-
Technisches
Gebiet
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf Spielzeugbaukastensysteme. Mehr insbesondere
betrifft die Erfindung sowohl Naben- und Stabspielzeugbaukastensysteme
basierend auf hermaphroditischen und identischen (gattungslosen)
Verbindern, und Baublocksysteme, die auch auf gattungslosen Verbindern
basieren. In vielen Fällen
sind die gattungslosen Verbinder einteilig an den zu verbindenden
Bauteilen angeformt. Die gattungslosen Verbinder erweitern den Anwendungsbereich
für die
vorliegende Erfindung beträchtlich.
-
Hintergründiger Stand
der Technik
-
Dies
ist ein dichtgedrängtes
Gebiet mit beträchtlicher
Tätigkeit
betreffend den Teil des Spielzeugbaukastensystems der Erfindung,
mit vielen US Patentschriften, im folgenden mit ihrer Patentnummer
angeführt,
die dem Erfinder bekannt und einigermassen zutreffend sind. Die
US Patentschrift 1,113,371 betrifft das ursprüngliche Naben- und Stabspielzeugbaukastensystem
mit hölzernen
Naben und Stäben,
wobei der Stab in ein Loch in der Nabe eingesetzt wird und darin
durch Reibung und Kompression (Festsitz) zurückgehalten ist. Die US Patentschrift
1,707,691 betrifft ein Naben- und Stabspielzeugbaukastensystem mit
einer Nabe aus gestanztem Metall und hölzernen Stäben mit Endschlitzen. Die Verbindung
wird hergestellt durch Einsetzen der metallischen Nabe in den Stabendschlitz.
Eine grosse Vielzahl von Spielzeugbaukastensystemen erlauben das
Miteinanderverbinden identischer Bauteile aber mit nur einigen nachstehend
erwähnten Ausnahmen
sind die gegenwärtigen
Verbindungen nicht gattungslos. Stattdessen sind die inneren und äusseren Verbindungselemente
auf entgegengesetzten Seiten des Baublockes oder der Nabe vorgesehen.
Jedenfalls wurde bisher kein Baukastensystem vorgeschlagen, das
eine gattungslose Verbindung zwischen nichtidentischen Bauteilen,
d.h. zwischen einer Nabe und einem Stab zulässt. Die US Patentschrift 3,626,632
betrifft ein typisches Baublocksystem wobei identische Baublöcke durch
Innenelemente auf einer Seite und Aussenelemente an drei anderen
Seiten miteinander zu verbinden sind. Die US Patentschrift 2,800,743
aber betrifft ein nahezu gattungsloses Baublocksystem. Aber bei
diesem System sind die Bauelemente nicht mehr miteinander ausgerichtet
wenn gattungslose Verbindungen hergestellt sind und regelmässige Figuren
können
nicht aufgebaut werden. Die US Patentschrift 2,633,662 betrifft
ein Spielzeugbaukastensystem mit gattungslosen Verbindungen für Naben,
die senkrecht miteinander verbunden sind. Aber Naben- und Stabverbindungen
in der gleichen Ebene erfolgen durch Stäbe, die über die Fläche der Naben anzuschliessen
sind und keine gattungslose Verbindung bilden. Die US Patentschrift
4,758,196 betrifft ein Naben- und Stabspielzeugbaukastensystem mit
gattungslosen Stab-Stabverbindungen
aber ohne irgendwelche Möglichkeit
zur unmittelbaren Verbindung der Naben.
-
Viele
Konzipierungen aus der Bauindustrie- und anderen Industrien wurden
auf die Spielzeugbaukastensysteme übertragen. Die US Patentschrift 3,648,404
betrifft ein Naben- und Stabbaukastensystem, welches für Hohlstäbe ausgelegt
ist. Das Spielzeugbaukastensystem gemäss den US Patentschriften 4,078,328
und 5,049,105 sieht ein ähnliches
Verbindungssystem vor. Die US Patentschrift 3,891,335 betrifft ein
Baukastensystem mit zusammenschnappbaren Naben, Stäben und
Paneelen. Das Naben- und Stabspielzeugbaukastensystem gemäss den US Patentschriften
5,061,219, 5,137,486 und 5,199,919 verwendet eine Halteklemme, die
der Ausführung
gemäss
der US Patentschrift 3,891,335 ähnelt.
Die US Patentschrift 5,137,486 betrifft eine gattungslose Naben-Nabenverbindung,
um senkrecht in Bezug auf einander ausgerichtete Naben miteinander
zu verbinden. Aber das Mittel zum Verbinden der Naben ist nicht
das gleiche Mittel wie zum Verbinden von Stäben mit Naben.
-
Andere
mechanische Verbinder sind in der US Patentschrift 4,280,399 dargestellt,
die ein Drehmomentübertragungseinrichtung
für flexible
Wellenkupplungen betrifft. Jede Welle hat einen Verlängerungsteil
mit gegabelten Enden, die Zähne
bilden. Die Zähne
werden senkrecht zueinander ausgerichtet miteinander in Eingriff
gebracht. Die US Patentschrift 3,800,556 betrifft eine Drehmomentwellenkupplung
mit einem Kupplungsmechanismus, der langgestreckte, Verlängerungen
bildende, quadratische Finger aufweist. Diese Verlängerungen
können gegenseitig
ineinandergesteckt werden in senkrecht zueinander angeordneter Ausrichtung.
Die US Patentschrift 2,577,508 beschreibt eine Universalkupplung
mit geteilten Zungen, die ineinandergreifen. Die US Patentschrift
2,832,943 betrifft eine lösbare
Kupplung wobei die Innen- und Aussenteile nicht identisch sind sondern
senkrecht zueinander versetzt ineinander zu stecken sind. Die US
Patentschrift 3,224,222 beschreibt eine Universalverbindung mit
Jochteilen, die Querstifte aufweisen, um die Jochteile miteinander
zu verbinden.
-
Hermaphroditische
Verbinder wurden verwendet auf dem Gebiet der elektronischen Verbinder. Die
hierin beschriebene Erfindung ist aus unseren früheren Erfindungen betreffend
elektronische Verbinder entstanden, siehe die US Patentschrift 5,183,409
erteilt an Clever und Lyons sowie die CIP Anmeldung 08/011/994.
-
Andere
z.Zt. bekannte Ausführungen,
die von Interesse sind, zeigen die US Patentschriften: 3,516,043;
3,070,769; 2,690,542; 3,011,143; 4,199,208; 3,634,811; 2,996,026;
3,070,769; 2,475,046; 2,470,282; 1,865,300; 2,577,508; 607,607;
3,552,145; 1,171,380; 2,740,271; 4,172,369; 2,460,231; 534,732 and
3,389,115. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich patentfähig von
sämtlichen
vorstehend erwähnten
Patentschriften.
-
Ein
Spielzeugbaukastensystem gemäss dem
Teil vor dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruches 1 zeigt die
US-A-5,322,467, die kugelförmige,
geschlitzte Bauteile betrifft, die eine Schwenkbewegung der miteinander
verbundenen Bauteile um eine Achse der Verbindung erlauben.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Offenbart
ist ein Spielzeugbaukastensystem gemäss dem unabhängigen Anspruch
1 dessen Bauteile alle durch gattungslose Verbinder unmittelbar miteinander
zu verbinden sind. Diese Verbinder sind üblicherweise einteilig an den
miteinander zu verbindenden Teilen angeformt. Auch offenbart ist
ein Verfahren zum Entwurf der gattungslosen Verbinder, dessen bevorzugte
Ausführungsbeispiele
alle die gleiche Gestaltungsgrundlage haben.
-
In
Kurzem, der Entwurf der gattungslosen Verbinder beginnt mit einem
regelmässigen
Prisma, das in zwei gleiche und identische Hälften aufgeteilt wird: Teil
A und Teil B. Diese Teilung oder Zerlegung erfolgt durch Schnitte
oder Teilungslinien, die parallel zu der Hauptachse des Prismas
sind und andere Schnitte, die senkrecht zu der Achse sind. Infolge dieser
Teilung sind die Enden des Prismas unverändert, d.h. keine Teilungslinie
erstreckt sich bis zu dem Ende des Prismas, und der Teil A kann
von dem Teil B getrennt werden aber nur in der Richtung der Hauptachse.
Sowohl der Teil A und auch der Teil B bilden die Grundlage für eine gattungslose
Verbinderkonzipierung. Und im Allgemeinen ist die Verbindung hergestellt
durch zusammenpassende Finger, die ineinander greifen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Zum
Zwecke der Erläuterung
der Erfindung sind in den anhängigen
Zeichnungen Ausführungen dargestellt
die z.Zt. bevorzugt sind; es ist aber zu verstehen, dass die Erfindung
nicht auf die dargestellten Anordnungen und Ausführungen beschränkt sein soll.
Es zeigen:
-
Die 1 und 2 eine
Stab- und Nabenbaugruppe in Perspektive bzw. in Draufsicht.
-
3 eine
Querschnittansicht des Verbindungsbereiches (V-Plan) einer Nabe
und eines Stabes.
-
4 und 5 perspektivische
Darstellungen eines Stabes, der aus kürzeren Stäben zusammengesetzt ist. In 4 sind
die Stäbe
nicht vollständig
zusammengefügt.
-
6 eine
Querschnittansicht des Verbindungsbereiches (V-Plan) von zwei Stäben gemäss 3.
-
7 eine
perspektivische Ansicht eines Stabes, der aus kürzeren Stäben mit verschiedenen Durchmessern
zusammengesetzt ist.
-
8 den
V-Plan des Ausführungsbeispieles
gemäss 7.
-
9 und 10 perspektivische
Ansichten von Stab- und Nabenbauformen mit dreifingrigen, gattungslosen
Verbindern.
-
11 und 12 V-Pläne der Ausführungsbeispiele
gemäss
den 9 und 10. Diese Figuren zeigen Stab-Naben
V-Pläne
bzw. Stab-Stab V-Pläne.
-
13 und 14 perspektivische
Ansichten von Naben mit fünf
bzw. sechs gattungslosen Verbindern. Wenn die Naben gemäss dieser
Ausführungsbeispiele
aus flexiblem Werkstoff geformt sind, sind sie für den Aufbau geodetischer Bauformen
geeignet.
-
15 einen
gattungslosen Baublock in perspektivischer Ansicht.
-
16 in
perspektivischer Ansicht einen anderen gattungslosen Baublock.
-
17 in
perspektivischer Ansicht einen Baublock, der zusammen mit dem Ausführungsbeispiel
gemäss 16 sowie
auch mit den Ausführungsbeispielen
gemäss
den 1–8, 13 und 14 zu
verwenden ist.
-
18 in
perspektivischer Ansicht eine Nabe, die mit den Ausführungsbeispielen
gemäss
den 1–8 und 13 und 14 zu
verwenden ist.
-
19a bis 19c Werkzeugprofile
usw. für
die Herstellung der gattungslosen Verbinder gemäss mehrerer der gezeigten Ausführungsbeispiele.
-
20a bis 20c sind
Einzelheiten der 1.
-
Bestes Beispiel
zur Ausführung
der Erfindung
-
Alle
offenbarten Ausführungsbeispiele
sind Spielzeugbaukastensysteme. Der Einsatz dieser Erfindungen in
Konstruktionssystemen ist Gegenstand verwandter Patentanmeldungen.
-
Sämtliche
nachstehend erläuterten
Ausführungsbeispiele
verwenden gattungslose Verbinder. Alle der im Querschnitt dargestellten
Ausführungsbeispiele
besitzen gattungslose Verbinder. Alle Ausführungsbeispiele deren V-Pläne dargestellt
sind besitzen gattungslose Verbinder. Ausserdem besitzen alle bevorzugten
Ausführungsbeispiele
angeformte, gattungslose Verbinder, mit Ausnahme der in 18 in
Perspektive dargestellten Nabe 181.
-
Die
Konzipierung der angeformten, gattungslosen Verbinder beginnt mit
einem regelmässigen
Prisma mit quadratischem oder sechseckigem oder einem anderen Querschnitt.
Im Falle eines Zylinders wird einer der anderen Querschnitte auch
benutzt, z.B. ein Quadrat mit in dem Quadrat eingezeichneten Zylinder.
Dieser Querschnitt ist ein "B-Plan" auf dem ein Querschnitt
des Verbindungsbereiches aufgetragen wird. Zum Zwecke der Vereinfachung
wird der Ausdruck "V-Plan" für "Querschnitt des Verbindungsbereiches" benutzt. Es ist
zu verstehen, dass sowohl B-Pläne
als auch V-Pläne Querschnitte
senkrecht zur Hauptachse eines Prismas sind. Zur Konzipierung eines
V-Plans werden zuerst Linien gezogen von jeder Eckes des B-Plans
zum Mittelpunkt dieses B-Plans.
Im Falle eines Quadrates bilden diese Linien ein "X" und der B-Plan wurde aufgeteilt in
vier gleiche Dreiecke. Für
einen "X-Quadrat" Verbinder, wie im
Nachfolgenden beschrieben, bilden diese Linien die Basis für die "Teilungslinien". Das bedeutet, dass
diese Linien herangezogen werden, um Teilungslinien zu finden, sie
sind aber nicht identisch mit diesen. Diese Teilungslinien stellen
Schnitte dar, senkrecht zu einem B-Plan, die benutzt werden, zusammen
mit anderen zu dem B-Plan parallelen Schnitten, um ein Prisma in
zwei gleiche und identische Teile aufzuteilen.
-
Es
geht weiter mit einer Teilung, die aus Teilungsschnitten besteht,
welche das Prisma in zwei gleiche und identische Teile zerlegen.
Teil A und Teil B, welche Teile nur in einer zur Hauptachse des
Prismas parallelen Richtung voneinander getrennt werden können. Diese
Teilungen lassen die B-Pläne
unverändert.
-
Solche
Teilungen umfassen Teilungsschnitte oder Schnittführungen,
die das Prisma parallel zu der Hauptachse des Prismas zerschneiden
und Schnittführungen,
die das Prisma senkrecht zu der Hauptachse zerschneiden, damit das
Prisma durch parallele und senkrechte Schnitte oder Schnittführungen
in zwei Teile zerlegt wird, nämlich
ein Teil A und ein Teil B. Und die parallelen Schnittführungen
schaffen Verbindungsflächen.
D.h. sie bilden diejenigen Teile des Verbinders wo eine mechanische
Verbindung tatsächlich
erfolgt wenn die zwei Teile wieder zusammengefügt werden.
-
In
den bevorzugten Ausführungsbeispielen ergibt
die Teilung eine gleiche Anzahl von Fingern in dem Teil A und in
dem Teil B. Alle Finger haben die gleiche Länge und sie sind alle parallel
zu der Hauptachse. Die Finger sind gleichförmig um die Achse voneinander
beabstandet und sie befinden sich in einem gleichen Abstand voneinander.
Der Teilungsschnitt oder die Schnittführung parallel zu der Hauptachse
bildet die Verbindungsfläche,
d.h. die zusammenpassenden Flächen 22 in 1,
für beide
der Teile A und B. Ein Teilungsschnitt senkrecht zu der Hauptachse
der einen der Fingerscheitel des Teiles A (z.B. des Distalscheitels 24 in 1)
bildet, formt einen Proximalsitz in dem Teil B (z.B. Proximalsitz 25 in 1).
-
Falls
eine kompakte, rechtwinklige Anordnung von Verbindungselementen
erforderlich ist beginnt die Entwurfprozedur mit einer kompakten, rechtwinkligen
Anordnung identischer Prismen deren individuelle B-Pläne die Ebene
abdecken können. Die
Anwendung dieser rechtwinkligen Anordnungen in Konstruktionssystemen
und in Spielzeugbaukastensystem ist in verwandten Anmeldungen offenbart.
-
Die
vorstehende Erläuterung
ist eine konzeptionelle Beschreibung der initialen Gestaltungsprozedur.
Die meisten Teilungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele können nicht
ausgeführt
werden durch wirkliche Schnitte mittels irgendeinem bekannten Werkzeug.
Andere Konstruktionszwänge, wie
z.B. die Anforderung einen Festsitz zu gewährleisten, sprechen auch gegen
das Heranziehen der Teilung als ein wirkliches Herstellungsverfahren. Aber,
in einigen Fällen
könnten
Herstellungsverfahren, welche der Teilung ähneln angewandt werden, um
den Ausschuss zu minimieren.
-
Einige
der Ausführungsbeispiele
der offenbarten Erfindung sind Naben- und Stabspielzeugbaukastensysteme.
Wie bei den Naben- und Stabspielzeugbaukastensystemen üblich, sind
die Stäbe
langgestreckte Zylinder und die Naben sind in Form eines abgeflachten
Zylinders oder einer abgeflachten Scheibe. Andere Formen sind aber
möglich.
In den 9–12 sind
Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt, die Stäbe 93 mit
quadratischem Querschnitt aufweisen. Andere Stabquerschnitte sind möglich: dreieckig,
rechteckig, sechseckig, ellipsoidisch, kreuzförmig, usw.. In den 13 und 14 sind
Ausführungsbeispiele
gezeigt wobei die Scheibenform 130 und 140 nicht
notwendigerweise offensichtlich ist. In 18 ist
ein Ausführungsbeispiel
gezeigt gemäss
welchem eine zylindrische Nabe 181 nicht soweit abgeflacht
ist, dass sie als scheibenförmig
angesehen werden kann.
-
In
den meisten der bevorzugten Ausführungsbeispiele
sind die gattungslosen Verbinder an den Stäben oder den Naben angeformt.
Die zylindrische Nabe 181 hat aber freistehende, gattungslose Verbinder 183,
welche aus zwei runden Fingern 184 bestehen, die unmittelbar
an einer Zylinderwand 188 befestigt sind.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gemäss
den 1 bis 6 und den 20a und 20b könnte der
angeformte Nabenverbinder 34 unmittelbar in das Material
der Naben 32 oder 32a eingearbeitet werden. Auch
die angeformten Stangenverbinder 35 könnten unmittelbar in das Material der
Stangen 30 oder 31 eingearbeitet werden.
-
In
den Naben sehen angeformten Verbinder aus wie Nuten, welche von
dem Mittelpunkt der Naben ausstrahlen. Jeder angeformte Verbinder 34 besteht
aus zwei Nuten, eine in der oberen Fläche der Naben 32 und 32a und
eine damit unmittelbar ausgerichtete Nut in der unteren Fläche der
Nabe.
-
Ein
Profil 190 für
ein Werkzeug zum Einarbeiten von Nuten, die zusammenpassende Flächen 42 für die Naben 32 und 32a aufweisen,
ist in 19a dargestellt. Wenn die Naben
aus Metall durch elektronische Entladungsbearbeitung (EDM) hergestellt
werden kann eine EDM-Elektrode die Form des Profils 190 aufweisen.
Ein Schaftfräser
mit diesem Profil könnte
auch die Nuten einarbeiten aber ein Proximalsitz 45 hätte die
Form einer halbkegelförmigen
Ausnehmung.
-
In
den 19b und 19c sind
Profilpaare 191 und 197 dargestellt, die beide
aus den Profilen 190 zusammengesetzt sind. wenn Teile gemäss dem Profilpaar 191 hergestellt
werden würden,
würden
sie mit einem perfekten Sitz oder möglicherweise mit einem Gleitsitz
zusammenpassen. Wenn aber Teile mit dem Profilpaar 191 hergestellt
werden würden,
so würden
sie mit einem Festsitz zusammenpassen. Aber, wenn die Profile 190 näher aneinander
heranbewegt werden würden
als ein Bezugsabstand w, so würde
ein loser Sitz vorliegen.
-
Die
Naben und Stäbe
können
aus Kunststoff oder Metall oder irgendeinem anderen geeigneten Werkstoff
hergestellt werden und können
massiv oder hohl sein. Die Naben und Stäbe können hergestellt werden durch
Kunststoffspritzgiessen oder Blasformen, durch Metalldruckguss,
durch Stanzen oder Prägen
oder durch Bearbeiten irgendeines geeigneten Werkstoffes.
-
Auch
dargestellt in den 9 bis 12 ist ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wobei die Nabe 92 mit acht (8) angeformten,
gattungslosen Verbindern 106 versehen ist, die jeweils
drei (3) Finger 96 aufweisen. Die Stäbe 93 haben aber freistehende,
gattungslose Verbinder 106 ähnlich wie die gattungslosen
Verbinder 183 aber mit drei (3) Fingern 101.
-
Zwei
(2) Spielzeugbaublocksysteme gemäss den 15 bzw. 16 und 17 haben
Baublöcke
mit angeformten, gattungslosen Verbindern, aber die Verbinder könnten nur
in ihre jeweiligen Blöcke eingearbeitet
werden durch Entfernen von wesentlich mehr Werkstoff als für die Nabe 32 erforderlich
wäre.
-
Die
angeformten, gattungslosen Verbinder 151 des Blockes 150 sind
hinreichend ähnlich
zu den gattungslosen Nabenverbindern 34 und den gattungslosen
Stabverbindern 35 damit sie mit diesen innerhalb eines
ausgedehnten Grössenbereiches
zusammenpassen können.
Aber die Finger 159 sind sowohl an dem Block angeformt
und stehen von diesem vor, wobei die eine Hälfte der Länge der Finger in dem Block
vorgesehen ist und die andere Hälfte
aus dem Block vorsteht. Die Finger sind senkrecht zu der Seite des
Blockes. Auch ist bei der Nabe 32 die Hauptebene der Verbinder 34 ausgerichtet
mit der Hauptebene der Nabe. Aber die Hauptebene der Verbinder 151 befindet
sich in einem Winkel von fünfundvierzig
(45) Grad zu der Hauptebene des Blockes 150. Dies erlaubt
es die Blöcke
in der gleichen Ebene miteinander zu verbinden damit die Blockkörper 145 aneinander
anliegen.
-
Der
Stab 177, in 17 als Teil einer Stab- und
Blockbaueinheit 173 dargestellt, ist ähnlich zu dem Stab 30 oder
dem Stab 31, aber die Nut, die seine Verbindungsfläche 178 bildet,
erstreckt sich längs der
Gesamtlänge
des Stabes. Es kann hier hervorgehoben werden, dass der Stab 177 die
einzige hier dargestellte Ausnahme der allgemeinen Regel ist, dass
die Teilung die Enden der Prismen unverändert lässt. Der Block 175 kann
beschrieben werden als Blockkörper 176 mit
einem Halbstab 172, vertikal ausgerichtet, hinzugefügt zu seinen
vertikalen Ecken und von der Mitte seiner vertikalen Flächen subtrahiert.
Der Halbstab 172 entspricht der Hälfte des Stabes 177,
in Längsrichtung
geteilt. Der Halbstab hat einen Finger 149 und einen halben
Steg 148. Der Block 160 kann in ähnlicher
Weise beschrieben werden mit einem an den Vertikalflächen des
Blockkörpers 161 hinzugefügten Halbstab 172,
der gegenüber
dem Mittelpunkt geringfügig
versetzt ist. Dieser Halbstab ist auch von den Vertikalflächen subtrahiert und
von dem vertikalen Mittelpunkt der Flächen geringfügig versetzt
um das gleiche Mass aber in der entgegengesetzten Richtung wie die
Halbstäbe,
die zu diesen Flächen
hinzugefügt
wurden.
-
Auch
hervorzuheben ist, dass es eine Aufgabe der Erfindung ist die Verbindungsfähigkeit über einen
weiten Bereich der Verbindergrössen
zu gewährleisten.
Ein X-Quadrat Verbinder kann die Verbindungsfähigkeit gewährleisten, vorausgesetzt, dass Stegabschnitte
klein genug ausgeführt
sind, um Schlitzbreiten von schmaleren Verbindern aufzunehmen. Wenn
zusätzliche
Mittel ausser einem Festsitz vorgesehen werden, um die Verbinder
zusammenzuhalten müssen
diese Mittel auch bemessen sein, um die Verbindungsfähigkeit
zu gewährleisten.
Der angeformte Nabenverbinder 201 gemäss der perspektivischen Darstellung
in 20c hat Verriegelungsnoppen 202 und Ausnehmungen 203.
Ein kleiner Verbinder könnte
bemessen sein zum Entbehren der Ausnehmungen und Noppen. Ein grösserer Verbinder
könnte
identisch bemessene und eingestellte Ausnehmungen und Noppen aufweisen.
In beiden Fällen
wäre die
Verbindungsfähigkeit
gewährleistet. Die
Verbindungsfähigkeit
ist durch die Stabbaugruppe 70 dargestellt, die aus miteinander
verbundenen Stäben
mit unterschiedlichen Durchmessern zusammengesetzt ist. Diese Stabbaugruppe 70,
in 7 in Perspektive dargestellt, besitzt zwei Stäbe (Stab 30 und
Stab 71) unterschiedlichen Durchmessers, die miteinander
verbunden sind.
-
Das
Ausführungsbeispiel
der Erfindung gemäss
den 1 bis 6 ist ein Naben- und Stabspielzeugbaukastensystem.
Die 1 und 2 zeigen eine Baugruppe, allgemein
mit 21 bezeichnet, in Perspektive bzw. in Draufsicht. Einzelheiten
ihrer angeformten, gattungslosen Verbinder sind auch in den 20a und 20b gezeigt.
Wie ohne Weiteres aus der Draufsicht ersichtlicht ist, wurden Stangen
verschiedener Längen
benutzt zum Bilden eines rechtwinkligen Dreieckes. Die kürzeren Stangen 30 haben
die gleiche Länge
wie der Durchmesser der Naben 32. Eine längere Stange 31 bildet
die Hypothenuse des Dreieckes. Die Nabe 32a ist identisch
zu den Naben 32, wurde aber in dieser Baugruppe anstelle
eines kurzen Stabes vorgesehen. Die Hauptebene der Nabe 32a in
der Baueinheit 21 ist senkrecht zu der Hauptebene der Baueinheit.
Um eine Naben- und Stabverbindung besser darzustellen ist einer
der Stäbe
nicht vollständig
eingesetzt.
-
Die
Naben 32 und 32a und die Stäbe 30 und 31 sind
Zylinder. Die Stäbe
sind langgestreckte Zylinder mit zwei (2) angeformten, gattungslosen
Verbindern 35, einer an jedem Ende; und mit Fingern 49, die
sich in einer Richtung parallel zu der Hauptachse des Zylinders
erstrecken. Die Naben sind abgeflachte Zylinder in Form einer Scheibe
mit acht (8) radial angeordneten, gleichförmig voneinander beabstandeten,
angeformten, gattungslosen Verbindern 34, die an den Seiten
des Zylinders einstückig
befestigt sind und mit Fingern 48, die sich senkrecht zu
der Hauptachse des Zylinders erstrecken.
-
Der
gattungslose Nabenverbinder 34 und der gattungslose Stabverbinder 35 sind
in ihrer Wirkungsweise identisch. Ein Stab besteht aus einem Stabkörper 50 und
zwei gattungslosen Verbindern 35. Jeder gattungslose Verbinder 35 besteht
aus zwei Fingern 49 mit Hauptachsen parallel zu der Hauptachse
des Stabes. Die Finger sind an den Proximalenden über einen
Steg 26 miteinander verbunden und an den Distalenden durch
einen Schlitz 22 voneinander getrennt. In einer Naben-Stab
Zusammenfügung
sitzt ein distaler Fingerscheitel 24 der Stange auf einem
Proximalsitz 45 und ein Distalscheitel 41 sitzt
auf einem Proximalsitz 25. Ein Distalscheitel des Steges 26 sitzt
auf einem Distalscheitel 43 eines Nabenverbindersteges 44.
Alle Sitze können
als Anschläge
wirken während
dem Ineinanderstecken der Nabe und des Stabes. Eine Passfläche 22 gleitet
mit einem sanften Festsitz längs
einer Passfläche 42 und
eine Schlitzfläche 28 gleitet
längs dem
Steg 44. In ähnlicher
Weise gleiten die Schlitzflächen 46 längs dem
Steg 26. Die Stege 23 und 40 müssen sich
mindestens entlang der halben Länge einer
Verbindung erstrecken, oder, genauer ausgedrückt, die Summe ihrer Längen muss
mindestens gleich sein zu der Länge
der Verbindung. Wenn die Schlitze sich entlang der gesamten Länge erstrecken ist
kein Steg mehr vorhanden. Aber wenn ein Steg sich über mehr
als die halbe Länge
erstreckt sind die Verbindungen nicht mehr funktionell identisch
und ein unnötiges
Gattungselement wurde hinzugefügt.
-
Der
angeformte Stabverbinder 35 und der angeformte Nabenverbinder 34 sind
auch in Perspektive und mit grösserer
Genauigkeit in den 20a bzw. 20b gezeigt.
Ein angeformter Nabenverbinder 201 mit Noppen 202 und
Ausnehmungen 203 aber sonst identisch zu dem Verbinder 34 ist in
Perspektive in 20c gezeigt. Mit wie dargestellt angeordneten
Noppen und Ausnehmungen sind zwei (2) solche identische Verbinder,
wenn zusammengesteckt, miteinander verriegelt.
-
Die 3 zeigt
einen V-Plan 33 einer Naben-Stab Zusammenfügung (Nabenverbinder 34 – Stabverbinder 35).
Der Querschnitt des Nabenverbinders 34 ist mit Linksschraffur
dargestellt. Der Abschnitt des Stangenverbinders 35 hat
eine Rechtsschraffur. Die Teilungslinie 36, wie ersichtlich,
hat eine "X"-Form. Genauer ausgedrückt, wenn
die Teilungslinien 37, welche die Stabpassflächen 22 und die
Nabenpassflächen 42 bilden,
verlängert
wären bis
sie aufeinandertreffen, würden
sie ein "X" bilden. Der Abschnitt
des Verbinders 35 hat eine ähnliche Form wie eine Sanduhr
mit einem oberen und einem unteren Teil, die durch Stegteilungslinien 39 miteinander
verbunden sind. Die Stegteilungslinien 39 berühren die
Schlitzteilungslinien 38 nicht.
-
Die 4 und 5 zeigen
Stabbaueinheiten 54 und 55, die aus kürzeren Stäben 10 zusammengesetzt
sind. Die Stäbe
der Baueinheiten 54 sind nicht vollständig ineinandergesteckt. Dennoch
können
beide Baugruppen 54 und 55 Drehmomente übertragen.
-
Die 6 zeigt
einen V-Plan einer Stab-Stab Zusammenfügung (Stabverbinder 35 – Stabverbinder 35),
d.h. es liegen zwei Verbinder 35 vor, die im Schnitt dargestellt
sind. Eine Teilungslinie 61 hat, wie ersichtlich, eine "X"-Form. Genauergesagt, wenn die Teilungslinien 65,
welche die Stabteilungsflächen 22 geformt
haben, verlängert
werden, bis sie aufeinandertreffen würde ein "X" vorliegen.
Einer der Verbinderabschnitte 35 (mit einer Rechtsschraffur
versehen) ähnelt
einer Sanduhr mit oberen und unteren Abschnitten 62 der
Finger 49, die über
einen Abschnitt 63 des Steges 26 miteinander verbunden sind.
Die Teilungslinien 65 und die Teilungslinien 66 der
Stegfläche
haben zusammen eine Sanduhrform. Die Teilungslinie 67 der
Schlitzfläche 28,
die Teil ist des Abschnittes (mit Rechtsschraffur dargestellt) des anderen
Verbinders 35 berührt
die Teilungslinie 66 der Stegfläche nicht. Die Teilungslinien 67 der Schlitzfläche sind
auch Teil der Fingerabschnitte 62a. Wie ersichtlich bilden
die Stabverbinder 35, wenn sie miteinander verbunden sind,
einen vollkommenen, massiven Zylinder, mit Ausnahme des Freiraumes zwischen
dem Steg 26 und dem Schlitz 23.
-
Eine
andere Stabbaueinheit 70, in 7 in Perspektive
dargestellt, besteht aus Stäben 30 und 31 mit
verschiedenen Durchmessern. Das Verbindungselement 76 des
Stabes 70 hat zwei Finger 79, die über einen
Steg miteinander verbunden sind und durch einen Schlitz voneinander
getrennt sind. Jeder Finger endet in einem flachen, distalen Scheitel 74. Und
da dieser ein einteiliger Verbinder ist, bildet der Anfang eines
Stabkörpers 77 einen
Proximalsitz 75.
-
Wie
aber durch den V-Plan 80 entsprechend 8 dargestellt,
liegt trotz des Durchmesserunterschiedes zwischen dem Stab 30 und
dem Stab 71 eine vollkommen brauchbare Verbindung vor.
In dem V-Plan ist der Verbinder 35 mit Linksschraffur dargestellt
während
der Verbinder 76 mit Rechtsschraffur dargestellt ist. Ein
Querschnitt 84 durch den Steg des Verbinders 76 ist
in dem Zentrum und mit zwei Fingerabschnitten 83 der Finger 79 verbunden
und durch die Teilungslinie 81 von den zwei Fingerabschnitten 82 der
Finger 49 getrennt.
-
Alle
vorstehend offenbarten Ausführungsbeispiele
beruhen auf einem gattungslosen Verbinder, der als ein "X-Quadrat" gekennzeichnet werden kann.
Ihre B-Pläne
sind alle quadratisch; und Teilungslinien in ihren V-Plänen haben
eine "X"-Form. Aber ein Verbinder
gemäss
dem Ausführungsbeispiel nach
den 9 bis 12 hat einen sechseckigen B-Plan
und seine Teilungslinien bilden ein sechsarmiges "X". Er kann somit als hexagonales "X" bezeichnet werden. Dieses Ausführungsbeispiel,
in den 9 und 10 in Perspektive dargestellt,
ist zu einer Naben- und Stabbaueinheit 90 zusammengebaut mit
einer Stab-Stab Unterbaugruppe 91 und einer Nabe 92 und
Stäben 93.
Ein Nabenverbinder 106 hat Finger 96 mit Distalscheiteln 94,
einem Proximalsitz 105, Passflächen 100, Schlitzen 99,
einem Steg 108 und einem Stegscheitel 109. Ein
Stabverbinder 107, der an jedem Stab zweifach vorgesehen
ist, besteht aus drei zylindrischen Fingern 101 mit Distalscheiteln 102.
Ein Stabkörper 93 bildet
einen Proximalsitz 104. Obschon der Verbinder 107 mit
einem Steg versehen sein könnte,
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
keiner vorgesehen. Die Nabe 102 besitzt des Weiteren eine
mittlere Querbohrung 98 und acht radial angeordnete Querlöcher 97.
-
Die 11 zeigt
einen V-Plan 110 eines Stabverbindungselementes 107,
das mit dem Nabenverbindungselement 106 verbunden ist und
mit einem gestrichelt dargestellten, sechseckigen Entwurf-B-Plan 111.
Das Nabenverbindungselement 106 hat eine Linksschraffur
und das Stangenverbindungselement 107 hat eine Rechtsschraffur.
Die 12 zeigt einen V-Plan 120 einer Stab-Stab
Zusammenfügung
(Stabverbindungselement 107 – Stabverbindungselement 107),
ebenfalls mit überlagertem
B-Plan 111. Eine Teilungslinie 112 des Nabenverbindungselementes 106 besteht
hauptsächlich
aus einer Stegflächenteilungslinie 113 und
einer Passflächenteilungslinie 114.
Drei (3) Abschnitte 116 der Finger 96 sind
zusammengefasst durch einen Abschnitt 115 des Steges 108.
Die Abschnitte 121 der Finger 101 haben eine Teilungslinie 122.
Die Fingerabschnitte 121, an den Stellen 123,
sind tangent zu dem B-Plan 111. An den Stellen 124 sind
die Fingerabschnitte 121 tangent zu einer Teilungslinie 114 eines
Nabenverbinders 106 an der Passfläche 100.
-
Der
V-Plan 120 zeigt dass eine Stab-Stab Zusammenfügung (Stabverbinder 107 – Stabverbinder 107)
gattungslos ist und dementsprechend ist der Stabverbinder 107 ein
gattungsloser Verbinder. Aber nach genauer Überprüfung sollte es auch auf der Hand
liegen, dass eine Naben-Naben Zusammenfügung (Nabenverbinder 106 – Nabenverbinder 106) gattungslos
ist, was bedeutet, dass Stäbe
mit einem Nabenverbinder 106 anstatt eines Stabverbinders 107 versehen
hätten
werden können.
Aber der V-Plan 110 zeigt, dass die Naben-Stab Zusammenfügung (Nabenverbinder 106 -Stabverbinder 107 gattungslos
ist. Dann aber sind die Verbinder 106 und 107,
trotz der Unterschiede in ihrem Aussehen, im Wesentlichen identische
Verbinder. Dieser Unterschied, ist dass bei der Gestaltung des Verbinders 107 einiges
Material entfernt wurde, das für
die Verbindung nicht unbedingt nötig
ist. Die Ausnehmung 125 und die Ausnehmung 126 sind
Bereiche wo Material entfernt wurde. Obschon gemäss dieser Entwurfstrategie
Material entfernt aber die für
die Verbindung wesentlichen Berührungspunkte
beibehalten werden, sind die auf diese Weise geformten Finger nicht
ganz so steif und es liegt ein geringerer Verbindungsflächenbereich
vor. Erwähnt
sei aber, dass einiges des aus dem Bereich der Ausnehmung 125 entfernten
Materials ohnehin für
den Schlitzspielraum entfernt werden müsste.
-
Die
in den 13 und 14 in
Perspektive dargestellten Ausführungsbeispiele 130 bzw. 140, sind
Naben, die für
geodetische Konstruktionen geeignet sind, wenn sie aus flexiblem
Werkstoff geformt werden. Die Nabe 130 ist mit fünf radialen,
gleich voneinander beabstandeten, gattungslosen Verbindern 131 versehen,
welche sich in Radialrichtung von dem Mittelpunkt 142 einer
Nabe wie Speichen eines Rades erstrecken. Die Nabe 140 hat
sechs dieser Verbinder, die an einem Nabenkern 141 befestigt sind.
Jeder Verbinder 131 hat zwei Finger 139 mit Passflächen 134.
Diese Finger sind durch einen Schlitz 135 voneinander getrennt
und über
einen Steg 136 miteinander verbunden. Ein Distalscheitel 132 eines
jeden Fingers, wenn mit einem anderen Verbinder 131 verbunden,
sitzt auf einem Proximalsitz 133 und die Passflächen 134 gleiten
aufeinander mit einem sanften Festsitz. Zur Herstellung geodetischer
Konstruktionen werden auch Stäbe
benötigt ähnlich wie
die Stäbe 30 und 31 aber
mit verschiedenen Längen.
-
In 15 ist
in Perspektive ein Ausführungsbeispiel 150 eines
Baublockes mit vier gattungslosen Verbindern 151 gezeigt.
Jeweils ein Verbinder 151 befindet sich in der Mitte jeder
der vier vertikalen Seiten eines Baublockkörper 145. Jeder Verbinder 151 hat
zwei Finger 159 mit Distalscheiteln 152, Passflächen 154,
und Schlitzflächen 158.
Die Finger sind getrennt durch einen Distalschlitz 155 und
verbunden über
einen Proximalsteg 156. Wie durch eine genaue Überprüfung feststellbar
ist, können
zweidimensionale Strukturen mit diesen Blöcken aufgebaut werden. Wenn
weitere gattungslose Verbinder irgendeiner Ausführung an den zwei anderen Flächen des
Blockes 145 vorgesehen werden würden, könnten dreidimensionale Strukturen
aufgebaut werden. Es ist auch zu erwähnen, dass innerhalb eines
grossen Abmessungsbereiches Stäbe, ähnlich wie
die Stäbe 30 und 31 an
einen Verbinder 151 angeschlossen werden können.
-
Die
Ausführungsbeispiele 160 und 175,
welche in den 16 bzw. 17 in
Perspektive dargestellt sind, sind Teil eines anderen Baublocksystems. Diese
Ausführungsbeispiele
wurden entworfen durch Anwendung boolischer Verfahren an Festkörpern. Ein
Stab 177 wird entweder zu einem Block 161 oder einem
Block 176 addiert oder von demselben subtrahiert. Diese
Stäbe sind
so eingestellt, damit genau die Hälfte des Stabes, d.h. ein Finger
und die Hälfte eines
Verbindungssteges, in dem Block 161 ist und damit die Hauptebene
des Stabes senkrecht zu der Fläche
des Blockes ist den er verzieren soll. Das Ergebnis der Subtraktion
ist ein negativer Halbstabkanal 163 in dem Blockkörper 161.
Das Ergebnis einer Addition ist ein an einer Fläche des Blockes 161 befestigter
Halbstab 162. Ein Halbstab 162 ist mit einem Kanal 163 gepaart
an jeder der vier vertikalen Flächen
des Blockes 160. Wie aus einer genauen Überprüfung ersichtlich, können die
Blöcke 160 zu
zweidimensionalen Strukturen zusammengebaut werden, ohne die Verwendung
irgendwelcher anderer Elemente, wobei jeder Halbstab 162 an
einer Fläche
des Blockes mit einem Kanal 163 eines anderen Proximalblockes
zusammenpasst. In einer kompakten, rechteckigen Struktur befinden
sich die einzigen Halbstäbe 162 und
-kanäle 163,
welche nicht besetzt sind auf Flächen
der Blöcke,
die an einem Rand der Struktur liegen.
-
Jeder
Halbstab 162 hat zwei Scheitel 164, einen Steg 166 und
zwei Stegscheitel 167. Beim Zusammenfügen gleiten Passflächen 170 des
Halbstabes 162 längs
den Flächen 171 des
Kanals 163 und ein Steg 166 gelangt in einen Schlitz 165.
Der Steg 166 gleitet längs
einer Schlitzfläche 168.
Der Baublock 175, der mit einem Stab 177 als Block-
und Stabbaueinheit 173 dargestellt ist, ist etwas verschieden
aufgebaut mit Halbstäben 162 an
jeder der vier Ecken. Diese Halbstäbe sind auch wahlweise mit
einem Schlitz 179 versehen, um die Verbindung mit Stangen 30, 31 und 177 und
Naben 32 usw. zu erlauben. Kanäle 163 befinden sich
in der Mitte des Blockes. Wegen der Anordnung der Halbstäbe 162 an den
Ecken mit ihren Hauptachsen in einem fünfundvierzig (45) Grad Winkel
zu dem Blockkörper 176, können Blöcke 175 verwendet
werden zum Aufbau von Strukturen in einem fünfundvierzig (45) Grad Winkel
zu Strukturen mit im Mittelpunkt verbundenen Blöcken 160.
-
Ein
Ausführungsbeispiel 181 ist
in 18 in Perspektive dargestellt als Teil einer Naben-Naben Baueinheit 180.
Sie besitzt zwei angeschlossene Naben 32. Das Ausführungsbeispiel 181 zeigt
ein Verfahren zur Konstruktion von Naben deren Verbinder 183 in
einem neunzig (90) Grad Winkel zu den Verbindern 34 der
Nabe 32 angeordnet sind. Diese Ausrichtung erlaubt es eine
Nabe 181 und eine Nabe 32 so miteinander zu verbinden
damit ihre Hauptachsen parallel sind. Jeder Verbinder 183 ist
mit zwei Fingern 184 versehen, die durch einen Distalschlitz 189 voneinander
getrennt und über
einen Proximalsteg 185 miteinander verbunden sind. Jeder
Verbinder 183 ist an einem mittleren Zylinder 182 an
einer Zylinderwand 188 befestigt. Diese Wand dient als
Proximalsitz für
jede Zusammenfügung
zwischen Nabe 183 und der Nabe 34 usw.. Entweder
ein Distalscheitel 187 oder ein Stegscheitel 186 kann
als Anschlag dienen. Eine Verbinder- 183 – Nabenwand 188 Zusammenfügung ist
senkrecht zu der Nabenwand und die Hauptebene des Verbinders 183 ist
parallel zu der Achse des zentralen Zylinders 182.
-
Offensichtlich
sind viele andere Ausführungen
möglich.
Der zentrale Zylinder 182 könnte ersetzt werden durch ein
rechteckiges oder sechseckiges Prisma oder durch ein Prisma mit
einer anderen Querschnittsform. Die Ausrichtungsebene der Verbinder 183 könnte sich
in einem neunzig (90) Grad Winkel zu der dargestellten Ausrichtung
befinden oder irgendeinen willkürlichen
Winkel einnehmen. Die relative Anordnung der Verbinder könnte verschieden
sein. Die Verbinder sind in zwei identischen Ringen mit jeweils
vier Verbindern angeordnet wobei die Ringe um fünfundvierzig (45) Grad gegeneinander
verdreht sind. Andere Ausführungsformen
sind aber auch möglich.
-
In 19b ist ein Paar 191 der Profile 190 dargestellt.
Wenn Schaftfräser
mit diesem Profil so eingestellt wären würden sie eine "perfekte Verbindung" herstellen. Die
Seiten 192 des Profilpaares 192 treffen in einem
Punkt in der Mitte des B-Plans 194 zusammen wenn sie durch
die gestrichelten Linien 193 verlängert werden. Die Stegdicke
ist die gleiche wie das Bezugsmass w und ist die gleiche wie die
Länge der
Stegfläche 195.
Wenn das Profil 190 abgeändert werden würde durch
die unterbrochenen Linien 196 dann wäre die Stegdicke die gleiche
wie die Bezugslänge
w1. In der 19c wurden die Profile 190 auseinanderbewegt
zum Formen eines Profilpaares 197. Die Stegdicke ist nun
grösser
als das Bezugsmass w um das Übermass
des Bezugsmasses w2 über
das Bezugsmass w.