untere Fahrgestell (22) überträgt und so die seitliche Stabilisierung der Fahrlage des Einschienenfahrzeuges ge­ währleistet.

3. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schienenbezogene Fahrgestell (22) des Unterflurfahrzeuges über zwei in Schienenrichtung hintereinander liegende Laufräder (24, 25) mit zum Durchfahren enger Kurven kurzem Radstand (Achsabstand) verfügt, und daß ein über ein mechanisches Getriebe (28) mit einem der Laufräder gekoppelter Elektromotor (26) außerhalb der Laufradachsen so angeordent ist, daß das treibende Laufrad (25) zur Reibkrafterhöhung durch das Antriebsaggregat be­ lastet ist, wobei die Lauffläche des Antriebsrades zusätzlich mit einem den Reibwert erhöhenden Kunststoffringbelag ausgerüstet sein kann.

4. Unterflurtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lauf- und Antriebsräder (24, 25) des schienen­ bezogenen Fahrgestelles in bezug auf den Durchmesser und die Laufflächen­ breite so ausgebildet sind, daß sie einerseits aufgrund der Größe des Rad­ durchmessers die Schienenunterbrechungen in Schienenkreuzungsbereichen (86) störungsfrei überfahren andererseits aufgrund eines kleinen Raddurchmesser-/ Radbreitenverhältnisses bei vorgegebenem Radstand maßstabsgerechte Kurven­ radien (66) durchfahren können.

5. Unterflurtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat einen Gleichstrommotor (26) hoher Drehzahl und ein stark untersetzendes mechanisches Schnecken- und Zahnradgetriebes (28) umfaßt und daß der Elektromotor eine Betriebsspannung bzw. einen Betriebsspannungsbereich hat, die der Stromversorgung üblicher Modelleisenbahnen entsprechen.

6. Unterflurtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des Elektromotors über Strom­ abnahmer (30) aus dem Einschienenkörper erfolgt, die auf dem unteren Fahr­ gestell angebracht sind und aus zwei horizontal schwenkbar gelagerten Führungsarmen (32, 34) mit am Ende des Schwenkbereiches senkrecht ange­ ordneten, nach unten bis über die Stromführungsbahnen des Schienenprofiles reichende Kontaktstreifen (38) bestehen, und daß sie das Einschienenprofil federnd beidseitig kontaktsicher so berühren, daß rückwirkend von der Schiene keine horizontale Kraftwirkung auf das Fahrgestell übertragen wird.

7. Unterflurtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Führungsmagnet (16) auf dem zweiten oder oberen Fahrgestell (50) des Unterflurfahrzeuges durch vier bzw. alternativ drei ihn umgebende Rollenräder (54, 56) zur Fahrbahnunterseite berührungs­ frei in geringer Distanz gehalten wird.

8. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenräder des oberen Fahrgestelles zur Vermeidung von destabili­ sierenden, in engen Kurvenverläufen senkrecht zum Schienenverlauf wirkenden Kräften exzentrisch, nachlaufend frei beweglich, wie Rollstuhlräder bzw. Klavierrollen (54, 56) gelagert sind.

9. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsmagnet auf einem Magnetkörperträger (52) befestigt ist, der eine Montagebohrung zur Befestigung auf dem oberen Fahrgestell besitzt und so ausgebildet ist, daß er bei alternativer Verwendung unterschiedlich ge­ formter und großer Magnetkörper eine zur Fahrbahnunterseite gut positionierte Anordnung ermöglicht und ggf. auch eine Aufnahme und Befestigung von Magnet­ trimmkörpern erfolgen kann.

10. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Einschienenkörper (60) unter der Modellanlage entlang des nachge­ bildeten Straßenverlaufes, in einem möglichst kleinem, von dem Abstand zwischen den beiden Fahrgestellen vorbestimmten Abstand von der Fahrbahn­ unterseite, in der Mitte der Fahrbahnbreite angeordnet ist.

11. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß das Einschienenkörperprofil aus einem aufrechten (senkrecht) Flach­ material (62) besteht, das je nach Streckenführung in mehr oder weniger großen Abständen über Stützwinkel (68) an der Modellanlagen-Unterseite ge­ halten wird.

12. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß das Einschienenkörperprofil insbesondere im Anwendungsbereich gerader Streckenführung und größerer Stützwinkelabstände aus einem T-förmigen Schienenprofil (64) besteht, dessen mittlerer Schenkel senkrecht auf dem Querschenkel steht.

13. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet. daß der Einschienenkörper Träger von Stromleiterbahnen (72) für die Antriebs­ energie sowie für diverse Schaltfunktionen ist, die aus beidseitig aufge­ brachtem (geklebtem) Leiterplattenmaterial (74) bestehen, das seitenbezogen jeweils in Fahrbahnrichtung in zwei oder zur multifunktionalen Steuerung auch in mehr Kontaktstreifen unterteilt ist.

14. Unterflurtransportsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschienensystem zum Zwecke der Nachbildung von abzweigenden und kreuzenden Bewegungsabläufen der Modellfahrzeuge über Einschienenweichen (80) und Einschienenkreuzungen (86) verfügt, deren Funktionsweise aus der Technik der Modelleisenbahn abgeleitet ist und aus umlenkbaren Schienestücken sowie einem elektromagnetischen Hubmagneten-Antrieb mit Endabschaltung besteht.