レールに結合した車両の進行方向を変更する装置、当該装置を有するレールに結合した乗り物及び当該装置の動作の方法

本願は、レールに結合した車両の進行方向を変更する装置、当該装置を有するレールに結合した乗り物及び当該装置の動作の方法に関する。

レールに結合した乗り物、特にジェットコースターは、アミューズメントパーク、お祭り、教会開基祭におけるもっとも好まれるアトラクションの１つである。 そのような乗り物を使用する際に感じるアミューズメントに対して、起こることのない危険な状況が示唆される場合にスリルを増すことに特に貢献する効果を発揮する。 急峻なスロープと降下セクションに加えて、乗り物が軌道から外れるような気分を生じさせるきついカーブ、及び、避けられないと思われる衝突を暗示する効果は、特に、突然で予期しない移動方向の変化からのもので、このため、レールに結合された乗り物の移動方向を変える装置が数多く開発されてきた。

例えば、特許文献１には、平面上に位置する導入レールセクション及び退出レールセクションと、導入レールセクションと退出レールセクションによって規定される平面に関して垂直な軸の周りに回転可能な接続レールセクションを有する乗り物のための回転装置が開示されている。 特許文献２には、シーソーとして実現されている接続レールセクションが、傾斜を有する導入レールセクションから傾斜を有する退出レールセクションへの移行部が形成されているローラコースタが開示されている。 特許文献３には、レールに結合された乗り物の移動方向を変える装置が開示されており、この装置では、回転、又は、傾ける運動に追加して、上述の２つの文献に記載されているような、追加的に接続レースセクションを上げたり、下げたりする。

本発明の目的は、レールに結合された車両で、このレールに結合された車両を有する乗り物を使う際に、より多く娯楽とスリルが増加するレールに結合された車両の移動の方向を変更する装置を提供することである。 この目的は、請求項１の特徴部分に記載されたレールに結合された車両の移動方向を変更する装置において、請求項１５の特徴部分を有するレールに結合された車両の移動方向を変更する装置を有するレールに結合された乗り物において、請求項１７の特徴部分を有するレールに結合された車両の移動方向を変更する装置の動作方法において達成される。 発明の有利なさらなる展開は従属項の目的である。

本発明のレールに結合された車両の移動の方向を変更する装置は、（少なくとも）導入レールセクションと、（少なくとも）退出レールセクションと、接続レールセクションとを有し、接続レールセクションは、少なくとも回転運動の軸の周りの回転運動、すなわち、特に３６０度よりも小さくすることができる回転角度の回転運動の軸の周りの回転運動を含む１つの動作により、レールに結合した車両が接続レールセクションに乗り上げることができように導入レールセクションに相対的に接続レールセクションが配置される第１の位置から、車両が退出レールセクションに乗り上げることができるように退出レールセクションに相対的に配置される第２の位置まで移動することができる。 この場合に、本願明細書における意義として、「回転運動」という概念には、軸の周りの回転運動であって、軸への間隔が一定である場合も、軸への間隔が変化し、回転軸に垂直な平面において、円運動をする場合も、螺旋又は楕円運動する場合も含まれるものとする。

次に、接続レールセクションの第１の位置又は第２の位置について簡単に説明すると以下の通りである。 すなわち、第１の位置は、レールに結合した車両が接続レールセクションに乗り上げることができように導入レールセクションに相対的に接続レールセクションが配置される位置であり、第２の位置は、車両が退出レールセクションに乗り上げることができるように退出レールセクションに相対的に配置される位置である。

ここで補足すべきことは、レールの正確な種類には、依存しないことである。 本願発明では、同種のレール構造で実現できるだけでなく、例えば、モノレールシステム、磁気レールシステム又は空気レールによって実現することも可能である。

発明の特徴は、接続レールセクションは接続レールセクションの第１の位置から第２の位置への運動が、さらに、少なくとも回転運動に重畳された前記回転運動の軸に平行な方向の並進運動、特に接続レールセクションの降下、を含むように移動可能であることである。 特に、回転降下スイッチを設けることができ、回転運動に降下運動を重畳される。 これは、一方で、（自由）落下の前に利用者に恐怖を与えることにより、他方で、そのような運動の際に、走行がどちらの方向にさらに進むか予測するのが難しくなることにより乗り物の利用の際によりスリルを増大するためである。

技術的には、接続レールセクションの上昇、降下は、例えば、油圧による又は機械による上昇装置により接続レールセクションを持ち上げるようにすることで実現することができる。 以下に、より詳しく説明されているように、特に、接続レールセクションの降下は、駆動装置無しで可能である。 より好ましくは、接続レールセクションの降下は、自由落下により実行される。

特に、そのような運動の重畳は、螺旋状の運動とすることができる。

さらに、好ましくは、並進運動は、降下運動として実施される。

本発明のより好ましい展開によれば、接続レールセクションの運動は、第１の位置から第２の位置の間の経路上で、少なくとも１回、第２の位置を通過するように移動するように駆動され、及び／又は制御される。 これは、最初は、第２の位置まで一方向に回転し、次に、反対方向に回転する場合である。 この例から明らかなように、接続レールセクションが最終的に第２の位置に到着し、停止する前に接続レールセクションが進む道のり全体が経路として理解される。 これにより車両は、退出レールセクションに乗り上げ継続して走行することができる。

走行の楽しみは、結合された方向の変更によってだけでなく、走行が退出レールセクション上で続けられるという期待が、最初は、裏切られるように思われ、その代わりに、走行が虚空に向かって進んでいるように思われることによっても高められる。

「駆動」と「制御」の違いは、以下のとおりである。 すなわち、駆動された運動というのは、運動が装置に属する駆動装置により引き起こされるものである。 以下にするより詳しく説明するように、接続レールセクションを運動を引き起こすために、ある状態の下では、接続レールセクションの位置エネルギーを使うことができる。 この場合は、運動は、ガイド手段（これは、駆動された運動にも原則的に用いることができる）によって制御される。

さらなる走行の楽しみは、さらなる運動の自由度を重畳することで成し遂げられる。 例えば、接続レールセクションは、ウォブリング動作とするができ、又は、回転軸を偏心して設けるようにすることができる。

代替的、又は追加的に、さらに、接続レールセクションは、接続レールセクションが第１の位置から第２の位置への運動が、さらに、少なくとも回転運動に重畳された回転運動の軸に平行な方向の接続レールセクションの一端部の並進運動と接続レールセクションの他端の反対の並進運動とを含むように移動可能とすることで、全体として接続レールセクションの傾き運動とするとすることができる。 このような可動性は、例えば、第１の位置で、レールに結合した車両を接続レールセクション上で地面に本質的に平行に乗り上げさせ、次に第２の位置で、直接、直滑降に移行する。 これは、接続レールセクションに、適したジョイントを設けることで実現でき、この自由度に関する運動は、別々の駆動装置、又は（機械的な）強制条件を課することで実現できる。

この走行の楽しみをさらに引き上げる対策としては、装置が、第２の位置の周りで接続レールセクションの振動を発生させる手段を有するようにすることである。 これは例えば、モータの制御により、回転方向を適切に変更することで実現でき、また、機械的な手段によっても実現できる。

特に、好ましくは、接続レールセクションは、ガイドレール上でガイドされガイドレールのコースが運動の強制カーブを示すように構成できる。 このようなやり方で、その位置エネルギーによって駆動されるシステムの使用により接続レールセクションの運動の経路のカーブは望まれるやり方で影響を及ぼされる。 そのような構成の、特に駆動システムで現れる利点は、ただ単に回転運動のための１つの駆動装置が設けられれば良いということである。 すなわち、追加の上昇及び／又は傾き運動は、単に接続レールセクションのガイドによる強制カーブで実現できるからである。 これは、普通は、上昇又は傾き運動のための同期制御の他の油圧の駆動装置よりも明らかに有利である。

ガイドレールのそのようなガイドは、例えば、車輪、ウィンチ台車、又は、そりを接続レールセクションにガイドレールの上、又は下に沿って動くように配置することによって実現される。 接続レールセクションの追加の傾き運動を引き起こす強制カーブの幾つかの形態のなかで、車輪、ウィンチ台車、又は、そりが、接続レールセクションの所望の運動がコース上で強制カーブに従うように接続レールセクションに相対的に移動可能に設けられるのが適切である。

ガイドレールが空間に閉じたカーブを描くと特に有利である。 というのは、そのようにすることによって、接続レールセクションを第１の位置から第２の位置まで移動させた回転運動を継続することで、第２の位置から第１の位置まで戻ることができ、循環運転が可能となるからである。

回転運動と、これに組み合わされた昇降運動に好適なジオメトリは、ガイドレールの間隔が、回転運動の軸から回転運動の軸に垂直なすべての方向で、一定である構成である。 ガイドレールの異なる部分は、回転運動の軸に平行な方向で互いに間隔が開けられるように構成することで、ガイドレールにより簡単に接続レールセクションの上昇動作と下降動作を引き起こすことができる。

より詳細なガイドレールの構成は、接続レールセクションがガイドされるガイドレールの部分においてガイドレールによって描かれた空間カーブは、第２の位置にあるときに最小値、すなわち、ローカルな最小値、より好ましくは、グローバルな最小値を有することである。 これにより、その最小値が、地球の重力場の位置エネルギーの最小値と一致し、接続レールセクションに作用する地球の引力の使用によって第１の位置から第２の位置への運動を実行するにするようにレールに結合した乗り物に装置を取り付けることができる。

レールに結合された車両の移動方向を変更する装置の出口位置への適切な返送を可能とするために、接続レールセクションを第２の位置から第１の位置へ移動させる駆動装置を設けることは意味のあることである。

本発明のレールに結合した乗り物は、特に、ローラコースタに適用でき、先行する請求項のレールに結合した車両の移動方向を変更する装置を有するレールシステムとして特徴づけられる。

レールに結合した乗り物のより好ましい実施形態として、レールに結合された車両の移動方向を変更する装置は、第１の位置における地面に対する位置エネルギーが第２の位置におけるよりも高くなるように構成される。 この場合の有利な点は、第１の位置での位置エネルギーが最大になり、第２の位置で最小となることである。

これにより、本質的に重力によって駆動される回転降下スイッチを設けることができる。 第１の位置は、例えば、適切に形成されたガイドレールを設けることにより、不安定なバランス位置として実現され、その位置は、車両が乗り上げる際に、支持機構に固定され、バランス位置の放棄を引き起こすために支持機構を外し、及び／又は、万一起こり得る運動量移動の後、重力によって駆動される組み合わせられた回転落下運動が起こり始める。 したがって、接続レールセクションは、最初に第２の位置に来る時点まで運動エネルギーを有し、次に第２の位置を通ってその運動を続ける。

第２の位置で、位置エネルギーの（ローカル又はグローバルの）最小が存在する場合に、接続レールセクションのさらなる運動の過程で、その運動エネルギーは、位置エネルギーに、その変換が完了するまで変換される。 その後で、接続レールセクションは、位置エネルギーにより駆動されて反対方向に進み、さらに、第２の位置へ戻る方向に進む。 これによって第２の位置の周りで接続レールセクションの振動が発生する。 この振動は、接続レールセクションの軸受けの摩擦損失により、接続レールセクションが第２の位置で歯止め機構によって止められるまで減衰する。

完全を期すために次のことに言及する必要がある。 すなわち、第２の位置の周りでの上述したような接続レールセクションの振動については、上述した造形のガイドレールにすることが避けられないということでは決してない。 例えば、第２の位置で接続レールセクションを捕らえ、バネに固定された受け止めシステムを有していても良い。 接続レールセクションの第２の位置での運動エネルギーは、バネ張力としてバネの位置エネルギーが変換される。 このバネの位置エネルギーが第２の位置へ戻る方向に運動の方向を変えるように働く。

本発明の、レールに結合された車両の移動の方向を変更する装置であって、導入レールセクションと、退出レールセクションと、接続レールセクションとを有し、接続レールセクションは、回転動作と回転運動に重畳された上昇又は下降運動により、レールに結合した車両が接続レールセクションに乗り上げることができように導入レールセクションに相対的に接続レールセクションが配置される第１の位置から車両が退出レールセクションに乗り上げることができるように退出レールセクションに相対的に配置される第２の位置まで移動することができる装置の動作方法は、少なくとも 第１の位置に接続レールセクションを移動させるステップと、
レールに結合した車両を、導入レールセクションを通して接続レールセクション上に導入するステップと、
接続レールセクションを第１の位置から第２の位置へ移動させるステップと、
レール結合した車両を接続レールセクションから退出レールセクションに退出させるステップと を有する。

発明の本質部分は、接続レールセクションの第１の位置から第２の位置への運動は、少なくとも回転軸の周りの回転運動と回転運動に重畳された回転運動の軸（Ａ）に平行な並進運動を有することである。 より好ましくは、並進運動が落下運動である。

この方法の有利な展開は、接続レールセクションの第１の位置から第２の位置への運動が次のように実行されることである。 すなわち、接続レールセクションは、第１の位置から第２の位置への運動の際に、少なくとも１回、第２の位置を通過するようにガイドされる。 これは、特に、接続レールセクションの第１の位置から第２の位置への運動は、減衰された振動によって実行される。 すなわち、最初に第２の位置を通過し、特に小さくなる第２の位置までの最大距離でこの周りに振動する運動によって実行される。

特に、有利な点は、重力の作用により接続レールセクションの運動が引き起こされると、それにより自由落下の感覚が増強されることである。 この場合は、好ましくは、接続レールセクションの第１の位置への運動だけモータ又は駆動装置により実行される。

また、接続レールセクションの全体の運動が適切なプログラムによって制御された駆動装置によって実行されるようにすることもできる。

本発明によれば、レールに結合された車両で、このレールに結合された車両を有する乗り物を使う際に、より多く娯楽とスリルが増加するレールに結合された車両の移動の方向を変更する装置を提供することができる。

レールに結合された車両の移動方向を変更する装置の実施形態の側面図であり、レールに結合された車両（不図示）が接続レールセクションに乗り上がることができるように、接続レールセクションが導入レールセクションに対して配置されている第１の位置を示す図である。

図１ａに示す第１の位置における図１ａの実施形態の上面図である。

不図示の車両が退出レールセクションに乗り上がることができるように接続レールセクションが退出レールセクションに対して配置されている第２の位置の図１ａの実施形態の側面図である。

図１ｃに示す第２の位置にある場合の図１ａの実施形態の上面図である。

以下、本発明を特別の実施形態を示す図に基づいて例示的に説明する。

図１ａから図１ｄは、それぞれ、本発明の同じ実施形態を示しているので、同じ参照符号が用いられている。 図面の可視性を高めるために、各々の図面において、すべての参照符号が記載されていない。 実施形態が対称であるため、それぞれ、乗り上げを可能にする２つの第１の位置ｐ１、ｐ２と、２つの第２の位置ｐ３、ｐ４がある。 接続レールセクションが、例えば、不図示の車両のレール上の駆動メカニズムの実施形態の結果として、一方の方向にのみ移動可能である場合には、通常は、車両の与えられた望みの移動経路のために１つの第１の位置と１つの第２の位置を有する。

図１ａは、レールに結合された、導入レールセクション１０１、接続レールセクション１０２、及び退出レールセクション１０３、１０４を有する不図示の車両の移動方向を変更する装置１００の側面図である。 図１ａに描かれているように、接続レールセクション１０２は、第１の位置ｐ１又はｐ２に位置し、導入レールセクション１０１に直接に接するようになっており、これによりレールに結合された不図示の車両が導入レールセクション１０１から接続レールセクション１０２上に乗り上げることが出来るようになっている。

幾つかの退出レールセクション１０３，１０４を設けることで、移動経路を変更し、ユーザがより予測可能でない乗り物を形成することができ、乗車の楽しみを高めることが出来る。 同様に、２つ以上の導入レールセクションを設けることも原則として可能である。

装置１００は、本実施形態では、円形のベースプレート１０５を有している。 円形ベースプレート１０５の中心部は、中空シリンダ１０６によって貫通されている。 中空シリンダ１０６は、ベースプレート１０５に対して軸Ａの周りを回転可能に支持されている。 中空シリンダ１０６の内部には、接続レールセクション１０２に接続された柱１０７が、駆動装置が起動されると、又は、好ましくは駆動装置なしで、軸Ａの周りの回転に対し変位可能に中空シリンダ１０６内でガイドされる。 なお、中空シリンダ１０６の回転可能なベアリングを使わずに、その代わりに柱１０７を変位可能で、軸Ａの周りに回転可能とするように構成することもできる。

これらの構成により、接続レールセクション１０２の軸Ａの周りの回転運動と、この回転運動に重畳させた接続レールセクション１０２の軸Ａに平行の方向の上昇又は下降運動を可能にする。

図１ｃは、図１ａに示す装置１００が第２の位置ｐ３又はｐ４に移動後の側面図である。 図１ｃに示すように、接続レールセクション１０２は、不図示の車両が退出レールセクション１０３、１０４上に乗り上がることができるように退出レールセクション１０３、１０４に対して配置される。 第１の位置ｐ１から第２の位置ｐ２へ到着するように、接続レールセクション１０２は、軸Ａの周りの接続レールセクション１０２の回転運動と、この回転運動に重畳した、接続レールセクション１０２の軸Ａに平行な方向の昇降運動を実行する。 したがって、図１ｃでは、図１ａに状況とは反対に、柱１０７は、中空シリンダ１０６より高くはならず、中空シリンダ１０６の下方から下向きに突き出ている。

もし、接続レールセクション１０２の移動の追加の自由度として、接続レールセクション１０２の一端の回転運動に重畳される回転運動の軸Ａに平行な方向への平行移動と、接続レールセクション１０２の他端の反対方向に平行移動が望まれる場合（これは、本実施形態の場合とは異なるが）には、柱１０７と接続レールセクション１０２との接続は、ジョイントにとして実施されなければならず、回転運動の軸Ａに平行な接続レールセクション１０２全体の万一起こり得る平行移動の固定手段が設けられるべきである。

図１ａ、図１ｃから分かるように、ベースプレート１０５には、ガイドレール１０８が配置されており、ガイドレール１０８は、支柱１０９によって締結されており、ガイドレール１０８上では、接続レールセクション１０２がガイド要素１１０によって、その両端においてガイドされる。 ガイド要素１１０は、例えば、ガイド車輪、ウィンチ台車、又は、そり等で構成される。

図１ｂ、図１ｄから明確に分かるように、ガイドレール１０８は、空間に閉じたカーブを描き、本実施形態では、このカーブは、回転運動の軸に垂直なすべての方向で、回転運動の軸Ａとガイドレール１０８との間の距離が同じになるようになっている。 しかし、これは、強制的なものではない。 特に、接続レールセクション１０２の移動の追加の自由度として、接続レールセクション１０２の一端の回転運動に重畳される回転運動の軸Ａに平行な方向への並進運動と、接続レールセクション１０２の他端の反対方向に並進運動がなされる実施形態の場合には、この実施形態の偏差、及び／又は、接続レールセクション１０２に対するガイド要素１１０の接続レールセクション１０２における変位可能な配置は、役に立つものである。

さらに、図１ａ、図１ｃから分かるように、ガイドレール１０８の異なる部分が、互いに、以下のように回転運動の軸Ａに平行の方向に間隔がとられる。 すなわち、地面に平行に配置されたベースプレート１０５に置かれたガイドレール１０８では、接続レールセクション１０２がガイドされる位置が、図１ａに示すように、第１の位置ｐ１、又はｐ２にある場合には、ベースプレート１０５に対するガイドレール１０８の高さは、最大となり、位置ｐ１、又はｐ２で地球の重力場の位置エネルギーが最大になる。 これに対して、接続レールセクション１０８がガイドされる位置が、第２の位置ｐ３、又はｐ４にある場合には、ベースプレート１０５に対するガイドレールの高さは、最低になり、この位置において地球の重力場の位置エネルギーは最小となる。

本実施形態では、接続レールセクション１０２の動作は、重力によって駆動される振動として引き起こされる。 レールに結合された、不図示の車両が第１の位置ｐ１又はｐ２にあるか、好ましくは乗り上げの動作の際に第１の位置ｐ１又はｐ２に固定される接続レールセクション１０２に、レールに結合された不図示の車両が乗り上げると、重力によって（回転方向は、場合によっては、短い起動の駆動装置又はインパクトによって前もって定めるか、或いは、不安定なバランス位置から偶然に決まるようにすることができる。）回転運動と第２の位置ｐ３、ｐ４の方向への下降運動が組み合わされた運動により移動し、第２の位置ｐ３、ｐ４で、その位置での運動エネルギーにより、その位置を通り越して振動する。

従って、接続レールセクション１０２は、再び、ガイドレール１０８を登り始め、それによって、運動エネルギーの変換が完了する引き返し点に到着するまで運動エネルギーは、再び、位置エネルギーに変換される。 摩擦のため、この引き返し点は、通常は、第１の位置ｐ１又はｐ２とは一致しないが、接続レールセクション１０２がよりわずかな位置エネルギーを有する点と一致する。

戻り点において存在する位置エネルギーは、最初に再び第２の位置ｐ３、ｐ４の方向に最初に再び進行する運動の運動エネルギーに変換され、もし第２の位置ｐ３、ｐ４でとらえられなかったら新たに戻り点まで移動し、摩擦のために運動の出口点よりもより少ない位置エネルギーもつようになる。 このプロセスは、接続レールセクション１０２が第２の位置において決定されるバランス位置において位置エネルギーの最小値に到達するまで繰り返される。

全体として、接続レールセクション１０２は、重力によって駆動され、特に減衰する、第２の位置ｐ３又はｐ４の周りの振動を実行する。 減衰の選択又は変更することにより、振動数は、バランス位置に達するまで影響を受ける。

１００ 装置 １０１ 導入レールセクション １０２ 接続レールセクション １０３、１０４ 退出レールセクション １０５ ベースプレート １０６ 中空シリンダ １０７ 柱 １０８ ガイドレール １０９ 支柱 １１０ ガイド要素 Ａ 軸 ｐ１、ｐ２ 第１の位置 ｐ３、ｐ４ 第２の位置