EP0371149A1 - Rollable toy or art object - Google Patents
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- EP0371149A1 EP0371149A1 EP88119184A EP88119184A EP0371149A1 EP 0371149 A1 EP0371149 A1 EP 0371149A1 EP 88119184 A EP88119184 A EP 88119184A EP 88119184 A EP88119184 A EP 88119184A EP 0371149 A1 EP0371149 A1 EP 0371149A1
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- European Patent Office
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- rolling
- roll
- aligning
- alignment
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B44—DECORATIVE ARTS
- B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
- B44C5/00—Processes for producing special ornamental bodies
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
- A63H15/00—Other gravity-operated toy figures
- A63H15/08—Tumbling toy figures operated by balls enclosed therein
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
- A63H33/00—Other toys
- A63H33/26—Magnetic or electric toys
Definitions
- the invention relates to an art-like roll to spherical rolling body structure.
- the present invention has as its object to create such a work of art-like object in which the applicable principles of gravitation and equilibrium are virtually overcome without the mode of operation being immediately apparent to the viewer.
- the present invention makes it possible, for example, to arrange two, three or more rollers or balls, for example one above the other, without the respective upper balls or roller bodies falling off.
- the invention ensures that the natural laws are almost contrary to the each upper roller or spherical body remains on the lower roller or spherical body.
- the invention even enables the roller or spherical body lying below to be deliberately and consciously set into a rolling movement, and that the upper roller or spherical body which is placed on it rolls virtually in opposite directions to the lower one, as it were by magic.
- the lower rolling element is thin-walled and contains a pendulum aligning element which is quasi stable due to the gravitational forces, which remains in a practically always constant pendulum center position regardless of the rolling movement of the rolling element.
- This can be done, for example, by means of a heavier pendulum alignment body located eccentrically to the roll axis and mounted in the interior of the roll body via roller or rotary bearings. Coupled with this, for example, a first part of a magnetic coupling is provided pointing upwards, the second part of which is formed on the upper rolling element placed thereon. Regardless of the rolling movement of the lower one, the associated part of the magnetic coupling points always in the same direction and position, so that the attached roll body is held and carried over it.
- the upper rolling element can be designed, for example, as a ferromagnet with the lowest possible weight, that is to say as a soft magnet, so that the upper rolling element is constantly correctly held and tracked via the lower permanent magnet.
- the upper roller body rolls on the lower one. If materials with a correspondingly high gliding ability, i.e. the lowest friction values, are used, the upper body could also slide on the lower body. In this case, it would not even have to be circular in cross section.
- the upper rolling body can also be provided on the inside with a rolling rolling body which represents the second magnetic part of the magnetic coupling, the upper rolling body then being designed as a light ball or light roller which allows the magnetic field lines to pass through.
- rolling elements can also be arranged one above the other, the upper rolling element being held relative to the lower rolling element by means of a magnetic coupling.
- the internal elements of the magnetic coupling as well as the rolling elements as a whole should be built increasingly lighter in order to reliably prevent sliding or rolling on the respective lower rolling element.
- Each magnetic coupling consists of at least one permanent and one soft magnet. It would also be possible to use two permanent magnets that are correctly aligned with one another, but only if both are the magnets coupling magnetic parts are arranged in the same orientation.
- An upper ball can not only turn on the lower one or, in extreme cases, even slide, but can also be kept in a slightly suspended state. Alignment is also ensured here by means of a magnetic coupling, for which purpose magnets are provided, e.g. a funnel-shaped magnetic field is built up in such a way that the uppermost alignment body, which is also preferably designed in the manner of a shape identical to the lower rolling bodies with respect to the outer shape, is centered in a tied manner.
- a magnetic coupling for which purpose magnets are provided, e.g. a funnel-shaped magnetic field is built up in such a way that the uppermost alignment body, which is also preferably designed in the manner of a shape identical to the lower rolling bodies with respect to the outer shape, is centered in a tied manner.
- the suspension By introducing a buoyant gas into the uppermost alignment body, which is kept in suspension, the suspension can be adjusted and reproduced even better.
- electromagnets can be used, which are then preferably controlled in the interior of the rolling or aligning batteries.
- External light barriers or other proximity sensors in the interior of the alignment or rolling bodies can then be used to excite at least one electromagnet provided in certain areas in the magnet arrangements in such a way that a desired attraction force is reproduced.
- the rolling or aligning bodies 1 to 5 shown in cross-section in FIG. 1 can, for example, have the shape of a roller, but can more generally also be designed in the manner of balls.
- “egg-shaped” rolling elements and other modifications are also conceivable.
- the lowermost rolling body 1 is thin-walled, its jacket permitting magnetic field lines.
- a pendulum alignment body 7 with an eccentric alignment weight 9 is arranged inside, which in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 is designed in the form of a body corresponding to the rolling body 1, that is to say, for example, also consists of a roller aligned parallel to the rolling body 1 or of a ball.
- the pendulum alignment body 7 comprises a running frame 11, which is provided with an inner bearing ring 11 'for rolling against the aligning weight 9 and an outer bearing ring 11' as a rotary or roller bearing, which runs on the inner surface of the lower roller body.
- the outward bearing rim 11 ⁇ is placed approximately in the middle of the height of the alignment weight 9 designed as a roller or ball.
- the alignment weight 9 is said to be quite heavy. This arrangement ensures that regardless of the rolling position of the rolling element 1, the internal pendulum alignment element 7 always remains in the position shown in FIGS. 1 to 3 or even when rolling or stopping the rolling element 1 as little as possible around it Figures 1 to 3 shown middle position commutes briefly and immediately resumes.
- a further rolling element 3 is arranged above it, which, for example, like the lower one, can have a rolling axis oriented perpendicular to the roller plane or, like the lower one, can also be spherical. Otherwise, the structure is similar to that of the lower rolling element 1, but with the difference that instead of the spherical or roller-shaped lower aligning weight 9 rolling inside the rolling element 3, a magnetic part 15teil with a lower mass than the lower aligning weight 9 of the lowest rolling element 1 is provided is.
- the function of the counterweight is not important, however.
- the alignment takes place here via a magnetic coupling 15, the first magnetic part 15 'is arranged on the pendulum alignment body 7 provided in the lower rolling element 1 and the second magnetic part 15' is provided in the middle rolling element 3 similar to a "counterweight 3".
- the lower magnetic part 15 ' is designed as a permanent magnet and the upper magnetic part 15' in the middle rolling body 3 as a soft or ferromagnet. Both magnetic parts 15 'and 15 ⁇ are at a short distance from each other, with essentially only the outer surface of the rolling elements 1 and 3 rolling between the two parts.
- the further magnetic coupling 15 between the middle rolling body 3 and the uppermost alignment body 5 is effected by further magnetic parts 15 'and 15 ⁇ , the upper of which has a roller or spherical shape corresponding to the shape of the rolling or alignment body 5 and consists of a soft magnet, which runs inside a thin-walled rolling body 3.
- the magnetic part 15 ⁇ rolling upward is always held in the position shown in FIG. 1 and thus ultimately also the uppermost rolling element 5.
- the pendulum alignment body 7 shown on the inside remains in the position shown in FIG. 1 due to the heavy alignment weight 9, regardless of the rolling movement.
- the middle rolling body 3 then rolls in opposite directions on the lowest rolling body 1, it cannot roll down or fall from the lowest rolling body, since the magnetic coupling and the weights are coordinated and dimensioned such that the central rolling body on the lowest one has sufficient attractive forces of the magnetic coupling 15 , is held securely even during the rolling process.
- the magnetic coupling is also sufficient to finally hold the uppermost roller body in the opposite direction on the middle one.
- a negative pressure can be generated or a gas can be filled inside, which is lighter than air and thus generates certain buoyant forces to stabilize the topmost rolling ball.
- the respective alignment weight 9 is rotatably supported in the lower roller or ball as a separate rolling component in the running frame 11 via the bearing ring 11 '. It is quite sufficient to arrange a pendulum aligning body 7 in the rolling element, which runs via rotary or roller bearings 11 'on the inner wall of the rolling element 1 or 3, and which is provided with an underlying center of gravity which runs eccentrically to the axis of rotation of the rolling element 1 or 3.
- counterweights 16 are also shown in FIG. 1 on the pendulum alignment body 7. They serve to reduce the friction of the roles mentioned on the inner and outer bearing ring 11 'and 11 ⁇ . Especially on the upper balls of the outer bearing ring 11 'adjacent to the magnetic part 15' can be pulled down a bit more by such counterweights of the pendulum alignment body 7 overall and thus the rolling friction can be reduced.
- the magnetic coupling 15 between the lower and middle roller ball 1 and 3 are in addition to the first and second magnetic part 15 'and 15 ⁇ to achieve sufficient attractive forces for fixing the middle roller ball also one each surrounding the lower or the upper magnetic part to repel each other aligned ring magnet 15 ′′′ provided.
- These ring magnets 15 ′′′ have primarily the importance of reducing the force acting on the roller bearings 11 ⁇ by the attraction of the magnetic parts 15 'and 15 ⁇ , since the ring magnets 15 ′′′ are supported and thus the coefficient of friction of the bearing ring 11 ⁇ as well as in the reduce the lower roller ball 1 and the roller ball 3.
- the oscillating magnets 15 ′′′ are of course each attached and attached to the associated alignment body 7 or to the relevant moving frame 11 of the lower or middle trackball 1 or 3.
- these ring magnets 15 ′′′ also support the vertical holding of the middle roller ball 3. If it were tilted slightly, parts of the ring magnets would be moved close together on one side, which would have a greater impact on the repulsive forces, which would ultimately result in the middle roller ball being again attracted to it by the two Bar magnets 15 'and 15 ⁇ would be pivoted back into their vertical starting position shown in Fig. 2. The attraction of the magnetic parts 15 'and 15 ⁇ is much higher than the repulsive forces of the ring magnets.
- FIG. 2 A further difference from FIG. 1 is justified by the uppermost rolling element 5.
- this is formed overall from a soft magnet with a low weight.
- the uppermost rolling element 5 thus also forms the upper magnetic part 15 ⁇ of the magnetic coupling 15 at the same time.
- the vertical sectional view for the middle rolling element 3 is only intended to show that the running frame 11 can also have any other shapes and constructions.
- the main difference is that here the uppermost alignment body 5 does not roll or slide on the one below it (which is fundamentally not shown in the exemplary embodiment, but is in particular possible with the lowest coefficients of friction), but remains aligned in a floating state with respect to the rolling body 3 underneath.
- a magnetic coupling is used for this purpose, via which a magnetic funnel is generated, in which the uppermost alignment body 5 is magnetically centered and held.
- ring magnets 19 ', 19' are used, which are provided with superposed, repelling poles, that is to say each facing south or north pole of a permanent magnet. Between them are arranged in the longitudinal direction in the form of permanent magnets designed bar magnets 21 ', 21 ⁇ , the poles of which are "aligned", ie aligned with different polarity. However, the repulsive forces should be greater than the attractive forces.
- the ring magnets must have such a large inner diameter that the magnetic effect of the bar magnets is not impaired too much.
- the magnetic force of the bar magnets 21 ', 21' and the ring magnets 19 ', 19' is to be weighed in such a way that the vertical force compensation is achieved at a predetermined mean floating distance.
- the larger force of the bar magnets 21, 21 ' acts as the centering force.
- the size dimensions are particularly well expressed in the graphical representation according to FIGS. 3b and 3c.
- the curves A shown in FIG. 3d for the increasing attraction forces between the core magnets 21 with a smaller distance and the curve B for those increasing with increasing proximity must Cut repulsive forces.
- This point of intersection shown in the graphic represents the average floating state around which the upper ball 5 "swings vertically".
- the air gap is shown on the horizontal and the attraction force between core magnets and the repulsion force between the ring magnets are shown vertically above it. If there is still a lighter gas in the ball 5 than air or a vacuum, the stability of the ball 5 is further increased by the buoyancy force.
- FIG. 4 shows improved magnet arrangements.
- the magnetic coupling 15 can here consist of a lower disk magnet 25 and an upper disk magnet 27, which may have smaller external dimensions and which are aligned with one another with repulsive polarity.
- the lower disc magnet 25 is underlaid by an underlying ring magnet 29 in the sense of increasing the magnetic forces.
- the magnetic force as a whole is weakened by the further bar magnet 31 attached in the center with an opposite magnetic field line course, that is to say in opposite polarity. Since the disc magnet 25 and the ring magnet 29 aligned in the same direction increase the magnetic forces and the magnetic forces in the middle are weakened by magnets aligned in the same direction, the desired magnetic "funnel" is thereby built up, by means of which the top ball 3 is held and centered.
- the uppermost disc magnet 27 does not have to be fastened tiltably in the ball, so that a change in polarity on the upper magnet cannot occur due to unintentional rotation.
- a gas having a lower density than air must be filled in the upper ball.
- one-piece magnets can also be provided, it being possible to build up a "funnel-shaped magnetic field" by correspondingly “lower magnetization” or certain geometric shape.
- the last-mentioned example according to FIG. 4 shows that the upper alignment body 5 does not have to have a roller or spherical shape, but can have any external contour, since it is kept in suspension and does not have to roll onto the rolling body located underneath.
- the pendulum alignment body 7 is equipped with two magnetic couplings 15, which are offset from one another in a side view, for example Y-shaped, above which two upper rolling bodies 3, which are offset in the circumferential direction, are seated and be held. Rolling bodies lying on top could then be placed on these, for example, if the overall weight arrangement does not become too heavy.
- FIG. 6 is only intended to clarify that the uppermost rolling element can also have a cross-sectional shape that deviates from a circular area, not only when it is held floating on the lower rolling ball, but also when separate rolling elements 35, for example in the form of small rollers or balls are anchored to the upper alignment body 5, since otherwise the magnetic coupling 15, as described, is provided.
- an alignment body 7 could also be provided in the roller balls above it, which is not provided or is provided with a center of gravity or weight that is only slightly eccentric to the roller axis. This is because the magnetic coupling 15 in each case maintains the alignment on the rolling body 3 underneath in the orientation determined thereby, once the magnetic coupling has been aligned.
- the lowest rolling body 1 could e.g. roll on a magnetic rail so that the so-called alignment weight 9 is not aligned by the gravitational forces but exclusively or at least additionally by the magnetic coupling forces.
- this magnetically working pendulum alignment body can have a lower internal magnet 9, so that when the lowest ball or roller 1 rolls on an iron rail, the pendulum alignment body is stabilized and held in its desired position by the magnetic coupling.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen kunstwerkartigen walzen- bis kugelförmigen Rollkörperaufbau.The invention relates to an art-like roll to spherical rolling body structure.
Spiel- und Kunstobjekte, mit denen herkömmliche Erfahrungsgrundsätze quasi überwunden oder ad absurdum geführt werden können, erfreuen sich großer Beliebtheit und Akzeptanz.Game and art objects with which conventional principles of experience can be virtually overcome or made absurd are extremely popular and accepted.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein derartiges kunstwerkartiges Objekt zu schaffen, bei dem die geltenden Gravitations- und Gleichgewichtsgrundsätze quasi überwunden werden, ohne daß dabei dem Betrachter die Funktionsweise unmittelbar ersichtlich ist.The present invention has as its object to create such a work of art-like object in which the applicable principles of gravitation and equilibrium are virtually overcome without the mode of operation being immediately apparent to the viewer.
Die Aufgabe wird bezüglich eines kunstwerkartigen walzen- bis kugelförmigen Rollkörperaufbaus entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved with respect to an art-like roll to spherical rolling body structure in accordance with the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Durch die vorliegende Erfindung wird es beispielsweise möglich zwei, drei oder mehrere Walzen oder Kugeln beispielsweise übereinanderliegend anzuordnen, ohne daß die jeweils oberen Kugeln oder Walzenkörper herabfallen. Obgleich es sich natürlich naturgegebenermaßen nur um einen metastabilen Zustand handeln kann, der ohne Hilfsmittel dauerhaft nicht aufrecht zu erhalten ist, weshalb die jeweils oben aufgesetzten Walzen- oder Kugelkörper sofort herabrollen und fallen, wird durch die Erfindung sichergestellt, daß den Naturgesetzen quasi zuwider laufend der jeweils obere Walzen- oder Kugelkörper auf dem unteren Walzen- oder Kugelkörper verbleibt. Die Erfindung ermöglicht demgegenüber sogar, daß der zu unterst liegende Walzen- oder Kugelkörper gezielt und bewußt in eine Rollbewegung versetzt werden kann, und daß quasi von magischer Hand geführt der jeweils aufgesetzte obere Roll- oder Kugelkörper auf diesem verbleibend jeweils zum unteren gegensinnig mitrollt.The present invention makes it possible, for example, to arrange two, three or more rollers or balls, for example one above the other, without the respective upper balls or roller bodies falling off. Although it is naturally only a metastable state that cannot be maintained without aids, which is why the roller or spherical bodies placed on top roll down and fall immediately, the invention ensures that the natural laws are almost contrary to the each upper roller or spherical body remains on the lower roller or spherical body. The invention, on the other hand, even enables the roller or spherical body lying below to be deliberately and consciously set into a rolling movement, and that the upper roller or spherical body which is placed on it rolls virtually in opposite directions to the lower one, as it were by magic.
Der Kern der Erfindung liegt darin begründet, daß beispielsweise der untere Rollkörper dünnwandig ausgebildet ist und im Inneren einen auf Grund der Gravitationskräfte quasi stabilen Pendelausrichtkörper beinhaltet, der unabhängig von der Rollbewegung des Rollkörpers in praktisch immer gleichbleibender Pendelmittellage verbleibt. Dies kann beispielsweise durch einen exzentrisch zur Rollachse liegenden, schwereren, über Roll- oder Drehlager im Inneren des Rollkörpers gelagerten Pendelausrichtkörper erfolgen. Mit diesem gekoppelt ist beispielsweise nach oben weisend ein erster Teil einer Magnetkopplung vorgesehen, dessen zweiter Teil am darauf aufgesetzten oberen Rollkörper ausgebildet ist. Unabhängig von der Rollbewegung des unteren weist also das zugehörige Teil der Magnetkopplung immer in die gleiche Richtung und Lage, so daß darüber der aufgesetzte Rollkörper gehalten und mitgeführt wird.The essence of the invention is based on the fact that, for example, the lower rolling element is thin-walled and contains a pendulum aligning element which is quasi stable due to the gravitational forces, which remains in a practically always constant pendulum center position regardless of the rolling movement of the rolling element. This can be done, for example, by means of a heavier pendulum alignment body located eccentrically to the roll axis and mounted in the interior of the roll body via roller or rotary bearings. Coupled with this, for example, a first part of a magnetic coupling is provided pointing upwards, the second part of which is formed on the upper rolling element placed thereon. Regardless of the rolling movement of the lower one, the associated part of the magnetic coupling points always in the same direction and position, so that the attached roll body is held and carried over it.
Der obere Rollkörper kann beispielsweise als Ferromagnet insgesamt mit möglichst geringem Gewicht, also als Weichmagnet ausgebildet sein, so daß über den unteren Dauermagnet der obere Rollkörper ständig richtig gehalten und nachgeführt wird. Der obere Rollkörper rollt also auf dem unteren ab. Werden Materialien mit entsprechend hoher Gleitfähigkeit, also geringsten Reibungswerten verwandt, so könnte der obere Körper auch gleitend auf dem unteren sitzen. In diesem Fall müßte er nicht einmal im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein.The upper rolling element can be designed, for example, as a ferromagnet with the lowest possible weight, that is to say as a soft magnet, so that the upper rolling element is constantly correctly held and tracked via the lower permanent magnet. The upper roller body rolls on the lower one. If materials with a correspondingly high gliding ability, i.e. the lowest friction values, are used, the upper body could also slide on the lower body. In this case, it would not even have to be circular in cross section.
Der obere Rollkörper kann aber auch innen liegend mit einem abrollenden, das zweite Magnetteil der Magnetkopplung darstellenden Rollkörper ausgestattet sein, wobei der obere Rollkörper insgesamt dann als die Magnetfeldlinien hindurchlassende leichte Kugel oder leichte Walze ausgebildet ist.However, the upper rolling body can also be provided on the inside with a rolling rolling body which represents the second magnetic part of the magnetic coupling, the upper rolling body then being designed as a light ball or light roller which allows the magnetic field lines to pass through.
Es können aber auch mehrere Rollkörper übereinander angeordnet werden, wobei der obere Rollkörper jeweils über eine Magnetkupplung gegenüber dem unteren Rollkörper gehalten ist. Allerdings sollten nach oben hin, die innen liegenden Elemente der Magnetkupplung sowie die Rollkörper insgesamt zunehmend leichter aufgebaut werden, um ein Abgleiten oder Abrollen auf dem jeweils unteren Rollkörper sicher zu vermeiden.However, several rolling elements can also be arranged one above the other, the upper rolling element being held relative to the lower rolling element by means of a magnetic coupling. However, towards the top, the internal elements of the magnetic coupling as well as the rolling elements as a whole should be built increasingly lighter in order to reliably prevent sliding or rolling on the respective lower rolling element.
Jede Magnetkopplung besteht aus zumindest einem Dauer- und einem Weichmagneten. Es könnten auch zwei entsprechend richtig zueinander ausgerichtete Dauermagneten verwandt werden, allerdings nur dann, wenn beide die Magnet kopplung bewirkenden Magnetteile in ständig gleicher Ausrichtung angeordnet sind.Each magnetic coupling consists of at least one permanent and one soft magnet. It would also be possible to use two permanent magnets that are correctly aligned with one another, but only if both are the magnets coupling magnetic parts are arranged in the same orientation.
Eine obere Kugel kann aber nicht nur auf der unteren drehen oder im Extremfall sogar gleiten, sondern auch in einem leichten Schwebezustand gehalten werden. Auch hier wird die Ausrichtung über eine Magnetkopplung gewährleistet, wozu über entsprechend vorgesehene Magnete,z.B. ein trichterförmiges Magnetfeld dergestalt aufgebaut wird, daß der oberste Ausrichtkörper, der vorzugsweise ebenfalls nach Art eines mit den unteren Rollkörpern von der äußeren Form her identischen Formgebung gestaltet ist, quasi gefesselt zentriert wird.An upper ball can not only turn on the lower one or, in extreme cases, even slide, but can also be kept in a slightly suspended state. Alignment is also ensured here by means of a magnetic coupling, for which purpose magnets are provided, e.g. a funnel-shaped magnetic field is built up in such a way that the uppermost alignment body, which is also preferably designed in the manner of a shape identical to the lower rolling bodies with respect to the outer shape, is centered in a tied manner.
Durch Einbringung eines Auftriebsgases im obersten, im Schwebezustand gehaltenen Ausrichtkörper kann der Schwebezustand noch besser eingestellt und reproduziert werden.By introducing a buoyant gas into the uppermost alignment body, which is kept in suspension, the suspension can be adjusted and reproduced even better.
Grundsätzlich konnen in vielen Einsatzfällen anstelle von Dauermagneten sogar Elektromagneten zum Einsatz gelangen, die dann vorzugsweise im Inneren der Roll- oder Ausrichtkörper unterbringbare Batterien angesteuert werden. Über externe Lichtschranken oder andere Näherungsmesser im Inneren der Ausricht- oder Rollkörper kann dann bei den Magnetanordnungen zumindest ein jeweils vorgesehener Elektromagnet in gewissen Bereichen unterschiedlich so angeregt werden, daß eine gewünschte Anziehungskraft reproduziert wird.Basically, in many applications, instead of permanent magnets, even electromagnets can be used, which are then preferably controlled in the interior of the rolling or aligning batteries. External light barriers or other proximity sensors in the interior of the alignment or rolling bodies can then be used to excite at least one electromagnet provided in certain areas in the magnet arrangements in such a way that a desired attraction force is reproduced.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im einzelnen:
- Figur 1: ein erster Rollkörperaufbau bestehend aus drei übereinander angeordneten Kugeln im Vertikalschnitt;
- Figur 2: eine Abwandlung zu
Figur 1; - Figur 3a: ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Rollkörpern und einer Schwebekugel im Vertikalschnitt;
- Figur 3b bis 3d: Darstellung zur Erzeugung der Schwebekräfte;
- Figur 4: eine auszugsweise Darstellung der beiden obersten Rollkörper in einer Abwandlung zu
Figur 3; - Figur 5: eine schematische Seitenansicht eines weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiels;
- Figur 6: eine weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Seitenansicht.
- Figure 1: a first rolling body structure consisting of three balls arranged one above the other in vertical section;
- Figure 2: a modification to Figure 1;
- Figure 3a: another embodiment with two rolling elements and a floating ball in vertical section;
- FIGS. 3b to 3d: representation for generating the levitation forces;
- Figure 4: a partial representation of the top two rolling elements in a modification to Figure 3;
- Figure 5 is a schematic side view of another modified embodiment;
- Figure 6: another embodiment in a schematic side view.
In Figur 1 sind in schematischer Vertikalschnittdarstellung in vertikaler Ausrichtung übereinander um eine jeweils horizontale Rollachse verdrehbar angeordnet ein unterster Rollkörper 1, ein darauf aufgesetzter weiterer Rollkörper 3, sowie ein oberster Ausrichtkörper 5, der ebenfalls die Gestalt eines Rollkörpers aufweisen und so ausgebildet sein kann.In FIG. 1, a lowermost
Die in Querschnittdarstellung in Figur 1 gezeigten Roll- bzw. Ausrichtkörper 1 bis 5 können beispielsweise Walzenform aufweisen, können grundsätzlicher aber auch nach Art von Kugeln ausgebildet sein. Auch beispielsweise "eiförmige" Rollkörper und andere Abwandlungen sind denkbar.The rolling or aligning
Der unterste Rollkörper 1 ist dünnwandig ausgebildet, wobei sein Mantel magnetische Feldlinien durchläßt.The lowermost
Im Inneren ist ein Pendelausrichtkörper 7 mit exzentrischem Ausrichtgewicht 9 angeordnet, das bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 3 in Form eines dem Rollkörper 1 entsprechenden Körpers ausgebildet ist, also z.B. ebenfalls aus einer parallel zum Rollkörper 1 ausgerichteten Walze oder aus einer Kugel besteht.A
Der Pendelausrichtkörper 7 umfaßt einen Laufrahmen 11, der mit einem inneren Lagerkranz 11′ für das Abrollen gegenüber dem Ausrichtgewicht 9 und einem äußeren Lagerkranz 11˝ als Dreh- oder Rollager versehen, welches an der Innenfläche des unteren Rollkörpers abläuft. Der nach außen gerichtete Lagerkranz 11˝ ist ca. in der Höhenmitte des als Walze oder Kugel ausgebildeten Ausrichtgewichtes 9 angesetzt. Das Ausrichtgewicht 9 soll durchaus schwer sein. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß unabhängig von der Rollage des Rollkörpers 1 der innen befindliche Pendelausrichtkörper 7 immer in der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Lage verbleibt bzw. auch bei einem Anrollen bzw. Stoppen des Rollkörpers 1 möglichst nur geringfügig um seine in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Mittellage kurz pendelt und diese sofort wieder einnimmt.The
In Fig. 1 ist darüber ein weiterer Rollkörper 3 angeordnet, der beispielsweise wie der untere mit einer senkrecht zur Walzenebene ausgerichteten Rollachsen oder wie der untere auch in Kugelform ausgebildet sein kann. Ansonsten ist der Aufbau ähnlich wie beim unteren Rollkörper 1, jedoch mit dem Unterschied, daß anstelle des in Kugel- oder Walzenform ausgebildeten untenliegenden im Rollkörper 3 innen abrollenden Ausrichtgewichts 9 ein Magnetteil 15˝ mit geringerer Masse als das untere Ausrichtgewicht 9 des untersten Rollkörpers 1 vorgesehen ist. Funktion des Ausgleichsgewichtes kommt es primär jedoch nicht an. Die Ausrichtung erfolgt hier über eine Magnetkopplung 15, deren erstes Magnetteil 15′ an dem im unteren Rollkörper 1 vorgesehenen Pendelausrichtkörper 7 angeordnet ist und deren zweites Magnetteil 15˝ im mittleren Rollkörper 3 ähnlich einem "Ausgleichsgewicht 3" vorgesehen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das untere Magnetteil 15′ als Dauermagnet und das obere Magnetteil 15˝ im mittleren Rollkörper 3 als Weich- oder Ferromagnet ausgebildet. Beide Magnetteile 15′ und 15˝ befinden sich in geringem Abstand zueinander, wobei zwischen beiden Teilen im wesentlichen nur der Außenmantel des Rollkörpers 1 und 3 abrollt.In Fig. 1, a further
Die weitere Magnetkopplung 15 zwischen dem mittleren Rollkörper 3 und dem obersten Ausrichtkörper 5 wird durch weitere Magnetteile 15′ und 15˝ bewirkt, von denen das obere entsprechend der Form der Roll- bzw. Ausrichtkörper 5 Walzen- oder Kugelform aufweist und aus einem Weichmagnet besteht, der im Inneren eines dünnwandigen Rollkörpers 3 abläuft. Durch diese Magnetkopplung wird das oben abrollende Magnetteil 15˝ stets in der in Fig. 1 gezeigten Lage und damit letztlich auch der oberste Rollkörper 5 gehalten.The further
Auch wenn der unterste Rollkörper beispielsweise auf einer leicht verstellbaren Neigungsfläche beispielsweise nach Art einer Schiene nach links oder rechts gewippt wird, so daß in vorbestimmtem Lauf langsam und nicht ruckartig die unterste Walze oder Kugel, d. h. der unterste Rollkörper 1 zu drehen beginnt, so verbleibt von der Rollbewegung unabhängig der innen gezeigte Pendelausrichtkörper 7 auf Grund des schweren Ausrichtgewichtes 9 in der in Figur 1 gezeigten Lage.Even if the lowermost rolling element is rocked to the left or right, for example on an easily adjustable inclination surface, for example in the manner of a rail, so that the bottom roller or ball, ie. H. the lowest
Obwohl auf dem untersten Rollkörper 1 dann gegensinnig der mittlere Rollkörper 3 abrollt, kann dieser nicht vom untersten Rollkörper herunterrollen oder -fallen, da die Magnetkopplung und die Gewichte so abgestimmt und bemessen sind, daß über ausreichende Anziehungskräfte der Magnetkopplung 15 der mittlere Rollkörper auf dem untersten, auch während des Rollvorganges sicher gehalten wird.Although the
Die Magnetkopplung reicht auch aus, um schließlich den obersten Rollkörper auf den mittleren wiederum in gegensinniger Laufrichtung zu halten. Zumindest kann im obersten evtl. auch im mittleren Rollkörper Unterdruck erzeugt oder ein Gas m Inneren eingefüllt sein, das leichter als Luft ist und somit zur Stabilisierung der obersten Rollkugel gewisse Auftriebskräfte erzeugt.The magnetic coupling is also sufficient to finally hold the uppermost roller body in the opposite direction on the middle one. At least in the topmost possibly also in the middle rolling element a negative pressure can be generated or a gas can be filled inside, which is lighter than air and thus generates certain buoyant forces to stabilize the topmost rolling ball.
Abweichend von der gezeigten Ausführungsform ist es nicht notwendig, daß das jeweilige Ausrichtgewicht 9 in der unteren Walze oder Kugel als separates abrollendes Bauteil in dem Laufrahmen 11 über den Lagerkranz 11′ drehgelagert ist. Es genügt durchaus im Rollkörper einen Pendelausrichtkörper 7 anzuordnen, der über Dreh- oder Rollager 11˝ an der Innenwand des Rollkörpers 1 oder 3 abläuft, und der mit einem exzentrisch zur Drehachse des Rollkörpers 1 oder 3 verlaufenden, untenliegenden Schwerpunkt versehen ist.Deviating from the embodiment shown, it is not necessary that the
Schließlich sind in Fig. 1 an dem Pendelausrichtkörper 7 auch noch Ausgleichsgewichte 16 eingezeichnet. Sie dienen der Reibminderung den erwähnten Rollen am inneren und äußeren Lagerkranz 11′ bzw. 11˝. Vor allem an den oberen Laufkugeln des äußeren Lagerkranzes 11˝ benachbart zum Magnetteil 15′ kann durch derartige Ausgleichsgewichte der Pendelausrichtkörper 7 insgesamt etwas mehr nach unten gezogen und damit die Rollreibung vermindert werden.Finally,
Anhand von Fig. 2 soll nur gezeigt werden, daß anstelle des vor allem auch für den in Fig. 1 gezeigten mittleren Rollkörper 3 der Laufrahmen 11 auch mit einer vereinfachten Magnetkopplung und mit nur einem äußeren Lagerkranz 11˝ zur Roll- oder Drehlagerung des magnetisch gekoppelten Ausrichtkörpers 7′ an der Innenfläche des Rollkörpers 3 ausgebildet sein kann.With the help of FIG. 2 it should only be shown that instead of the rolling
Bei der Magnetkopplung 15 zwischen unterer und mittlerer Rollkugel 1 und 3 sind neben dem ersten und zweiten Magnetteil 15′ und 15˝ zur Erzielung ausreichender Anziehungskräfte zur Fixierung der mittleren Rollkugel darüber hinaus auch noch jeweils ein das untere bzw. das obere Magnetteil umgebender auf Abstoßung gegeneinander ausgerichtete Ringmagnet 15‴ vorgesehen. Diese Ringmagneten 15‴ haben in erster Linie die Bedeutung, die Kraft, die durch die Anziehung der Magnetteile 15′ und 15˝ auf die Rollager 11˝ wirken, zu verringern, da sich die Ringmagneten 15‴ abstützen und damit also den Reibwert des Lagerkranzes 11˝ sowie in der unteren Rollkugel 1 als auch in der Rollkugel 3 verringern. Dazu sind natürlich die Schwingmagneten 15‴ jeweils an dem zugehörigen Ausrichtkörper 7 bzw. an dem betreffenden Laufrahmen 11 der unteren bzw. mittleren Rollkugel 1 bzw. 3 angebracht und befestigt.In the
Darüber hinaus unterstützen diese Ringmagneten 15‴ auch die Senkrechthaltung der mittleren Rollkugel 3. Bei einem leichten Verkippen würden einseitig Teile der Ringmagneten dicht aufeinanderzu bewegt werden, worüber die Abstoßkräfte stärker wirken würden, wodurch schließlich die mittlere Rollkugel wieder in ihre durch die beiden auf Anziehung ausgerichteten Stabmagneten 15′ und 15˝ in ihre in Fig. 2 gezeigte vertikale Ausgangsstellung zurückverschwenkt würde. Die Anziehung der Magnetteile 15′ und 15˝ ist wesentlich höher als die Abstoßungskräfte der Ringmagneten.In addition, these
Ein weitere Unterschied zur Figur 1 wird durch den obersten Rollkörper 5 begründet. Dieser ist in der Ausführungsform gemäß Figur 2 insgesamt aus einem Weichmagnet mit geringem Gewicht gebildet. Der oberste Rollkörper 5 bildet somit gleichzeitig also auch das obere Magnetteil 15˝ der Magnetkopplung 15.A further difference from FIG. 1 is justified by the uppermost rolling
In Figur 3 ist eine weitere Abwandlung gezeigt.A further modification is shown in FIG.
Zum einen soll anhand der Vertikalschnittdarstellung für den mittleren Rollkörper 3 nur gezeigt werden, daß der Laufrahmen 11 auch beliebige andere Formen und Konstruktionen aufweisen kann. Der wesentliche Unterschied besteht aber darin, daß hier der oberste Ausrichtkörper 5 nicht auf dem darunterliegenden abrollt oder gleitet (was im Ausführungsbeispiel grundsätzlich nicht gezeigt ist, aber insbesondere bei niedrigsten Reibwerten durchaus möglich ist), sondern in einem Schwebezustand gegenüber dem darunter befindlichen Rollkörper 3 ausgerichtet bleibt.On the one hand, the vertical sectional view for the
Hierzu dient eine Magnetkopplung, über welche ein Magnettrichter erzeugt wird, in welchem der oberste Ausrichtkörper 5 magnetisch zentriert und gehalten wird.A magnetic coupling is used for this purpose, via which a magnetic funnel is generated, in which the
Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß zwei Ringmagneten 19′ ,19˝ verwandt werden, die mit aufeinanderzu liegenden, abstoßenden Polen, also etwa jeweils aufeinanderzu weisende Süd- oder Nordpol eines Dauermagneten versehen sind. Dazwischen sind in Längsrichtung ausgerichtete in Form von Dauermagneten ausgebildete Stabmagneten 21′ ,21˝ angeordnet, deren Pole auf "Anziehung", also mit unterschiedlicher Polarität aufeinander ausgerichtet sind. Die Abstoßungskräfte sollen aber insgesamt größer als die Anziehungskräfte sein. Die Ringmagneten müssen einen so großen Innendurchmesser aufweisen, daß die magnetische Wirkung der Stabmagneten nicht zu stark beeinträchtigt wird. Unter Berücksichtigung der Eigengewichte des obersten Schwebekörpers 5 einschließlich der dort vorgesehenen Magneten ist die Magnetkraft der Stabmagnete 21′ ,21˝ sowie der Ringmagnete 19′,19˝ so abzuwägen, daß bei einem vorbestimmten mittleren Schwebeabstand der senkrechte Kraftausgleich erreicht wird. In waagerechter Richtung wirkt als Zentrierkraft die größere Kraft der Stabmagneten 21,21′. Die Größenabmessungen kommen besonders gut in der zeichnerischen Darstellung gemäß Fig. 3b und 3c zum Ausdruck. Um den Schwebeabstand konstant zu halten, müssen die in Fig. 3d gezeigten Kurven A für die mit kleinerem Abstand zunehmenden Anziehungskräfte zwischen den Kernmagneten 21 und die Kurve B für die mit zunehmender Nähe wachsenden Abstoßungskräfte schneiden. Dieser in der Grafik dargestellte Schnittpunkt stellt den mittleren Schwebezustand dar, um welchen die obere Kugel 5 "vertikal pendelt". In der Fig. 3d ist auf der Horizontalen der Luftspalt und senkrecht darüber die Anziehungskraft zwischen Kernmagneten bzw. die Abstoßungskraft zwischen den Ringmagneten dargestellt. Befindet sich in der Kugel 5 noch ein leichteres Gas als Luft oder ein Unterdruck, so wird durch die Auftriebskraft die Stabilität der Kugel 5 noch verstärkt.This can be achieved, for example, in that two ring magnets 19 ', 19' are used, which are provided with superposed, repelling poles, that is to say each facing south or north pole of a permanent magnet. Between them are arranged in the longitudinal direction in the form of permanent magnets designed
Verbesserte Magnetanordnungen zeigt jedoch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4.However, the exemplary embodiment according to FIG. 4 shows improved magnet arrangements.
Die Magnetkopplung 15 kann hier aus einem unteren Scheibenmagneten 25 und einem oberen, mit evtl. kleineren Außenabmessungen versehenen weiteren Scheibenmagneten 27 bestehen, die unter abstoßender Polarität zueinander ausgerichtet sind. Der untere Scheibenmagnet 25 wird durch einen darunter liegenden Ringmagneten 29 im Sinne einer Verstärkung der Magnetkräfte unterlegt. Die Magnetkraft insgesamt wird durch den im Mittelpunkt angebrachten weiteren Stabmagneten 31 mit umgekehrten Magnetfeldlinienverlauf, also in entgegengesetzter Polarität geschwächt. Da also der gleichsinnig ausgerichtete Scheibenmagnet 25 und Ringmagnet 29 die Magnetkräfte verstärken und durch ungleichsinnig ausgerichtete Magnete die Magnetkräfte in der Mitte geschwächt werden, wird dadurch der gewünschte magnetische "Trichter" aufgebaut, worüber die oberste Kugel 3 gehalten und zentriert wird. Der oberste Scheibenmagnet 27 muß nicht kippbar in der Kugel befestigt werden, damit nicht ein Wechsel der Polarität am oberen Magneten durch unbeabsichtigtes Drehen auftreten kann. Im Übrigen muß in der oberen Kugel noch zur Erzeugung von Auftriebskräften ein eine geringere Dichte als Luft aufweisendes Gas eingefüllt sein.The
Im übrigen können auch einteilige Magnete vorgesehen sein, wobei durch entsprechend "geringere Magnetisierung" oder bestimmte geometrische Formgebung ein "trichterförmiges Magnetfeld" aufgebaut werden kann.In addition, one-piece magnets can also be provided, it being possible to build up a "funnel-shaped magnetic field" by correspondingly "lower magnetization" or certain geometric shape.
Gerade das zuletzt genannte Beispiel gemäß Figur 4 zeigt, daß der obere Ausrichtkörper 5 nicht Walzen- oder Kugelform aufweisen muß, sondern jede beliebige Außenkontur aufweisen kann, da er im Schwebezustand gehalten wird und nicht auf den darunter befindlichen Rollkörper abrollen muß.The last-mentioned example according to FIG. 4 shows that the
Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen können nicht nur jeweils drei Körper, sondern davon auch abweichend zwei oder sogar noch mehr übereinander angeordnet werden. Vor allem in einer vertikalen Ausrichtung ist dies möglich.In a departure from the exemplary embodiments shown, not only can three bodies each be arranged, but two or even more may also be arranged one above the other. This is possible especially in a vertical orientation.
Anhand von Figur 5 soll nur schematisch gezeigt werden, daß auch Abwandlungen dergestalt möglich sind, daß beispielsweise der Pendelausrichtkörper 7 mit zwei in Seitenansicht beispielsweise Y-förmig nach oben versetzt zueinander liegenden Magnetkopplungen 15 ausgestattet ist,worüber zwei in Unfangsrichtung versetzt liegende obere Rollkörper 3 sitzen und gehalten werden. Auf diesen könnten dann beispielsweise wieder oben liegende Rollkörper aufgesetzt werden, wenn die Gewichtanordnung insgesamt nicht zu schwer wird.With the help of FIG. 5, it should only be shown schematically that modifications are also possible in such a way that, for example, the
Figur 6 soll schließlich nur verdeutlichen, daß der oberste Rollkörper beispielsweise auch eine von einer Kreisfläche abweichende Querschnittsform aufweisen kann, nicht nur dann, wenn er schwebend auf der unteren Rollkugel gehalten wird, sondern auch dann, wenn separat Abrollelemente 35 beispielsweise in Form von kleinen Rollen oder Kugeln an oberen Ausrichtkörper 5 verankert sind, da ansonsten die Magnetkopplung 15, wie geschildert, vorgesehen ist.Finally, FIG. 6 is only intended to clarify that the uppermost rolling element can also have a cross-sectional shape that deviates from a circular area, not only when it is held floating on the lower rolling ball, but also when separate
Abgesehen von der untersten Rollkugel könnte bei den darüber befindlichen Rollkugeln auch ein Ausrichtkörper 7 vorgesehen sein, der nicht oder mit einem nur ganz leicht exzentrisch zur Rollachse tiefer liegenden Schwerpunkt bzw. Gewicht versehen ist. Denn durch die jeweilige Magnetkopplung 15 bleibt bei einer einmal über die Magnetkopplung erfolgten Ausrichtung der Ausrichtkörper auf dem darunter befindlichen Rollkörper 3 jeweils in der dadurch festgelegten Ausrichtung gehalten. Schließlich könnte auch der unterste Rollkörper 1 z.B. auf einer Magnetschiene abrollen, so daß das sogenannte Ausrichtgewicht 9 nicht durch die Gravitationskräfte sondern ausschließlich oder zumindest ergänzend durch die magnetischen Koppelkräfte ausgerichtet wird. Ebenso kann dieser magnetisch arbeitende Pendelausrichtkörper einen unteren internen Magneten 9 aufweisen, so daß, wenn die untereste Kugel oder Walze 1 auf einer Eisenschiene abrollt, der Pendelausrichtkörper durch die Magnetkopplung in seiner Sollage stabilisert und gehalten wird.Apart from the lowest roller ball, an
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