CH711480A1 - Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents

Abstract

Der Kunststoff-Spielbaustein ist mit elektrischen Kontakten versehen, womit seine Lage im verbauten Zustand auf elektronischem Weg bestimmbar ist. Er besteht aus einem Grundkörper (1) mit von oben nach unten durchgehenden Ausnehmungen (15) in seinem Innern. In diesen sind, zu Paketen (16) zusammengefasst, je mehrere diskrete elastisch federnde Leiterdrähte (14) zwischen Kunststoff-Leisten (17, 18) eingeklemmt eingesetzt. Dadurch ragen elastisch federnde Leiterdrähte (14) nach unten in die Ausnehmung (15), ohne den Spielbaustein unten zu überragen. Oben ragen Kontaktstellen (24) aus den Kunststoff-Leisten (17, 18). Der Spielbaustein weist ausserdem eine hier nicht dargestellte Noppenplatte auf, die mit einer sich oben bedeckenden und um ihren Rand umgeklappten Folie versehen ist. Von dieser aus sind je mehrere elektrische Leitungen von jeder Noppe auf die Unterseite der Noppenplatte zu diskreten Kontaktpunkten geführt. Die Noppenplatte ist von einer Deckplatte bis auf die Noppenoberflächen abdeckbar und hernach mit der Noppenplatte auf den Grundkörper (1) des Spielbausteins aufsetzbar. Die unteren Kontaktpunkte an der Folie treten dann mit den oberen Stummeln und somit Kontaktstellen (24) der Leiterdrähte (14) in elektrischen Kontakt.

Description

[0001] Diese Erfindung betrifft einen Kunststoff-Spielbaustein, welcher mit elektrischen Kontakten auf seiner Ober- und Unterseite ausgerüstet ist, sodass er oben und unten mit einem gleichen oder ähnlichen Spielbaustein sowohl mechanisch wie auch elektrisch verbindbar ist. Damit lässt sich die Lage eines Bausteins im verbauten Zustand an einer Konstruktion aus solchen Bausteinen bestimmen, und viele weitere Anwendungen lassen sich aus dieser Lagebestimmung ableiten. Ausserdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur rationellen industriellen Herstellung eines solchen Spielbausteins.

[0002] Aus der WO 2009 100 051 ist ein Baustein mit Input- und Output-Kontakten bekannt, sodass ein einzelner Baustein mit benachbarten Bausteinen der gleichen Bauart elektrisch verbindbar ist und eine Interaktion ermöglicht. Ein zentrales Host-Gerät als Leitrechner kann die elektrischen Signale verwalten und in dieser Weise ein Video-Spiel mit physischer Interaktion durch die einzelnen Bausteine und der mit ihnen erstellen Konstruktion ermöglichen. Dieses Dokument zeigt eine Vielzahl von Möglichkeiten von Interaktionen auf, welche mit Bausteinen realisierbar sind, wenn sie derartige Kontakte untereinander ermöglichen und mit dem Host-Gerät und seiner Printplatte mit ihren logischen Verknüpfungen elektrisch kommunizieren können.

[0003] Aufgrund des Offenbarungsgehaltes der WO 2009 100 051 erübrigt es sich, hier auf alle diese Varianten und Möglichkeiten einzugehen, welche ein solcher Baustein eröffnet. Jedenfalls sind sie unter anderem hoch geeignet für das effiziente Etablieren und das Fördern des dreidimensionalen Vorstellungsvermögens von Kindern und Heranwachsenden und haben daher einen hohen ausbildnerischen Effekt auf jene, die sich mit ihnen beschäftigen und räumliche Strukturen erschaffen.

[0004] Grundvoraussetzung für ein solches System wie in WO 2009 100 051 dargestellt, ist aber der Kunststoff-Spielbaustein. Dieser muss in mehrerlei Hinsicht überzeugen, um ein solches System überhaupt im Markt etablieren zu können, und daran mangelte es bisher. Hierzu müssen die Kunststoff-Bausteine beim aufeinander Stecken hinreichend klemmen und zwar dauerhaft, auch nach Jahren. Allein schon das ist eine sehr grosse Herausforderung und der Marktführer LEGO hat hierin eine hohe Kompetenz erworben. Allerkleinste Toleranzen bei der Herstellung erweisen sich als hochwichtig, nebst der Wahl des geeigneten Kunststoff-Materials. Für die nun neu noch einzuführenden elektrischen Kontaktmöglichkeiten gilt Ähnliches. Sie müssen absolut zuverlässig funktionieren und das ebenfalls dauerhaft, also auch nachdem Dutzende Male vorgenommenen Verbinden mit und Trennen von anderen Bausteinen, und auch eingedenk der Alterung der Steine. Auch nach mehreren Jahren dürfen nach dem Zusammenstecken keine elektrischen Wackelkontakte entstehen, sonst werden die Bausteine für das System wertlos. Einen derartigen Baustein aus Kunststoff zu fertigen, stellt daher eine in mehrfacher Hinsicht aussergewöhnlich anspruchsvolle technische Aufgabe dar. Die erste Herausforderung ist die Sicherstellung der hinreichend und dauerhaft erhaltbaren mechanischen Klemmkraft beim Zusammensetzen der Bausteine. Die zweite Herausforderung ist es, eine technische Lösung zu finden, welche sicherstellt, dass mit dem Zusammenbau von Bausteinen auch die elektrischen Kontakte zwischen ihnen einwandfrei funktionieren, und auch dies dauerhaft, auch bei vielfachem Zusammenbauen und wieder Trennen der Bausteine und somit der Kontakte. Eine dritte Herausforderung ist es, solche Kontakt-Verbindungen mit einem Minimum an Teilen zu realisieren. Eine vierte Herausforderung ist es, die Bauteile des Bausteins in so einer Weise zu gestalten, dass die Montage rationell und vorzugsweise rein maschinell erfolgen kann, damit die Herstellungskosten auf eine tragbares Mass reduzierbar sind. Und schliesslich als fünfte Herausforderung mag gelten, dass die elektrischen Kontakte so robust und geschützt sein sollen, dass ein Herumwerfen, Herunterfallen, Darauftreten oder eine andere mechanische Beanspruchung der Bausteine den elektrischen Kontaktelementen nichts anzuhaben vermag, also keine Verkrümmungen, Brüche oder sonstige Beschädigungen von Kontaktdrähten bewirken kann.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand anzugeben, welcher ein sicheres und dauerhaftes Verklemmen beim Zusammenbau mit einem weiteren gleichen oder ähnlichen Baustein sicherstellt, weiter eine dauerhaft sichere elektrische Verbindung der Kontakte ermöglicht, und dies auch nach einem Vielfachen Trennen und wieder Zusammensetzen der Bausteine, und der aus einem Minimum an Bauteilen besteht, wobei diese Bauteile rationell und möglichst maschinell montierbar sind, für eine kostengünstige Herstellung der Kunststoff-Spielbausteine in grosser Serie.

[0006] Ausserdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein rationelles und industriell durchführbares Verfahren für die Herstellung eines solchen Spielbausteines anzugeben, das die serienmässige und automatisierte Herstellung erlaubt.

[0007] Diese Aufgabe wird gelöst von einem Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand, bestehend aus einem Grundkörper mit von oben nach unten durchgehenden Ausnehmungen in seinem Innern, in welche zu Paketen zusammengefasst je mehrere diskrete elastisch federnde Leiterdrähte zwischen Kunststoff-Leisten eingeklemmt einsetzbar sind, sodass sie unten als freie, elastisch federnde Leiterdrähte nach unten in die Ausnehmung ragen, ohne den Spielbaustein unten zu überragen, und oben als Kontaktstellen aus den Kunststoff-Leisten ragen, und dass der Spielbaustein eine Noppenplatte aufweist, die mit einer sich oben bedeckenden und um ihren Rand umgeklappten Folie versehen ist, auf welcher je mehrere elektrische Leitungen von jeder Noppe auf die Unterseite der Noppenplatte zu diskreten Kontaktpunkten geführt sind, wobei diese Noppenplatte von einer Deckplatte bis auf die Noppenoberflächen abdeckbar und hernach mit der Noppenplatte auf den Grundkörper des Spielbausteins aufsetzbar ist, sodass die unteren Kontaktpunkte an der Folie mit den oberen Stummeln und somit Kontaktstellen der Leiterdrähte in elektrischen Kontakt treten.

[0008] Weiter wird die Aufgabe gelöst von einem Verfahren zur industriellen Herstellung eines Kunststoff-Spielbausteins mit elektrischen Kontakten zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand, bestehend aus einem Grundkörper und rundum laufender Seitenwand und im Innern dieses Grundkörpers einer Struktur mit Ausnehmungen, <tb>a)<SEP>Eine Kontaktfolie mit Leitungen und endseitigen Kontaktstellen auf die Oberseite einer Noppenplatte anschmiegend an diese angelegt wird und sich über einen Rand der Noppenplatte hinaus erstreckt, und das freie Folienende um den Rand der Noppenplatte auf ihre Unterseite umgeklappt wird, sodass sie die Unterseite bedeckt; <tb>b)<SEP>Ein oder mehrere Montage-Leiter mit mehreren von ihnen abzweigenden Paketen von mehreren elastisch federnden Leiterdrähten zwischen zwei Kunststoff-Leisten eingeklemmt oder in eine einzelne Kunststoffleiste allseitig eingespritzt wird, <tb>c)<SEP>Die Montagleiter weggeschnitten werden und die Kunststoff-Leisten oder die einzelne Kunststoffleiste mit den oben als Stummel und unten als gebogene Drähte herausragenden Leiterdrähten von oben in Ausnehmungen im Spielbaustein eingebaut werden, sodass die elastisch federnden Leiterdrähte nach unten in die Ausnehmung ragen, ohne den unteren Rand des Spielbausteins nach unten zu überragen, <tb>d)<SEP>Die Noppenplatte auf den oben offenen Spielbaustein abgesenkt wird, sodass die Kontaktstellen an der Folie auf ihrer Unterseite mit den oberen Stummeln der Leiterdrähte in Kontakt treten, <tb>e)<SEP>Eine Deckplatte mit Rahmen passgenau auf die Noppen der Noppenplatte abgesenkt wird, sodass diese Noppen je von einem Rahmen umschlossen werden, und die Deckplatte am oberen Rand des Spielbausteins eingeklickt.

[0009] In den Figuren wir dieser Spielbaustein in verschiedenen Ansichten gezeigt und anhand dieser Darstellungen wird er nachfolgend beschrieben und sein Aufbau, seine Herstellung für sein Zusammensetzen und seine Funktion werden erläutert.

Es zeigt:

[0010] <tb>Fig. 1 :<SEP>Die einzelnen inneren Bauteile für die elektrische Funktionalität des Spielbausteins, und mit Pfeilen angezeigt in welcher Richtung sie zusammengesetzt werden; <tb>Fig. 2 :<SEP>Die Leisten mit dem eingeklemmten Leiter in einer Stirnansicht; <tb>Fig. 3 :<SEP>Den Deckelträger des Spielbausteins mit elektrischer Schaltplatte und mit Pfeilen angezeigt in welcher Richtung diese Teile zusammengesetzt; <tb>Fig. 4 :<SEP>Den Deckelträger des Spielbausteins darauf montierter elektrischer Schaltplatte, und mit einem Pfeil angezeigt, wie er auf den Grundkörper des Spielbausteins aufgesetzt wird; <tb>Fig. 5 :<SEP>Den Spielbaustein mit dem Deckelteil und mit Pfeil angezeigt, wie der Deckelteil auf den Deckelträger aufsetzt wird; <tb>Fig. 6 :<SEP>Den fertig zusammengebauten Spielbaustein; <tb>Fig. 7 :<SEP>Den fertig zusammmengebauten Spielbaustein in einer perspektivischen Ansicht von unten gezeigt, <tb>Fig. 8<SEP>Zwei aufeinandergesetzte, durch Klemmkraft aufeinandergebaute Spielbausteine; <tb>Fig. 9<SEP>Die zwei aufeinandergebauten Spielbausteine aus Fig. 7 in einem Teilschnitt; <tb>Fig. 10<SEP>einen Querschnitt durch die zwei aufeinandergebauten Spielbausteine aus Fig. 7 in vergrössertem Massstab.

[0011] Der Kunststoff-Spielbaustein ist mit elektrischen Kontakten versehen, zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand. Dazu besteht er wie in aus Fig. 1 unten ersichtlich aus einem kubischen Grundkörper 1 mit viereckigem Grundriss und rundum laufender Seitenwand 2 und im Innern dieses Grundkörpers 1 einer Struktur mit Ausnehmungen 15. An dieser Stelle sei erwähnt, dass dieser Grundkörper nicht notwendigerweise kubisch gestaltet sein muss. Es kann auch ein kreisrunder bzw. zylindrisch gestalteter Grundkörper in gleicher Weise zum Einsatz kommen, oder auch ein Grundkörper mit einem L-, U-, F- oder E-förmigen Grundriss, oder noch weitere Ausgestaltungen, welche den hier beschriebenen Aufbau im Grundsatz ermöglichen. Wie man anhand von Fig. 4 erkennt, ist der umlaufende Rand 3 oben ein stückweit auskragend, und dadurch ist ein gegenüber diesem oberen Rand 3 nach unten abgesetzter Boden 4 gebildet. Auf diesen Boden 4 ist eine Noppen-Platte 5 mit Noppen 6 passgenau einsetzbar ist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um kubische Noppen. Es ist klar, dass in gleicher Weise auch kreisrunde oder anders geformte Noppen realisierbar sind. Sie müssen einfach ein Verklemmen mit der Unterseite eines zum Bausatz gehörigen Grundkörpers ermöglichen. Was es mit dieser Noppen-Platte 5 auf sich hat, wird anhand der Beschreibung von Fig. 3 später klar. Selbstverständlich kann die Ausformung von Grundkörper und zugehöriger Deckplatte auch gerade umgekehrt realisiert sein, wobei dann die Deckplatte einen nach unten ragenden Kragen aufweist und auf dem Grundkörper sitzt, in dem dessen oberer Rand aussen eine nach innen abgesetzte Stufe ausbildet, oder die Deckplatte weist einen nach unten ragenden Kragen auf, der etwas nach innen versetzt ist, sodass sie eine umlaufende Stufe bildet, die auf den Grundkörper aufsetzbar ist. Des Weiteren könnten die beiden Bauteile auch mittels Schraubdomen aufeinander positioniert werden. Wie auch immer im Detail gelöst, wird eine Deckplatte oben auf den Grundkörper passgenau und unverrückbar aufgesetzt und darauf mittels Klemm-Mitteln oder Klickverbindungen sicher festgehalten. Als Alternative zu einem Zusammenklemmen oder Zusammenklicken können die Bauteile auch durch Zusammenschrauben, Schweissen oder Kleben miteinander dauerhaft verbunden werden.

[0012] Zunächst werden die inneren Teile des Spielbausteins wie in Fig. 1 gezeigt beschrieben. Links oben erkennt man einen elektrischen Leiter 20, von welchem aus vier Dreierpakete 16 von federnden Leiterdrähten nach unten abzweigen, die zuunterst in eine V-Form gekrümmt sind, mit dem Ende des freien Schenkel des V’s nach oben gekrümmt sind. Damit wir je unten eine gekrümmte federnde Kontaktstelle 21 unten an jedem Leiterdraht 14 gebildet. Beidseits des elektrischen Montage-Leiters 20 erkennt man je eine Kunststoff-Leiste 17, 18. Die im Bild näher beim Betrachter dargestellte Kunststoff-Leiste 17 weist drei Löcher 22 auf. Zu diesen Löchern 22 passen diametral zweigeteilte Haltebolzen 23 auf der zweiten Kunststoff-Leiste 18. Diese beiden Kunststoff-Leisten 17, 18 können unter Einschluss und Einklemmens des elektrischen Leiters 20 zusammengeklickt werden wobei die Haltebolzen 23 sich in den Löchern 22 verkrallen bzw. einklicken. Hernach wird der Montage-Leiter 20 weggeschnitten und die verbleibenden kleinen und oben herausragenden Stummel der eingeklemmten Leiterdrähte 14 werden umgebogen. Sie bilden somit für jedes Paket von Leiterdrähten 14 drei verschiedene Kontaktstellen 24. Für jeden Spielbaustein gibt es zwei solche Montage-Leiter 20 mit den beiden sie einklemmenden Kunststoff-Leisten 17, 18. Etwas weiter rechts im Bild sieht man die zweite Einheit. Die beiden Kunststoff-Leisten 17, 18 sind hier gerade von der anderen Seite her sichtbar. Die beiden in dieser Weise fertiggestellten Halterungen für die je vier Leiterdraht-Pakete 16, nach Wegbrechen oder Wegschneiden des Montage-Leiters 20, je eingeklemmt zwischen ihren zwei anliegenden Kunststoff-Leisten 17, 18, sind dann im Bild darunter dargestellt.

[0013] Aus dieser Position werden sie in den Spielbausein eingesetzt, dessen Struktur wie schon erwähnt zwei Ausnehmungen 15 bildet, in welche diese Einheiten mit ihren Leiterdraht-Paketen 16 von je drei Leiterdrähten 14 einpassen. Hernach präsentiert sich der Spielbaustein so wie in Fig. 4 unten gezeigt.

[0014] Die Fig. 2 zeigt die von den beiden Kunststoff-Leisten 17, 18 eingeklemmten Leiterdrähte 14 in einer Ansicht auf die Stirnseite der Kunststoff-Leisten gesehen. Die Leiterdrähte 14 ragen unten aus den Kunststoff-Leisten 17, 18 und sind zu einem liegenden V mit nach oben gekrümmtem Ende umgebogen. Damit bilden sie ganz unten eine elastisch federnde Kontaktfläche 21. Auch oben sind die herausragenden Stummel der Leiterdrähte 14 umgebogen und bilden dort die Kontaktstellen 24.

[0015] In Fig. 3 ist die elektrische Ausstattung der Noppen-Platte 5 dargestellt. Auf diese Noppen-Platte 5 ist eine elektrische, zum Beispiel durch Ausstanzung oder Laserzuschnitt hergestellte Kontaktfolie 7 aufsetzbar, die in der Fig. 3 oben dargestellt ist. Die Oberseiten der Noppen 6 werden von dieser Kontaktfolie 7 beim Auflegen deckungsgleich bedeckt und deren elektrische Verbindungen von der Oberseite der Noppen 6 nach unten auf die Oberseite 8 der Noppen-Platte 5 verlaufend geführt. Danach verlaufen sie über diese Oberseite 8 nach aussen an den einen schmalen Rand 9 dieser Oberseite 8, und dann über diesen Rand 9 hinaus in eine Folie 10 mit integrierten individuellen Kontaktstellen 11 für jede elektrische Leitung, die ab den verschiedenen Noppen 6 herangeführt sind. Diese Folie 10 wird wie in Fig. 3 gezeigt um den gekrümmten Pfeil, das heisst nach unten um den Rand 9 der Noppen-Platte 5 geschwenkt, sodass sie hernach auf die Unterseite der Noppen-Platte 5 zu liegen kommt.

[0016] In der Fig. 4 erkennt man die so mit der Kontaktfolie 7 und ihrer Folie 10 ausgerüstete Noppen-Platte 5. Auf den Noppen 6 erkennt man die Kontaktfolie 7. Die darauf verlaufenden elektrischen Leitungen 19 führen von jedem Noppen 6 zunächst längs seiner Seitenwand hinab auf die Noppen-Platte 8 und hernach auf der Kontaktfolie 7 zum schmalen Rand 9 der Noppen-Platte 8 hin, wo diese Folie 7 mit ihren elektrischen Leitungen 19 in die jetzt umgeklappte Folie 10 überführt ist, und deren individuelle Kontaktstellen 11 jetzt nach unten gerichtet sind, und hier nicht sichtbar. In diesem Zustand wird die Noppenplatte 5 wie mit dem Pfeil eingezeichnet auf den Boden 4 des Spielbausteins aufgesetzt.

[0017] Jetzt ist der Zustand erreicht wie er in Fig. 5 unten gezeigt ist. Darüber erkennt man eine Deckplatte 12 mit acht nach oben auskragenden viereckigen Rahmen 13. Diese Deckplatte 12 ist auf die Noppen-Patte 5 aufsetzbar, wie mit dem Pfeil eingezeichnet, sodass im aufgesetzten Zustand die acht Rahmen 13 je einen Noppen 6 seitlich satt einfassen und die Deckplatte 12 am umlaufenden Rand 3 des Kunststoff-Spielbausteins, das heisst an einem Innenwulst an demselben, einklickbar ist. Die Ausnehmungen im kubischen Grundkörper 1 sind weiterhin von unten zugänglich.

[0018] In Fig. 7 ist der Spielbaustein in diesem Zustand auf die Oberseite umgedreht abgelegt, sodass man also auf die Unterseite sieht. Man erkennt daher die Ausnehmungen 15, in welche die Kontaktdrähte im Spielbaustein von oben nach unten in ihn hineinragen. Entsprechend sieht man hier die oberen Enden der Kontaktdrähte bzw. der Leiterdrähte 14, nämlich die Kontaktstellen 24. Ausserdem erkennt man die Kunststoff-Klemmrohre 23, welche in herkömmlicher Manier angeordnet sind, um einen guten und dauerhaften Klemmsitz des Spielbausteins an den Noppen oder Noppen 6 desjenigen Spielbausteins gleicher Bauart sicherzustellen, auf welchen er aufgesteckt wird. In Fig. 7 sind zwei Spielbausteine aufeinandergesetzt zusammengebaut. Diese halten aneinander aufgrund der infolge der Geometrie der Noppen 6 und der Klemmrohre 23 erzeugten Klemmkraft. Auf der Oberseite des Spielbausteins erkennt man die Kontaktfolien 7 auf der Oberseite der Noppen 6, welche mit den Kontaktstellen 11 der umgeklappten Folie 10 kommunizieren, wobei für jeden Noppen 6 im gezeigten Beispiel drei durch Krümmung federnde Kontaktdrähte bzw. Leiterdrähte 14 als Dreier-Ensemble 16 beidseits durch Klemmleisten 17, 18 eingeklemmt gehalten sind. Die Klemmleisten 17, 18 sind in diesem hier gezeigten Beispiel in die Ausnehmungen 15 einklickbar, sodass die oberen Enden der Leiterdrähte 14 je eine Kontaktstelle 24 bilden, und jede eine verschiedene Kontaktstellen 11 an der umgeklappten Folie 10 kontaktiert. Es ist klar, dass nach demselben Prinzip auch weniger oder mehr Leiterdrähte in dieser Weise zwischen je zwei Klemmleisten eingebaut sein können. Ausserdem können die Klemmleisten anstelle eines Einklickens auch bloss mit einer leichten Pressung dauerhaft in den Ausnehmungen festgeklemmt sein.

[0019] In Fig. 9 sind die zwei aufeinandergebauten Spielbausteine aus Fig. 8 in einem Teilschnitt dargestellt, was den Blick ins Innere freigibt. Wie man erkennt, führen die Kontaktpunkte 11 auf der Kontaktfolie 7 jedes Noppens 6 über die elektrischen Leitungen 19 auf der Folie 10 zu ganz individuellen, in die Ausnehmungen 15 ragende Leiterdrähte 14 und werden von deren oberen Enden 24 elektrisch kontaktiert. Durch das aufeinander Bauen von zwei solchen Spielbausteinen werden die Leiterdrähte 14 des oberen Spielbausteins mit den Kontaktpunkten der Kontaktfolie 7 auf den Noppen 6 des unteren Spielbausteins in elektrische Verbindung gebracht. Jeder Noppen 6 weist oben neun Kontaktpunkte auf – angeordnet in drei Zeilen und drei Spalten auf seiner Kontaktfolie 7 auf. Der zentrale Kontaktpunkt dient dabei als Datenleiter, während die insgesamt vier verschiedenen mittleren Kontaktpunkte am Rand als Erdung dienen, und die vier verschiedenen Kontaktpunkte in den Ecken des Noppens 6 als Stromleiter. Das erlaubt, aufgrund der jeweils stromführenden Verbindungen zu erkennen, ob zwei Spielbausteine miteinander verbunden sind, und wenn ja in welcher Konfiguration, wobei es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt. So können zwei Spielbausteine deckungsgleich aufeinandergebaut sein, oder nur teilweise überlappend, und sie können auch in einem rechten Winkel zueinander verlaufend aufeinandergebaut, und dies am Rand, in der Mitte oder am anderen Rand etc., das heisst in Linie versetzt. Die elektrischen Signale können zentral von einer Datenverarbeitungsanlage, zum Beispiel einem Endgerät in Form eines Pad, Phones, oder PCs erfasst und ausgewertet werden, sodass ein virtuelles Spielbaustein-Bild an Bildschirm eines Computer erzeugt werden kann, welches die in Realität zusammengebaute Konstruktion darstellt.

[0020] Diese Technologie ist derzeit bereits entwickelt und bekannt. Allein, die Herausforderung bestand in einer Konstruktion eines einfachen, narrensicheren Konzeptes für einen solchen Spielbaustein, sodass er hinsichtlich der Klemmkraft die nötigen Anforderungen erfüllt, und auch die elektrischen Verbindungen dauerhaft funktionstüchtig bleiben. Das wird hier sichergestellt durch die federnden Leiterdrähte 14. Solange diese im Rahmen ihrer elastischen Federn belastet werden, ermüden diese Federn nicht und die Funktionstüchtigkeit zum Erstellen von elektrischen Verbindungen mit Kontaktstellen auf den Noppen 6 bleibt erhalten.

[0021] Den Stromleiter von oben, von einem Kontaktpunkt auf dem Noppen 6 bis hinunter zum Kontaktpunkt 21 eines Leiterdrahtes 14 eines unteren Spielbausteins geht aus Fig. 10 hervor, die einen Querschnitt durch zwei aufeinandergebaute Spielbausteine wie in Fig. 9 gezeigt in vergrössertem Massstab darstellt. Von Bedeutung für die einwandfreie elektrische Funktion, das heisst das elektrische Verbinden der Spielbausteine erweist sich ein geringer Widerstandswert der Verbindungen. Das ermöglicht grosse Baugruppen. Diese Spielbausteine bieten dank dieser elektrischen Verdrahtung die Möglichkeit für visuelles, hörbares, taktiles Feedback, zum Beispiel für den Bau von Prototypen mit LED, Lautsprecher-Funktionen am Endgerät etc. Die LEDs können Bestandteile des Blocks sein. Auf der Leiterfolie können dafür zwei Positionen genützt werden, inkl. Vorwiderstände. Auch ein Microcontroller kann auf der Leiterfolie integriert werden. Der zentrale Kontaktpunkt kann als Datenleiter dienen – Daten, die ja zur Verarbeitung zum Erstellen eines bestimmten Gebildes wesentlich sind. Hierzu kommt dann die konzeptionelle Logik der Verschaltung und Kommunikation wie schon in WO 2009 100 051 beschrieben zum Tragen und wird hier nicht weiter ausgeführt. Diese Spielbausteine können ohne Batterie betrieben werden, weil die Stromversorgung von einer Grundplatte bzw. vom Grundbaustein aus kommt und an die einzelnen angeschlossenen bzw. aufgebauten Spielbausteine verteilt wird. Die hier vorgestellte Lösung bietet 3x3 Kontakte pro Noppen, das heisst (9 Plus und 9 Minus Kontakte pro Noppen. Normalerweise würde ein Spielbaustein mit 2 Reihen mit je 4 Noppen insgesamt 2 x 4 x 3 x 3 = 72 Steckverbindungen benötigen, während der hier vorgestellte mit bloss 24 Federkontakten auskommt, für die gleiche Funktion, nämlich mit 2 x 4 Leiterdraht-Paketen zu je 3 Leiterdrähten 14, d.h. 2 x 4 x 3 = 24 Federkontakte. Ausserdem ist von aussen nicht ersichtlich, wie die Kontaktierung im Innern organisiert ist. Diese Lösung ist kostengünstig und effektiv. Die Kontaktierung mit cluster-gefertigten Stanz-Biegeteilen dient ebenfalls der Kostensenkung. Eine komplette Reihe von Kontakten wird uniform gebogen. Die unterschiedliche Positionierung erfolgt nach Einlegen in einen Kontaktträger. Sind die Kontakte eingebettet und positioniert, wird der verbindende Stanzstreifen abgetrennt und die Kontakte werden dadurch vereinzelt. Das Handling einer Vielzahl individueller Kontaktfedern wäre vergleichsweise viel aufwändiger. Und anstelle von zwei zusammenklickbaren Klemmleisten können für eine massenweise Herstellung die Leiterdraht-Ensemble aus je 4 x 3 Kontaktdrähten auch beidseits mit Kunststoff umspritzt werden, wonach dann der verbindende Leiter-Streifen weggestanzt oder weggeschnitten wird. Die Leiterdrähte sind dann in einem einzigen Kunststoffteil eingegossen und können in die Ausnehmungen montiert werden. In einer allerbesten Ausführung können die einzelnen Spielbausteine mittels HF Induktion mit Strom versorgt werden und könnten ihre Position dank Beschleunigungsmesser drahtlos per Near Field Communication an eine Basisstation übermitteln.

Ziffernverzeichnis

[0022] <tb>1<SEP>Grundkörper <tb>2<SEP>Seitenwand <tb>3<SEP>Oberer Rand <tb>4<SEP>Boden im Spielbaustein <tb>5<SEP>Noppenplatte <tb>6<SEP>Noppen <tb>7<SEP>Kontaktfolie <tb>8<SEP>Oberseite der Noppenplatte 5 <tb>9<SEP>Schmaler Rand der Noppenplatte <tb>10<SEP>Folie <tb>11<SEP>Kontaktstellen auf Folie <tb>12<SEP>Deckplatte <tb>13<SEP>Rahmen auf Deckplatte <tb>14<SEP>Leiterdrähte <tb>15<SEP>Ausnehmung in Grundkörper 1 <tb>16<SEP>Dreier-Paket von Leiterdrähten 14 <tb>17<SEP>Kunststoff-Leiste mit Löcher <tb>18<SEP>Kunststoff-Leiste mit Bolzen <tb>19<SEP>Leiter auf Kontaktfolie <tb>20<SEP>Montage-Leiter <tb>21<SEP>Kontaktflächen unten an Leiterdrähten <tb>22<SEP>Löcher in Kunststoff-Leiste 17 <tb>23<SEP>Bolzen an Kunststoff-Leiste 18 <tb>24<SEP>Obere Kontaktstellen der Leiterdrähte

Claims (10)

1. Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand, bestehend aus einem Grundkörper (1) mit von oben nach unten durchgehenden Ausnehmungen (15) in seinem Innern, in welche zu Paketen (16) zusammengefasst je mehrere diskrete elastisch federnde Leiterdrähte (14) zwischen Kunststoff-Leisten (17, 18) eingeklemmt oder in einer Kunststoff-Leiste eingespritzt einsetzbar sind, sodass sie unten als freie, elastisch federnde Leiterdrähte (14) nach unten in die Ausnehmung (15) ragen, ohne den Spielbaustein unten zu überragen, und oben als Kontaktstellen (24) aus den Kunststoff-Leisten (17, 18) ragen, und dass der Spielbaustein eine Noppenplatte (5) aufweist, die mit einer sich oben bedeckenden und um ihren Rand (9) umgeklappten Folie (10) versehen ist, auf welcher je mehrere elektrische Leitungen (19) von jeder Noppe auf die Unterseite der Noppenplatte (5) zu diskreten Kontaktpunkten (11) geführt sind, wobei diese Noppenplatte (5) von einer Deckplatte (12) bis auf die Noppenoberflächen abdeckbar und hernach mit der Noppenplatte (5) auf den Grundkörper (1) des Spielbaustein aufsetzbar ist, sodass die unteren Kontaktpunkte (11) an der Folie (10) mit den oberen Stummeln und somit Kontaktstellen (24) der Leiterdrähte (14) in elektrischen Kontakt treten.

2. Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem kubischen Grundkörper (1) mit viereckigem Grundriss besteht, mit rundum laufender Seitenwand (2) und im Innern dieses Grundkörpers (1) einer Struktur mit Ausnehmungen (15).

3. Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem kreisrunden Grundkörper (1) mit viereckigem Grundriss besteht, mit rundum laufender Seitenwand (2) und im Innern dieses Grundkörpers (1) einer Struktur mit Ausnehmungen (15).

4. Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem im wesentlichen kubischen Grundkörper (1) mit L-, U-, E oder F-förmigen Grundriss besteht, mit rundum laufender Seitenwand (2) und im Innern dieses Grundkörpers (1) einer Struktur mit Ausnehmungen (15).

5. Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Noppen-Platte (5) mit Noppen (6) auf den Spielbaustein aufsetzbar ist, und auf diese Noppen-Platte (5) eine elektrische Kontaktfolie (7) aufsetzbar ist, welche die Oberseiten der Noppen (6) deckungsgleich bedeckt und deren elektrische Verbindungen (19) von der Oberseite der Noppen (6) nach unten auf die Noppen-Platte (5) und über diese nach aussen an ihren Rand (9) führen, und von dort weiter an eine um die Noppen-Platte (5) umklappbare Folie (10) mit integrierten Kontaktstellen (11), und dass eine Deckplatte (12) mit nach oben auskragenden Rahmen (13) auf diese Noppen-Patte (5) aufsetzbar ist, sodass im aufgesetzten Zustand die Rahmen (13) je eine Noppe (6) seitlich satt einfassen und die Deckplatte (12) auf dem Kunststoff-Spielbausteins bündig einklickbar ist, weiter dass der Grundkörper (1) von unten zugängliche Ausnehmungen (15) aufweist, welche mit den Kontaktstellen (11) der umgeklappten Folie (10) kommunizieren, wobei für jeden Noppen (6) drei durch Krümmung federnde Kontaktdrähte (16) als Ensemble beidseits durch Klemmleisten (17, 18) eingeklemmt gehalten und die Klemmleisten (17, 18) in die Ausnehmungen (15) einklickbar sind, sodass die Kontaktdrähte (16) drei verschiedene Kontaktstellen (11) an der umgeklappten Folie (10) kontaktieren.

6. Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spielbaustein oben einen nach oben auskragenden Rand (3) aufweist, sodass ein gegenüber diesem oberen Rand (3) nach unten abgesetzter Boden (4) gebildet ist, auf welchen eine Noppen-Platte (5) mit Noppen (6) passgenau einsetzbar ist.

7. Kunststoff-Spielbaustein mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spielbaustein oben einen Randbereich aufweist, der eine gegen innen verlaufende Stufe bildet, und die zugehörige Noppen-Platte (5) aussen einen nach unten auskragenden Rand aufweist, mit dem sie passgenau auf diese Stufe aufsetzbar ist.

8. Verfahren zur industriellen Herstellung eines Kunststoff-Spielbausteins mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand, bestehend aus einem Grundkörper (1) mit rundum laufender Seitenwand (2) und im Innern dieses Grundkörpers (1) einer Struktur mit Ausnehmungen (15), <tb>a)<SEP>Eine Kontaktfolie (7) mit Leitungen (19) und endseitigen Kontaktstellen auf die Oberseite einer Noppenplatte (5) anschmiegend an diese angelegt wird und sich über einen Rand (9) der Noppenplatte (5) hinaus erstreckt, und das freie Folienende um den Rand (9) der Noppenplatte (5) auf ihre Unterseite umgeklappt wird, sodass sie die Unterseite bedeckt; <tb>b)<SEP>Ein oder mehrere Montage-Leiter (20) mit mehreren von ihnen abzweigenden Paketen (16) von mehreren elastisch federnden Leiterdrähten (14) zwischen zwei Kunststoff-Leisten (17, 18) eingeklemmt oder in eine einzelne Kunststoffleiste allseitig eingespritzt wird, <tb>c)<SEP>Die Montage-Leiter (20) weggeschnitten werden und die Kunststoff-Leisten (17, 18) oder die einzelne Kunststoffleiste mit den oben als Stummel und unten als gebogene Drähte herausragenden Leiterdrähten (14) von oben in Ausnehmungen (15) im Spielbaustein eingebaut werden, sodass die elastisch federnden Leiterdrähte (14) nach unten in die Ausnehmung (15) ragen, ohne den unteren Rand des Spielbausteins nach unten zu überragen, <tb>d)<SEP>Die Noppenplatte (5) auf den oben offenen Spielbaustein abgesenkt wird, sodass die Kontaktstellen (11) an der Folie (10) auf ihrer Unterseite mit den oberen Stummeln (24) der Leiterdrähte (14) in Kontakt treten, <tb>e)<SEP>Eine Deckplatte (12) mit Rahmen (13) passgenau auf die Noppen (6) der Noppenplatte (5) abgesenkt wird, sodass diese Noppen (6) je von einem Rahmen (13) umschlossen werden, und die Deckplatte (12) am oberen Rand des Spielbausteins eingeklickt wird.

9. Verfahren zur industriellen Herstellung eines Kunststoff-Spielbausteins mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter e) eine Deckplatte (12) mit dem Rahmen (13) passgenau auf die Noppen (6) der Noppenplatte (5) abgesenkt wird, indem sie innerhalb nach oben ragenden umlaufenden und auskragenden Rahmens des Spielbausteins eingesetzt wird und mit diesem Rand oben einen bündigen Abschluss bildet.

10. Verfahren zur industriellen Herstellung eines Kunststoff-Spielbausteins mit elektrischen Kontakten (7, 21) zur elektronischen Bestimmung seiner Lage im verbauten Zustand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter e) eine Deckplatte (12) mit dem Rahmen (13) passgenau auf die Noppen (6) der Noppenplatte (5) abgesenkt wird, indem sie mit ihrem nach unten auskragenden Rahmen über eine nach innen abgesetzte Stufe im oberen äusseren Randbereich des Spielbausteins passgenau aufgesetzt wird.