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Die
Erfindung betrifft einen Konstruktionssatz zum Bau von zusammengesetzten
trennbaren 2D- und 3D-Figuren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Die
Erfindung kann als ein Spielzeugbaukasten, als Lehrmittel für die Darstellung
von einfachen und komplizierten zwei- und dreidimensionalen geometrischen
Figuren, als Bausatz für
Dekorationselemente u.ä.
verwendet werden.
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Aus
der
CH 491454 A1 ist
beispielweise ein Bausatz zum Bauen von aus ebenflächig begrenzten Teilen
zusammengesetzten Körpern
bekannt, der eine Gruppe von gleichen Pyramiden mit drei, vier oder
fünf gleichen
Seitenflächen
sowie ein Exemplar eines regulären
oder halbregulären
Vielflächners
aus den Pyramidengrundflächen
oder zu diesem zusammensetzbare, eine Symmetrieebene aufweisende Teile
enthält,
die durch Haftverbindung flächenschlüssig oder
gelenkig längs
einen Kante miteinander verbindbar sind.
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Nachteilig
ist, dass die Darstellungsmöglichkeiten
des Bausatzes dieser Art durch begrenzte Formen der Konstruktionselemente
und durch die Haftverbindung der Teile miteinander beschränkt sind.
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Aus
der
CH 490875 A1 ist
ein Konstruktionselement aus zwei pyramidenförmigen Körpern bekannt, die je an einer
Pyramidenkante fest oder lösbar
mit einander verbunden sind.
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Nachteilig
dabei ist, dass die Anwendungsmöglichkeit
des Konstruktionselements begrenzt ist, weil die Teile miteinander
durch eine Haft- oder Festverbindung aufgebaut sind und weil jedes
Element mit nur einem anderen Element gelenkig verbunden werden
kann.
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In
der
EP 0783907 A1 sind
ein Spielzeugkonstruktionssatz, besonders ein dreidimensionales Puzzlespiel
und eine Mehrzahl von Aufbauelementen beschrieben, die von einem
elastischen Plastikblatt gebildet werden und durch ein Plastikscharnier
aus einem Vorsprung und einem Schlitz eine Verbindung zwischen zwei
Seiten von gleichen oder unterschiedlichen Aufbauelementen ermöglichen.
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Nachteilig
ist, dass die Anwendungsmöglichkeiten
des Spielzeugkonstruktionssatzes durch begrenzte Verbindungsmöglichkeiten
der Konstruktionselemente beschränkt
sind.
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Nachteilig
ist auch, dass jedes Element mit nur einem anderen Element gelenkig
verbunden werden kann.
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Aus
der
EP 0761272 A2 sind
faltbare Modellbausteine aus flächigen
Werkstoffen bekannt, die durch ein Falt- Stecksystem mit paarweise
ineinandergreifenden Einstecklaschen und Einsteckschlitzen in ihrer
dreidimensionalen Form fixiert und zusammengehalten werden.
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Die
Nachteile bestehen darin, dass die Verwendungsmöglichkeiten der faltbaren Modellbausteine
dieser Art beschränkt
sind, weil die von einem elastischen Plastikblatt gebildeten Bauelemente gleichfarbig
sind und weil eine Kante der räumlichen Figuren
mit nur einer Kante der anderen Figuren verbunden werden kann.
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Aus
der WO 03/022384 A1 ist ein System und ein Satz von aufgespalteten
Polyederelementen und Verlängerungen
bekannt, der als Spielzeug oder zum Bau verschiedener Modelle von
Polyedern verwendet werden kann.
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Nachteilig
ist, dass die Zusammensetzung und Befestigung der Teile kompliziert
ist.
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Ein
bedeutender Mangel ist, dass mit dem System dieser Art keine dreidimensionale
Skelettbauweise aufgebaut werden kann.
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In
der
EP 1 072 295 A2 sind
umkehrbare expandierbare von Schleifen gebildete Strukturen beschrieben,
die verbundene Paare von polygonal geformten Verbindungen enthalten.
Die Polygonalverbindungen in der Schleife haben mindestens drei
Gelenkverbindungen. Jede Verbindung hat auch mindestens eine interne
Gelenkverbindung und eine Umkreisgelenkverbindung. Die internen
Gelenkverbindungen werden für
das Zusammenhalten der angrenzenden Verbindungspaare benutzt, um
die Schleife zu bilden. Die Schleifen von anderen Verbindungspaaren
können
durch die Umkreisgelenkverbindungen verbunden werden, um Strukturen
zu bilden.
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Nachteilig
ist, dass die unter Verwendung von Schleifen gebildeten Strukturen
auf beispielweise Spielzeug oder Lehrmittel beschränkt sind,
weil die Polygonverbindungen kompliziert sind und weil mit dem System
dieser Art keine dreidimensionale Skelettbauweise aufgebaut werden
kann.
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Nachteilig
ist auch, dass umkehrbare expandierbare von den Schleifen gebildete
Strukturen durch die komplizierte Teileverbindung nur für begrenzte
Altersgruppen verwendet werden können.
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Aufgabenstellung
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Ziel
der Erfindung ist die Beseitigung der oben erwähnten Mängel der Konstruktionssätze und Strukturen,
d.h. einen solchen Konstruktionssatz zum Bau von zusammengesetzten
trennbaren 2D- und
3D-Figuren zu schaffen, bei dem die Konstruktion der Bauteile und
Verbindungselemente so vorgesehen ist, dass man einfache ebenflächige Figuren und
komplizierte geometrische Körper
in weiterem Umfang als Spielzeug, Lehrmittel, Dekorationselemente
u.ä. einfach
und schnell aufbauen kann. Dabei kann der Konstruktionssatz für verschiedene
Altersgruppen verwendet werden.
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Die
gestellte Aufgabe wird durch einen Konstruktionssatz zum Bau von
zusammengesetzten trennbaren 2D- und 3D-Figuren mit den im Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Kanstruktionssatzes zum Bau von zusammengesetzten
trennbaren 2D- und 3D-Figuren sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der erfindungsgemäß Konstruktionssatz
gestattet es, in weiterem Unfang einfache 2D-Figuren und komplizierte
geometrische Körper
als Spielzeug, Lehrmittel, Dekorationselement u.ä. aus begrenzten Teilen aufzubauen
und für
verschiedene Altersgruppen zu verwenden.
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Durch
die Ausführung
der begrenzten Teile des Konstruktionssatzes auch in Form von Leisten mit
der Möglichkeit,
zwei Leisten durch eine trennbare Gelenkverbindung ihrer Enden miteinander
zu drehen und festzusetzen und mit dem Ring mit einem Außendurchmesser
gleich einem Innenkreisdurchmesser des Dreiecks, des Vierecks oder
des n-Ecks und mit der Stärke
gleich der Stärke
der Leiste, werden die Darstellungsmöglichkeiten des Konstruktionssatzes
erweitert.
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Durch
die Ausführung
der Teile mit abgerundeten Kanten mit einem Radius bis zur Hälfte der Stärke der
Teile und mit einer trennbaren Verbindung jeder Drei-, Vier- oder
Vieleckteile gelenkig längs
den Seiten mit den zwei anderen Teilen, mit den zwei Leistenvielecken
oder jeder Leiste längs
der Seite mit den zwei anderen Leisten oder Vieleckteilen, werden die
verschiedenen räumlichen
Körper
und auch dreidimensionale Skelettbauweisen aufgebaut.
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Durch
die Ausführung
der trennbaren Verbindung der Drei-, Vier oder Vieleckteile mit
einer Federklammer, zusammenwirkend mit mindestens einem Element,
vorgesehen an jeder Seite der Drei, Vier- oder Vieleckteile als auch an der äußeren Längsseite der
Leisten symmetrisch relativ zum Zentrum der Seite, werden die ebenflächigen und
auch die räumlichen
Figuren schnell und einfach auf/ausgebaut. Dadurch, dass an jede
Kante der 3D-Figuren zwei weitere Kanten von anderen 3D-Figuren
trennbar und gelenkig gesetzt werden können und dass Drei-, Vier-,
Vieleckteile, Leistendreiecke, Leistenvierecke, Leistenvielecke
oder Grundflächen
des Prismas, der Pyramide, des Polyeders mit dem gleichen Innenkreisdurchmesser
durch trennbare Verbindung mit dem Ring flächenschlüssig und umgewendet miteinander
relativ zur vertikalen Achse verbunden werden können, können zusätzlich neue räumliche
Körper gebaut
werden.
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Durch
die Ausführung
der Leisten mit der gleichen Stärke
und Breite und mit verschiedenen Längen, mit einer Vertiefung
gleich der Hälfte
der Stärke
der Leiste an einer Stirnseite und einer entsprechenden Vertiefung
an der gegenüberliegenden Ebene,
mit einem vorgesehenen Zapfen und einem Vorsprung in der Vertiefung
an einer Seite sowie einem Loch und einer konzentrisch angeordneten
Aushöhlung
in der Vertiefung an der gegenüberliegenden Ebene
für die
Zusammenwirkung mit dem Zapfen und dem Vorsprung an der anderen
Leiste, können Leistendreiecke,
Leistenvierecke, konvexe oder konkave Leistenvielecke gebildet werden.
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Durch
die Ausführung
des Elements, vorgesehen zur Zusammenwirkung mit der Federklammer, im
Querschnitt in Form einer ringförmigen
Rille, angeordnet symmetrisch zu den äußeren Ebenen der Teile mit
der Breite der ringförmigen
Rille als die doppelte Höhe
der Federklammer und mit dem Innendurchmesser gleich mindestens
der Differenz zwischen der Stärke
der Leiste und der doppelten Stärke der
Federklammer, wird jede Kante der Teile oder der Figuren mit der
längsgleichen
Kante der nebenliegenden Teile oder der Figuren gelenkig verbunden.
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Durch
die Ausführung
der aus Kunststoff, Metall oder anderem Material gefertigten Federklammer
in Form eines aufgebrochenen Ovals, als eine flächige oder kreisförmige Feder,
mit vorgesehenem größtmöglichen
Außenquerschnitt
relativ der vertikalen Achse gleich der doppelten Stärke der
Leiste, wird die Verbindung der Teile und der verschiedenen ebenflächigen und
räumlichen
Figuren miteinander schnell, einfach und zuverlässig auf/ausgebaut.
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Durch
die Ausführung
der begrenzten Teile aus Kunststoffen oder natürlichen Stoffen (Metall, Holz,
Glas u.ä.)
in gleichen oder unterschiedlichen Farben oder Anstrichen und mit
einigen verschiedenförmigen
Ausschnitten an den Flächen
der Teile werden die Darstellungs- und Anwendungsmöglichkeiten
des Konstruktionssatzes umfangreicher.
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Durch
die Ausführung
der Leiste in zylindrischer Form mit einem Außendurchmesser gleich der Stärke der
Drei-, Vier- oder Vieleckteile und mit einem Einstich in der Mitte
mit einem Durchmesser meistens gleich der Differenz zwischen dem
Außendurchmesser
und der doppelten Stärke
der Federklammer und mit der Breite mindestens in der doppelten
Höhe der
Federklammer kann die Leiste einfach hergestellt werden.
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Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
wird der Konstruktionssatz zum Bau von zusammengesetzten trennbaren
2D- und 3D-Figuren anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße begrenzte Dreieckteile,
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2 die
erfindungsgemäße begrenzte Viereckteile,
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3 die
erfindungsgemäße begrenzte
Vieleckteile,
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4 der
Vorderansicht der Leiste gemäß der Erfindung,
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5 die
Ansicht e gemäß 5,
vergrößert,
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6 den
Querschnitt b-b gemäß 1 bis 4,
vergrößert,
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7 den
Querschnitt der trennbaren Gelenkverbindung zweier Leisten miteinander,
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8 einen
erfindungsgemäßen Ring,
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9 eine
erfindungsgemäße Federklammer
zur Verbindung zweier Teile, vergrößert,
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10 eine
Vorderansicht der Leiste gemäß der Erfindung
in einer Ausführungsvariante
in zylindrischer Form,
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11 die
erfindungsgemäßen Leistendreiecke,
Leistenvierecke und Leistenvielecke aus Leisten gemäß 10
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12 einige
einfache Kombinationsmöglichkeiten
des erfindungsgemäßen Konstruktionssatzes
zum Bau zusammengesetzter 2D-Figuren,
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13 einige
Kombinationsmöglichkeiten des
erfindungsgemäßen Konstruktionssatzes
zum Bau regelmäßiger Polyeder,
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14 einige
Varianten der trennbaren Verbindung der Teile und Figuren miteinander,
vergrößert:
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14a den Querschnitt p-p gemäß 12;
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14b den Querschnitt n-n gemäß 13;
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14c die trennbare Verbindung dreier Teile,
Querschnitt;
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14d die trennbare Verbindung zweier Figuren,
Querschnitt;
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14e die trennbare Verbindung von fünf Teilen
oder zwei Figuren und einem Teil, Querschnitt,
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15 einige
Kombinationsmöglichkeiten des
erfindungsgemäßen Konstruktionssatzes
zum Bau komplizierter zusammengesetzter 3D-Figuren.
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Die
in 1–11 dargestellten
Basiskonstruktionselemente bestehen aus Dreieckteilen (1), Viereckteilen
(2), n-Eckteilen (3), Leisten (4), Ringen (5)
und Federklammern (21). Die Dreieckteile (1) sind als
gleichseitige (1a) oder als gleichschenklige (1b) Dreiecke gebaut. Die Viereckteile
(2) sind als ein Quadrat (2a),
als ein Rechteck (2b) oder als eine
Raute (2c) gebaut. Die n-Eckteile (3)
sind beispielweise als regelmäßige konvexe
Fünfecke
(3a), Sechsecke (3b),
Achtecke (3c) u.ä. gebaut. Die Leisten (4)
(4) sind mit der gleichen Stärke „a" und Breite „b" und mit den verschiedenen Längen „L" hergestellt. Die
Länge „L" der Leisten (4) ändert sich
nach der Änderung
der Längen
der Dreieck-, Viereck- oder n-Eckseiten oder der Längen des
Schenkels des Dreiecks. Die Leisten (4) haben eine Vertiefung
(6) gleich einer Hälfte
der Stärke „a/2" an der Ebene (7)
der Leiste (4) von einer Stirnseite (8) und an
der gegenüberliegenden
Ebene (9) der anderen Stirnseite (10). Die Stirnseitenfläche (11)
der Leiste (4) ist in zylindrischer Form ausgebaut. Im
Zentrum der Vertiefung (6) an einer Seite der Leiste (4)
befindet sich ein Zapfen (12) und in der Peripherie ein
Vorsprung (13). In der Vertiefung an der gegenüberliegenden
Seite der Leiste (4) befinden sich ein Loch (14)
und konzentrisch angeordneten Aushöhlungen (15) 5.
Der Zapfen (12) und der Vorsprung (13) einer Leiste
(4) bilden bei der Zusammenwirkung mit dem Loch (14)
und der Aushöhlung (15)
der anderen Leiste (4) eine trennbare Gelenkverbindung
(16), durch welche zwei Leisten sich miteinander drehen
und arretiert werden können (7).
Die Ringe (5) sind mit einen Kreisquerschnitt „dr" gleich
der Stärke „a" der Leiste (4)
und mit einem Außerdurchmesser „Dr" gleich
einem Innenkreisdurchmesser „DT" des
Dreiecks, des Vierecks oder des n-Ecks ausgebildet (8).
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Die
Kanten (17) der Teile (1, 2, 3)
und die Kanten (19) der Leiste (4) sind mit dem
Radius bis zu Hälfte
der Stärke „a" abgerundet. An jeder
Seite (18) der Drei- (1), Vier- (2) oder
Vieleckteile (3) und auch an der äußeren Längsseite der Leisten (4)
ist mindestens ein Konstruktionselement (20) symmetrisch
zum Zentrum der Seite ausgebaut.
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Das
Konstruktionselement (20) ist im Querschnitt in Form einer
ringförmigen
Rille (22) symmetrisch zu den äußeren Ebenen der Teile ausgebildet. Die
Breite „f" der ringförmigen Rille
(22) ist mindestens gleich der doppelten Breite der Federklammer (21)
und der Innendurchmesser „d" ist meistens gleich
der Differenz zwischen der Starke „a" der Leiste (4) und der doppelten
Stärke „k" der Federklammer (21)
hergestellt (6). In einer anderen Ausführungsvariante
(10) wird die Leiste (4) in zylindrischer
Form mit einem Außendurchmesser
gleich der Stärke
der Drei- (1), Vier- (2) oder Vieleckteile (3)
und mit einem Einstich in der Mitte mit einem Durchmesser „d" meistens gleich
der Differenz zwischen dem Außendurchmesser
und der doppelten Stärke
der Federklammer (21) und mit der Breite mindestens in der
doppelten Breite der Federklammer (21) ausgebildet.
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Die
Federklammer (21) ist in Form eines aufgebrochenen Ovals
als eine flächige
oder kreisförmige
Feder mit einem größtmöglichen
Außenquerschnitt „M" relativ zu der vertikalen
Achse (23) gleich der doppelten Stärke der Leiste (4)
ausgebildet (9). Dabei ist das Abmaß P des
gebrochenen Teils des Ovals weniger als Abmaß T.
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Die
Federklammer (21) mit den Konstruktionselementen 20 von
zwei nebeneinanderliegenden Seiten der Teile (1, 2, 3)
oder Leisten (4) oder mit den Ringen (5) bildet
eine durch ein Gelenk bewegliche und trennbare Verbindung (14)
der Teile oder Figuren.
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An
jede Kante der Teile (1 bis 4) können zwei weitere
Kanten von anderen Teilen trennbar und gelenkig gesetzt werden.
Ebenso können
an jede Kante der 3D-Figuren zwei weitere Kanten von anderen 3D-Figuren
trennbar und gelenkig nachgebaut werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 12 werden
die verschiedenen Bauteile (1, 2, 3, 5),
durch eine Verbindung mit der Federklammer (21) eine ebenflächige Figur
bilden.
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In 13 ist
ein halbregulärer
Körper
gezeigt, dessen Flächen
von gleichseitigen Dreiecken und Quadraten gleicher Kantenlänge gebildet
sind und die mit der Federklammer (21) verbunden werden.
Die Quadrate und gleichseitigen Dreiecke können als Dreieck- oder Viereckteile
oder als Leistendreiecke oder Leistenvierecke verwendet werden.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 15 zeigt
einen aus Fünfeckteilen
(3) ausgebauten Dodekaeder (27) mit den fünfseitigen
Pyramiden (28) mit einer fünfeckigen Basisfläche (3),
deren dreieckige Seitenflächen
(1) in der Verlängerung
einiger Flächen
(3) des Dodekaeder (27) liegen und mit einem fünfseitigen
Prisma (29) mit einer fünfeckigen
gleichen Basisfläche
(3), die über
den Ring (5) durch die Federklammer (21) sich
mit einer Fläche
(3) des Dodekaeders (27) umdrehend verbindet.
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Die
Variationsmöglichkeit
bei in der Darstellung komplizierten geometrischen Körpern durch
den beschriebenen Konstruktionssatz ist praktisch unbegrenzt.