ES2268007T3 - Vehiculo de juguete autoalineable con energia de inercia. - Google Patents
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- A63H17/36—Steering-mechanisms for toy vehicles
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Abstract
El vehículo de juguete (1) consta de un cuerpo superior (2) y un chasis (3) entre los que se aloja, cautivamente, una bola de inercia (5) que rueda sobre la superficie de apoyo (8) cuando el vehículo de juguette (1) es impulsado brevemente de forma manual. La energía cinética de la rodadura acumulada en la bola de inercia (5) se trasmite tras el impulso al chasis (3) mediante uno o dos contactos puntuales que la bola de inercia (5) efectúa sobre el borde anterior de una abertura poligonal (4) que presenta el chasis (3) y que se posesiona por delante del centro de resistencia del vehículo, definido por la resultante de las fuerzas de fricción que actúan sobre sus ruedas (6).
Description
Vehículo de juguete autoalineable con energía de
inercia.
La presente invención se refiere a un vehículo
de juguete, que al ser empujado momentáneamente pone en movimiento
un elemento de elevada inercia que devuelve la energía almacenada en
el mismo al finalizar el empuje exterior. El vehículo presenta una
disposición tal del elemento de elevada inercia que se reducen las
pérdidas por fricción en el mismo, a la vez que confiere al vehículo
características autoalineables mejoradas respecto a las
realizaciones conocidas
La utilización de bolas y volantes de inercia en
juguetes es algo conocido desde hace mucho tiempo. Así, en 1905, el
documento de patente US 800,741 describe un juguete consistente en
una figura hueca que representa a una pareja de baile en cuyo
interior se dispone una bola cautiva. De esta forma se consigue que
la figura pueda girar libremente sobre sí misma y desplazarse en
todas direcciones cuando se apoya sobre un plano que es inclinado en
uno u otro sentido a voluntad. Se aprovecha el elevado grado de
libertad que ofrece la forma esférica de la bola, pero no se es
consciente de las posibilidades que ofrecería una bola pesada. El
juguete no está previsto para ser empujado con la mano, lo que queda
confirmado por sus dibujos, en los que se representa una bola de
cristal, no metálica.
El documento US 4,156,986 describe un pequeño
vehículo de juguete, muy económico, destinado a incorporarse como
regalo en paquetes de cereales, para lo que se realiza por inyección
en un material plástico, disponiéndose en su interior un disco de
elevada inercia que gira alrededor de un eje transversal mientras
rueda sobre la superficie de apoyo. De esta forma se consigue que,
una vez puesto en marcha el vehículo mediante un empuje manual, el
movimiento continúe durante un tiempo mayor que sí el vehículo no
presentase el disco rotativo de elevada inercia. Una tal solución
presenta dos problemas básicos: en primer lugar y al ser fijo el eje
del disco rotativo, también lo es su altura al suelo, lo que implica
que, bien las ruedas traseras, bien las delanteras no apoyarán en el
mismo restando capacidad direccional y, en segundo lugar, el hecho
de que el eje de rotación del disco sea fijo supone que la energía
recuperable del mismo disminuye cuando el vehículo se impulsa en una
dirección que forma un ángulo con su eje
antero-posterior. Es decir, si el vehículo se
impulsa desviado respecto a su propio eje, nada le obliga a cambiar
de trayectoria y su rendimiento baja considerablemente.
El problema anterior es parcialmente resuelto en
los documentos US 6,071,173 y ES 200100154 U, este último del propio
solicitante, en los que el disco rotativo de eje fijo se sustituye
por una simple bola de rodamiento, metálica, que se monta, cautiva,
en la estructura hueca del vehículo. En el documento americano se
prevé un tabique circular como elemento de apoyo de la bola, lo que
permite tener una reacción de la misma sobre el vehículo desplazada
hacia la dirección del impulso desviado y aplicada a la altura del
centro de gravedad de la bola lo que, teóricamente, permite que la
parte delantera del vehículo se desplace en la dirección del impulso
provocando un cierto grado de autoalineamiento del mismo. Por su
parte, en el documento español se describe un vehículo en el que,
simplemente, se suprime el tabique circular de apoyo de la bola
aunque manteniendo un orificio circular en el chasis del vehículo,
lo que empeora las características de autoalineamiento, pero reduce
ligeramente las pérdidas por fricción.
Pues bien, la experiencia del solicitante con el
vehículo que se acaba de describir ha mostrado que,
sorprendentemente, cuando se aumenta considerablemente la relación
de la inercia de la bola al peso del vehículo cambian las
condiciones de autoalineamiento del mismo. Así, cuando la inercia de
la bola no es muy elevada respecto al peso del vehículo, existe un
indudable interés en que la misma apoye en una superficie circular,
ya que esto provoca un par de fuerzas que desplaza la parte
delantera del vehículo respecto al centro de giro del mismo, que se
sitúa en un punto intermedio entre las ruedas posteriores. La
explicación reside en que es el propio vehículo (más pesado) el que
determina la trayectoria principal, limitándose la bola a ejercer
una reacción lateral sobre la parte delantera del mismo. Sin
embargo, cuando la inercia de la bola es considerablemente mayor que
el peso del vehículo, la trayectoria principal está determinada por
la bola y es el vehículo el que gira alrededor de la misma,
moviéndose simultáneamente tanto su parte posterior como su parte
anterior. En estas condiciones, la evolución del vehículo viene
determinada por la posición de su centro de resistencia (definida
por la resultante de las fuerzas de fricción de sus ruedas) respecto
a la bola de inercia.
Así, es un objetivo de la presente invención el
disponer de un vehículo de juguete provisto de energía de inercia
con características mejoradas de autoalineamiento simultáneas a una
elevada inercia y a unas bajas pérdidas por fricción.
El objetivo propuesto se consigue en el vehículo
de la invención mediante la disposición de una bola cautiva, de
considerable inercia respecto al peso del vehículo, en el interior
de la cavidad formada por un cuerpo superior y un chasis inferior;
de tal manera que la citada bola rueda libremente sobre la
superficie de apoyo del vehículo de juguete. La abertura que
presenta el chasis del vehículo, y a cuyo través asoma la bola, es
poligonal de lados rectos, con lo que se sustituye el contacto
lineal de la técnica anterior por uno o dos contactos puntuales. La
abertura poligonal se dispone por delante del centro de resistencia
del vehículo, definido como el punto de actuación virtual de la
resultante de las diversas fuerzas de fricción que sobre el mismo
actúan debido al peso de sus ruedas sobre el plano de apoyo.
En el caso de que el peso del vehículo, sin
considerar la propia bola de inercia, se reparta en un 50% entre las
ruedas delanteras y traseras y todas presenten el mismo diámetro y
anchura, el centro de resistencia se encontrará sobre la
intersección de las bisectrices del rectángulo definido por los
puntos de contacto de las ruedas respecto a la superficie de apoyo.
En caso contrario el centro de resistencia se desplazará hacia las
ruedas que soporten un mayor porcentaje del peso del vehículo o, en
general, presenten una mayor fricción, lo que podrá modificarse
variando la anchura y rugosidad de las mismas. La evaluación del
centro de resistencia del vehículo podrá realizarse mediante el
cálculo o, preferiblemente, mediante ensayos empíricos. La elección
de la distancia entre el punto de contacto de la bola con la
superficie de apoyo y el centro de la abertura poligonal se
efectuará en función de la maniobrabilidad que se desee para el
vehículo de juguete, con lo que podrán modificarse fácilmente las
características del mismo, según se trate de un automóvil deportivo
o de un vehículo de transporte, por ejemplo.
Para complementar la descripción que antecede y
con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características
de la invención, se va a realizar una descripción detallada de una
realización preferida, en base a un juego de dibujos que se
acompañan a esta memoria descriptiva y en donde, con carácter
meramente orientativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1 muestra un esquema en planta de las
fuerzas que actúan durante el autoalineamiento tal como se ha
comprobado que se produce en los vehículos realizados según la
técnica anterior.
La figura 2 muestra un esquema en planta de las
fuerzas que actúan durante el autoalineamiento tal como se ha
comprobado que se produce en el vehículo realizado según la
invención.
La figura 3 muestra una sección parcial, en
alzado, del vehículo objeto de la invención.
Las referencias numéricas corresponden a las
siguientes partes y elementos:
- 1.
- Vehículo de juguete
- 2.
- Cuerpo superior
- 3.
- Chasis
- 4.
- Abertura poligonal
- 5.
- Bola de inercia
- 6.
- Ruedas
- 7.
- Ejes de ruedas
- 8.
- Superficie de apoyo
- 9.
- Tabique circular
La figura 1 ilustra el esquema de fuerzas y
movimiento que se producen durante el autoalineamiento de un
vehículo realizado según la técnica anterior. Así el vehículo,
relativamente pesado, será el que determine la trayectoria principal
tras el impulso manual. La bola de inercia (5), actuando sobre el
tabique circular (9) genera una fuerza resultante R1 que provoca
sobre el vehículo un momento M1 que tiende a desplazar su parte
delantera en el sentido del impulso desviado, provocando el giro del
vehículo respecto a un centro de giro 0 que, en estas condiciones,
se sitúa entre y próximo a las ruedas traseras. El movimiento es
considerablemente brusco y poco natural, a la vez que supone
elevadas pérdidas por fricción entre la bola de inercia (5) y el
tabique circular (9).
En el vehículo de la invención se dispone la
bola de inercia (5) cautiva entre un cuerpo superior (2) y un chasis
(3) en el que se practica una abertura poligonal (4) a través de la
que la bola de inercia (5) puede rodar sobre la superficie de apoyo
(8), pero sin dejarla pasar a su través cuando se eleva el vehículo
(1) respecto a la superficie de apoyo (8). Ver figura 3.
Cuando se impulsa el vehículo de la invención en
una dirección no coincidente con su eje
antero-posterior, la trayectoria estará definida y
mantenida, principalmente por la bola de inercia (5) ya que hemos
asumido que, respecto a ella, el vehículo es considerablemente
ligero. En consecuencia y tal como se muestra en la figura 2, el
vehículo sufrirá un esfuerzo resultante R2 aplicado en su centro de
resistencia 0 debido a las fuerzas de fricción F_{r} que aparecen
en cada una de sus ruedas (6), lo que induce un momento de giro M2
que actúa sobre el vehículo desplazando simultáneamente tanto su
parte trasera como su parte delantera alrededor de la bola de
inercia (5) que sigue su trayectoria, imperturbable. La viveza de
reacciones estará en función del valor absoluto de la fuerza
resultante R2 y de la distancia "d" entre el punto de contacto
de la bola de inercia (5) sobre la superficie de apoyo (8) y el
centro de resistencia 0, pudiendo ser variada a voluntad. En la
figura 2 se ha supuesto que el peso se reparte al 50% entre las
ruedas delanteras y traseras lo que, por otra parte, corresponde a
un concepto defendido apasionadamente por determinadas marcas de
automóviles reales.
Respecto a la realización industrial, la bola de
inercia (5) deberá introducirse entre el cuerpo superior (2) y el
chasis (3) previamente a su unión mediante cualquier medio conocido,
y las ruedas podrán montarse giratorias sobre los correspondientes
ejes de ruedas (7), o bien podrán ser fijas, meramente decorativas,
formando parte del cuerpo superior (2) o del chasis (3), lo que
abaratará considerablemente el producto.
Serán evidentes para un experto en la materia
una serie de variantes y modificaciones posibles, siempre que se
mantenga la esencialidad de la invención. Así, en las figuras se ha
representado una abertura poligonal (4) en forma de hexágono por
haberse mostrado como una solución óptima pero, igualmente, podría
ser cuadrado, triangular o de un mayor número de lados, aunque en
este último caso se van perdiendo las ventajas de la baja fricción
según nos aproximamos al círculo.
Claims (3)
1. Vehículo de juguete autoalineable con energía
de inercia, caracterizado por comprender una bola de inercia
(5) alojada cautivamente en un cuerpo superior (2) y susceptible de
rodar sobre una superficie de apoyo (8) al iniciar el movimiento
manualmente, y cuando este cesa, comunicar su energía cinética de
rodadura al vehículo de juguete (1) a través del borde de una
abertura poligonal (4) que presenta un chasis (3) que cierre
inferiormente el citado cuerpo superior (2); estando la abertura
poligonal (4) situada por delante del centro de resistencia del
vehículo.
2. Vehículo de juguete autoalineable con energía
de inercia, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque la abertura poligonal es un hexágono.
3. Vehículo de juguete autoalineable con energía
de inercia, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque el peso del vehículo, sin considerar la propia bola de
inercia (5), se reparte por igual entre las ruedas delanteras y las
ruedas traseras.
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