DE69610963T2 - Bauelement mit enthaltender Lichtquelle - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Bauelement des im Einführungsteil von Patentanspruch 1 definierten Typs.
• In dem Gebiet von Konstruktionsbausätzen besteht ein Bedarf an einer Lichtquelle, die eine oder mehrere Fasern oder dergleichen mit Lichtimpulsen zu dem Zweck versorgen kann, die Energie zu einer oder mehreren getrennten Stellen zu befördern, wo die Energie ausgegeben wird, oder zum Ermöglichen, daß Fasern als streuende optische Fasern dienen, so daß die Faser einen Kreislauf darstellen kann, z. B. die Kraftstoffversorgung eines Motors.
• GB 2 014 343 A offenbart eine Beleuchtungseinheit für optische Fasern, bei der eine Lichtquelle an einer drehbaren Scheibe angebracht ist. Wenn die drehbare Scheibe durch einen Motor gedreht wird, wird die Lichtquelle periodisch mit aufeinanderfolgenden Öffnungen ausgerichtet sein, wo die Faserenden angebracht sind. Hierdurch werden Lichtimpulse aufeinanderfolgend in die Fasern abgegeben. GB 2 014 343 A bildet die Grundlage für die im Einführungsteil von Patentanspruch 1 definierte Technik.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Bauelements des in dem Einleitungsabsatz genannten Typs, welches in einem Konstruktionsbausatz realisiert werden kann, und das Lichtimpulse zuführen können soll, die eine der Bewegung einer mit dem Konstruktionsbausatz aufgebauten Konstruktion entsprechende Frequenz aufweisen, ohne die Notwendigkeit komplexer elektronischer Steuerung und bei einem geringeren Stromverbrauch.
• Diese Aufgabe wird dadurch erfüllt, daß ein Bauelement mit den im Einführungsteil von Patentanspruch 1 definierten Merkmalen außerdem die in dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 definierten erfindungsgemäßen baulichen Merkmale hat.
• Das Bauelement der Erfindung kann vorteilhaft zwei sich gegenüber stehende Wände aufweisen, und in diesen ausgebildete, ausgerichtete Durchgänge können dann als Lagerringe für einen Durchgangsschaftteil dienen, der den drehbaren Teil trägt. Es wird hierdurch möglich sein, eine Lagerkonstruktion herzustellen, die stabil genug zum Bilden eines Teils eines Konstruktionsbausatzes ist, und die gleichzeitig leicht ist. Aus Platzgründen kann der drehbare Teil vorteilhaft als eine drehbare Scheibe ausgebildet sein, die einstückig mit dem Schaftteil ist.
• Der Lichtemitter kann vorteilhaft eine Lichtquelle in Form einer lichtemittierenden Diode sein, die an der Bauteilseite eines scheibenförmigen Ringes aus Isoliermaterial angebracht ist. Metallische Strompfade sind auf der anderen Seite des Rings zur Zusammenarbeit mit nachgiebigen Kollektorschuhen vorgesehen, die an einen elektrischen Eingangsanschluß im Gehäuse angeschlossen sind. Es wird hierdurch möglich, elektrische Verbindung zwischen der Lichtquelle und einer geeigneten elektrischen Stromversorgung in einer einfachen Weise zu schaffen.
• Der Ring ist mittels geometrischer Verriegelung auf dem Schaftteil parallel zur drehbaren Scheibe gehaltert, so daß die lichtemittierende Diode Licht in Richtung auf die wenigstens eine der Lichtauslaßöffnungen durch einen Rezeß in der drehbaren Scheibe hindurch ausgibt. Die elektrischen Komponenten, die zum Liefern der richtigen Spannungsversorgung für die Diode zwischen dem Bauteilring und der drehbaren Scheibe verwendet werden, werden hierdurch geschützt.
• Die Lichtauslaßöffnungen können vorteilhaft auf einem kreisförmigen Bogen vorgesehen sein, der dem Abstand entspricht, den der Lichtemitter oder die Lichtquelle bei Drehung des drehbaren Teils durchläuft.
• Die selbe Lichtquelle kann hierdurch Licht in der Form von Lichtimpulsen an mehreren Lichtauslaßöffnungen liefern, Wenn die Kupplungseinrichtung des drehbaren Teils eine kreuzförmige Durchgangsbohrung in dem Schaftteil aufweist, in der eine entsprechende kreuzförmige Antriebswelle lösbar als Reibungsfassung Aufnahme findet, kann das Bauelement zusammen mit existierenden Bauelementen verwendet werden, die unter dem Name LEGO TECHNIC vertrieben werden.
• Wie in Anspruch 8 ausgeführt, können die metallischen Strompfade an dem scheibenförmigen Ring als eine Mehrzahl von Kreissegmenten ausgebildet sein, die der Mehrzahl der Lichtauslaßöffnungen entsprechen, so daß der Kontakt der Spannungsversorgung nur zeitweise geschlossen ist - wenn die Lichtquelle mit der Lichtauslaßöffnung ausgerichtet ist. Dies spart Batterie, da gewöhnlich eine Batterie die Spannungsquelle des Konstruktionsbausatzes darstellt.
• Wenn optische Faserelemente zum Befördern der optischen Energie in dem Konstruktionsbausatz verwendet werden, dann wird es für die optimale Kupplung von Energie von der Lichtquelle zur Faser zweckdienlich sein, daß Buchsen in der zugehörigen Gehäusewand in Verbindung mit den Lichtauslaßöffnungen vorgesehen sind, und daß die Buchsen mit einer inneren Schulter ausgebildet sind, da das Faserende hierdurch jedesmal richtig positioniert werden kann.
• Schließlich betrifft die Erfindung einen Konstruktionsbausatz, der ein Bauelement mit einer eingebauten Lichtquelle und einer Mehrzahl von Faserelementen zum Verteilen von Licht im Bausatz aufweist. Das Bauelement umfaßt ein Gehäuse, in das die Lichtquelle eingebaut ist. Die Lichtquelle ist an einem drehbar angebrachten Teil mit Abstand von dessen Drehachse montiert, wobei das Gehäuse eine Wand mit wenigstens einer Lichtauslaßöffnung aufweist, durch welche Licht vom Lichtemitter das Gehäuse verlassen kann, wenn der Lichtemitter mit der wenigstens einen Lichtauslaßöffnung durch Drehung des drehbaren Teils ausgerichtet ist. Der drehbare Teil weist eine Einrichtung zur Kupplung mit einem äußeren Antrieb auf. Der drehbar angebracht Teil ist von dem Gehäuse umschlossen und ist frei um seine Drehachse bezüglich des Gehäuses drehbar. Die Lichtauslaßöffnungen weisen einen Buchsenteil mit einem Querschnitt auf, der den Faserelementen ermöglicht, lösbar durch Reibkupplung mit den Buchsenteilen Aufnahme zu finden und gehaltert zu werden. Diese Kombination von Teilen kann einen Flußkreislauf in einer mit dem Bausatz gebauten Konstruktion darstellen, wenn die Fasern Licht durch ihre Seiten ausstreuen lassen. Die Kombination kann auch zum Bereitstellen von Lichtemittern für zerstreutes Licht der Fasern verwendet werden, die zum Beispiel mit einer rundstrahlenden Linsenfläche enden.
• Die Erfindung soll im folgenden ausführlicher in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden, in der:
• Fig. 1 eine schematische Explosionsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Bauelements ist, das eine eingebaute Lichtquelle gemäß der Erfindung aufweist;
• Fig. 2 die Rückseite des in Fig. 1 gezeigten komponenten Befestigungsrings zeigt;
• Fig. 3 ein Querschnitt einer Lichtauslaßöffnung an dem erfindungsgemäßen Element entlang der Linie III-III in Fig. 1 ist; und
• Fig. 4 eine Querschnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Bauelements ist.
• Ein Bauelement für einen Konstruktionsbausatz ist in einer bevorzugten Ausführungsform in Explosionsansicht in Fig. 1 gezeigt.
• Das Bauelement umfaßt ein Gehäuse 10, das aus zwei durch Kunststoffspritzguß hergestellten Teilen 11 und 12 besteht. Zusammengebaut umschließt das Gehäuse 10 einen drehbar angebrachten Teil 14, an dem eine Lichtquelle 15 mit Abstand von der Drehachse 13 des Teils angebracht ist.
• Das Gehäuse 10 weist eine Mehrzahl von Lichtauslaßöffnungen 16 auf - acht in der bevorzugten Ausführungsform - wo das Licht aus der Lichtquelle 15 das Gehäuse 10 verlassen kann, wenn die Lichtquelle 15 durch Drehung des drehbaren Teils 14 mit einer der Lichtauslaßöffnungen ausgerichtet ist.
• Der drehbare Teil 14 umfaßt Einrichtungen zum Kuppeln mit einem externen Antrieb, und in der bevorzugten Ausführungsform sind diese Einrichtungen in Verbindung mit einem Schaftteil 14 an dem Teil 14 vorgesehen, wobei der Schaftteil 17 an seinen Enden 19 in zwei Lagerdurchgängen 18 an jeweiligen Gehäuseteilen 11 und 12 angebracht ist, wodurch die Schaftteilenden 19 von außen zugänglich sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Schaftteil 17 als eine Buchse mit einer Durchgangsbohrung mit nicht kreisförmigem Querschnitt für Zusammenwirken mit einer entsprechenden Antriebswelle 20 aufgebaut, welche in der Durchgangsbohrung des Schaftteils 17 aufgenommen werden kann. Es wird erkannt werden, daß die Durchgangsbohrung kreuzförmig ist, so daß die bereits vertriebenen kreuzförmigen Wellen des Anmelders als Antriebswellen verwendet werden können.
• Der drehbar angebrachte Teil wird durch das Gehäuse umschlossen und ist frei um seine Drehachse bezüglich des Gehäuses drehbar. Er kann dadurch der Drehung einer externen Antriebswelle und Änderungen der Drehgeschwindigkeit ohne die Notwendigkeit komplizierter elektronischer Steuerung folgen. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Bauelement 10 in Übereinstimmung mit den Modulabmessungen des unter dem Warenzeichen LEGO® vertriebenen Konstruktionsbausatzes aufgebaut, und hat eine Grundform, die einem 4 · 2 Grundbaustein mit einem doppelten Modulmaß in der Höhe entspricht. Zum Schaffen von Raum in dem Gehäuse für den drehbaren Teil, wird die Grundform um eine Erweiterung eines Drittels der Modulhöhe sowohl oben als auch unten im Bereich an den vier mittleren Kupplungsstiften vergrößert.
• Der Teil 12 hat eine Aushöhlung 25, in der der andere Teil 11 aufgenommen werden kann. Der Teil 12 umfaßt zwei Löcher 21 - eins in jeder Seite - in denen eine geneigte Führungsfläche aufweisende Verriegelungsvorsprünge 24 des Teils 11 aufgenommen werden können, um einen nicht umkehrbaren Schnappverschluß bereitzustellen, was bedeutet, daß die Teile nach Zusammenbau ohne Beschädigung eines der Teile nicht getrennt werden können. Wenn gewünscht ist, daß die Teile 11 und 12 nach Zusammenbau getrennt werden können, können die Löcher 21 als Durchgangslöcher ausgebildet werden, wodurch ermöglicht wird, die Verriegelungsvorsprünge über eine Aussparung 26 mittels eines geeigneten Werkzeuges nach innen zu drücken, wobei die Verriegelungsvorsprünge 24 an jeweiligen nachgiebigen Seiten 23 an dem Teil 11 angeordnet sind.
• Der Teil 12 umfaßt zwei interne Führungsschienen 22, auf denen die Unterkante der Seiten 23 des ersten Teils 11 während der Montage gleitet. Es wird darüber hinaus Fig. 1 zu entnehmen sein, daß die Unterkante an der von dem Lagerloch 18 weg gerichteten Seite abgeschrägt ist, wodurch der Teil während der Montage in Position geführt wird. Das Ineinandergreifen von Schiene/Boden stellt darüber hinaus sicher, daß die Teile nicht bezüglich einander nach Anbringen gedreht werden können.
• Das Bauelement 10 weist zwei Aussparungen 26 auf - eine in jeder Seite - die Kupplung mit Wellen mit kreuzförmigem Querschnitt ermöglichen.
• Fig. 1 zeigt die Lichtauslaßöffnungen 16, von denen eine in Fig. 3 im Querschnitt gezeigt ist. Es wird erkannt werden, daß sie im wesentlichen zylindrische Buchsen sind, die mit innen abgeschrägten Kanten an dem Einführungsende 27 für eine optische Faser 31 (siehe Fig. 4) ausgebildet sind, so daß es bei der Einführung der Faser als ein Trichter wirkt. Die Buchse umfaßt zwei Schlitze 28, die sich entlang eines Teils ihrer Gesamtlänge erstrecken. Im vorliegenden Fall erstreckt sich der Schlitz 28 nach oben zur Endwand des Teils und verläuft dort weiter bei einer Tiefe, die der Wanddicke der Buchse entspricht. Beide Schlitze 28 der Buchsen sind in einer Ebene positioniert, die die Drehachse 13 des drehbar angebrachten Teils enthält.
• Die Buchsen umfassen zwei entgegengesetzte und leicht zueinander versetzte, innere Vorsprünge 29, die mittels der Flexibilität der Buchsen eine Einspannfassung mit einer in der Buchse aufgenommenen Faser 31 bilden. Schließlich ist ein kreisförmiger Ring 30 intern in der Buchse 16 vorgesehen, wobei der Ring als ein unterer Anschlag für eine eingeführte Faser 31 dient. Daher wird die Endfläche der Faser immer in der gleichen Weise hinsichtlich des Gehäuses des Bauelements positioniert werden.
• Es wird in Fig. 1 zu sehen sein, daß der drehbar angebrachte Teil 14 einen Schaftteil 17 aufweist, und dieser Schaftteil 17 weist eine Durchgangsbohrung 19 auf, in der eine kreuzförmige Welle oder ein kreuzförmiger Wellenteil aufgenommen und durch Reibung gehaltert werden kann. Der Schaftteil 17 umfaßt zwei Verengungen 37 an seinen Enden, und diese Verengungen dienen als Lagerteile, da sie mit den Löcher 18 an den beiden Teilen 11 und 12 zusammenwirken, wobei die Löcher 18 als Lagerschalen dienen. Der drehbare Teil 14 kann hierdurch eine gut begrenzte Drehung bezüglich des Gehäuses durchführen, wobei der Teil 14 in seiner Axialrichtung gehalten wird und in der Lage ist, sich um zwei voneinander beabstandete Lager zu drehen.
• Die vorliegende Lichtquelle 15 ist an einer getrennten Scheibe 38 angebracht, die geeignet als eine Bauteilanbringungsscheibe bezeichnet werden kann, da eine Spannungsversorgungsschaltung an einer Seite der Scheibe gegenüberliegend der Lichtquelle 15 vorgesehen ist, die z. B. eine lichtemittierende Diode (LED) darstellen kann, welche Spannungsversorgungsschaltung die richtige Polarität für die Spannung mittels einer Gleichrichterbrücke liefert, und ein auf einem Transistor basierender Verstärkerteil den richtigen Spannungspegel für die Lichtquelle bereitstellt. Die Scheibe 38, die aus einer gewöhnlichen gedruckten Leiterplatte bestehen kann, ist mit elektrisch leitenden Strompfaden 39 an ihrer anderen Seite für Zusammenarbeit mit einem Paar Kollektorschuhen versehen, die später erklärt werden sollen.
• Der scheibenförmige Teil des Schaftteils 17 weist drei Distanzstifte 38 auf, die richtigen Abstand von der Lichtquelle 15 an der Scheibe 38 bezüglich der Lichtauslaßöffnungen 16 und dadurch der in diesen angeordneten Fasern 31 sicherstellen. Weiter umfaßt der Schaftteil 17 eine Führungsschiene 34, die mit einer Führungsaussparung 36 auf der Scheibe 38 zusammenwirkt, so daß die den drehbaren Teil bildenden Teile sich nicht bezüglich einander drehen können. Das die Lichtquelle 15 verlassende Licht wird auf diese Weise eine Aussparung 32 passieren, bevor es die Faserenden erreicht. Der Schaftteil 17 umfaßt zwei elastische Arme 35, die die Scheibe 38 gegen die Distanzstifte 33 halten. Die Scheibe 38 kann durch Drücken der Arme 35 nach innen gelöst werden, was möglich ist, wenn sich keine kreuzförmige Welle in der Schaftdurchgangsbohrung befindet.
• Die Scheibe 38 ist in Fig. 2 gezeigt, und es wird erkannt werden, daß sie zwei dünne, leitfähige Stromwege 42 aufweist, die sich entlang eines Segments des gleichen Kreises koaxial mit der Drehachse 13 erstrecken, und daß sich leitfähige Flächen 39 - vier für jeden der Strompfade 42 - von den beiden leitfähigen Strompfaden 42 erstrecken. Über Bohrungen 43 sind die beiden mit einem metallischen Leiter gefüllten beiden Strompfade 39 mit der anderen Seite der Scheibe verbunden, wo sie die Eingangsanschlüsse zu der Gleichrichterbrücke bilden.
• Es wird Fig. 1 zu entnehmen sein, daß die Kupplungsstifte 49 an der Oberseite des Teils 11 elektrischen Kontakt zusätzlich zu mechanischem Kontakt liefern, wobei die Stifte 49 teilweise offene Seiten 50 aufweisen, durch die Kontakt zu den metallischen Leitern 48 hergestellt werden kann. Dies ist in der Dänischen Patentanmeldung Nr. 155 206 des Anmelders beschrieben. Die Kontaktknöpfe 48 werden in den Kupplungsstiften 49 durch geometrische Verriegelung gehaltert und sind in Paaren über Kontaktteile 47 verbunden. Jeder dieser Kontaktteile 47 umfaßt eine sich nach unten erstreckende Klappe, an der leitfähige Beine 45 über einen Führungsteil 46 angebracht sind. Die Beine 45 haben eine inhärente Elastizität, die die Kollektorschuhe 44 gegen die Scheibe 38 vorspannt, so daß die beiden Kollektorschuhe 44 entlang eines Kreises 41 mit Eingriff an zwei Punkten 40 über die Flächen 49 streichen werden. Die Lichtquelle wird hierdurch mit Spannung versorgt, wenn ein Spannungsversorgungsanschluß an den Kupplungsstiften 49 angeordnet ist, und die Kollektorschuhe 44 in Kontakt mit den Fläche 39 sind.
• Die Faserelemente 31 können weggelassen werden oder als andere Formen von Lichtleitern, z. B. als Strahle vorgesehen werden.
• Fig. 4 zeigt das Bauelement 10 im Querschnitt, welches einen Teil eines Konstruktionsbausatzes in Verbindung mit einer Vielzahl optischer Faserelemente 31 zum Verteilen von Licht in dem Bausatz bildet. Es ist nur ein Faserelement 31 gezeigt. Die einzelnen Teile haben die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1.

Claims (9)

1. Bauelement (10) für einen Konstruktionsbausatz, aufweisend

ein Gehäuse (11, 12) mit einem darin montierten Lichtemitter (15),

wobei der Lichtemitter (15) in einem drehbaren Teil (14) mit Abstand von dessen Drehachse (13) montiert ist,

wobei das Gehäuse (11, 12) eine Wand mit wenigstens einer Lichtausgabeöffnung (16) aufweist, durch welche Licht vom Emitter (15) das Gehäuse (11, 12) verlassen kann, wenn der Lichtemitter (15) mit wenigstens einer der Lichtausgabeöffnungen (16) durch Drehung des drehbaren Teils (14) ausgerichtet ist, und

wobei der drehbare Teil eine Einrichtung (19) zur Kupplung mit einem äußeren Abtrieb (20) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtemitter (15) so angeordnet ist, daß er mit Spannung versorgt werden kann und Licht im wesentlichen nur dann aussendet, wenn er mit wenigstens einer der Lichtausgabeöffnungen (16) ausgerichtet ist.

2. Hauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11, 12) zwei sich gegenüber stehende im wesentlichen parallele Wände aufweist, welche mit zwei ausgerichteten Durchgängen (18) ausgebildet sind, die als Lagerringe für einen Durchgangsschaftteil (17) dienen, welcher seinerseits den drehbaren Teil (14) trägt.

3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Teil (14) die Form einer drehbaren Scheibe hat, welche mit dem Schaftteil (17) einstückig ausgebildet ist.

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtemitter (15) eine lichtemittierende Diode ist, die an der Bauteilseite eines scheibenförmigen Ringes (38) aus Isoliermaterial angeordnet ist, und daß metallische Strompfade (39) an der Außenseite des Ringes (38) zur Zusammenarbeit mit nachgiebigen Kollektorschuhen (44) vorgesehen sind, die an einem elektrischen Eingangsanschluß (50) im Gehäuse (11, 12) angeschlossen sind.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (38) durch eine geometrische. Verriegelung bzw. formschlüssig auf dem Schaftteil (17) parallel zur drehbaren Scheibe gehaltert ist, so daß die lichtemittierende Diode Licht in Richtung auf wenigstens eine der Lichtauslaßöffnungen (16) durch einen Rezeß (32) in der drehbaren Scheibe hindurch ausgibt.

6. Bauelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Lichtauslaßöffnungen (16) vorgesehen ist, welche in einer der parallelen Wände des Gehäuses (11, 12) auf einem kreisförmigen Bogen ausgebildet sind, der dem Abstand entspricht, den das Licht des Lichtemitters (15) bei Drehung des drehbaren Teil (14) durchläuft.

7. Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (19) an dem drehbaren Teil (14) eine kreuzförmige Durchgangsbohrung in dem Schaftteil (17) aufweist, in welchem ein äußerer Antrieb (20) in Form einer entsprechenden kreuzfömigen Antriebswelle nachgiebig als Reibungsfassung Aufnahme findet.

8. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Strompfade (39, 42) an dem scheibenförmigen Ring als eine Mehrzahl von Kreissegmenten (39) ausgebildet sind, die der Mehrzahl der Lichtauslaßöffnungen (16) entsprechend, ein erster Teil der kreisförmigen Segmente (39) elektrisch mit einem ersten Knotenpunkt (43) an der komponenten Seite des Ringes angeordnet ist, ein zweiter Teil der kreisförmigen Segmente (39) elektrisch mit einem zweiten Knotenpunkt (43) an der komponenten Seite des Ringes elektrisch verbunden ist.

9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Buchsen in der zugehörigen Gehäusewandung in Verbindung mit den Lichtauslaßöffnungen (16) vorgesehen sind und daß die Buchsen mit einer inneren Schulter (30) ausgebildet sind.