PL213727B1 - Segment zestawu do budowy obwodów elektrycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest segment zestawu do budowy obwodów elektrycznych, wykorzystujący niezwykle łatwy i wygodny w zastosowaniu magnetyczny sposób realizacji połączeń elektrycznych, do użytkowania w celach eksperymentalnych i w procesie dydaktycznym.

Znane są zestawy do składania obwodów elektrycznych na tablicy magnetycznej w postaci płytek o dowolnym kształcie z wyprowadzonymi na ściankach bocznych i/lub podstawie stykami. Płytki takie mają zamontowane odpowiednie magnesy umożliwiające ich umocowanie na tablicy magnetycznej. Na powierzchni płytek umieszczony jest graficzny symbol elementu elektrycznego odpowiadający rzeczywistemu elementowi, w który wyposażona jest płytka. Konstrukcja znanych płytek umożliwia składanie na tablicy dowolnych układów elektronicznych, przy czym wzajemne połączenie elektryczne zapewniają styki rozmieszczone po bokach płytek.

W opisie patentowym PL 176367 przedstawiono segment złożony z płytki wyposażonej w obwody drukowane i magnesy mocujące. Segmenty te mają pod spodem płytki drukowanej przymocowane dwutorowe dołączniki składające się z przestrzennego korpusu, w którym umieszczone są dwie sprężyny stykowe, magnes i ruchoma kulka. Segmenty można składać dowolnie, wkładając je z góry lub wsuwając z boku bez burzenia całego układu. Połączenie elektryczne segmentów realizowane jest poprzez ściągnięcie przez magnes ruchomej kulki ze stykową sprężyną. Skierowane do środka płytki drukowanej końcówki lutownicze dwutorowego dołącznika pozwalają dokonać odpowiednich stałych połączeń ze ścieżkami obwodu drukowanego.

W opisie wzoru użytkowego Ru-52390 przedstawiono segment w kształcie kwadratowej płytki z umocowanym na jej dolnej powierzchni elementem magnetycznym. Na każdej bocznej krawędzi, na zewnątrz płytki, usytuowane są końcówki ze stykami, przy czym końcówki te usytuowane są na dolnej powierzchni płytki i na każdej bocznej krawędzi płytki w jednakowej odległości od tych końcówek i symetrycznie względem środka krawędzi, do wewnątrz płytki, usytuowane są drugie końcówki ze stykami, przy czym końcówki te usytuowane są na górnej powierzchni płytki. Zestawy z segmentów montowane są za pomocą elementów magnetycznych na powierzchni tablicy szkolnej. Połączenia elektryczne pomiędzy segmentami realizowane są przy pomocy styków osadzonych na końcówkach krawędziowych każdego segmentu.

W opisie patentowym DE3910304A1 przedstawiono połączenie elektryczne z elementem pośredniczącym w postaci kuli będącej magnesem trwałym, która utrzymuje połączenie z ferromagnetycznymi końcówkami połączeniowymi w zakresie kątów zdeterminowanym układem pola magnetycznego kuli.

W opisach patentowych US4719549A I US4211456A przedstawiono magnetyczne połączenia elektryczne, w których wykorzystano kulę ferromagnetyczną trwale połączoną z jedną częścią obwodu, uzyskując dwie asymetryczne części złącza, z których jedna jest wyposażona w magnes trwały. Dysponując parą takich końcówek można zestawić połączenie szybko i pod różnymi kątami.

Na potrzeby niniejszego rozwiązania pod pojęciami: moduł elektryczny, element elektryczny, obwód elektryczny rozumie się również odpowiednio (zamiennie) moduł elektroniczny, element elektroniczny, obwód elektroniczny.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest segment zawierający moduł elektryczny, którego wyjścia połączone są z magnetycznymi końcówkami połączeniowymi, wykorzystującymi do połączeń elektrycznych z podobnymi segmentami niezależny kulisty element pośredniczący neutralizujący układ biegunów magnetycznych. Zastosowanie w złączu elektrycznym ferromagnetycznego elementu pośredniczącego pozwala na połączenie elementów zwróconych do siebie dowolnymi, również jednakowymi, biegunami magnetycznymi. Magnetyczna końcówka segmentu zestawu może zostać połączona z dowolną końcówką innego segmentu (również z kilkoma końcówkami kilku segmentów), dzięki pośredniczącej kulce neutralizującej układ biegunów magnetycznych. Końcówek połączeniowych korzystnie jest taka sama ilość jak aktywnych elektrycznie wyprowadzeń modułu elektrycznego. Końcówki połączeniowe są dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego i korzystnie są wykonane z rurek o przekroju poprzecznym okrągłym. Przekrój może być również owalny bądź w kształcie trójkąta, kwadratu czy innego wielokąta. Połączenia elektryczne utrzymywane są siłami magnetycznymi, których źródłem są magnesy trwałe, montowane na i/lub w końcówkach połączeniowych. Korzystnie magnesy montowane są wewnątrz tych końcówek i nie uczestniczą bezpośrednio w styku elektrycznym. Elementy pośredniczące przewodzące prąd elektryczny odznaczają się właściwościami ferromagnePL 213 727 B1 tycznymi i korzystnie mają kształt kuli. Kontakt elektryczny końcówki połączeniowej z elementem pośredniczącym jest wielopunktowy.

Zaletą segmentu według wynalazku jest łatwość jego łączenia i rozłączania z innymi podobnie zbudowanymi segmentami przy zachowaniu dostatecznie pewnego połączenia elektrycznego. Połączenia mogą być realizowane w płaszczyźnie np. stołu lub w przestrzeni trójwymiarowej. W jednym węźle połączeniowym może być połączonych wiele segmentów zaopatrzonych w magnetyczne końcówki połączeniowe o dowolnej biegunowości.

Możliwe jest wielokrotne i łatwe zestawianie dowolnej liczby segmentów w obwody elektryczne, bez konieczności stosowania zdecydowanie trudniejszych w realizacji połączeń nierozłącznych, takich jak np. lutowane, zaciskane czy skręcane lub rozłącznych typu wtyk-gniazdo. Jakość połączeń elektrycznych jest dobra ponieważ uczestniczą w nich dwie odpowiednio przygotowane powierzchnie (cynowane, srebrzone, złocone itp.), a elementy uczestniczące w połączeniu elektrycznym z racji swoich kształtów kontaktują się wielopunktowo.

Budowanie obwodów elektrycznych przy użyciu segmentów według wynalazku nie wymaga znajomości elektroniki. Zbudowane obwody elektryczne wyglądają tak jak ich schematy - są czytelne i przejrzyste dla użytkownika.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony został, w sposób nie ograniczający jego zakresu, na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia segment stanowiący element zestawu w postaci odpowiednika rezystora, fig. 2 - segment w częściowym przekroju, fig. 3 - łącznik (szczególny przypadek segmentu), fig. 4 - przykładowy obwód elektryczny przedstawiający sobą układ generatora o regulowanej częstotliwości z obciążeniem asymetrycznym, zbudowany z segmentów będących przedmiotem wynalazku.

Segment według wynalazku stanowi oryginalny moduł (element) elektryczny 1 przylutowany do płytki bazowej 2, identycznej jak używane powszechnie w konstrukcjach elektronicznych płytki z laminatu epoksydowego miedziowanego. Od wyprowadzeń elektrycznych w/w modułu wykonane są połączenia elektryczne 3 do przewodzących prąd miedzianych rurek 4. W końcowych częściach rurek 4 umieszczono typowe magnesy trwałe 5 (neodymowe typu N38) o średnicy 3 mm. Magnesy trwałe 5 utrzymujące połączenie są konstrukcyjnie związane z rurkami i zamontowane w takich odległościach od końców rurek, aby nie stykały się z elementami pośredniczącymi tylko działały na nie siłami magnetycznymi.

Całość uzupełniają konstrukcyjne podstawki-nóżki 6 z tworzywa zasłaniające częściowo spód płytki 2 i powodujące, że segment staje się stabilnym „klockiem” z wyprowadzonymi rurkami 4 jako końcówkami połączeniowymi. Przestrzeń między nóżkami umożliwia przeprowadzenie niezależnego (prostopadłego) połączenia.

Końcówki połączeniowe łączą się siłami magnetycznymi ze stalowymi kulkami 7 stanowiącymi niezależne elementy zestawu. Średnica kulek 7 jest około dwu i pół krotnie większa od średnicy magnesów 5.

Segment według wynalazku jest funkcjonalnym elektrycznie fragmentem większego obwodu elektrycznego. Zwykle jest odpowiednikiem pojedynczego elementu elektronicznego o dwóch wyprowadzeniach - jak przykładowo w przypadku rezystora czy diody, trzech wyprowadzeniach - jak przykładowo w przypadku tranzystora czy potencjometru, lub wielu wyprowadzeniach - jak przykładowo w przypadku układu scalonego. Szczególnym przypadkiem segmentu jest łącznik zastępujący klasyczną ścieżkę obwodu drukowanego lub przewód elektryczny - element dwu-końcówkowy - który z elektrycznego punktu widzenia może być zbudowany tak samo jak typowy segment o dwóch wyprowadzeniach i posiadać w miejscu oryginalnego elementu zworkę elektryczną. Bardziej oczywistym kształtem łącznika jest jednak sama przewodząca rurka 8 zakończona magnesami tj. rurka utworzona przez dwie zespolone końcówki połączeniowe.

Kształt segmentu może być dowolny, korzystnie taki, żeby segmenty pozwalały się łączyć pod kątem prostym. Rzeczywiste schematy elektryczne są zazwyczaj zbiorem linii równoległych i prostopadłych, dlatego segmenty tworzące zestaw powinny być wykonane w jednakowym module wymiarowym, aby konstrukcje obwodów „trzymały” kąty i równoległości.

Claims (3)

1. Segment zestawu do budowy obwodów elektrycznych wykorzystujący w utrzymywanych siłami magnetycznymi połączeniach z podobnymi segmentami elementy pośredniczące, znamienny tym, że końcówki połączeniowe (4) segmentu będące wyprowadzeniami elektrycznymi modułu (1), współpracujące z kulistymi i o właściwościach ferromagnetycznych elementami pośredniczącymi (7), zaopatrzone są w magnesy trwałe (5).

2. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że konstrukcja końcówek połączeniowych (4) zapewnia utrzymanie dystansu między magnesami trwałymi (5) i kulistymi elementami pośredniczącymi (7).

3. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że końcówek połączeniowych (4) jest taka sama ilość jak aktywnych elektrycznie wyprowadzeń zastosowanego, oryginalnego modułu elektrycznego.