DE9401539U1

DE9401539U1 - Elektro-Mechanischer Baukasten

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Publication number: DE9401539U1
Application number: DE9401539U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2004-02-01

Description

Elektro-Mechanischer-Baukasten

Die Erfindung betrifft einen Elektro-Mechanischen Baukasten, für Lern- und Lehrzwecke, insbesondere für Kinder.

Lern- und Lehrmittel zum anschaulichen Aufbauen von elektrischen und elektronischen Schaltungsanordnungen allein oder in Verbindung mit mechanischen Bauelementen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. So ist z.B. in der EP-Anmeldung 0 125 335 ein Baukasten für den Zusammenbau von elektrischen Kreisen für didaktische Zwecke beschrieben, bei dem jedes elektrische bzw. elektronische Bauelement auf einer isolierten Platte angeordnet ist. Die montierten Bauelemente besitzen elektrische Kontakte, die durch Bohrungen in der Platte zu Anschlüssen aus einem leitfähigen Material geführt werden. Die Platte wiederum ist lösbar und austauschbar auf einer Basis in Form eines prismatischen Blocks montiert. Dieser prismatische Block besteht aus einem bearbeiteten, elektrisch isolierten Material und weist einen Boden, Seiten und ein Oberteil auf. In den Oberteil des Blocks ist eine Vertiefung zur Aufnahme der isolierten Platte eingearbeitet. Außerdem sind im Oberteil Bohrungen mit Gewinde zur Aufnahme der Befestigungsschrauben vorgesehen, mit denen die isolierte Platte auf dem Block befestigt wird. Seitlich angeordnete Bohrungen im Block dienen zur Aufnahme von elektrischen Leitungssteckern von Verbindungskabeln, die die elektrische Verbindung zum benachbarten Block sichern.

Dieser Baukasten weist eine Reihe von Nachteilen auf. So ist auf Grund des verdeckten Aufbaus nicht sichtbar, wie die einzelnen elektrischen bzw. elektronischen Komponenten miteinander verbunden sind. Damit sind Zusammenhänge, die insbesondere für Lern-und Lehrzwecke als Ergebnis wichtig sind, nicht erkennbar. Nachteilig ist weiterhin, daß die Herstellung eines Basisblockes mit seinen verschiedenen Vertiefungen und Bohrungen sehr aufwendig ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektro-mechanischen Baukasten zu schaffen, mit dem naturwissenschaftliche und technische Zusammenhänge pädagogisch und logisch eindeutig erkennbar gestaltet werden können und der in der Herstellung und im Aufbau einfach ausgeführt ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen elektro-mechanischen Baukasten mit ausgewählten elektrischen und/oder elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen derart gelöst, daß der Baukasten ein Basiselement in Form einer Leiste aus Sperrholz enthält, das an jedem Ende mindestens eine Durchgangsbohrung aufweist, wobei das Basiselement sich darstellt:

- als Bauelement selbst,

- als Bauelementeträger für elektrische bzw. elektronische Bauelemente,

- als Bauelementeträger für mechanische Bauelemente.

Es ist vorteilhaft, daß die Basiselemente ein Längen- und/oder Breitenraster aufweisen.

Zur Befestigung des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements auf dem Bauelementeträger ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Bauelement direkt bzw. über ein Befestigungselement auf dem Bauelementetrager befestigt ist, oder daß das Bauelement auf einer einseitig kaschierten Leiterplatte befestigt ist und die Leiterplatte mit dem Bauelementeträger verbindbar ist. Die Verbindung Leiterplatte und Bauelementeträger erfolgt durch Senkschrauben und Muttern, wobei die Senkschrauben von unten in die Durchgangsbohrungen geführt werden.

Es ist erfindungsgemäß, daß zur Realisierung elektrischer bzw. elektronischer Schaltungen, die Bauelementeträger untereinander mit Kabel verbunden sind, die im Bereich der Durchgangsbohrung mit den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen in Wirkungsverbindung stehen.

Zweckmäßigerweise dienen die Durchgangsbohrungen der Bauelementeträger als Aufnahme für mechanische Verbindungselemente.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß dem Baukasten eine Grundplatte zugeordnet ist , die am Umfang eine Anzahl Bohrungen mit Gewinde aufweist. Die Anordnung von Durchgangsbohrungen ist denkbar.

In Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die Oberfläche der Basiselemente durch einen farblosen Lack geschützt ist. Zusätzlich ist die Oberfläche thematisch eingefärbt .

Es ist zweckmäßig, daß zum Schutz der Bauelemente neben der Energiequelle eine Sicherung angeordnet ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß der Aufbau und die Funktionsweise des Baukastens Zusammenhänge bei der Gestaltung von elektrischen bzw. elektronischen Schaltungen allein oder in Verbindung mit mechanischen Bauelementen eindeutig erkennen läßt. Der Baukasten stellt eine günstige Verbindung für den Einstieg für Kinder zum bauen und experimentieren dar. Der Baukasten soll die Kinder spielerisch mit elektrischen/elektronischen und mechanischen Wirkprinzipien vertrautmachen. Mit wenigen Handgriffen werden sowohl elektrische/-elektronische als auch mechanische Verbindungen sicher hergestellt. Dabei spielen die handliche Größe der Basiselemente sowie aller Bauelemente mit eine dominierende Rolle. Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erworbenen Grundlagen helfen den Kindern, sich mit anspruchsvolleren Baukästen erfolgreich auseinanderzusetzen .

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Basiselement,

Fig. 2 eine Seitenansicht nach Fig.l,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Bauelementeträger mit einer Glühlampe,

Fig. 4 eine Seitenansicht nach Fig.3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Bauelementeträger mit einer Leiterplatte,

Fig. 6 eine Seitenansicht nach Fig.5,

Fig. 7 eine Seitenansicht auf einen Bauelementeträger mit
einem mechanischen Bauelement,

Fig. 8 eine Seitenansicht auf zwei Bauelementeträger mit
einem mechanischen Bauelement,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Grundplatte,

Fig.10 eine Seitenansicht nach Fig.9,

Fig.11 eine mögliche Anordnungsvariante verschiedener Basiselemente in der Draufsicht,

Fig.12 eine Seitenansicht für eine Variante ,Schranke',

Fig.13 eine Seitenansicht für eine Variante ,Kran',

Fig.14 eine Draufsicht auf ein Anordnungsbeispiel.

Der elektro-mechanische Baukasten besteht im wesentlichen aus einzelnen Basiselementen 1 in Form von Leisten aus Sperrholz, die sowohl in der Länge als auch in der Breite ein Raster von 4 cm besitzen. Die Leisten sind mit einem umweltfreundlichen farblosen Lack in ihrer Oberfläche geschützt. Zur thematischen Unterscheidung können sie durch eine wasserlösliche Beize vor dem Lackieren eingefärbt werden.

Wie in Fig.l und 2 dargestellt, weist das Basiselement 1 an jedem Ende mindestens eine Bohrung 2, die von der Oberfläche zur Unterseite verläuft, auf. Im unteren Bereich ist die Bohrung 2 konisch ausgeführt. Je nach Abmessung und Verwendungszweck des Basiselements 1 kann die Anzahl der Bohrungen 2 bezogen auf die Länge und die Breite des Basiselements 1 erhöht werden.

Das Basiselement 1 ist funktionell verschieden einsetzbar. So kann es als Bauelement 3, wie z.B. als Kragträger, Kranstütze, Mast, Signalarm, Eisenbahnschranke, Windmühlenflügel, Verbin-

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dungselement etc. Anwendnung finden.

Ein weiterer Anwendungsfall besteht darin, daß das Basiselement 1 als Bauelementeträger 4 für elektrische bzw. elektronische Bauelemente 5, wie z.B. Lampen, Elektromagnete, Elektromotoren mit und ohne Getriebe, Widerstände, Potentiometer, Dioden, Transistoren, Ein- und Ausschalttaster, Signalhorn, Umschalter, Stromversorger etc. dient. Die Befestigung der elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente 5 auf dem Bauelementeträger 4 kann dabei nach verschiedenen Varianten erfolgen. So können sie direkt, wie z.B. ein Elektromotor, ein Signalhorn etc., oder über eine Befestigungselement 8, wie z.B. eine Glühlampe 5¹, auf dem Bauelerntentrager 4 befestigt werden. Solch eine Variante ist in den Fig.3 und 4 dargestellt. Als Befestigungselement 8 ist hier eine Fassung für eine Glühlampe 5' vorgesehen, die mit Schrauben auf dem Bauelementeträger 4 befestigt ist. Zur Vorbereitung elektrischer Verbindungen sind an der Fassung Kabel 10 angelötet, die zu den Bohrungen 2 geführt und dort mit Kabelschuhen befestigt werden können.

Eine weitere Variante der Befestigung von Bauelementen 5 ist aus den Fig.5 und 6 zu ersehen. Dort erfolgt die Befestigung des Bauelements 5, eines Widerstandes 5'', auf einer einseitig kaschierten Leiterplatte 12. Zum besseren Verständnis wurde in der Fig.6 die Leiterplatte 12 etwas über dem Bauelementeträger 4 gezeichnet. Die Leiterplatte 12 ist mit dem Bauelementeträger 4 durch Senkschrauben 13, die von unten durch die Bohrungen 2 geführt werden, und Muttern 14 fest verschraubt. Der Widerstand 5'' ist mittels Oberflächenmontage mit der Leiterplatte 12 verbunden. Eine Unterbrechung 15 in der Leiterplatte 12 sorgt für die richtige elektrische Schaltung.

Zur Realisierung von elektrischen bzw. elektronischen Schaltungen erfolgt die schaltungstechnische Verbindung der erforderlichen Bauelementeträger 4 untereinander über Kabel 16 mit einer Isolierung. Die Enden der Kabel 16 werden in Kabelschuhe 17 gefaßt und über die Verbindungsstelle Kabel 16 - Kabelschuh 17

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wird als Knickschutz ein Isolierschlauch geschoben. Die Kabel 16 im Baukasten sind mehrfarbig. Die Verbindung des Kabels 16 mit dem Bauelementeträger 4 wird im Bereich der Bohrung 2 über die Senkschraube 13 und Mutter 14 vorgenommen, da in diesem Bereich auch der Kontakt entweder mit dem Kabel 10 oder der Leiterplatte 12 vorhanden ist. Die Senkschraube 13 wird dabei soweit in die Bohrung 2 von unten eingeführt, daß eine glatte Lage des Bauelementeträgers 4 auf der Unterlage, z.B. Tisch, gewährleistet
ist.

Die Fig.7 und 8 zeigen Varianten von Bauelementeträgern 6 mit mechanischen Bauelementen 7. So ist bei der Fig.7 durch die Bohrung 2 des Bauelementetragers 6 eine (Gewinde-) Achse 9 gesteckt, auf deren freien Ende ein Rad 11 aufgeschoben worden ist. Die Sicherung des Rades 11 auf der Achse 9 wird durch eine Schraube 20 oder zwei Muttern 14 vorgenommen.

In Fig.8 werden zwei parallel angeordnete Bauelementeträger 6 als Stützen verwendet. Am oberen Ende sind beide Bauelementeträger 6 durch eine Welle 21 verbunden, auf welcher ein Rad 11 befestigt ist. Auf einer Seite der Welle 21 ist eine Kurbel 22 festgeschraubt, mit der das Rad 11 gedreht werden kann. Anstelle der Kurbel 22 sind andere Antriebselemente denkbar.

Zur Erhöhung der Universalität enthält der Baukasten eine Grundplatte 18 wie in Fig.9 und 10 dargestellt. Sie weist am gesamten Umfang eine Reihe von Bohrungen 19 auf. Zusätzlich können von der Oberfläche zur Unterseite verlaufende Bohrungen 2 vorgesehen werden. Mit der Grundplatte 18 ist es möglich jede Art von Basiselement 1 in den unterschiedlichsten Varianten miteinander zu kombinieren und damit solche Spielzeuge wie z.B. Fahrzeuge, Antriebe, Getriebe unterschiedlichster Bauart, Einrichtungen zur Darstellung von Drehbewegungen, Propeller, Gebläse, Hammerwerke, Signale, etc. herzustellen. Die Abmessungen der Grundplatte 18 entsprechen dem Raster der Basiselemente 1.

Fig.11 zeigt desweiteren eine mögliche Anordnungsvariante verschiedener Arten von Basiselementen 1 untereinander. Es ist zu

erkennen, daß eine große Anzahl von Varianten beim Zusammenwirken von Baulementen 3 sowie Bauelementeträgern 4 und/oder 6
denkbar sind.

In Fig.12 ist als mögliches Beispiel für ein Spielzeug in der Seitenansicht eine Schranke dargestellt. Dazu ist seitlich an der Grundplatte 18 ein Bauelement 3 so befestigt, daß eine Bohrung 2 des Bauelements 3 mit einer Bohrung 19 der Grundplatte 18 übereinstimmt, dort die Arretierung mittels einer Senkschraube 13 erfolgt und damit eine senkrechte Stellung des Bauelements 3 erreicht wird. In der oberen Bohrung 2 des vertikalen Bauelements 3 wird mit einer Achse 9 ein Bauelementeträger 4,6 so befestigt, daß er von der senkrechten in die waagerechte Position und umgekehrt bewegbar ist. Auf dem Bauelementeträger 4,6 können Glühlampen 5' angeordnet werden, die entsprechend geschaltet beim Schließvorgang der Schranke blinken können.

Fig.13 zeigt eine Variante in Form eines fahrbaren einfachen Kranes in der Seitenansicht. Dazu sind an zwei gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte 18 jeweils in den Ecken Räder 11 angeordnet, die in den Bohrungen 19 durch Schrauben gelagert sind. Zwischen den Rädern 11 ist an der Grundplatte 18 gegenüberliegend je ein Bauelement 3 mittels einer Senkschraube 13 so arretiert, daß es eine senkrechte Position einnimmt. Am oberen Ende des Bauelements 3 erfolgt die Befestigung eines Bauelementeträgers 6 durch eine starre Achse so, daß der Bauelementeträger 6 eine nach oben gerichtet Stellung aufweist. Die starre Achse stellt gleichzeitig die Verbindung zum gegenüberliegenden Bauelement 3 und Bauelementeträger 6 dar. Die beiden vorderen Enden des Bauelementeträgers 6 werden gleichfalls durch eine starre Achse miteinander verbunden. Auf den vorgenannten Achsen können dann drehbare Umlenkrollen für die Führung des Lastseiles angeordnet werden. Es ist ferner denkbar, zwischen den beiden senkrechten Bauelementen 3 einen Seilantrieb 23 anzuordnen.

Anhand der Fig.14 soll die Arbeitsweise mit dem Baukasten an einem Beispiel näher erläutert werden. Dazu ist eine elektrische

/elektronische Schaltung dargestellt. Als Vorlage steht ein Schaltplan mit den elektrischen/elektronischen Symbolen zur Verfügung, um damit die Zusammenhänge eines elektrischen Kreises zu kennzeichnen. Im Original liegt dieser Schaltplan im Maßstab 1:1 vor. Die Kinder können jetzt aus dem Baukasten die benötigten Bauelementeträger 4, die erforderlichen elektrischen/elektronischen Bauelemente 5, die nötige Anzahl an Senkschrauben 13, Muttern 14 sowie die erforderliche Anzahl an Verbindungskabel 16 entnehmen. Bei den Bauelementeträgern 4 wird die Suche durch entsprechende Farbgebungen vereinfacht.

Nach dem Schaltplan wird dann zuerst der Bauelementeträger 4 mit der benötigten Energiequelle, z.B. Batterien, NC-Akkumulatoren, aufgebaut. Das kann auf jeder beliebigen Tischfläche u.a. erfolgen. Es wird empfohlen mit einer Kleinspannung bis max. 3 Volt zu arbeiten. Desweiteren wird empfohlen, auf der Stromversorgungsleiste unmittelbar neben der Energiequelle eine Sicherung zum Schutz der Bauelemente 5 im Falle eines Kurzschlußes anzuordnen. Danach wird der Bauelementeträger 4 mit dem Arbeitselement, wie Taster bzw. Schalter, in die Schaltplanstellung gebracht. Anschließend erfolgt dies mit dem Bauelementeträger 4 auf dem die Glühlampe 5^! befestigt ist. Nach Anordnung der Bauelement et rager 4 wird die elektrische Verkabelung miteinander durch die Verbindungskabel 16 vorgenommen, wie bereits in den Fig.3 bis 6 beschrieben. Obgleich es in den meisten Fällen genügt die Muttern 14 mit der Hand anzuziehen sind dem Baukasten ein Gabel-/Ringschlüssel sowie ein Schraubendreher beigegeben.

Aus den Ausführungen ist zu ersehen, daß es viele Variationsmöglichkeiten bei der Nutzung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Baukasten gibt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1	Basiselement
2	Bohrung
3 =	Bauelement
4	B aue 1 ement et rage r
5	elektrisches/elektronisches Bauelement
5'	Glühlampe
5' ' =	Widerstand
	Bauelementeträger
7 -	mechanisches Bauelement
8	Befestigungselement
9	(Gewinde-) Achse
10	Kabel
11	Rad
12	Leiterplatte
13	Senkschraube
14	Mutter
15	Unterbrechung
16	Verbindungskabel
17	Kabelschuh
18	Grundplatte
19	Bohrung
20	Madenschraube
21	Welle
22	Kurbel
23	Seilantrieb

Claims

Schutzansprüche:

1. Elektro-Mechanischer Baukasten mit ausgewählten elektrischen und/oder elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen für Lern- und Lehrzwecke, insbesondere für Kinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukasten ein Basiselement (1) in
Form einer Leiste aus Sperrholz enthält, das an jedem Ende mindestens eine Durchgansbohrung aufweist, wobei das Basiselement (1) sich darstellt:

- als Bauelement (3) selbst,

- als Bauelementeträger (4) für elektrische bzw. elektronische Bauelemente (5),

- als Bauelementeträger (6) für mechanische Bauelemente
(7).

2. Baukasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselemente (1) ein Längen- und/oder Breitenraster aufweisen.

3. Baukasten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische und/oder elektronische Bauelemente (5) direkt oder über ein Befestigungselement (8) auf dem Bauelementeträger (4) befestigt ist.

4. Baukasten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische und/oder elektronische Bauelement (5) auf
einer einseitig kaschierten Leiterplatte (12) befestigt ist und die Leiterplatte (12) mit dem Bauelementeträger (4)
verbindbar ist.

5. Baukasten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (12) und der Bauelementeträger (4) durch Senkschrauben (13), die von unten in die Bohrungen (2) geführt werden, und Muttern (14) verbunden sind.

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6. Baukasten nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Realisierung elektrischer bzw. elektronischer Schaltungen, die Bauelementeträger (4) untereinander mit Kabel
(16) verbunden sind, die im Bereich der Bohrung (2) mit den elektrischen/elektronischen Bauelementen (5) in Wirkungsverbindung stehen.

7. Baukasten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (2) der Bauelementeträger (6) als Aufnahme
für mechanische Verbindungselemente dient.

8. Baukasten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Baukasten eine Grundplatte (18) zugeordnet ist, die am Umfang eine Anzahl Bohrungen (19) mit Gewinde aufweist.

9. Baukasten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundplatte (18) von der Oberfläche zur Unterseite verlaufende Bohrungen (2) angeordnet sind.

10. Baukasten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselemente (1) in ihrer Oberfläche durch einen farblosen Lack geschützt sind.

11. Baukasten nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Basiselemente (1) thematisch eingefärbt sind.

12. Baukasten nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Schutz der Bauelemente (5) neben der Energiequelle eine Sicherung angeordnet ist.