DE69921807T2

DE69921807T2 - Magnetisch verankerte aufbausysteme

Info

Publication number: DE69921807T2
Application number: DE69921807T
Authority: DE
Inventors: Claudio Vicentelli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: ATE282241T1; JP2002516478A; CA2332362A1; AU747183B2; WO1999060583A1; DE99915707T1; CN1187764C; ES2230844T3; CA2332362C; US7038567B2; CN1305634A; JP4707833B2; BR9911028A; AU3417999A; DE69921807D1; HK1039531B; RU2214636C2; EP1080476A1; EP1080476B1; PT1080476E

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Baugruppe, die sich aus der Kombination einer Anzahl von magnetisch verankerbaren Modulen ergibt, nach Anspruch 1, die auf verschiedenen technischen Gebieten verwendet werden kann, beispielsweise zum Erzeugen von Baugruppen für Spiele oder zur Ausbildung, für Einrichtungszubehörteile in Form von Verzierungen, Modelle von Molekülaggregaten, Muster, Bühnen, Bühnenaufbaustrukturen und viele andere Anwendungen. Baugruppen, die sich aus einer Kombination von magnetisch verankerbaren Modulen ergeben, sind aus DE-A-3910304 und US-A-1 535 035 bekannt.
Module in einem Permanentmagnetmaterial sind bekannt und werden für einzelne Anwendungen und nicht für den Zusammenbau von vielen Modulen verwendet. Diese Permanentmagnetmodule werden beispielsweise bei Schach und Dame, deren magnetische Stücke auf einem ferromagnetischen Schachbrett sitzen, in Magnettafeln, die durch Buchstaben und/oder Zahlen gebildet sind, die magnetisch auf einer ferromagnetischen Platte befestigt werden können, um Texte zu bilden, und in Komponenten mit verschiedenen Formen, die individuell mit Magneten versehen sind, die auf einer ferromagnetischen Platte gekoppelt werden können, um zweidimensionale Figuren von Tieren usw. zu bilden, verwendet.
Diese magnetischen Anwendungen, die auf dem Markt erhältlich sind, basieren nicht auf der Kopplung von mehreren magnetischen Modulen, sondern einfach auf der Möglichkeit, zweidimensionale Figuren zu erzeugen, wobei die verschiedenen Module benachbart auf einer ferromagnetischen Platte angeordnet werden, auf der die einzelnen Module einzeln kurzgeschlossen werden.
Es sind auch Systeme zum Bilden von dreidimensionalen Strukturen bekannt, die die Verkettung von verschiedenen Modulen nutzen. Module mit verschiedenen Formen existieren, aber im Allgemeinen sind sie Prismen mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Grundriss, die durch eine Matrix in Kunststoff und durch Magnetkopplungseinsätze, die auf einer oder mehreren Konturflächen angeordnet werden, gebildet werden. Die Magneteinsätze können durch magnetische Punkte mit einer regelmäßigen Form, beispielsweise quadratisch oder kreisförmig, die symmetrisch in Reihen angeordnet sind, oder durch magnetische Folien mit Streifenmagnetisierung mit abwechselnder Polarität gebildet werden.
Eine der ernsteren Grenzen von herkömmlichen Modulen wird durch die Tatsache dargestellt, dass "Regeln" zum Zusammenbau beachtet werden müssen, die übermäßig einschränkend und benachteiligend sind, vor allem angesichts der Anzahl von gesamten Zusammensetzungen, die hergestellt werden können.
In Bezug auf die acht Flächen des Prismas, die potentiell zur Verbindung zur Verfügung stehen, sind nur einige von ihnen effektiv aktiv und auf kleine Bereiche begrenzt. Insbesondere können zwei Module mit punktförmigen Einsätzen manchmal nur verbunden werden, wenn eine vorgegebene Anzahl von entsprechenden Reihen von magnetischen Punkten übereinander gelagert werden, mit der weiteren Anforderung, dass diese Reihen von entsprechenden magnetischen Punkten mit entgegengesetzter magnetischer Polarität einander zugewandt sein müssen. In anderen Fällen ist eine Verbindung zwischen der oberen Fläche eines Moduls und der unteren eines anderen möglich, aber eine Verbindung zwischen den Seitenflächen oder umgekehrt ist ausgeschlossen. In anderen Fällen hängt die Verbindung zwischen den Flächen von einer vorgegebenen reziproken Positionierung der Module ab und sie ist daher nur durch Umstürzen von einem möglich, d. h. durch Austauschen seiner oberen Fläche mit der unteren, wobei das andere unverändert bleibt.
Abgesehen von den Kopplungseinschränkungen werden herkömmliche Module auch durch diejenigen stark beeinflusst, die durch die niedrige Ausbeute des Magnetkreises, den sie erzeugen, d. h. durch den Prozentsatz der magnetischen Energie, die zum Verbinden der Module genutzt wird, in Bezug auf die gesamte installierte Energie, verursacht werden.
Die hohe Flussstreuung, die entlang des ganzen Magnetkreises auftritt, ermöglicht nicht, dass die installierte Energie vollständig genutzt wird. Dieses Ereignis gewinnt an Bedeutung, wenn die Komplexität der aufzubauenden Struktur zunimmt, angesichts der Tatsache, dass der Zusammenbau einer zunehmenden Anzahl von Modulen eine allmähliche Ansammlung von Lücken verursacht. Um Verbundformen zu erhalten, die unterschiedlich, aber fest angeordnet sind, beispielsweise freitragende Strukturen, müssen die Magnetfeldquellen übergroß gemacht werden, und der daraus folgende höhere Bedarf für magnetisches Material hat eine beträchtliche Gewichtszunahme der Gesamtstruktur und eine unvermeidliche Kostensteigerung zur Folge.
Im Fall, in dem die Magneteinsätze durch magnetisierte Folien mit Streifen mit abwechselnder Polarität gebildet sind, besteht zusätzlich der weitere Nachteil in der Tatsache, dass der aktive magnetische Bereich zur Verbindung pro Kopplungsflächeneinheit sehr begrenzt ist und das verwendete magnetische Material notwendigerweise eine geringe Koerzitivkraft aufweisen muss.
Herkömmliche Baugruppenmodule tragen auch zur Erzeugung von räumlichen Figuren bei, die niemals magnetisch neutral sind, d. h. räumlichen Figuren, die mit der Umgebung merklich in Wechselwirkung treten und Situationen realer Gefahr verursachen können. Dieses Problem wird beispielsweise besonders in Anwendungen für Kinder gespürt, bei denen die Module in Form von magnetischen Steinen Eisenmaterialien, die verstreut sind, beispielsweise Nadeln, Stifte oder Nägel, "anziehen" können.
Im Allgemeinen ermöglichen die bisher bekannten Baugruppen nicht die Konstruktion von modularen Baugruppen, bei denen die magnetischen Verankerungskräfte zwischen den Modulen erhöht und angemessen genutzt werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Module zu schaffen, die reziprok angebracht werden können, um komplexe Baugruppen zu bilden, die ermöglichen, dass die Nachteile von früheren Systemen beseitigt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Baugruppenmodule so zu schaffen, dass sie schnell und leicht zusammengefügt werden, um eine komplexe Baugruppe zu bilden, und die auch dazu geeignet sind, gleichermaßen leicht und schnell gelöst zu werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Baugruppenmodule zu schaffen, die ermöglichen, dass äußerst stabile dreidimensionale Konstruktionen erhalten werden.
Gemäß der Erfindung werden die vorangehenden Aufgaben durch Module und ihren Zusammenbau nach einem der beigefügten unabhängigen Ansprüche erzielt.
In diesem Fall definiert die Baugruppe für den durch die magnetischen Einsätze erzeugten magnetischen Fluss einen geeigneten Kreis, in dem der Gesamtspalt, d. h. das Ausmaß des Weges des magnetischen Flusses, der sich in einem nicht magnetischen Material entwickelt, nur jenes ist, das für die mögliche Form der Module, für Schichten mit einem hohen Reibungskoeffizienten erforderlich ist oder durch Konstruktionstoleranzen erzeugt wird, die zwischen den zwei Kopplungsflächen von zwei benachbarten Modulen erzeugt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Permanentmagnetmodule mit einem ferromagnetischen Joch und ferromagnetischen Modulen geschaffen, deren Kombination ermöglicht, dass der magnetische Fluss vollständig oder zumindest teilweise kurzgeschlossen wird.
Die Anwesenheit von ferromagnetischen Jochen ermöglicht, dass die Gesamtzahl von magnetischen Modulen nach Bedarf erhöht wird, ohne dadurch mit derselben Geschwindigkeit den in der Konstruktion vorhandenen Gesamtspalt zu vergrößern.
Die Magneten, die den magnetischen Fluss erzeugen, werden in Reihe angeordnet und durch die ferromagnetischen Joche in einer solchen Weise kurzgeschlossen, dass jedes zusätzliche Einfügen von Modulen in den Magnetkreis die Verfügbarkeit der gesamten Koerzitivität für die Struktur erhöht und folglich zum Angehen der magnetischen Widerstände, die im Magnetkreis vorliegen können, beiträgt.
Die vollständige Verwendung der installierten magnetischen Spannungen ermöglicht entsprechend dem verwendeten magnetischen Material eine höhere Anziehungskraft zwischen den Modulen.
Es ist auch klar, dass das Kurzschließen, das durch geeignetes Kombinieren der Module erzielt werden kann, wiederum entsprechend dem verwendeten magnetischen Material ermöglicht, dass flexiblere und komplexere Strukturen mit unüblichen Formen gebaut werden, angesichts der Tatsache, dass die größere Kohäsionskraft deren Eigenhalt beträchtlich erhöht.
Ein weiterer variierender und vorteilhafter Aspekt ist definitiv die Tatsache, dass die Permanentmagnetmodule mit ferromagnetischem Joch und den vollständig ferromagnetischen Modulen teilweise oder sehr häufig vollständig frei sind vom Zwang, irgendeiner vorgegebenen Positionierung unterzogen zu werden, damit sie reziprok verbunden werden, und im Gegenteil eine kontinuierliche Bewegung eines Moduls am anderen ohne Unterbrechung möglich gemacht wird.
Alle obigen Vorteile können durch eine Baugruppe aus magnetisch verankerbaren Modulen mit mehreren Modulen eines ersten Typs nach Anspruch 1 erhalten werden; die restlichen abhängigen Ansprüche betreffen weitere Merkmale der Erfindung.
Diese und weitere vorteilhafte Aspekte unserer Erfindung werden durch Lesen der Beschreibung, die sich auf die begleitenden Zeichnungen bezieht, noch klarer gemacht, in welchen die Querschnitte von ferromagnetischen Teilen durch eine Reihe von dünnen schrägen Linien dargestellt sind, die Querschnitte von Teilen der nicht magnetischen Matrix durch eine Reihe von abwechselnden dicken und dünnen schrägen Linien dargestellt sind, während die Buchstaben n und s den Nordpol und den Südpol eines Magneten bedeuten, und der Kreis des magnetischen Flusses durch gestrichelte Linien nachgezogen ist.
1 und 1d stellen Querschnitte von Permanentmagnetmodulen, die in der erfindungsgemäßen Baugruppe verwendet werden, und 1a und 1b einige Möglichkeiten zum Kurzschließen des magnetischen Flusses durch Kombinieren der Module von 1 miteinander oder mit ferromagnetischen Modulen dar;
2 und 3 stellen Querschnitte von weiteren Beispielen von Permanentmag netmodulen, die in der erfindungsgemäßen Baugruppe verwendet werden, und 1c einen möglichen Kurzschluss des magnetischen Flusses unter Verwendung der Module von 3 in Kombination mit ferromagnetischen Modulen dar;
4 und 5 stellen einen Querschnitt eines einzelnen Permanentmagnetmoduls und die relevanten Baugruppen gemäß weiteren Ausführungsformen dar, die einen vollständigen Kurzschluss des magnetischen Flusses ermöglichen;
6 stellt eine Baugruppe gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei die magnetischen Elemente eines Moduls entfernbar sind;
7 stellt eine weitere Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, bei der es möglich ist, ein Modul am anderen mit Stetigkeit zu bewegen;
8 zeigt eine weitere Baugruppe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die resultierende Struktur mit der Außenumgebung nicht magnetisch in Wechselwirkung steht.
Das Permanentmagnetmodul 1 von 1 umfasst zwei obere 2 bzw. untere 3 zylindrische magnetische Elemente, die innerhalb von Schlitzen 4 bzw. 5 untergebracht sind, die an den entgegengesetzten Basen eines zylindrischen ferromagnetischen Jochs 6 ausgebildet sind. Die Schlitze 4 und 5 sind auch zylindrisch, aber radial ausgedehnter als die Magneten 2 und 3, um einen Zwischenraum 70 zwischen den Seitenwänden des oberen und des unteren Magneten 2 bzw. 3 und den Seitenwänden der entsprechenden Schlitze 4 und 5 festzulegen. Die Magneten 2 und 3 weisen Achsen magnetischer Polarisation parallel zur Achse des Jochs 6 auf und sind über das ferromagnetische Joch 6 in Reihe geschaltet.
Der durch die zwei Magneten 2 und 3 und durch das ferromagnetische Joch 6 gebildete Kern ist in eine nicht magnetische Matrix 7 mit einer Hohlzylinderform integriert, die an den Basen offen ist, um die Polflächen 13 und 14 der Magneten 2 und 3 und die obere 10 und untere 110 Kante des ferromagneti schen Jochs 6 für die Verbindung mit anderen Modulen unbedeckt zu lassen.
Die Verwendung des Moduls 1 bietet die Gelegenheit, Baugruppen aus zwei, drei oder mehr Einheiten mit anderen Modulen desselben Typs oder mit einem anderen Modultyp herzustellen, um in jedem Fall einen Kurzschluss des magnetischen Flusses zu erzielen, wie in 1a, 1b, 1c und 1d gezeigt.
Unter Verwendung von zwei Einheiten ist es möglich, den Fluss mittels der Verankerung von zwei identischen Modulen 1' und 1'' kurzzuschließen, wobei die Kontaktmagnete 3' und 2'' mit entgegengesetzter Polarität übereinander gelagert werden (1a). Wie 1a auch zeigt, stellen die in Kontakt stehenden äußeren Polflächen 12' und 11'' der Module 1' und 1'' einen ersten Typ von direkt aktiven Bereichen für die reziproke Verbindung derselben Module 1' und 1'' dar. Die obere Endkante 10' des ferromagnetischen Jochs 6' wird durch die Magneten, die sowohl im Modul 1' als auch im Modul 1'' vorhanden sind, mit welchem 1' in Kontakt kommt, polarisiert und legt somit einen zweiten Typ eines Bereichs fest, der diesmal durch Induktion aktiviert wird, welcher zur Verbindung mit dem Modul 1'' vorgesehen ist. Ein ganz ähnlicher Prozess wird gleichzeitig von der Kante 10'' des Moduls 1'' durchgemacht. Der magnetische Fluss, der von der inneren Polfläche 13'' des Moduls 1'' entspringt, verläuft in Richtung des ferromagnetischen Inneren 6'' desselben Moduls, weicht in Richtung der Kante 10'' ab, durchquert nacheinander die Kante 10'' und dann 10', um schließlich den Magnetkreis zu schließen, wobei er von der Polfläche 14' des Moduls 1' erneut eintritt. Der Zwischenraum 70' bzw. 70'' beseitigt einen möglichen Kurzschluss des Flusses zwischen den Seitenwänden der Schlitze 5' und 4'' mit den Seitenwänden der Magneten 3' bzw. 2''.
Alternativ kann ein Modul 1''' an einem anderen Modul, beispielsweise einem kugelförmigen ferromagnetischen Modul 15 (1b), verankert werden.
Um eine Baugruppe, die insgesamt magnetisch neutral ist, aus zwei Elementen allein zu erzeugen, können gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die in 1d gezeigt ist, Module 16 und 16' mit einem einzelnen Magneten 17 und 17' verwendet werden, welche durch Vorstellen, dass das Modul 1 im rechten Winkel entlang der Linie 1d-1d geschnitten wird, erhalten wer den. In diesem Fall können die unbedeckten Polflächen 18 und 18' mit entgegengesetztem Vorzeichen der Module 16 und 16' reziprok oder mit einem ferromagnetischen Modul in Eingriff stehen.
Eine Baugruppe aus drei Einheiten, bei der ein Permanentmagnetmodul 1 verwendet wird, kann durch Verankern eines jeweiligen identischen Moduls 1 an beiden Kopplungsflächen 8 und 9, so dass alle Magneten in Reihe liegen, oder durch Verankern, wiederum so, dass alle Magneten in Reihe liegen, eines identischen Moduls an einer Fläche und eines ferromagnetischen Moduls, das beispielsweise kugelförmig ist, an der anderen Kopplungsfläche, oder schließlich durch Verankern eines jeweiligen ferromagnetischen Moduls, beispielsweise vom vorstehend erwähnten kugelförmigen Typ, an den zwei Flächen 8 und 9 erhalten werden.
Eine Baugruppe aus mehr als drei Einheiten kann durch Einfügen des Moduls 1 in einen Komplex von Modulen, die identisch sind und dennoch mit Magnetenn in Reihe und in Kontakt angeordnet sind, mittels der Einfügung von ferromagnetischen Modulen mit verschiedenen Formen, obwohl sie in der vorliegenden Ausführungsform kugelförmig sind, um eine beliebige Folge von Permanentmagnet- und ferromagnetischen Modulen entlang einer geschlossenen Linie, die den Magnetflusskreis vollständig umschließt, zu erzeugen, erhalten werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Kern eines anderen Permanentmagnetmoduls, das in 2 mit 19 bezeichnet ist, durch Einfügen eines Magneten 20 zwischen zwei identische rechtwinklige ferromagnetische Sektoren 21 und 22, die die entgegengesetzten Polflächen 23 und 24 davon vollständig bedecken und die von den Kanten der Polflächen 23 und 24 vorstehen, um Polverlängerungen 25 und 26 zu definieren, erhalten. Die Kanten 250 und 260 der polarisierten Polverlängerungen 25 und 26 definieren daher Bereiche, die mittels Induktion durch den Magneten 20 für die magnetische Verbindung mit anderen Modulen aktiviert werden. Der Kern des Moduls 19 ist in einer nicht magnetischen Beschichtung 27 mit prismatischer Form und quadratischem Querschnitt enthalten, die nur die aktiven ferromagnetischen Bereiche unbedeckt lässt, die durch die Kanten der Polverlängerungen 25 und 26 umrissen sind. Die Polarisierung des Magneten 20 geschieht schließlich im rechten Winkel zur Achse der zwei Sektoren 21 und 22.
Ein Modul 19 ermöglicht das Kurzschließen des magnetischen Flusses für eine minimale Struktur, die durch Zusammenfügen von zwei Einheiten gebildet wird, wobei an einer der zwei entgegengesetzten Verlängerungen 25 und 26 ein identisches Modul oder ein ferromagnetisches Modul, das beispielsweise kugelförmig ist, verankert wird, oder für eine Struktur, die aus mindestens drei Einheiten besteht, die unter den Modulen 19 und ferromagnetischen Modulen ausgewählt werden, die beispielsweise kugelförmig sind, und folglich ein, zwei oder drei identische Permanentmagnetmodule 19 umfasst. In 3 ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein Permanentmagnetmodul 28 dargestellt, das in einer nicht magnetischen Matrix 29 mit einer Prismenform und kreisförmigem Querschnitt untergebracht ist. Der Kern ist durch einen kleinen ferromagnetischen Zylinder 30 gebildet, dessen entgegengesetzte Basen exakt den Polflächen 31 und 32 mit entgegengesetztem Vorzeichen von zwei Magneten 33 und 34 entsprechen. Die zwei Magneten 33 und 34 sind parallel zur Achse des kleinen Zylinders 30 magnetisiert und ihre gleichen unbedeckten Pole 35 und 36 legen direkt einen aktiven Bereich für die Verbindung mit anderen möglichen Modulen fest, was in diesem Fall das Maximum ist, das pro Flächeneinheit erhalten werden kann. Mit der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kurzschluss des magnetischen Flusses über mindestens drei identische Module 28, die mit Magneten in Reihe angeordnet sind, die in diesem Fall durch kugelförmige ferromagnetische Module 37 beabstandet sind, erhalten, um eine insgesamt geschlossene dreieckige Struktur zu erhalten, die insgesamt in 1c ersichtlich ist.
Die niedrige Flussstreuung, die beim Zusammenfügen der Module 1, 19 und 28 erhalten wird, und die charakteristische Anordnung der Magneten in Reihe, die beispielsweise in 1c angegeben ist, erhöht die Anzahl von Konstruktionswahlmöglichkeiten und optimiert den Typ und die Menge an für die magnetischen Elemente zu verwendendem Material.
Wenn man sich daran erinnert, dass die Kohäsionskraft zum Quadrat der Stärke des magnetischen Flusses proportional ist, ist es daher klar, dass nur ein Magnetkreis gemäß den vorliegenden Ausführungsformen, in dem die ferromagnetischen Elemente 6, 21, 22, 30 und 37 vorzugsweise den magnetischen Fluss weiterleiten, entsprechend den verwendeten Magneten eine größere Kohäsionskraft zwischen den Modulen oder entsprechend der Kohäsionskraft weniger Bedarf für magnetisches Material erreichen kann.
Die Möglichkeit, eine konzentrierte Kohäsionskraft unter Verwendung einer minimalen Menge an magnetischem Material zu erzeugen, verringert dann die Gravitationsgrenzen angesichts einer komplexen und großen Konstruktion so weit wie möglich, beispielsweise mit Bezug auf eine Bühnenaufbaustruktur oder auf eine Stützstruktur für Festzelte oder Bühnen. Unter ähnlichen Umständen könnte dort, wo die menschliche Kraft zum Lösen der Module nicht ausreicht, vorgesehen werden, eine Aktivierung und Deaktivierung der Struktur elektromagnetischen Systemen, bei denen eine Magnetspule mit einem Strom gespeist wird, der in der einen oder der anderen Richtung fließt, oder mechanisch-manuellen Systemen zum Magnetisieren oder Entmagnetisieren eines Teils während des Zusammenbaus oder der Zerlegung der Struktur zuzuweisen.
8 gibt ein Beispiel für die Form einer möglichen Zusammensetzung 110 von Modulen 28 von 3 mit kugelförmigen ferromagnetischen Modulen, die eine vollständig ausgeglichene magnetische Gitterstruktur bildet, d. h. mit einem vollständig kurzgeschlossenen magnetischen Fluss und mit vollständig kombinierten magnetischen Spannungen, die aus diesem Grund in keiner Weise mit der Außenumgebung in Wechselwirkung steht.
Die Module 50 von 4 sind aus einer rechtwinkligen Platte 38 in einem nicht magnetischen Material gebildet, in der ein erstes Gehäuse 39 der Länge nach für einen ferromagnetischen Stab mit rechtwinkligem Grundriss 40 und ein zweites Gehäuse 41 für einen rechtwinkligen Magneten 42, der im rechten Winkel zur Ebene der Platte 38 polarisiert ist, ausgebildet sind. Das Gehäuse 41 ist in Längsrichtung zum ersten Gehäuse 39 benachbart und ist an einem Ende der Platte 38 angeordnet. Die Gehäuse 39 und 41 für den Stab 40 und für den Magneten 42 weisen eine Tiefe gleich der gesamten Dicke der Platte 38 auf. Die unbedeckten Polflächen 88 und 90, die durch die obere bzw. die untere Basis des Magneten 42 und die obere 92 bzw. die untere 94 Oberfläche des Stabes 40 gebildet sind, stellen direkt aktive Bereiche bzw. Bereiche, die durch magnetische Induktion für die magnetische Verbindung mit benachbar ten Modulen aktiviert werden, dar.
Die Module 52 von 5 sind auch durch eine Platte 43 in einem nicht magnetischen Material gebildet, an deren unterer Seitenwand 84 ein erstes Gehäuse der Längs nach mit einer Tiefe gleich ungefähr der Hälfte der Dicke der Platte für ein ferromagnetisches Element 44 in Form eines Stabes mit rechtwinkligem Grundriss ausgebildet ist. Ein zweites 45 und ein drittes 46 Gehäuse für zwei identische Magneten 47 und 48 jedoch mit entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung sind an der oberen Seitenwand 86 der Platte 43 an den entgegengesetzten Enden des ferromagnetischen Elements 44 geschaffen, so dass nur die Polflächen 80 und 82 der zwei Magneten 47 und 48 unbedeckt belassen werden.
4 und 5 zeigen auch durch eine gestrichelte Linie, wie ein perfekter Kurzschluss des Flusses während des Vorgangs des Zusammenbaus der Module 50 und 52 erreicht wird, welcher die Querschnitte der ferromagnetischen Elemente 40 und 44 durchquert. Insbesondere ermöglichen die nicht magnetische Schicht 74, die den Stab 40 der Länge nach vom Magneten 42 trennt, und die nicht magnetische Schicht 76, die die zwei Magneten 47 und 48 trennt, dass der Fluss, der von einem Pol des Magneten 42 bzw. 47 ausgeht, sich am übrigen Pol mit entgegengesetztem Vorzeichen bzw. am Pol mit entgegengesetztem Vorzeichen des Magneten 48 erst schließt, nachdem er die Querschnitte der ferromagnetischen Stäbe 40 bzw. 44 der benachbarten Module 50 bzw. 52 durchquert hat.
In Anbetracht der Tatsache, dass die in 4 und 5 gezeigten Module 50 und 52 im Vergleich zu irgendeiner anderen heute bekannten Lösung eine größere Energie zum Erzielen eines reziproken Eingriffs zur Verfügung haben, wird der Bedarf für Ausführungsformen mit einer Bemessung innerhalb äußerst enger Toleranzen verringert.
Es ist daher möglich, die Kopplungspolflächen der Magneten 42, 47 und 48 und die unbedeckten Oberflächen der Ferromagneten 40 und 44 aus rein ästhetischen Bedürfnissen und für Hygienezwecke und zum Vergrößern der Reibungskräfte zwischen den verschiedenen Modulen 50 und 52 mit einer Schicht aus nicht magnetischem Material zu bedecken.
Insbesondere kann somit entschieden werden, auf einen Kern mit einem oder mehreren Magneten und einem ferromagnetischen Joch oder auf einen reinen ferromagnetischen Kern eine nicht magnetische Beschichtung aufzubringen, um ein Modul mit der erforderlichen Form, beispielsweise Stab, kubisch, achteckig und so weiter, zu bilden.
Die vollständige nicht magnetische Bedeckung des Kerns vermeidet bei den Anwendungen für Kinder auch das Risiko eines direkten Speichelkontakts mit dem magnetischen und/oder ferromagnetischen Material.
Wenn dreidimensionale Strukturen erzeugt werden, insbesondere bei schwereren und komplexeren Strukturen, wird die Gesamtstabilität nicht nur durch die Kohäsionskraft, sondern auch durch die für das Verschieben von zwei Kopplungsflächen erforderliche Kraft gesteuert. Somit kann ein Teil der Kohäsionskraft, die für das, was in der vorliegenden Ausführungsform gesagt wurde, äußerst hoch ist, durch Bedecken des Moduls mit einer dünnen Schicht aus einem Material mit einem hohen Reibungskoeffizienten geopfert werden, welche angesichts einer erwarteten Erhöhung des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises als Kompensation eine deutliche Verbesserung der Gleitkraft bietet.
Die Baugruppe von 6 weist Module 54 mit einem lang gestreckten ferromagnetischen Element 55 auf, in dem Durchgangslöcher 56 in einer Längsfolge zum Unterbringen von Magneten 58 ausgebildet sind. In diesem Beispiel ermöglichen die Löcher einen Eingriff und ein Lösen von Magneten mit einem nicht magnetischen Gewinde, von denen ein Teil oder alle daher nach Bedarf in die Löcher 56 eingesetzt oder aus diesen entfernt werden können.
Die Ausführungsform in einem Modul mit entfernbarem Eingriff, durch geeignete Stecker/Buchsen-Kopplungsteile, von ferromagnetischen Elementen und aktiven magnetischen Elementen miteinander und mit der nicht magnetischen Matrix, die vorhanden sein kann, wäre natürlich im Allgemeinen auch für ein beliebiges der vorher beschriebenen Module oder für irgendein anderes erfindungsgemäßes Modul möglich.
Die Baugruppe von 7 umfasst Module 150 mit einem vollständig ferromagnetischen Kern 152 und Module 100 mit einem Permanentmagnetkern 102 des Typs, der beispielsweise in 1d gezeigt ist, welcher an den entgegengesetzten Enden eines ferromagnetischen Jochs 104 vorgesehen ist, das wiederum longitudinal lang gestreckt und in einen nicht magnetischen Stab 106 eingesetzt ist.
Die Anwesenheit von ferromagnetischen Teilen in den Einheiten 100 ermöglicht, dass der Fluss ohne hohe Streuungen weitergeleitet wird, aber vor allem vermeidet sie den Zwang, die Einheiten 100 relativ zueinander genau zu positionieren, wie durch die Pfeile angegeben, die ein Beispiel für die möglichen relativen Verschiebungen zwischen Modulen geben, wobei folglich die Anzahl von Formen, die erreicht werden können, erhöht wird, in Anbetracht der Tatsache, dass jeder ferromagnetische Teil einer Einheit 100 und nicht nur die Polflächen eines Magneten 102 Punkte für die magnetische Verbindung mit anderen Einheiten 100 schaffen können.
Die breiten Konstruktionstoleranzen, die bei Baugruppen von Modulen gemäß den vorliegenden Ausführungsformen erdacht werden können, eröffnen auch die Verwendung von nicht magnetischen Materialien für umweltfreundliche Verkleidungen wie z. B. Holz, in Anbetracht der Tatsache, dass solche genauen Bearbeitungsvorgänge, wie sie derzeit durchgeführt werden, nicht erforderlich sind, vor allem Druckgießen von Kunststoff, und dies öffnet daher den Weg für Anwendungen auch auf dem Gebiet der Einrichtung zusätzlich zur typischen von Spielen.
Es muss selbstverständlich sein, dass die bevorzugten Ausführungsformen das beanspruchte allgemeinere Prinzip nicht begrenzen.
Insbesondere kann dasselbe Prinzip auch auf Module mit von den in den bevorzugten Ausführungsformen beschriebenen verschiedenen Formen erweitert werden, die durch Integrieren von einem oder mehreren aktiven magnetischen Elementen und/oder einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Module in eine einzige Einheit erhalten werden, die vollständig ferromagnetisch ist, die beispielsweise durch einen Teil der Ausführungsform von 6 dargestellt ist, der mit 55 bezeichnet ist, oder teilweise ferromagnetisch ist, die beispielsweise durch die ferromagnetischen 104 und nicht magnetischen 106 Teile der Ausführungsform von 7 dargestellt ist.
Die Magneten können überdies, falls erforderlich, gemäß einer vorgegebenen Anordnung an einer oder auch an mehreren Konturflächen der nicht magnetischen Matrix verteilt werden und die letztere kann höchstens eine vielflächige Struktur mit vielen Flächen aufweisen.

Claims

Baugruppe, die sich aus einer Kombination magnetisch verankerbarer Module ergibt, die mehrere Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) eines ersten Typs umfassen, die so beschaffen sind, dass sie wenigstens einen Magnetkreis bilden, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54) des ersten Typs des Kreises umfasst: – wenigstens ein aktives magnetisches Element (2 und 3, 20, 33 und 34, 42, 47 und 48, 58), das zwei Polflächen mit entgegengesetzten Polaritäten besitzt, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, und wenigstens ein ferromagnetisches Element (6, 21 und 2, 30, 40, 44, 55); – dass in jedem Magnetkreis die aktiven magnetischen Elemente (2 und 3, 20, 33 und 34, 42, 47 und 48, 58) der Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) des ersten Typs in Reihe angeordnet sind, so dass der magnetische Fluss, der durch das aktive magnetische Element jedes Moduls erzeugt wird, wenigstens teilweise durch die Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100), die in dem Kreis in Reihe angeordnet sind, kurzgeschlossen wird; und dass – die Differenzen des magnetischen Potentials, die durch die aktiven magnetischen Elemente der Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) erzeugt werden, durch die Reihenschaltung der Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) des ersten Typs in dem wenigstens einen Magnetkreis der Baugruppe der Reihe nach summiert werden.
Baugruppe nach Anspruch 1, die ferner mehrere Module (15, 37) eines zweiten Typs, wovon jedes aus einem ferromagnetischen Element besteht, umfasst; – dadurch gekennzeichnet, dass die Module des ersten Typs und des zweiten Typs in dem Magnetkreis der Baugruppe in der Weise angeordnet sind, dass der durch die aktiven magnetischen Elemente (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) der Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) des ersten Typs erzeugte magnetische Fluss über das jeweils mindestens eine ferromagnetische Element (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) der Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) des ersten Typs und das ferromagnetische Element der Module (15, 37) des zweiten Typs wenigstens teilweise kurzgeschlossen wird; und – dass die Differenzen des magnetischen Potentials, die durch die akti ven magnetischen Elemente (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) erzeugt werden, durch die Reihenschaltung der Module (1, 16, 19, 28, 50, 52, 54, 100) des ersten Typs und der Module (15, 37) des zweiten Typs in dem Magnetkreis der Baugruppe der Reihe nach summiert werden.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1, 28, 50, 52, 54) des ersten Typs eine lang gestreckte Struktur besitzen, längs derer das wenigstens eine aktive magnetische Element (2 und 3, 20, 33 und 34, 42, 47 und 48, 58) und das wenigstens eine ferromagnetische Element (6, 30, 40, 44, 55) angeordnet sind, wobei die lang gestreckte Struktur des Moduls wenigstens zwei magnetisch aktive Bereiche definiert, an denen entsprechende Module der Baugruppe verankert werden können.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der wenigstens zwei magnetisch aktiven Bereiche (35, 36) durch ein aktives magnetisches Element (33, 34) gebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei magnetisch aktiven Bereiche (250, 260) alle durch ein erstes und ein zweites ferromagnetisches Element (21, 22) gebildet sind.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer (88, 90) der wenigstens zwei magnetisch aktiven Bereiche durch wenigstens ein aktives magnetisches Element (42) gebildet ist und der andere (92, 94) der zwei magnetisch aktiven Bereiche durch wenigstens ein ferromagnetisches Element (40) gebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (1, 28) des ersten Typs ein ferromagnetisches Element in Form eines lang gestreckten, zylindrischen ferromagnetischen Jochs (6, 30) und zwei aktive magnetische Elemente in Form eines zylindrischen Magneten (2, 33 und 3, 34) umfasst, wobei die Magneten (2, 33 und 3, 34) durch die Einfügung des zylindrischen Jochs (6, 30) in Reihe geschaltet sind.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende des ferromagnetischen Jochs (6) ein Sitz (4) vorgesehen ist, um ein dar auf bezogenes aktives magnetisches Element (2, 3) unterzubringen, wobei der Sitz (4) Seitenwände besitzt, die von damit in Beziehung stehenden Wänden der aktiven magnetischen Elemente (2, 3) beabstandet sind.
Baugruppe nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (19) des ersten Typs aus zwei ferromagnetischen Elementen in Form eines ersten (21) und eines zweiten (22) rechtwinkligen ferromagnetischen Elements und aus einem aktiven magnetischen Element in Form eines rechtwinkligen Magneten (20) besteht, wobei eine der beiden Polflächen (23, 24) des rechtwinkligen Magneten (20) durch eine Wand des ersten ferromagnetischen Elements (21) vollständig abgedeckt ist und die andere durch eine Wand des zweiten ferromagnetischen Elements (22) vollständig abgedeckt ist, wobei das erste (21) und das zweite (22) ferromagnetische Element von den Polflächen (23, 24) in einer Richtung, die zu der Polarisationsachse des rechtwinkligen Magneten (20) senkrecht ist, vorstehen.
Baugruppe nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (50) des ersten Typs aus einem ferromagnetischen Element in Form eines in Längsrichtung sich erstreckenden, rechtwinkligen ferromagnetischen Stabs (40) und aus einem magnetischen aktiven Element in Form eines rechtwinkligen Magneten (42) bestehen, wobei dieser rechtwinklige Magnet (42) in Bezug auf den ferromagnetischen Stab (40) die gleiche Dicke besitzt und von dem Stab (40) in Längsrichtung durch eine Lage aus einem nicht magnetischen Material getrennt ist, wobei der Magnet (42) senkrecht zu der longitudinalen Erstreckung des Moduls polarisiert ist.
Baugruppe nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Module des ersten Typs bestehen aus einem ferromagnetischen Element in Form eines im Wesentlichen rechtwinkligen ferromagnetischen Stabs (44), der sich in Längsrichtung des Moduls erstreckt, und aus zwei magnetisch aktiven Elementen in Form eines ersten (47) und eines zweiten (48) im Wesentlichen rechtwinkligen Magneten, die senkrecht zur longitudinalen Erstreckung des Moduls polarisiert sind und mit entgegengesetzter Polarisation über den gegenüberliegenden Enden des ferromagnetischen Elements (44) angeordnet sind, um über das ferromagnetische Element (44) in Reihe geschaltet zu werden.
Baugruppe nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Module des ersten Typs bestehen aus einem ferromagnetischen Element in Form einer lang gestreckten ferromagnetischen Integrationseinheit (55) mit einer Längsachse und aus mehreren magnetisch aktiven Elementen in Form mehrerer in Längsrichtung ausgerichteter Magneten (58), die in entsprechende Löcher (56) eingesetzt sind, die über die Länge der Integrationseinheit (55) vorgesehen sind, wobei die mehreren in Längsrichtung ausgerichteten Magneten (58) senkrecht zu der Längsachse der lang gestreckten ferromagnetischen Integrationseinheit (55) polarisiert sind.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass zwischen dem wenigstens einen magnetisch aktiven Element (2 und 3, 20, 33 und 34, 42, 47 und 48, 58) und dem wenigstens einem ferromagnetischen Element (6, 30, 40, 44, 55) ein lösbarer Eingriff vorgesehen ist.
Baugruppe nach dem vorhergehenden Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein lösbarer Eingriff ferner zwischen dem wenigstens einen ferromagnetischen Element (6, 30, 40, 44, 55) und einer nicht magnetischen Matrix (7, 29, 74, 76, 106) vorgesehen ist, zwischen denen das wenigstens eine aktive magnetische Element (2 und 3, 20, 33 und 34, 42, 47 und 48, 58) und das wenigstens eine ferromagnetische Element (6, 30, 40, 44, 55) eingesetzt sind.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der lösbare Eingriff durch mechanisch eingreifende Teile des Stecker/Buchsen-Typs geschaffen wird.
Baugruppe, die Module (15, 37) eines zweiten Typs umfasst, die aus einem ferromagnetischen Element (15, 37) nach Anspruch 2 bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine ferromagnetische Element eine Kugel (15, 37) ist.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine aktive magnetische Element (2, 3, 20, 33, 34, 42, 47) und das wenigstens eine ferromagnetische Element (6, 21, 22, 30, 30, 40, 44) des Moduls (1, 16, 19, 28, 50, 52) des ersten Typs in eine nicht magnetische Matrix (7, 27, 29, 38, 43) eingesetzt sind.