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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konstruktionsspielzeug
oder Konstruktionsmodell mit mehreren miteinander verbundenen Halmen,
auf ein Verfahren zum Herstellen des Spielzeuges oder Modells und
auf ein Konstruktionssystem oder einen Spielbausatz, um Modelle
aus Halmen herzustellen. Sie gibt ferner ein Gerät zum Stanzen von transversalen
Löchern
in einem Halm an.
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Ein
Konstruktionssystem zum Herstellen von Modellen aus Halmen wurde
früher
unter dem Markennamen Construct-O-Straws verkauft. Dieses wies einen
Satz aus Kunststoffhalmen und Verbindungsstücken aus Kunststoff auf, die
mit Einpresszapfen verbunden waren, die in die Enden der Halme passten,
um zwischen diesen Verbindungen herzustellen. Die Verbindungsteile
können
zwei Zapfen aufweisen, um eine lineare Verbindung oder eine Eckverbindung zu
bilden, drei Zapfen, um eine T-Verbindung
zu bilden oder vier oder mehr Zapfen aufweisen, um komplexere Verbindungen
auszubilden. Jedoch waren die Eckteile wahrnehmbar und beeinflussten
das Aussehen der hergestellten Modelle und die Anzahl der Modelle,
die hergestellt werden konnten. Wenn ferner einem Benutzer Verbindungsteile
ausgingen oder Teile einer speziellen Art, musste er mit dem Bauen
aufhören
oder einen zusätzlichen
Bausatz kaufen.
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Ein
weiteres Konstruktionssystem ist in der US-A-3,469,339 beschrieben.
Hier sind rohrförmige Elemente
mit vorgeschnittenen Löchern
vorgesehen, wobei jedes Loch eine Achse senkrecht zu dem Loch an
beiden Seiten aufweist, um die Konstruktion verschiedener Modelle
zu ermöglichen.
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In
der US-A-4,274,222 ist ein Konstruktionselement beschrieben, das
ein flexibles Rohr aufweist, dessen beide Enden ein stabartiges
Element durch eine Schiebefassung aufnehmen kann. Das flexible Rohr
hat an seinem Mittelpunkt ein Paar von vorgeschnittenen und gegenüber gelegenen
Löchern,
die ein weiteres flexibles Rohr aufnehmen können. Indem solche unterschiedlichen
Elemente verwendet werden, kann ein Benutzer verschiedene Verbindungen
konstruieren, um aus den stabartigen Elementen Modelle zu konstruieren.
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Ein
Problem, mit dem sich die Erfindung befasst, ist es, ein Konstruktionsspiel
anzugeben, das auf dem Zusammenstecken von Halmen basiert, bei dem
es dem Benutzer zuverlässig
nicht passiert, dass notwendige Teile für die Modellherstellung ausgehen.
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Ein
weiteres Problem, mit dem sich die Erfindung befasst, ist es, Konstruktionsspiele
oder Modelle auf der Basis von Halmen anzugeben, mit denen ein gesamtes
komplexes Modell, wenn es der Benutzer denn wünscht, aus den Halmen geformt
werden kann.
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Ein
weiteres Problem, mit dem sich die Erfindung befasst, ist es, ein
einfaches und effektives Gerät
für die
Verwendung bei der Herstellung von den genannten Spielzeugen oder
Modellen anzugeben.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Spielbausatz mit einer Vielzahl von
Halmen angegeben; das gekennzeichnet ist durch
ein Stanzwerkzeug
zum Stanzen von Paaren transversal ausgerichteter Löcher durch
die Halme an beliebigen Orten;
wobei mit den Halmen und dem
Stanzwerkzeug ein Modell hergestellt werden kann, bei dem zumindest einige
Halme miteinander mit einem ersten Halm verbunden werden, der sich
durch einen zweiten Halm über
ein Paar von transversal ausgerichteten Löchern an einem beliebigen Ort
längs des
zweiten Halmes erstreckt, wobei jedes dieser Löcher durch Teile des zweiten
Halmes umgeben ist und der erste Halm eng in den Löchern in
dem zweiten Halm gehalten ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Modelles durch Verbinden von Halmen miteinander angegeben,
das die Schritte aufweist:
Bereitstellen eines ersten und eines
zweiten Halmes;
Stanzen des ersten Halmes an einem beliebigen
Ort seiner Länge
mit einem Stanzwerkzeug, das im Wesentlichen den gleichen äußeren Durchmesser
wie der Halm hat, sodass der erste Halm abgeflacht und ein Paar
von transversal ausgerichteten Löchern ausgebildet
wird, die durch nicht beschädigte
Bereiche des Halmes getrennt sind;
Ermöglichen des Rückbildens
der Form des Halmes; und
Hindurchstecken eines zweiten Halmes
durch das Löcherpaar
in dem ersten Halm, um eine Verbindung zu bilden, die einen Reibungswiderstand
hinsichtlich axialer Bewegungen und Drehbewegungen zwischen dem
ersten und dem zweiten Halm aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Konstruktionssystem zum Herstellen von
Modellen aus Halmen angegeben, das ein Stanzwerkzeug zum Stanzen
von Paaren transversal ausgerichteter Löcher durch die Halme, ein Messer zum
Ablängen
der Halme und einen Aufweiter zum Aufweiten der Enden der Halme
zum Bilden von Steckern aufweist.
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Mit
der Erfindung wird auch ein Satz von Werkzeugen zum Herstellen von
Modellen aus Halmen angegeben, der ein Stanzwerkzeug zum Stanzen
von Paaren transversal ausgerichteter Löcher durch die Halme, ein Messer
zum Ablängen
der Halme und einen Aufweiter zum Aufweiten der Enden der Halme
zum Bilden von Aufnahmesteckern aufweist.
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Weitere
bevorzugte Aspekte der Erfindung sind in den begleitenden Ansprüchen definiert,
auf die hier Bezug genommen wird.
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Wie
die Erfindung ausgeführt
werden kann, wird nun in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
in denen
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Stanzeinheit zum Ausbilden
von Paaren transversaler Löcher
in einem Halm ist;
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2a und 2b schematische
Endansichten des Stanzwerkzeuges gemäß 1 sind,
in denen aufeinander folgende Schritte beim Schneiden von transversalen
Löchern
in einem Halm dargestellt sind;
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3a und 3b jeweils
eine Seitenansicht und eine Aufsicht auf einen Halm sind, in den Löcher unter
Verwendung der Stanzeinheit gemäß 1 eingeschnitten
worden sind;
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4 eine
perspektivische Darstellung einer Längs- und Winkelführung zur
Verwendung mit einem Stanzwerkzeug wie in 1 und mit
einem bewegbaren Schlitten zum longitudinalen und winkelmäßigen Positionieren
eines Halmes ist, in den Löcher
eingeschnitten werden sollen, 5 eine perspektivische
Ansicht eines Stanzwerkzeuges ist, das in der Hand gehalten oder
in Verbindung mit der Längs-
und Winkelführung
gemäß 4 benutzt wird, 6 ein
Querschnitt des Schlittens und der Längs- und Winkelführung ist
und 7 eine Ansicht des Stanzwerkzeuges, eines Teiles
der Längs-
und Winkelführung
und eines Teiles des Schlittens während des Stanzens des ersten
Loches in einen Halm ist;
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8 eine
Ansicht von gestanzten Halmen und anderen Spielzeug- oder Modellkomponenten ist,
die zusammengesetzt sind;
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9 eine
perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeuges und eines Teiles
einer zugeordneten Längsführung ist,
und 10 eine Ansicht des Schneidwerkzeuges ist, das
von der Längsführung getrennt
ist und zum Handschneiden von Halmen verwendet wird;
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11 eine
perspektivische Seitenansicht eines Aufweitwerkzeuges zum Aufweiten
eines Endes eines Halmes ist, um in ein Ende eines Halmes eingeführt zu werden, 12 eine
perspektivische Vorderansicht des Aufweitwerkzeuges ist, das teilweise
in ein Ende des Halmes eingeführt
ist, und 13 eine Vorderansicht von Klauen
des Aufweitwerkzeuges ist, nachdem sie auseinander gedrückt wurden,
um den Halm aufzuweiten;
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14 eine
perspektivische Vorderansicht einer Multifunktionsmaschine zum Schneiden,
Stanzen und Aufweiten von Halmen ist, 15 eine Rückansicht
der Maschine ist und 16 eine Detailansicht in der
Nähe des
Schlittens der Maschine ist;
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17(1) bis 17(6) Anweisungen
zum Herstellen einer Modellschaukel aus Biegehalmen sind, die einfach
hergestellt werden kann, indem die Halme gestanzt, in der Länge geschnitten
und miteinander unter Verwendung eines Zusammensetzwerkzeuges befestigt
sind; und
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18(1) bis 18(10) Anweisungen
zum Herstellen eines Modellautos aus Biegehalmen sind, bei dem die
Enden einiger der Komponenten aufgeweitet und miteinander an ihren
Enden verbunden werden.
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Die
Halme, die zum Herstellen der vorliegenden Konstruktionsspielzeuge
verwendet werden, sind Halme aus Kunststoff, vorzugsweise „Biegehalme" (das heißt Halme,
die einen gewellten biegbaren Bereich aufweisen), und sind vorzugsweise
aus Polypropylen hergestellt. Geeignete Halme mit einem äußeren Durchmesser
von 5 mm sind von der Firma Unique Industries Inc. in Philadelphia,
USA und von Amscan Inc., ebenso in den USA, erhältlich. Für einen begrenzten Bereich
von Modellen, bei denen die Festigkeit weniger wichtig ist und Befestigungen
an ihren Enden nicht notwendig sind, können anstatt dessen auch Papierhalme
verwendet werden.
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1 zeigt
einen Halm 10 aus Polypropylen mit 5 mm Außendurchmesser,
der zwischen den Wänden
einer Eingangsführung 12 abgestützt wird, die
einen ähnli chen
Freiraum wie der Außendurchmesser
des Rohres 10 aufweist, und der in Richtung auf ein Stanzelement 14 und
ein Stempelelement 16 geschoben wird. Ein flacher Stützbereich
oder Durchlass 18 umgibt den Stempel 16 und ist
7,8 mm breit, was ausreichend ist, um einen Bereich des Rohres,
das an dem Durchlass 18 anliegt, während der Stanzoperation abzuflachen.
Mit einem Handgriff 10 wird das Stanzelement 14,
das einen äußeren Durchmesser
von 5 mm hat, herabgedrückt,
kontaktiert den Halm, wie in 2a gezeigt,
wird weiter abwärts
bewegt und drückt
den Halm bis auf die volle Breite des Durchlasses flach zusammen,
wonach das Stanzelement 14 durch den Halm 10 stößt und zwei
Scheiben 19 mit 5 mm Durchmesser durch das Loch des Stempels
auswirft, wie dieses in 2b gezeigt
ist. Der Handgriff 20 wird anschließend losgelassen und kehrt
durch eine Feder unterstützt,
in die Ausgangsposition zurück,
sodass sich der Halm wieder in seine kreisförmige Form entspannen kann.
Wie in den 3a und 3b gezeigt,
ist jetzt in dem Halm 10 ein Paar von transversal gegenüber liegenden
Löchern 22 ausgebildet,
die durch nicht geschnittene Bereiche des Halmes aus Vollmaterial
voneinander getrennt sind. Die Löcher 22 nehmen
von der Seite gesehen eine elliptische Gestalt an und haben den
notwendigen Reibungswiderstand für
einen Halm, der durch sie hindurch geschoben wurde, sodass eine
Verbindung gebildet wird, die so eingerichtet werden kann, dass
die axialen und winkelmäßigen Positionen
der miteinander verbundenen Komponenten aufrecht erhalten werden
können.
Wir haben gefunden, dass die Größe des durch
den Halm gestanzten Loches wichtig ist, um die gewünschte festsetzbare
Verbindung mit einem anderen Halm der gleichen Größe zu bilden,
und dass die beste Größe für das geschnittene
Loch gleich dem externen Durchmesser des Halmes ist. Bei der vorliegenden
Größe der Halme
liegt der Bereich der Toleranz bei etwa ± 0,1 mm. Wenn die Lochgröße zu klein
ist, ist es schwierig, einen anderen Halm hindurch zu schieben,
und wenn sie zu groß ist,
ist der Reibungswiderstand der resultierenden Verbindung zu niedrig
für eine
Modellherstellung.
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Die 4 bis 6 zeigen
in größerem Detail
eine praktische Anordnung für
das Stanzwerkzeug. Das Stanzelement 14, der Stempel 16 und
der Bedienungsgriff 20 sind als separate Einheit 25 ausgebildet,
die lösbar
mit einer Längs-
und Winkelführung 27 verbunden
ist. An einem Ende der Führung 27 ist
ein Eingangsführungsbe reich 12a ausgebildet, der
zu einer Ausnehmung 28 führt, in dem die Stanzeinheit 25 entfernbar
haltbar ist, zum Beispiel durch eine Kugelsperre 30, die
in eine (nicht gezeigte) Ausnehmung in der Einheit 25 einschnappt.
Auf der Auslassseite der Ausnehmung 28 wird ein längliches
Bett 31 mit einer T-förmigen
Schlittenführung 32 ausgebildet,
längs der
eine Abstandsskala oder Lehre 34 angeordnet ist. Ein Schlitten 36 passt
in die Schlittenführung 32 und
ist längs
dieser beweglich, wobei seine Längsposition
durch einen Zeiger 38 angegeben wird. Innerhalb des Schlittens 36 ist
eine Walze 39 angeordnet, die für eine bidirektionale Drehung,
wie durch die Pfeile 49 angegeben, abgestützt ist
und die einen Pfosten beziehungsweise Handgriff 42 trägt. Ein
Halm 10 mit einem ersten Paar von transversalen in ihn
eingestanzten Löchern 22 kann
auf den Pfosten 42 aufgeschoben werden, der in die Löcher passt.
Auf diese Weise können
die Längs-
und Winkelpositionen des Halmes definiert und während des Stanzens eines oder
weiterer Paare von Löchern durch
den Halm beibehalten werden. Die Schlittenführung 32 ist längs ihrer
Länge in
regelmäßigen Intervallen
mit Ausnehmungen versehen, und die äußere Fläche der Walze 39 ist
ebenso mit Ausnehmungen 43 versehen, in die eine Rastung 40 mit
zwei Kugeln eingreifen kann, um die Länge und den Winkel anzugeben.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist der Winkel in Winkelschritte von 45° unterteilt, jedoch sind andere
Intervalle möglich.
Nachdem der Pfosten in die Löcher 22 eingegriffen
hat, kann er über
zwei indizierte Schritte verdreht werden, so zum Beispiel, um ihn
in die Position zu bringen, die gestrichelt dargestellt ist, und
um es zu erlauben, ein zweites Paar von Löchern an einem anderen Ort
längs des
Halmes im rechten Winkel zu dem ersten Paar von Löchern zu
stanzen.
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Das
Ausschneiden des ersten Endloches mit Verwendung einer zweiten Ausbildung
der Schlittenanordnung ist in 7 gezeigt,
wobei die Form des Schlittens generell in 16 dargestellt
ist. Der Schlitten 36a wird längs der Schlittenführung 32a bewegt,
um den Zeiger 38a auf eine Minimum-Abstandsmarke 45 einzustellen.
Das dem Stanzelement nähere
Ende des Schlittens 36a hat an ihrem verdrehbaren Walzenteil 39a eine
rückwärts gerichtete
Nase 46, die an seiner Oberseite in der gezeigten Position
gelegen ist. In der Nase 46 ist ein abwärts gerichtetes Durchloch ausgebildet,
in das ein Stift 50 einsetzbar ist, dessen Durchmesser
dem Außendurchmesser
eines Halmes gleicht. Um ein erstes Paar von Löchern auszubilden, wird der
Halm 10 in eine Eingangsführung 12a eingeführt und
nach vorne geschoben, bis er den Stift 50 berührt. Der Handgriff 20 wird
dann herunter gedrückt,
um das erste Lochpaar zu stanzen. Der Stift 50 wird dann entfernt,
das erste Paar von Löchern 22a wird
mit dem Loch in dem Flansch 46 ausgerichtet, und der Stift
wird in die Löcher 22a eingesetzt.
Der Stift 50 bildet dann eine Verriegelung des Halmes 10,
sodass der Abstand zu dem nächsten
gewünschten
Loch gemessen werden kann, indem der Schlitten längs der Abstandsskala oder
der Längsführung 34a verschoben
und die gewünschte
Distanz abgelesen wird. Durch Verdrehen der Walze 39a können Löcher in den
gleichen Winkelpositionen oder in anderen Winkelpositionen (zum
Beispiel 45 oder 90° voneinander entfernt)
hergestellt werden. Um akkurate Ergebnisse durch Kinder zu erleichtern,
liefert die Kugelrastung eine Indexierung in Längs- und Winkelposition, wie
oben diskutiert.
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In 8 sind
Verfahren zum Zusammensetzen von Halmen dargestellt. Ein stabartiges
massives Zusammensetzwerkzeug 60 aus Kunststoff wird in
einen vorher gestanzten Halm 62 eingeschoben, wonach ein
zweiter vorab gestanzter Halm 64 auf den ersten Halm 62 aufgeschoben
werden kann, um die Verbindung herzustellen, wonach das Zusammensetzwerkzeug 60 herausgezogen
werden kann. Das Zusammensetzwerkzeug 60 lieferte die notwendige
Festigkeit für
den Halm 62 während
des Zusammensetzens, beschleunigt das Zusammensetzen der Verbindung
und macht das Zusammensetzen für Personen
mit beschränkter
Geschicklichkeit leichter. Ebenso ist in 8 ein Zubehörteil, in
diesem Falle ein Rad 66 gezeigt, das frei auf einem Stift 68 drehen kann,
der eine Schiebepassung in einem offenen Ende eines Halmes 70 ist.
Der Stift 68 kann verwendet werden, um weitere Zubehörteile,
so zum Beispiel Flugzeugpropeller, zu montieren.
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Ein
Erfordernis bei der Modellherstellung ist das Schneiden der Halme
auf Länge.
Hierzu kann ein guillotineartiges Messer 80 (9 und 10)
verwendet werden und kann allein oder in Verbindung mit einer Längen-Messeinrichtung 82 verwendet
werden, die auf dem Messer, falls erforderlich, befestigt werden
kann.
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Die
Anzahl der Modelle, die hergestellt werden können, wird erweitert, wenn
eine Möglichkeit gegeben
wird, um die Halme in einer End-zu-End Weise miteinander zu verbinden,
und dieses erfolgt vorzugsweise durch Steckverbindungen, zum Beispiel
die Verbindung 72 in 8. Um einen
Stecker auszubilden, ist eine Aufweitvorrichtung 80 vorgesehen,
die zwei Klauen 82 mit halbkreisförmigen Profil aufweist, die
gemeinsam um den Punkt 84 verschwenkt und durch Handgriffe 86 gesteuert
werden können,
die auseinander gedrückt
durch eine Feder 88 gehalten werden. Die Klauen 82 werden
in das offene Ende eines Halbes 89 eingeführt, wonach
die Handgriffe 86 gegeneinander durch einen leichten und
ansteigenden Fingerdruck bewegt werden, sodass die Klauen in die
Position de 13 gelangen, wo deren größte Dimension
in einer Frontansicht 5,8 mm ist. Polypropylen zeigt ein thixotropisches
Verhalten in dem Sinne, dass eine abrupte Auseinanderbewegung der
Klauen wahrscheinlich den Stecker bei seiner Herstellung zerstört, jedoch
eine sanfte graduelle Bewegung es dem Polypropylen erlaubt, sich
zu verformen und eine neue Form anzunehmen.
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Für einige
Modellbausätze
kann es wünschenswert
sein, ein Werkzeug 90 vorzusehen, dass die Funktionen eines
Stanzelementes, eines Messers und einer Aufweitvorrichtung vereinigt.
Hierzu ist eine Basis 91 vorgesehen, die drei parallele
Einlassführungen
aufweist. Eine erste Einlassführung 92 führt zu dem
Lochstempel, eine zweite Einlassführung 94 führt zu dem
Messer und eine dritte Einlassführung 96 führt zu einer
Aufweitvorrichtung. Die drei Führungen 92, 94 und 96 sind
von einer konkaven halbkreisförmigen
Gestalt und parallel zueinander ausgerichtet. In Ausrichtung mit
der Führung 92 wird eine
Schlittenführung 98 für einen
Schlitten 38a ausgebildet und mit einer Abstandsskala 34a versehen. Ein
Stützkanal 100 erstreckt
sich längs
der Basis parallel zu der Schlittenführung 98, um zu schneidende Bereiche
eines Halmes abzustützen.
Die Möglichkeit einer
Längenmessung
mit dem Schlitten 38a gilt auch für die Stanz- und Schneidoperationen,
und für diesen
Zweck hat der Schlitten 38a eine seitliche Erstreckung
oder einen seitlichen „Flügel", der sich quer zu
dem Kanal 100 erstreckt, um einen Anschlag zum Positionieren
eines Halmes in den Kanälen 94, 100 vor
dem Schneiden zu liefern. In Verbindung mit der Basiseinheit ist
eine kombinierte Stanz-Messer- und Aufweiteinheit vorgesehen, die
demontierbar auf die Basis aufgeclippt werden kann und einen gemeinsamen
Bedienungshandgriff für
ein Stanz element 103, ein Guillotine-Messer 105 und
einen Aufweiter 107 hat, deren Funktionen bereits oben
beschrieben worden sind.
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Die
Komplexität
der Modelle, die hergestellt werden können, hängt von den verwendeten Vorrichtungen
ab, und die 17(1) bis 17(6) und 18(1) bis 18(10) zeigen
den Bereich der Möglichkeiten.
Diese Figuren sollen mögliche
Ausführungen
mit oben beschriebenen Halmen und Werkzeugen als Modellbausätze zeigen
und sollen auch durch Kinder verstanden werden können. Sie erfordern daher hier
keine detaillierte Beschreibung. Es ist offensichtlich, dass Modelle
mit beträchtlicher Komplexität einfach
dadurch hergestellt werden können,
dass Halme auf korrekte Länge
geschnitten und in die Lochpaare eingestanzt werden. In den 17(1) bis 17(6) werden
diese Vorrichtungen für
die Herstellung einer Modellschaukel verwendet, wobei vorteilhaft
die abbiegbaren gewellten Bereiche von zwei Halmen eingesetzt werden,
um den Sitz zu formen. In den 18(1) bis 18(10) sind die Halme mit einer End-zu-End-Verbindung
durch Steckverbindungen verbunden, und Zubehörteile, in diesem Falle Räder, sind
mit dem Modell verbunden, indem Stifte der vorher beschriebenen
Art verwendet werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
nicht beschränkend
sind, wobei die Erfindung nur durch die Ansprüche definiert ist.