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Diese
Erfindung betrifft ein Spielzeugfahrzeug, das, wenn es angeschoben
wird, vorübergehend
ein Element hoher Trägheit
antreibt, das die in ihm gespeicherte Energie zurückgibt,
wenn das äußere Anschieben
beendet wird. Die Einrichtung hoher Trägheit des Fahrzeugs ist derart
angeordnet, dass die Reibungsverluste verringert werden sowie dem
Fahrzeug selbst-ausrichtende Merkmale verliehen werden, was Verbesserungen
gegenüber
bekannten Ausführungsformen
sind.
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Die
Verwendung von Trägheitskugeln
und -rädern
bei Spielzeugen ist seit langer Zeit bekannt. 1905 hat das US-Patent
800 741 ein Spielzeug offenbart, das aus einer hohlen Figur, die
ein tanzendes Paar darstellt, mit einer in deren Innerem untergebrachten
Kugel besteht. Dies lässt
die Figur sich frei drehen und sich in allen Richtungen bewegen,
wenn sie auf einer Ebene abgestellt ist, die in der einen oder der
anderen Richtung geneigt ist. Hierbei wird von dem hohen Freiheitsgrad
Gebrauch gemacht, der aus der kugelförmigen Gestalt der Kugel abgeleitet
wird, jedoch ohne Kenntnis der Möglichkeiten, dass
sie von einer schweren Kugel abgeleitet werden könnten. Das Spielzeug ist nicht
in Hinblick darauf gestaltet, von Hand angeschoben zu werden, und dies
ist in den Zeichnungen bestätigt,
die zeigen, dass die Kugel aus Glas und nicht aus Metall hergestellt
ist.
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Das
Dokument
US 4 156 986 beschreibt
ein kleines, sehr wirtschaftliches Spielzeugfahrzeug, das in Hinblick
darauf gestaltet ist, Cerealien-Pakungen als Geschenk hinzugefügt zu werden,
das aus gespritztem Kunststoff hergestellt ist, und das eine Scheibe
hoher Trägheit
im Inneren aufweist, die sich um eine quer verlaufende Achse dreht,
während
es auf einer Fläche
rollt. Wenn das Fahrzeug durch Anschieben in Bewegung gesetzt worden
ist, setzt sich die Bewegung während
einer längeren
Zeit fort als in dem Fall, bei dem das Fahrzeug keine sich drehende Scheibe
hoher Trägheit
besitzt. Diese Lösung
ist mit zwei grundsätzlichen
Problemen verbunden: in erster Linie ist, da die Achse der sich drehenden
Scheibe festgelegt ist, auch ihre Höhe über der Fläche festgelegt, was seinerseits
bedeutet, dass sich entweder die vorderen oder die hinteren Räder nicht
auf dem Boden befinden, was das Lenkvermögen verringert; in zweiter
Linie bedeutet die Tatsache, dass die sich drehende Achse der Scheibe
festgelegt ist, dass die rückgewinnbare
Energie verringert wird, wenn das Fahrzeug in einer Richtung angeschoben
wird, die einen Winkel mit seiner vorderen-hinteren Achse bildet.
Mit anderen Worten gibt es, wenn das Fahrzeug in einer Richtung
angeschoben wird, die nicht diejenige seiner eigenen Achse ist,
nichts, was es dazu zwingt, die Richtung zu ändern, und seine Leistung ist
erheblich verringert.
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Das
oben angegebene Problem ist in
US
6 071 173 und
ES
200100154 U teilweise gelöst, wobei letzteres auf die
Anmelderin zurückgeht,
in denen sich die festgelegte Achse der sich drehenden Scheibe durch
ein einfaches Metallkugellager ersetzt ist, das in der hohlen Struktur
des Fahrzeugs untergebracht ist. Das amerikanische Dokument zieht
eine kreisförmige
Wand zur Abstützung
der Kugel in Erwägung,
die eine Reaktion auf das Fahrzeug, das in der Richtung der Bewegung
bewegt wird, erzeugt und das auf die Höhe des Schwerpunkts der Kugel zur
Einwirkung gebracht wird, was theoretisch gestattet, dass sich die
Front des Fahrzeugs in der Richtung der Bewegung mit einem gewissen
Grad einer Selbstausrichtung bewegt. Andererseits offenbart das
spanische Dokument ein Fahrzeug, bei dem die kreisförmige Wand,
die die Kugel abstützt,
einfach eliminiert ist, obwohl es ein kreisförmiges Loch im Chassis des
Fahrzeugs gibt, das die Merkmale der Selbstausrichtung herabsetzt,
jedoch die Reibungsverluste etwas verringert.
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Die
Erfahrung der Anmelderin mit dem so offenbarten Fahrzeug hat gezeigt,
dass sich überraschend,
wenn sich das Verhältnis
zwischen Kugelträgheit
und Fahrzeuggewicht erheblich ändert,
auch seine Merkmale der Selbstausrichtung ändern. Wenn die Trägheit der
Kugel im Verhältnis
zum Gewicht des Fahrzeugs nicht sehr hoch ist, gibt es ein klares
Interesse dafür,
dass das Fahrzeug auf einer kreisförmigen Fläche aufliegt, da dies ein Kräftepaar
erzeugt, das die Front des Fahrzeugs im Verhältnis zu seinen Drehzentrum
bewegt, das sich an einem mittleren Punkt zwischen den hinteren
Rädern
befindet. Die Erklärung
hierfür
ist in der Tatsache zu finden, dass es das Fahrzeug selbst ist (schwerer),
das die Hauptbahn bestimmt, wobei die Kugel nur eine seitliche Reaktion
auf seine Front ausübt.
Wenn jedoch die Trägheit
der Kugel erheblich größer als
das Gewicht des Fahrzeugs ist, ist die Hauptbahn durch die Kugel bestimmt,
und ist es das Fahrzeug, das sich um sie dreht, wobei sich die Front
und das Heck gleichzeitig bewegen. Unter diesen Bedingungen hängt die
Bewegung des Fahrzeugs von der Position des Widerstandszentrums
(definiert durch die Reibung der Räder) in Bezug auf die Trägheitskugel
ab.
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Daher
ist ein Ziel dieser Erfindung ein Spielzeugfahrzeug, das aufgrund
von Trägheit
mit verbesserten Merkmalen der Selbstausrichtung und mit hoher Trägheit und
niedrigen Reibungsverlusten fährt.
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Dieses
vorgeschlagene Ziel wird bei dem Fahrzeug der Erfindung durch Anordnung
einer eingeschlossenen Kugel erheblicher Trägheit im Verhältnis zum
Gewicht des Fahrzeugs im Inneren des durch den oberen Körper und
das untere Chassis gebildeten Hohlraums erreicht; diese Kugel rollt
frei über
die Fläche,
auf der das Spielzeugfahrzeug abgestellt ist. Die Öffnung im
Chassis des Fahrzeugs, durch die hindurch die Kugel sichtbar ist,
ist ein geradseitiges Vieleck, was die lineare Berührung des Standes
der Technik mit einem oder zwei Berührungspunkten ersetzt. Diese
mehreckige Öffnung
befindet sich vor dem Widerstandszentrum des Fahrzeugs, definiert
als der virtuelle Wirkungspunkt, der sich aus den unterschiedlichen
Reibungskräften
ergibt, die sich aus dem Gewicht der Räder auf der Ebene der Fläche ergeben.
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Sollte
das Gewicht des Fahrzeugs, die Trägheitskugel nicht eingeschlossen,
zu 50:50 zwischen den vorderen Rädern
und den hinteren Rädern
verteilt sein, wobei alle Räder
denselben Durchmesser und dieselbe Breite aufweisen, befindet sich
das Widerstandszentrum auf dem Kreuzungspunkt der Halbierenden des
durch die Berührungspunkte
der Räder
auf der Fläche
gebildeten Rechtecks. Ansonsten bewegt sich das Widerstandszentrum
in Richtung zu den Rändern,
die den größeren Prozentsatz
des Gewichts des Fahrzeugs tragen oder im Allgemeinen eine größere Reibung
aufweisen, was durch Veränderung
der Breite und der Rauhigkeit der Räder modifiziert werden kann.
Das Wider standszentrum des Fahrzeugs kann durch Berechnungen oder
vorzugsweise durch empirisches Testen bewertet werden. Die Wahl
des Abstandes zwischen dem Berührungspunkt
der Kugel mit der Fläche
und dem Zentrum der mehreckigen Öffnung
hängt von
dem Ausmaß ab,
mit dem das Spielzeugfahrzeug wunschgemäß manövrierbar sein soll. Die Eigenschaften
des Fahrzeugs können
leicht in Abhängigkeit
davon modifiziert werden, ob es beispielsweise ein Sportwagen oder
ein Schwerguttransporter ist.
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Zur
Vervollständigung
der obigen Beschreibung und zum leichteren Verständnis der Charakteristika der
Erfindung wird eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
auf der Grundlage der beigefügten
Zeichnungen vorgesehen, die in einer erläuternden, jedoch nicht einschränkenden
Weise das folgende zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der während
der Selbstausrichtung wirkenden Kräfte, wie sie bei unter Verwendung
der vorbekannten Technik hergestellten Fahrzeugen festgestellt worden
sind;
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2 eine
schematische Darstellung der während
der Selbstausrichtung wirkenden Kräfte, wie sie bei dem erfindungsgemäß hergestellten
Fahrzeug festgestellt worden sind;
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3 einen
Schnitt durch das Fahrzeug der Erfindung.
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Die
Bezugszeichen entsprechen den folgenden Teilen und Bauteilen:
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- 1
- Spielzeugfahrzeug
- 2
- oberer
Körper
- 3
- Chassis
- 4
- mehreckige Öffnung
- 5
- Trägheitskugel
- 6
- Räder
- 7
- Radwellen
- 8
- Fläche
- 9
- kreisförmige Wand
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1 zeigt
die schematische Darstellung der Kräfte und der Bewegung, die während der Selbstausrichtung
eines entsprechend dem Stand der Technik hergestellten Fahrzeugs
erzeugt werden. Dementsprechend bestimmt das verhältnismäßig schwere
Fahrzeug die Hauptbahn, nachdem es von Hand angeschoben worden ist.
Die Trägheitskugel (5),
die auf die kreisförmige
Wand (9) wirkt, erzeugt eine Kraft R1, die ein Bewegung
M1 verursacht, die bestrebt ist, die Front des Fahrzeugs in der
Richtung der Bewegung zu bewegen, was verursacht, dass sich das
Fahrzeug mit Bezug auf das Drehzentrum O dreht, das sich unter diesen
Bedingungen zwischen den hinteren Rädern oder in der Nähe derselben
befindet. Die Bewegung ist ganz plötzlich und nicht sehr natürlich, und
sie bewirkt hohe Verluste, die auf die Reibung zwischen der Trägheitskugel
(5) und der kreisförmigen
Wand (9) zurückzuführen sind.
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Bei
dem Fahrzeug der Erfindung ist die Trägheitskugel (5) zwischen
einem oberen Körper
(2) und einem Chassis (3) eingeschlossen, wobei
eine mehreckige Öffnung
(4) vorgesehen ist, durch die hindurch die Trägheitskugel
(5) auf der Fläche
(8) rollen kann, durch die sie jedoch nicht hindurchfällt, wenn das
Fahrzeug (1) von der Fläche
(8) abgehoben wird. Siehe 3.
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Wenn
das Fahrzeug der Erfindung in einer anderen Richtung als in der
Richtung seiner vorderen-hinteren Achse angeschoben wird, wird die
Bahn hauptsächlich
durch die Trägheitskugel
(5) bestimmt und aufrechterhalten, da wir angenommen haben, dass
im Verhältnis
zu letzterer das Fahrzeug sehr leicht ist. Folglich unterliegt,
wie in 2 dargestellt ist, das Fahrzeug einer resultierenden
Kraft R2, die auf sein Widerstandszentrum O infolge der Reibungskräfte F zur
Einwirkung kommt, die an jedem seiner Räder (6) in Erscheinung
treten, was ein drehendes Moment M2 verursacht, das am Fahrzeug wirkt,
wobei sich sowohl die Front als auch das Heck gleichzeitig um die
Trägheitskugel
(5) bewegen, die ihre Bahn ungestört weiterverfolgt. Die Intensität der Reaktionen
hängt von
dem absoluten Wert der resultierenden Kraft R2 und dem Abstand "d" zwischen dem Berührungspunkt der Trägheitskugel
(5) auf der Fläche
(8) und dem Widerstandszentrum O ab, der nach Belieben
verändert
werden kann. In 2 ist angenommen worden, dass
das Gewicht zu 50/50 zwischen den vorderen und den hinteren Rädern verteilt
ist, was andererseits einem Konzept entspricht, das durch bestimmte
derzeitige Fahrzeughersteller leidenschaftlich verteidigt wird.
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In
Hinblick auf die industrielle Ausführungsform soll die Trägheitskugel
(5) zwischen dem oberen Körper (2) und dem Chassis
(3) eingesetzt werden, bevor diese in irgend einer bekannten
Weise miteinander verbunden werden, und die Räder können an den entsprechenden
Radachsen (7) drehend angebaut oder befestigt werden und
ausschließlich
dekorativ sein, wobei sie Teil des oberen Körpers (2) oder des
Chassis (3) bilden, was die Herstellungskosten des Produkts
erheblich herabsetzt.
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Für einen
Fachmann ist eine Reihe möglicher
Veränderungen
und Modifikationen ersichtlich, wobei das Wesen der Erfindung aufrechterhalten wird.
Folglich zeigen die Figuren eine mehreckige Öffnung (4) in der
Form eines Sechsecks, was als eine optimale Lösung anzusehen ist, sie kann
jedoch gleichfalls quadratisch, dreieckig oder eine Form mit mehr
Seiten sein, obwohl in diesem Fall die Vorteile der niedrigen Reibung
umso mehr verloren gehen, je stärker
eine Annäherung
an einen Kreis erfolgt.