EP3544707B1 - Modellautorennbahn - Google Patents

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EP3544707B1
EP3544707B1 EP17801596.2A EP17801596A EP3544707B1 EP 3544707 B1 EP3544707 B1 EP 3544707B1 EP 17801596 A EP17801596 A EP 17801596A EP 3544707 B1 EP3544707 B1 EP 3544707B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
model car
track
lane
busbar
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP17801596.2A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3544707A1 (de
Inventor
Christian Koker
Christian Rathge
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Carrera Toys GmbH
Original Assignee
Stadlbauer Marketing und Vertrieb GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Stadlbauer Marketing und Vertrieb GmbH filed Critical Stadlbauer Marketing und Vertrieb GmbH
Publication of EP3544707A1 publication Critical patent/EP3544707A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3544707B1 publication Critical patent/EP3544707B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H18/00—Highways or trackways for toys; Propulsion by special interaction between vehicle and track
    • A63H18/12—Electric current supply to toy vehicles through the track
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H18/00—Highways or trackways for toys; Propulsion by special interaction between vehicle and track
    • A63H18/16—Control of vehicle drives by interaction between vehicle and track; Control of track elements by vehicles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H30/00—Remote-control arrangements specially adapted for toys, e.g. for toy vehicles
    • A63H30/02—Electrical arrangements
    • A63H30/04—Electrical arrangements using wireless transmission
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H18/00—Highways or trackways for toys; Propulsion by special interaction between vehicle and track
    • A63H18/08—Highways or trackways for toys; Propulsion by special interaction between vehicle and track with mechanical means for guiding or steering

Definitions

  • the invention relates to a model car racing track according to the preamble of claim 1.
  • a model car racing track, also slot car track or slot track (from English "slot" for slot) is a technical device with which electrically driven model cars are driven in a guided manner, a guide keel on the model car engaging in a slot on the track.
  • the model car racetrack has a carriageway that can be constructed, for example, from a plurality of carriageway parts that can be plugged together.
  • the roadway can have two lanes, each having a slot for guiding a model car and two busbars for powering the electric drive of the model vehicles that can be moved along the respective lane.
  • Pantographs of the respective model cars are in contact with the respective busbar to ensure the transmission of electrical energy.
  • the speed and braking behavior of the respective model car can be controlled with one hand controller each.
  • cornering for example, due to centrifugal forces acting on the model cars, contact between the The power rail and the pantograph of the model car are interrupted, with the result that the power supply to the electric drive of the model car is interrupted and the model car loses speed.
  • a transformer arrangement with a primary element and a secondary element for contactless energy transmission from the road to the model car is provided, the primary element of the transformer arrangement being the busbar and the model car having the secondary element of the transformer arrangement for coupling in the electromagnetic field generated by the primary element.
  • the model racing track has an air transformer arrangement for contactless energy transmission, the primary element taking over the function of a primary coil or winding and the secondary element taking over the function of a secondary coil or winding.
  • the transformer arrangement can also be used to transmit control signals, for example for accelerating or braking the model car, for example by modulating these control signals at a higher frequency and filtering them out again on the model car side.
  • a rotation vector of the electromagnetic field generated by the primary element points essentially in the direction of the track.
  • the busbar which is designed as an elongated conductor in the direction of the track, forms a magnetic field, the field lines of which have the shape of closed, concentric circles or ellipses around the busbar.
  • a rotation vector of the magnetic field which is perpendicular to the concentric circles, then points in the direction of the track.
  • "Essentially” is understood to mean within the usual manufacturing tolerances. In this way, an unchanged carriageway with a particularly simple structure can be used, in which the conductor rails are designed as conductors extending in the direction of travel or the track. Roads with integrated coil elements that are complex to manufacture are not required.
  • the secondary element has a main direction of extent which is substantially perpendicular to the direction of the track.
  • the secondary element has one or a plurality of turns, the one or the plurality of turns defining a screw vector which extend essentially at right angles to the direction of the track.
  • the plurality of turns defines a main direction of extension of the secondary element in the screw direction of the secondary element.
  • At least one second track with at least one second busbar is provided, along which a second model car is guided, the first busbar being supplied with an electric current at a first frequency and the second busbar with a second electric current a second frequency is applied, the first frequency being different from the second frequency. So be mutual influences by inductive coupling of electrical energy avoided or at least reduced.
  • the second frequency is at least one and a half times the first frequency. In this way, mutual influence by inductive coupling of electrical energy can be reduced particularly effectively.
  • the first frequency is 400 kHz and the second frequency is 600 kHz.
  • the at least one carriageway has two busbars extending parallel in the direction of the track. Even in this way, an unchanged carriageway with a particularly simple construction can be used, in which the conductor rails are designed as conductors which extend in the direction of travel or track.
  • the two busbars are electrically connected in parallel. In this way, a doubled conductor cross-section is made available, so that the busbar elements can be subjected to a double current. Furthermore, if one of the two busbar elements is interrupted, electrical current still flows through the other busbar element. This increases the security of supply of a model car with electrical energy.
  • the two busbar elements are electrically connected in series.
  • the two busbar elements form a double loop, which further improves the efficiency of energy transmission.
  • Fig. 1 is a model car racing track 2, also slot car track or slot track (from English slot for "slot") shown.
  • the model car track 2 has a track 4 constructed from a plurality of pluggable track parts with two tracks 6a, 6b for a model car 10 in the present exemplary embodiment. Is shown in Fig. 1 just a model car 10.
  • the roadway 4 has a depression 8a, 8b assigned to each track 6a, 6b, which is arranged centrally with respect to the track and into which a guide element 30, such as e.g. a guide pin or keel of the model car 10 can intervene and thus guides the model car 10 along the respective track, here the track 6a.
  • a guide element 30 such as e.g. a guide pin or keel of the model car 10 can intervene and thus guides the model car 10 along the respective track, here the track 6a.
  • the carriageway 4 has two busbars 14a, 14b, 14c, 14d which are arranged on both sides of the respective recess 8a, 8b and are assigned to the first track 6a and the second track 6b.
  • the first and second busbars 14a, 14b, 14c, 14d have a cross-sectionally U-shaped profile in the present exemplary embodiment and are pressed into further depressions in the carriageway 4.
  • the first and second busbars 14a, 14b, 14c, 14d can also have a different profile in cross section.
  • the busbars 14a, 14b, 14c, 14d are each made in one piece and of the same material. Furthermore, the busbars 14a, 14b, 14c, 14d are made of a magnetic material. The model car 10 can thus be held in the track 6a by magnetic force with a permanent magnet (not shown) which interacts with the busbars 14a, 14b.
  • the two busbar pairs 14a, 14b and 14c, 14d form a primary element 18 of a transformer arrangement 16 for contactless energy transmission to the model car 10.
  • the transformer arrangement 16 for contactless energy transmission to the model car 10 also includes a secondary element 20 assigned to the model car 10 for coupling in an electromagnetic field that is generated with the primary element 18.
  • the secondary element 20 is a coil arrangement 22.
  • control signals e.g. for accelerating or braking the model car 10, e.g. by modulating these control signals at a higher frequency and filtering them out again on the model car side.
  • Fig. 2 shows that both the depression 8a and the two busbars 14a, 14b each have a main direction of extension H pointing in the direction of travel along the lane 6a, in the direction of which their dimensions are significantly larger than in the direction of the other directions of extension.
  • the carrier 12 has a first carrier element 24a and a second carrier element 24b and also a ferrite core 26 arranged between the first carrier element 24a and the second carrier element 24b.
  • the first carrier element 24a and the second carrier element 24b are each printed circuit boards in the present exemplary embodiment.
  • the printed circuit boards have a flat basic shape, in the present exemplary embodiment a cuboid basic shape, each with an upper side and a lower side opposite the upper side. They each consist of an electrically insulating material and conductor tracks arranged thereon.
  • the insulating material is e.g. fiber-reinforced plastic is common.
  • the conductor tracks are e.g. etched from a thin layer of copper that was previously applied to the insulating material.
  • conductor tracks on the upper side of the first carrier element 24a form a plurality of first coil sections 28a, while further conductor tracks on the underside of the second carrier element 24b form a plurality of second coil sections 28b in the present exemplary embodiment.
  • one of the first coil sections 28a and the second coil sections 28b forms a coil winding of the coil arrangement 20.
  • connecting lines (not shown) are provided, which extend through the first carrier element 24a and the second carrier element 24b and connect the respective first coil sections 28a to the respective second coil sections 28b in an electrically conductive manner.
  • the coil sections 28a, 28b form three coil windings. However, five to eight coil windings can also be provided.
  • the top of the ferrite core 26 is arranged on an underside of the first carrier element 24a and an upper side of the second carrier element 24b is arranged on the underside of the ferrite core 26.
  • the ferrite core 26 is a component made of ferrite, which, as the core of the coil arrangement 22, increases its inductance or carries the magnetic field.
  • Ferrites are understood to mean materials which are poorly or non-conductive ferrimagnetic ceramic materials made from the iron oxide hematite (Fe 2 O 3 ), magnetite (Fe 3 O 4 ) and / or from other metal oxides. Depending on the composition, ferrites are hard magnetic or soft magnetic.
  • the coil windings formed by the respective first coil sections 28a and second coil sections 28b have a screw vector S which, as in FIG Fig. 2 shown, lies essentially in the plane of the carrier 12 and describes the helical design of the coil windings of the coil arrangement 22.
  • screw vector S is arranged essentially at right angles to the main direction of extent H of the busbars 14a, 14b.
  • the carrier 12 has a first direction of extent I, a second direction of extent II and a third direction of extent III.
  • the first direction of extension I extends in the height direction Z between the first carrier element 24a and the second carrier element 24b.
  • the second extension direction II extends at a right angle to the first extension direction I in the direction of the screw vector S or in the width direction Y.
  • the third extension direction III extends at a right angle to the first extension direction I and the second extension direction II in the direction of the main extension direction H or in the depth direction X.
  • the carrier 12, the first carrier element 24a, the second carrier element 24b and the ferrite core 26 each have significantly larger dimensions in the direction of the second direction of extent II and the third direction of extent III than in the direction of the first direction of extent I. In other words, they each have a cuboid, in particular a plate-like, basic shape.
  • the Fig. 3 and 4th show that the first coil sections 28a and the second coil sections 28b have an elongated shape, ie their respective dimensions in the direction of the third direction of extent III are larger than in the direction of the second direction of extent II. Furthermore, the first coil sections 28a and the second coil sections 28b run under one Angle to the second direction of extent II, which is not equal to a right angle. In the present exemplary embodiment, the first coil sections 28a and the second coil sections 28b run at an angle of 75 ° to 85 ° and 95 ° to 110 ° to the second direction of extent II.
  • an alternating current with a frequency of 400 kHz flows through the busbar 14a.
  • a magnetic field M is formed around the busbar 14a with concentric field lines extending in the form of the busbar 14a.
  • the course of the field lines can be described by a rotation vector R, which is perpendicular to the plane described by the field lines.
  • the field lines penetrate the secondary element 20 or the coil arrangement 22 and generate an electrical voltage in the secondary element 20 by induction.
  • the electrical voltage induced in the secondary element 20 can then be used to supply an electrical drive for the model car 10 so that the model car 10 is in can move the predetermined direction of travel F through the main direction of extent H of the depression 8a or the busbar 14a.
  • the direction of travel F and the rotation vector R are essentially at right angles to one another. "Essentially” is understood to be within normal manufacturing tolerances.
  • the speed of the model car 10 can be regulated by changing the current intensity of the electric current flowing through the busbars 14a, 14b.
  • the second track 6b is provided for a second model car (not shown), which has the same structure as the first track 6a.
  • the busbars 14c, 14d of the second track 6b flows through an electric current with a frequency that is at least one and a half times as high as the first frequency.
  • the second frequency is 600 kHz.
  • the Fig. 6 shows a first connection variant in which the two busbars 14a, 14b of the first track 6a are electrically connected in parallel.
  • the double line cross section of the two busbars 14a, 14b can be used, so that a doubling of the current intensity with which the busbars 14a, 14b are acted on is possible.
  • the Fig. 7 shows a second circuit variant in which the two busbars 14a, 14b of the first track 6a are electrically connected in series.
  • the two busbars 14a, 14b thus form a double conductor loop, so that the efficiency of the energy transmission is improved.
  • busbars 14a ', 14b' The structure of the busbars 14a ', 14b' according to this exemplary embodiment is explained on the basis of the busbar 14b 'assigned to the second track 6b.
  • the busbar 14b ' has a U-shaped profile with a groove base 32 and two flanges 34 adjoining the groove base 32, which extend in parallel in the present exemplary embodiment.
  • a tongue 36 adjoins each of the flanges 34 and extends into the plane of the surface of the roadway 4 '.
  • the busbars 14a ', 14b' according to this exemplary embodiment are each made in one piece and of the same material.
  • the busbars 14a ', 14b' according to this exemplary embodiment are made of a magnetic material.
  • the model car 10 with a permanent magnet (not shown), which interacts with the busbar 14a ', can also be held in the track 6a by magnetic force.
  • the two tongues 36 provide an enlarged contact surface for the magnetic force, so that a smaller magnet can be used in the model car 10, which takes up less space.
  • the two busbars 14a ', 14b' are inserted into the respective recesses 8a, 8b such that the U-shaped busbars 14a ', 14b' open upwards, so that the guide element 30, such as e.g. a pin of the model car 10 can engage in the U-shaped busbar 14a ′ in order to guide the model car 10 along the track 6a defined by the recess 8a.
  • This track 4 'thus has a particularly simple structure with only one busbar 14a', 14b 'arranged centrally in the present exemplary embodiment for each of the tracks 6a, 6b, the busbars 14a', 14b 'each having a dual function, namely as a busbar and as a guide groove for a model car.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Modellautorennbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Modellautorennbahn, auch Slotcar-Bahn oder Slot-Bahn (von englisch "Slot" für Schlitz) ist eine technische Vorrichtung, mit der elektrisch angetriebene Modellautos spurgeführt gefahren werden, wobei ein Führungskiel an dem Modellauto in einen Schlitz auf der Bahn eingreift.
  • Die Modellautorennbahn weist eine Fahrbahn auf, die z.B. aus einer Mehrzahl zusammensteckbarer Fahrbahnteile aufgebaut werden kann. Die Fahrbahn kann zwei Spuren aufweisen, die jeweils einen Schlitz zur Führung je eines Modellautos und je zwei Stromschienen zur Stromversorgung des elektrischen Antriebs der entlang der jeweiligen Spur bewegbaren Modellfahrzeuge besitzen. Stromabnehmer der jeweiligen Modellautos stehen dabei in Kontakt mit der jeweiligen Stromschiene, um eine Übertragung elektrischer Energie zu gewährleisten. Mit je einem Handregler können Geschwindigkeit und Bremsverhalten des jeweiligen Modellautos gesteuert werden. Allerdings kann es bei z.B. Kurvenfahrten aufgrund von an den Modellautos angreifenden Fliehkräften dazu kommen, dass der Kontakt zwischen der Stromschiene und dem Stromabnehmer des Modellautos unterbrochen wird mit der Folge, dass die Energieversorgung des elektrischen Antriebs des Modellautos unterbrochen wird und das Modellauto an Geschwindigkeit verliert.
  • Dokument US2010/130096 offenbart ein induktiv betriebenes Spielzeugfahrzeug und eine zugehörige Spur mit induktivem Ladesegment. Das Fahrzeug kann eine Sekundärspule, einen Antriebsmotor. Weitere Beispiele der Modellautorennbahnen sind aus US2011034254 , WO9110947 , US4520889 und US2010279582 bekannt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie eine unterbrechungsfreie Versorgung von Modellautos einer derartigen Modellautorennbahn mit elektrischer Energie gewährleistet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Modellautorennbahn der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Dazu ist bei einer Modellautorennbahn der o.g. Art erfindungsgemäß eine Transformatoranordnung mit einem Primärelement und einem Sekundärelement zur berührungslosen Energieübertragung von der Fahrbahn zu dem Modellauto vorgesehen, wobei das Primärelement der Transformatoranordnung die Stromschiene ist und das Modellauto das Sekundärelement der Transformatoranordnung zum Einkoppeln von dem vom Primärelement erzeugten elektromagnetischen Feld aufweist. Mit anderen Worten, weist die Modellautorennbahn eine Lufttransformatoranordnung zur berührungslosen Energieübertragung auf, wobei das Primärelement die Funktion einer Primärspule bzw. -wicklung und das Sekundärelement die Funktion einer Sekundärspule bzw. -wicklung übernimmt.
  • Dies hat den Vorteil, dass es zu keiner zeitweisen Überbrechung eines elektrischen Kontaktes zwischen einer Stromschiene und einem Stromabnehmer und damit zu keiner Unterbrechung der Versorgung mit elektrischer Energie kommen kann. Ferner kann eine unveränderte Fahrbahn mit einem besonders einfachen Aufbau verwendet werden, bei der die Stromschienen als sich in Fahr- bzw. Spurrichtung erstreckende Leiter ausgebildet sind. Neben der Übertragung von Betriebsenergie können mit der Transformatoranordnung auch Steuersignale, z.B. zum Beschleunigen oder Abbremsen des Modellautos, übertragen werden, z.B. indem diese Steuersignale mit einer höheren Frequenz aufmoduliert und modellautoseitig wieder herausgefiltert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt ein Rotationsvektor des von dem Primärelement erzeugten elektromagnetischen Feldes im Wesentlichen in Richtung der Spur. Die in Richtung der Spur als langgestreckter Leiter ausgebildete Stromschiene bildet ein Magnetfeld aus, dessen Feldlinien die Form geschlossener, konzentrischer Kreise oder Ellipsen um die Stromschiene aufweisen. Ein Rotationsvektor des Magnetfeldes, der senkrecht auf den konzentrischen Kreisen steht, zeigt dann in Richtung der Spur. Unter "im Wesentlichen" wird dabei innerhalb üblicher Fertigungstoleranzen verstanden. So kann eine unveränderte Fahrbahn mit einem besonders einfachen Aufbau verwendet werden, bei der die Stromschienen sich als in Fahr- bzw. Spurrichtung erstreckende Leiter ausgebildet sind. Fertigungstechnisch aufwändig herzustellende Fahrbahnen mit integrierten Spulenelementen sind nicht erforderlich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Sekundärelement eine Haupterstreckungsrichtung auf, die im Wesentlichen rechtwinkelig zur Richtung der Spur ist.
  • Gemäß einer erfindungsgemässen Ausführungsform weist das Sekundärelement eine oder eine Mehrzahl von Windungen auf, wobei die eine oder die Mehrzahl der Windungen einen Schraubenvektor definiert, der sich im Wesentlichen rechtwinkelig zur Richtung der Spur erstrecken. Die Mehrzahl der Windungen definiert eine Haupterstreckungsrichtung des Sekundärelements in Schraubenrichtung des Sekundärelements. So kann das Sekundärelement eine andere Ausrichtung als das Primärelement aufweisen, was eine bauraumsparende Anordnung im Modellauto ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine zweite Spur mit zumindest einer zweiten Stromschiene vorgesehen ist, entlang der ein zweites Modellauto spurgeführt ist, wobei die erste Stromschiene mit einem elektrischen Strom mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird und die zweite Stromschiene mit einem zweiten elektrischen Strom mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird, wobei die erste Frequenz von der zweiten Frequenz verschieden ist. So werden wechselseitige Beeinflussungen durch induktive Einkopplung von elektrischer Energie vermieden bzw. zumindest reduziert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die zweite Frequenz mindestens das Eineinhalbfache der ersten Frequenz. So kann besonders wirkungsvoll eine wechselseitige Beeinflussung durch induktive Einkopplung von elektrischer Energie reduziert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die erste Frequenz 400 kHz und die zweite Frequenz 600 kHz. Durch die Auswahl dieser Frequenzen kann zum einen eine besonders effektive Energieübertragung erzielt und zum anderen eine geringe Störung anderer elektrotechnischer oder elektronischer Geräte in der Nähe der Modellautorennbahn erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zumindest eine Fahrbahn zwei parallel in Richtung der Spur sich erstreckende Stromschienen auf. Auch so kann eine unveränderte Fahrbahn mit einem besonders einfachen Aufbau verwendet werden, bei der die Stromschienen als sich in Fahr- bzw. Spurrichtung erstreckende Leiter ausgebildet sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zwei Stromschienen elektrisch parallel geschaltet. So wird ein verdoppelter Leiterquerschnitt zur Verfügung gestellt, so dass die Stromschienenelemente mit einer doppelten Stromstärke beaufschlagt werden können. Ferner wird so im Falle einer Unterbrechung einer der beiden Stromschienenelemente das andere Stromschienenelement noch von elektrischem Strom durchflossen. Somit ist die Versorgungsicherheit eines Modellautos mit elektrischer Energie gesteigert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zwei Stromschienenelemente elektrisch in Reihe geschaltet. So bilden die beiden Stromschienenelemente eine Doppelschleife, was die Effizienz der Energieübertragung nochmals verbessert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
    • Fig.1
    in schematischer Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Modellautorennbahn,
    Fig. 2
    in schematischer Darstellung einer Transformatoranordnung, die in der in Fig. 1 dargestellten Modellautorennbahn Verwendung findet,
    Fig. 3
    eine oberseitige Ansicht des in Fig. 2 dargestellten ersten Trägerelements,
    Fig. 4
    eine unterseitige Ansicht des in Fig. 2 dargestellten zweiten Trägerelements,
    Fig. 5
    ein Betriebsszenario der in Fig. 1 dargestellten Modellautorennbahn,
    Fig. 6
    eine erste Verschaltungsvariante von Stromschienen einer zwei Spuren aufweisenden Fahrbahn,
    Fig. 7
    eine zweite Verschaltungsvariante von Stromschienen einer zwei Spuren aufweisenden Fahrbahn, und
    Fig. 8
    ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Modellautorennbahn mit einer Fahrbahn mit einer Stromschiene für jede Spur der mehrere Spuren aufweisen Fahrbahn.
  • In Fig. 1 ist eine Modellautorennbahn 2, auch Slotcar-Bahn oder Slot-Bahn (von englisch Slot für "Schlitz"), dargestellt.
  • Die Modellautorennbahn 2 weist eine aus einer Mehrzahl von zusammensteckbaren Fahrbahnteilen aufgebaute Fahrbahn 4 mit im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Spuren 6a, 6b für je ein Modellauto 10 auf. Dargestellt ist in Fig. 1 lediglich ein Modellauto 10.
  • Die Fahrbahn 4 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils eine jeder Spur 6a, 6b zugeordnete Vertiefung 8a, 8b auf, die bezüglich der Spur mittig angeordnet ist und in die ein Führungselement 30, wie z.B. ein Führungsstift oder Führungskiel, des Modellautos 10 eingreifen kann und so eine Führung des Modellautos 10 entlang der jeweiligen Spur, hier der Spur 6a, bewirkt.
  • Ferner weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fahrbahn 4 jeweils zwei beidseitig der jeweiligen Vertiefung 8a, 8b angeordnete Stromschienen 14a, 14b, 14c, 14d auf, die der ersten Spur 6a bzw. der zweiten Spur 6b zugeordnet sind. Die ersten und zweiten Stromschienen 14a, 14b, 14c, 14d weisen ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Querschnitt u-förmiges Profil auf und sind in weitere Vertiefungen der Fahrbahn 4 eingepresst. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Stromschienen 14a, 14b, 14c, 14d auch ein anderes Profil im Querschnitt aufweisen.
  • Die Stromschienen 14a, 14b, 14c, 14d sind jeweils einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Ferner sind die Stromschienen 14a, 14b, 14c, 14d aus einem magnetischen Material gefertigt. So kann das Modellauto 10 mit einem Dauermagneten (nicht dargestellt), der mit den Stromschienen 14a, 14b wechselwirkt, durch Magnetkraft in der Spur 6a gehalten werden.
  • Wie noch später erläutert wird, bilden die beiden Stromschienen-Paare 14a, 14b bzw. 14c, 14d ein Primärelement 18 einer Transformatoranordnung 16 zur berührungslosen Energieübertragung zu dem Modellauto 10.
  • Zur Transformatoranordnung 16 zur berührungslosen Energieübertragung zu dem Modellauto 10 gehört ferner ein dem Modellauto 10 zugeordnetes Sekundärelement 20 zum Einkoppeln von einemelektromagnetischen Feld, das mit dem Primärelement 18 erzeugt wird.
  • Das Sekundärelement 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Spulenanordnung 22.
  • Neben der Übertragung von Betriebsenergie können mit der Transformatoranordnung 16 auch Steuersignale, z.B. zum Beschleunigen oder Abbremsen des Modellautos 10, übertragen werden, z.B. indem diese Steuersignale mit einer höheren Frequenz aufmoduliert und modellautoseitig wieder herausgefiltert werden.
  • Es wird nun zusätzlich auf die Fig. 2 Bezug genommen, die aus Gründen der Einfachheit nur die erste Spur 6a der beiden Spuren 6a, 6b zeigt. Die nachfolgende Beschreibung gilt jedoch auch analog für die zweite Spur 6b mit der Vertiefung 8b und den Stromschienen 14c, 14d.
  • Die Fig. 2 zeigt, dass sowohl die Vertiefung 8a als auch die beiden Stromschienen 14a, 14b jeweils eine in Fahrrichtung entlang der Spur 6a weisende Haupterstreckungsrichtung H aufweisen, in deren Richtung ihre Abmessungen deutlich größer als in Richtung der anderen Erstreckungsrichtungen sind.
  • Ferner zeigt die Fig. 2, dass die Spulenanordnung 22 einen Träger 12 aufweist. Der Träger 12 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein erstes Trägerelement 24a und ein zweites Trägerelement 24b sowie einen zwischen dem ersten Trägerelement 24a und dem zweiten Trägerelement 24b angeordneten Ferritkern 26 auf.
  • Das erste Trägerelement 24a und das zweite Trägerelement 24b sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils Leiterplatten. Die Leiterplatten weisen eine sich flächig erstreckende Grundform, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine quaderförmige Grundform, mit jeweils einer Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite auf. Sie bestehen jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf angeordneten Leiterbahnen. Als isolierendes Material ist z.B. faserverstärkter Kunststoff üblich. Die Leiterbahnen werden z.B. aus einer dünnen Schicht Kupfer geätzt, die zuvor auf das isolierende Material aufgebracht wurde.
  • Leiterbahnen auf der Oberseite des ersten Trägerelements 24a bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von ersten Spulenabschnitten 28a, während weitere Leiterbahnen auf der Unterseite des zweiten Trägerelements 24b im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von zweiten Spulenabschnitten 28b bilden. Jeweils einer der ersten Spulenabschnitte 28a und der zweiten Spulenabschnitte 28b bildet je eine Spulenwicklung der Spulenanordnung 20.
  • Hierzu sind Verbindungsleitungen (nicht dargestellt) vorgesehen, die sich durch das erste Trägerelement 24a und das zweite Trägerelement 24b erstrecken und die jeweiligen ersten Spulenabschnitte 28a mit den jeweiligen zweiten Spulenabschnitten 28b elektrisch leitend verbinden. So bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spulenabschnitte 28a, 28b drei Spulenwicklungen. Es können aber auch fünf bis acht Spulenwicklungen vorgesehen sein.
  • Ferner zeigt die Fig. 2, dass an einer Unterseite des ersten Trägerelements 24a der Ferritkern 26 mit seiner Oberseite und an der Unterseite des Ferritkerns 26 eine Oberseite des zweiten Trägerelements 24b angeordnet ist.
  • Der Ferritkern 26 ist ein Bauteil aus Ferrit, das als Kern der Spulenanordnung 22 deren Induktivität erhöht oder das magnetische Feld führt. Unter Ferrite werden dabei Werkstoffe verstanden, die elektrisch schlecht oder nicht leitende ferrimagnetische keramische Werkstoffe aus dem Eisenoxid Hämatit (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4) und/oder aus weiteren Metalloxiden sind. Je nach Zusammensetzung sind Ferrite hartmagnetisch oder weichmagnetisch.
  • Die durch die jeweiligen ersten Spulenabschnitte 28a und zweiten Spulenabschnitte 28b gebildeten Spulenwicklungen weisen einen Schraubenvektor S auf, der, wie in Fig. 2 dargestellt, im Wesentlichen in der Ebene des Trägers 12 liegt und die schraubenförmige Ausbildung der Spulenwicklungen der Spulenanordnung 22 beschreibt.
  • Zu erkennen ist ferner, dass der Schraubenvektor S im Wesentlichen im rechten Winkel zur Haupterstreckungsrichtung H der Stromschienen 14a, 14b angeordnet ist.
  • Des Weiteren zeigt die Fig. 2, dass der Träger 12 eine erste Erstreckungsrichtung I, eine zweite Erstreckungsrichtung II und eine dritte Erstreckungsrichtung III hat.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die erste Erstreckungsrichtung I in Höhenrichtung Z zwischen dem ersten Trägerelement 24a und dem zweiten Trägerelement 24b. Im rechten Winkel erstreckt sich zur ersten Erstreckungsrichtung I die zweite Erstreckungsrichtung II in Richtung des Schraubenvektors S bzw. in Breitenrichtung Y. Ferner erstreckt sich im rechten Winkel zur ersten Erstreckungsrichtung I und zur zweite Erstreckungsrichtung II die dritte Erstreckungsrichtung III in Richtung der Haupterstreckungsrichtung H bzw. in Tiefenrichtung X.
  • Der Träger 12, das erste Trägerelement 24a, das zweite Trägerelement 24b und der Ferritkern 26 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Richtung der zweiten Erstreckungsrichtung II und der dritten Erstreckungsrichtung III jeweils deutlich größere Abmessungen als in Richtung der ersten Erstreckungsrichtung I auf. Mit anderen Worten, weisen sie jeweils eine quaderförmige, insbesondere eine plattenförmige Grundform auf.
  • Es wird nun zusätzlich auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen, dass die ersten Spulenabschnitte 28a und die zweiten Spulenabschnitte 28b eine langgestreckte Form aufweisen, d.h. ihre jeweiligen Abmessungen in Richtung der dritten Erstreckungsrichtung III sind größer als in Richtung der zweiten Erstreckungsrichtung II. Ferner verlaufen die ersten Spulenabschnitte 28a und die zweiten Spulenabschnitte 28b unter einem Winkel zur zweiten Erstreckungsrichtung II, der ungleich einem rechten Winkel ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die ersten Spulenabschnitte 28a und die zweiten Spulenabschnitte 28b unter einem Winkel von 75° bis 85° bzw. 95° bis 110° zur zweiten Erstreckungsrichtung II.
  • So wird eine besonders kompakte und dabei wenig Bauraum in Anspruch nehmende Spulenanordnung 22 bereitgestellt. Ferner wird durch die jeweils flächige Ausbildung der ersten Spulenabschnitte 28a und zweiten Spulenabschnitt 28b auf der Ober- bzw. Unterseite des Trägers 12 die Fertigung der Spulenanordnung 22 vereinfacht, da hierfür Planar- oder Dickschichttechniken verwendet werden können.
  • Es wird unter zusätzliche Bezugnahme auf die Fig. 5 der Betrieb der Modellautorennbahn 2 erläutert, wobei aus Gründen der Einfachheit von dem Primärelement 18 nur die erste Stromschiene 14a von den beiden Stromschienen 14a, 14b der ersten Spur 6a dargestellt ist.
  • Im Betrieb wird die Stromschiene 14a von einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 400 kHz durchströmt. Es bildet sich um die Stromschiene 14a ein Magnetfeld M mit sich in Form um die Stromschiene 14a erstreckenden konzentrischen Feldlinien aus. Der Verlauf der Feldlinien kann durch einen Rotationsvektor R beschrieben werden, der senkrecht auf der Ebene steht, die von den Feldlinien beschrieben wird.
  • Die Feldlinien durchsetzen das Sekundärelement 20 bzw. die Spulenanordnung 22 und erzeugen durch Induktion eine elektrische Spannung in dem Sekundärelement 20. Die in das Sekundärelement 20 induzierte elektrische Spannung kann dann zur Versorgung eines elektrischen Antriebs des Modellautos 10 verwendet werden, damit sich das Modellauto 10 in durch die Haupterstreckungsrichtung H der Vertiefung 8a bzw. der Stromschiene 14a vorgegebene Fahrtrichtung F bewegen kann. Somit stehen die Fahrtrichtung F und der Rotationsvektor R im Wesentlichen unter einem rechten Winkel zueinander. Unter "im Wesentlichen" wird dabei innerhalb von üblichen Fertigungstoleranzen verstanden.
  • Eine Regulierung der Geschwindigkeit des Modellautos 10 kann dabei durch eine Veränderung der Stromstärke des elektrischen Stromes erfolgen, der durch die Stromschienen 14a, 14b fließt.
  • Aufgrund der berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie können Kontaktunterbrechungen, wie beim Stand der Technik, vermieden werden und es kommt nicht mehr zur Unterbrechung der Versorgung mit elektrischer Energie.
  • Neben der in Fig. 1 dargestellten ersten Spur 6a ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Spur 6b für ein zweites Modellauto (nicht dargestellt) vorgesehen, die den gleichen Aufbau wie die erste Spur 6a aufweist. Um jedoch Interferenzen zwischen zwei Modellautos 10 und damit Störungen bei der Energieübertragung so weit wie möglich zu vermeiden, werden die Stromschienen 14c, 14d der zweiten Spur 6b von einem elektrischen Strom mit einer Frequenz durchströmt, die mindestens eineinhalb mal so hoch wie die erste Frequenz ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die zweite Frequenz 600 kHz.
  • Es wird nun zusätzlich auf die Fig. 6 und 7 Bezug genommen, die Verschaltungsvarianten der zwei Stromschienen-Paare 14a, 14b bzw. 14c, 14d beispielhaft anhand der ersten Spur 6a der beiden Spuren 6a, 6b der Fahrbahn 4 zeigen.
  • Die Fig. 6 zeigt eine erste Verschaltungsvariante, bei der die beiden Stromschienen 14a, 14b der ersten Spur 6a elektrisch parallel geschaltet sind. So kann der doppelte Leitungsquerschnitt der beiden Stromschienen 14a, 14b genutzt werden, so dass eine Verdoppelung der Stromstärke möglich wird, mit der die Stromschienen 14a, 14b beaufschlagt werden.
  • Die Fig. 7 zeigt eine zweite Verschaltungsvariante, bei der die beiden Stromschienen 14a, 14b der ersten Spur 6a elektrisch in Reihe geschaltet sind. So bilden die beiden Stromschienen 14a, 14b eine Doppelleiterschleife, so dass die Effizienz der Energieübertragung verbessert wird.
  • Es wird nun auf Fig. 8 Bezug genommen.
  • Dargestellt ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Fahrbahn 4' die im Unterschied zur in Fig. 1 dargestellten Fahrbahn 4 lediglich zwei Vertiefungen 8a, 8b aufweist, in die jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromschiene 14a', 14b' eingesetzt ist.
  • Der Aufbau der Stromschienen 14a', 14b' gemäß dieses Ausführungsbeispiels wird anhand der der zweiten Spur 6b zugeordneten Stromschiene 14b' erläutert.
  • Die Stromschiene 14b' weist ein u-förmiges Profil mit einem Nutgrund 32 und zwei sich an den Nutgrund 32 anschließende Flansche 34 auf, die sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel erstrecken. An jeden der Flansche 34 schließt sich je eine Zunge 36 an, die sich in die Ebene der Oberfläche der Fahrbahn 4' erstreckt. Die Stromschienen 14a', 14b' gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Ferner sind die Stromschienen 14a', 14b' gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem magnetischen Material gefertigt. So kann auch hier das Modellauto 10 mit einem Dauermagneten (nicht dargestellt), der mit der Stromschiene 14a' wechselwirkt, durch Magnetkraft in der Spur 6a gehalten werden. Dabei stellen insbesondere die beiden Zungen 36 eine vergrößerte Angriffsfläche für die Magnetkraft bereit, so dass ein verkleinerter Magnet in das Modellauto 10 eingesetzt werden kann, der weniger Bauraum in Anspruch nimmt.
  • Ferner sind die beiden Stromschienen 14a', 14b' derart in die jeweiligen Vertiefungen 8a, 8b eingesetzt, dass sich die u-förmige Stromschienen 14a', 14b'nach oben öffnen, so dass das Führungselement 30, wie z.B. ein Stift des Modellautos 10, in die u-förmige Stromschiene 14a' eingreifen kann, um so dass Modellauto 10 entlang der durch die Vertiefung 8a definierten Spur 6a zu führen. Somit weist diese Fahrbahn 4' einen besonders einfachen Aufbau mit nur einer, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittig angeordneten Stromschiene 14a', 14b' für jede der Spuren 6a, 6b auf, wobei die Stromschienen 14a', 14b' jeweils eine Doppelfunktion haben, nämlich als Stromschiene und als Führungsnut für ein Modellauto.

Claims (9)

  1. Modellautorennbahn (2), mit zumindest einem entlang einer Spur (6a, 6b) geführtem Modellauto (10) und einer die Spur (6a, 6b) definierenden Fahrbahn (4),
    wobei die Fahrbahn (4) zumindest eine sich in Richtung der Spur (6a, 6b) erstreckende Stromschiene (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist,
    gekennzeichnet
    durch eine Transformatoranordnung (16) mit einem Primärelement (18) und einem Sekundärelement (20) zur berührungslosen und unterbrechungsfreien Energie- und Steuersignalübertragung von der Fahrbahn (4) zu dem Modellauto (10), wobei die Stromschiene (14a, 14b, 14c, 14d) an einer Oberfläche der Fahrbahn (4) angeordnet und das sich in Richtung der Spur (6a, 6b) erstreckende Primärelement (18) der Transformatoranordnung (16) ist und das Modellauto (10) das Sekundärelement (20) der Transformatoranordnung (16) zum Einkoppeln von dem vom Primärelement (18) erzeugten elektromagnetischen Feld aufweist, wobei das Sekundärelement (20) eine oder eine Mehrzahl von Windungen aufweist, wobei die eine oder die Mehrzahl der Windungen einen sich horizontal in einer Breitenrichtung Y erstreckenden Schraubenvektor (S) definieren, der sich im Wesentlichen rechtwinkelig zur Richtung der Spur (6a, 6b) erstreckt.
  2. Modellautorennbahn (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotationsvektor (R) des von dem Primärelement (18) erzeugten elektromagnetischen Feldes im Wesentlichen in Richtung der Spur (6a, 6b) zeigt.
  3. Modellautorennbahn (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärelement (20) eine Haupterstreckungsrichtung (H) aufweist, die im Wesentlichen rechtwinkelig zur Richtung der Spur (6a, 6b) ist.
  4. Modellautorennbahn (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Spur (6b) mit zumindest einer zweiten Stromschiene (14c, 14d) vorgesehen ist, entlang der ein zweites Modellauto spurgeführt ist, wobei die erste Stromschiene mit einem elektrischen Strom mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird und die zweite Stromschiene (14c, 14d) mit einem zweiten elektrischen Strom mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird, wobei die erste Frequenz von der zweiten Frequenz verschieden ist.
  5. Modellautorennbahn (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frequenz mindestens das Eineinhalbfache der ersten Frequenz beträgt.
  6. Modellautorennbahn (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz 400 kHz und die zweite Frequenz 600 kHz beträgt.
  7. Modellautorennbahn (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spur (6a, 6b) zwei parallel in Richtung der Spur (6a, 6b) sich erstreckende Stromschienen (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist.
  8. Modellautorennbahn (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Stromschienen (14a, 14b, 14c, 14d) einer Spur elektrisch parallel geschaltet sind.
  9. Modellautorennbahn (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Stromschienen (14a, 14b, 14c, 14d) einer Spur elektrisch in Reihe geschaltet sind.
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