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Die
Erfindung betrifft einen Konstruktionsbaukasten mit einer Mehrzahl
von Zahnrädern und einer Mehrzahl von im Querschnitt polygonalen
Wellen, die jeweils in Wirkverbindung mit den Zahnrädern
bringbar sind, und mindestens einer ersten und mindestens einer
zweiten drehfest mit einem Zahnrad verbindbaren Stecknabe, wobei
die erste Stecknabe drehfest mit jeder Welle verbindbar ist und
die zweite Stecknabe nicht drehfest mit jeder Welle verbindbar ist.
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Derartige
Konstruktionsbaukästen sind auf dem Spielwarenmarkt seit
langem bekannt. Mit Hilfe der Zahnräder und Wellen können
einfache Getriebe gebaut werden, um beispielsweise Drehzahlen von Motoren
zu reduzieren. Auch Modelle, bei denen aus Zahnrädern und
Wellen einfache Mehrganggetriebe gebaut werden, sind bekannt.
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Herkömmlicherweise
weisen die Zahnräder eine zentrale Bohrung polygonalen
Querschnittes auf, der dem Querschnitt der polygonalen Welle entspricht.
Dadurch können ein Zahnrad und eine Welle durch einfaches
Aufstecken des Zahnrades auf die Welle formschlüssig miteinander
verbunden werden. In dieser Ausgestaltung sind Zahnrad und Welle
folglich immer drehfest miteinander verbunden. Ein Drehen des Zahnrades
relativ zur Welle ist nicht möglich. Dies schränkt
die möglichen Konstruktionen stark ein, da beispielsweise
Getriebe, bei denen ein Zahnrad als runddrehen- des Zwischenrad,
das auf einer feststehenden Drehachse montiert ist, nicht möglich sind.
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Eine
andere bekannte Variante sieht vor, sowohl die Wellen als auch die
zentralen Bohrungen in den Zahnrädern kreisförmig
auszubilden. In diesem Fall ist durch einfaches Aufstecken des Zahnrades auf
die Welle eine drehfeste Verbindung nicht möglich. Um eine
solche Verbindung zu erhalten, ist es notwendig, ein separates Spannelement
zu verwenden. Dieses Element weist wie das Zahnrad eine kreisrunde
zentrale Bohrung auf, kann jedoch, wenn durch diese Bohrung eine
Welle gesteckt wird, durch einen Klemmmechanismus mit dieser drehfest
verbunden werden. Gleichzeitig greift es in das auf der Welle steckende
Zahnrad ein und sorgt so für eine drehfeste Verbindung
zwischen Welle und Zahnrad. Nachteilig ist hier, dass durch das
zusätzliche Bauelement ein drehfest mit der Welle verbundenes
Zahnrad mehr Platz benötigt als ein freilaufendes. Daher benötigen
Getriebeanordnungen mit mehreren Zahnrädern und Wellen
erheblich mehr Platz, was die Anzahl der möglichen Modelle
einschränkt.
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Aus
der
US 3 613 291 ist
ein Konstruktionsbaukasten bekannt, bei dem Stecknaben drehfest oder
nicht drehfest mit im Querschnitt polygonalen Wellen verbunden werden
können. Dabei weisen die Stecknaben Bohrungen mit unterschiedlichen
Querschnitten auf, mit denen sie entweder drehfest oder nicht drehfest
auf die Wellen gesteckt werden können. Dadurch werden zwar
sowohl die Zahnräder als auch die Wellen flexibel verwendbar,
Getriebeanordnungen bleiben jedoch platzintensiv.
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Von
dieser Problemstellung ausgehend kommt der Erfindung die Aufgabe
zu, einen gattungsgemäßen Konstruktionsbaukasten
dahingehend zu verbessern, dass auch Getriebeanordnungen mit variablen
und nicht begrenzten Übersetzungen platzsparend möglich
sind.
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Zur
Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
zeichnet sich ein gattungsgemäßer Konstruktionsbaukasten
dadurch aus, dass die axiale Länge der ersten und/oder
zweiten Stecknabe einem vielfachen der axialen Dicke der Zahnräder
entspricht.
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Damit
ist es möglich, zwei Zahnräder drehfest miteinander
zu verbinden, die trotzdem frei auf ihrer Welle rotieren können.
Dadurch, dass beide Zahnräder auf ein- und derselben Stecknabe
aufgesteckt sind, kann zudem ein fester Abstand entlang der Welle zwischen
beiden Zahnrädern definiert werden. Damit kann eine Bewegung
der Zahnräder relativ zueinander entlang der Welle verhindert
werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auf verschiedenen
Wellen sitzende Zahnräder ineinander eingreifen sollen
und daher eine verschiebefeste Positionierung der Zahnräder
entlang der Welle von Nöten ist.
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Vorteilhafterweise
sind sowohl die erste Stecknabe als auch die zweite Stecknabe formschlüssig
mit den Zahnrädern verbindbar. Dies kann beispielsweise
dadurch gewährleistet werden, dass die Zahnräder
eine zentrale Bohrung mit polygonalem Querschnitt aufweisen und
die Außenkontur der Stecknaben diesem polygonalen Querschnitt
angepasst ist. In diesem Fall können die Stecknaben einfach
in die zentrale Bohrung des Zahnrades eingesetzt werden und sorgen
so für eine drehfeste Verbindung.
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Alternativ
ist auch eine reibschlüssige Verbindung denkbar. In diesem
Fall ist die Verbindung zwischen Stecknabe und Zahnrad allerdings
nicht so einfach zu lösen, wie bei einer formschlüssigen
Verbindung. Gerade im Bereich der Spielwarenbaukästen ist
Flexibilität jedoch stark gewünscht. Kinder, die mit
einem Baukasten spielen, möchten ein fertig gestelltes
Modell wieder zerlegen, um ein anderes herstellen zu können.
Dafür ist es notwendig, die Verbindung zwischen Zahnrad
und Stecknabe einfach und schnell und ohne zusätzliches
Werkzeug lösen zu können.
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Vorteilhafterweise
weist die erste Stecknabe eine zentrale Bohrung mit einem polygonalen
Querschnitt auf, der dem Querschnitt der polygonalen Wellen entspricht.
Zur drehfesten Verbindung eines Zahnrades mit einer polygonalen
Welle wird nun eine erste Stecknabe drehfest mit dem Zahnrad verbunden.
Durch die zentrale polygonale Bohrung der Stecknabe kann eine polygonale
Welle geführt werden. Da der Querschnitt der zentralen
Bohrung und der Querschnitt der polygonalen Welle miteinander korrespondieren,
greift auch hier eine formschlüssige Verbindung. In diesem
Fall ist eine drehfeste Verbindung zwischen polygonaler Welle und
Zahnrad hergestellt. Durch die ausschließliche Verwendung
formschlüssiger Verbindungen sind diese auch leicht und ohne
zusätzliches Werkzeug wieder zu lösen.
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Die
mindestens eine zweite Stecknabe weist vorteilhafterweise eine zentrale
Kreisbohrung auf, deren Durchmesser dem Durchmesser eines Umkreises
um die Querstützkontur der polygonalen Wellen entspricht.
In diesem Fall wird durch Einstecken einer polygonalen Welle in
die zentrale Kreisbohrung keine drehfeste Verbindung hergestellt.
Ein mit der zweiten Stecknabe drehfest verbundenes Zahnrad kann
folglich frei auf der Welle rotieren. Auf diese Weise ist es möglich,
eine Wellenform und eine Form der zentralen Bohrungen in den Zahnrädern
zu verwenden und dennoch sowohl drehfeste als auch nicht drehfeste
Verbindungen zwischen Welle und Zahnrad herzustellen. Das vom Zahnrad
belegte Stück Welle ist dabei nicht größer
als die axiale Dicke des Zahnrades. Zudem können die Verbindungen zwischen
den Stecknaben und den Zahnrädern leicht wieder gelöst
und bei Bedarf andere Zusammenstellungen gewählt werden.
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Besonders
vorteilhafterweise wird der Querschnitt der polygonalen Wellen von
mehreren Kreisbögen eines Kreises mit Radius r und die
Kreisbögen verbindenden Geraden, die Teile eines gleichschenkligen
Dreieckes sind, gebildet. Der Radius r der zentralen Kreisbohrung
der mindestens einen zweiten Stecknabe entspricht dabei dem Radius
r der Kreisbögen. Durch die Verwendung mehrerer Kreisbögen eines
Kreises liegt die zentrale Kreisbohrung der mindestens einen zweiten
Stecknabe relativ großflächig an der Welle an.
Dadurch wird die freie Drehbarkeit des Zahnrades auf der Welle nicht
beeinträchtigt, das Spiel zwischen beiden jedoch minimiert,
so dass das Zahnrad in seiner Rotationsebene gehalten wird.
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Vorteilhafterweise
weisen die Zahnräder verschiedene Durchmesser und eine
verschiedene Anzahl von Zähnen auf. Damit ist es möglich,
Getriebe verschiedener Übersetzungen zu konstruieren.
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Die
polygonalen Wellen und/oder Zahnräder und/oder die erste
und/oder die zweite Stecknabe können beispielsweise aus
Kunststoff oder Metall hergestellt sein. Für eine Kunststoffausführung
sprechen das leichte Gewicht und die einfache Herstellung der einzelnen
Teile, während aus Metall hergestellte Bauteile beispielsweise
eine größere Stabilität aufweisen.
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Mit
Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Zahnrad;
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2 eine
polygonale Welle;
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3 einen
Querschnitt durch eine polygonale Welle entlang der Schnittlinie
III-III aus 2;
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4 eine
axiale Draufsicht auf eine erste Stecknabe;
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5 ein
Schnitt durch eine erste Stecknabe entlang der Schnittlinie V-V
aus IV;
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6 eine
axiale Draufsicht auf eine zweite Stecknabe;
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7 einen
Schnitt durch eine zweite Stecknabe entlang der Schnittlinie VII-VII
aus VI.
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In 1 ist
eine Draufsicht entlang der Welle auf ein Zahnrad 1 gezeigt,
das Teil eines erfindungsgemäßen Konstruktionsbaukastens
sein kann. Es weist eine sechseckige, zentrale Bohrung 9 auf.
Der Abstand von einer Ecke zur gegenüberliegenden Ecke
dieser Bohrung ist mit d1 bezeichnet, der
Abstand zwischen je zwei parallel verlaufenden Seitenkanten ist
mit d2 bezeichnet.
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In 2 ist
eine polygonale Welle 2 gezeigt. Ein Schnitt durch diese
polygonale Welle 2 entlang der in 2 gezeigten
Schnittkante III-III ist in 3 gezeigt.
Das Querschnittsprofil der polygonalen Welle 2 wird durch
drei Kreisbögen 3, die den gleichen Radius r haben
und Teil eines Kreises sind, sowie durch drei diese Kreisbögen
verbindenden Geraden 4 gebildet, die Teil eines gleichschenkligen
Dreieckes sind. Mit d3 ist der in 3 definierte
Abstand zwischen einer Geraden 4 und dem ihr gegenü berliegenden
Kreisbogen 3 benannt.
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4 zeigt
eine axiale Draufsicht auf eine erste Stecknabe 5. Sie
weist über den größten Teil ihrer axialen
Länge eine sechseckige Außenkontur 11 auf.
Der Abstand zwischen je zwei parallel verlaufenden Seitenkanten
dieser Außenkontur ist mit d2 bezeichnet
und entspricht dem mit d2 bezeichneten Abstand
aus 1. Die in 4 gezeigte
erste Stecknabe 5 ist daher formschlüssig und
damit drehfest in die Ausnehmung 9 des in 1 gezeigten
Zahnrades 1 einsetzbar. An einem axialen Ende der ersten Stecknabe 5 ist
ein Anschlag 10 vorgesehen. Dieser steht radial über
die Außenkontur 11 hervor und verhindert so, dass
die erste Stecknabe 5 durch ein Zahnrad 1 hindurch
gesteckt werden kann. Die erste Stecknabe weist eine zentrale Bohrung 6 auf.
Die Innenkontur der zentralen Bohrung 6 wird durch drei Kreisbögen 3,
die den gleichen Radius r haben und Teil eines Kreises sind sowie
durch drei, diese Kreisbögen verbindenden Geraden 4 gebildet,
die Teil eines gleichschenkligen Dreieckes sind. Der Abstand zwischen
einer solchen Geraden 4 und dem ihr gegenüberliegenden
Kreisbogen 3 ist mit d3 bezeichnet und
entspricht dem in 3 definierten Abstand d3. Durch diese besondere Ausgestaltung ist
es möglich, die polygonale Welle 2 in die zentrale
Bohrung 6 der ersten Stecknabe 5 einzuführen
und so eine formschlüssige, drehfeste Verbindung zwischen
der ersten Stecknabe 5 und der polygonalen Welle 2 herzustellen.
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5 zeigt
einen Schnitt durch eine erste Stecknabe 5 entlang der
in 4 gezeigten Schnittlinie V-V. Die in 5 mit
d1 bezeichnete Strecke entspricht dem Abstand
von einer Ecke der Außenkontur der ersten Stecknabe 5 zur
ihr gegenüberliegenden Ecke und ist mit dem Abstand d1 aus 1 identisch. Deutlich
zu erkennen ist, dass der Anschlag 10 über die
Außenkontur der ersten Stecknabe 5 hinausragt und
daher ein Durchstecken der ersten Stecknabe 5 durch die
zentrale Ausnehmung 9 eines Zahnrades 1 verhindern
kann. Die axiale Länge, auf der die erste Stecknabe 5 eine
Außenkontur 11 aufweist, die der Innenkontur der
zentralen Bohrung 9 im Zahnrad 1 entspricht, die
in 5 mit D bezeichnet wird, entspricht der axialen
Dicke eines Zahnrades.
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In 6 ist
eine axiale Draufsicht auf eine zweite Stecknabe 7 gezeigt.
Auch diese zweite Stecknabe 7 weist einen Anschlag 10 auf,
der allseitig über die Außenkontur der zweiten
Stecknabe 7 hinausragt. Zudem verfügt auch die
zweite Stecknabe 7 über den größten
Teil ihrer axialen Länge über eine in diesem Fall
sechseckige Außenkontur 11, bei der der Abstand
zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenkanten mit d2 bezeichnet ist und dem Abstand d2 aus 1 entspricht.
Auch die zweite Stecknabe ist folglich formschlüssig und
damit drehfest mit dem Zahnrad 1 verbindbar. Ein an einem
axialen Ende der zweiten Stecknabe 7 vorgesehener Anschlag 10,
der radial über die hexagonale Außenkontur 11 hervorsteht,
verhindert, dass die zweite Stecknabe 7 durch ein Zahnrad 1 hindurch
gesteckt werden kann. Die zweite Stecknabe 7 weist eine
zentrale Kreisbohrung 8 auf, deren Radius r dem Radius
r der Kreisbögen 3 entspricht, die zusammen mit
den Geraden 4 das Querschnittsprofil der polygonalen Welle 2 bilden. Durch
diese Ausgestaltung ist es möglich, eine polygonale Welle 2 in
die zentrale Kreisbohrung 8 der zweiten Stecknabe 7 einzuführen,
ohne dass dadurch eine drehfeste Verbindung zwischen der zweiten
Stecknabe 7 und der polygonalen Welle 2 entsteht.
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7 zeigt
einen Schnitt durch eine zweite Stecknabe 7 entlang der
in 6 gezeigten Schnittlinie VII-VII.
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Auch
hier ragt der Anschlag über die Außenkontur der
zweiten Stecknabe 7 heraus, und verhindert so ein Durchstecken
der zweiten Stecknabe 7 durch das Zahnrad 1. Der
in der 7 mit d1 bezeichnete Abstand
entspricht, wie in 5, dem Abstand zwischen einer
Ecke der Außenkontur der zweiten Stecknabe und der ihr
gegenüberliegenden Ecke. Die axiale Länge der
zweiten Stecknabe 7, die in 7 mit 2D
bezeichnet ist, auf der sie eine hexagonale Außenkontur 11 aufweist,
entspricht zwei axialen Dicken eines Zahnrades. Durch diese Ausgestaltung
ist es möglich, die zweite Stecknabe 7 durch die zentralen
Bohrungen 9 von zwei Zahnrädern 1 zu stecken,
und so eine drehfeste Verbindung zwischen ihnen zu ermöglichen,
ohne dass eine drehfeste Verbindung zwischen den Zahnrädern
und der polygonalen Welle hergestellt wird.
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- 1
- Zahnrad
- 2
- polygonale
Welle
- 3
- Kreisbogen
- 4
- Gerade
- 5
- erste
Stecknabe
- 6
- zentrale
Bohrung in der ersten Stecknabe
- 7
- zweite
Stecknabe
- 8
- Kreisbohrung
- 9
- zentrale
Bohrung im Zahnrad
- 10
- Anschlag
- 11
- hexagonale
Außenkontur
- r
- Radius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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