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    • 专利摘要:
    Baustein(1) fürein Demonstrations-Baukastensystem, bestehend aus einem quaderförmigen Gehäuse (2),in welchem ein Elektromotor (4) angeordnet ist, dessen Welle (5)durch eine Gehäusewand(6) nach außengeführtist, wobei außerhalbdes Gehäusesan der Welle eine zylindrische Scheibe (7) drehfest angebracht ist unddie elektrischen Anschlüssedes Motors zu zwei an einer GehäusewandzugänglichenSteckbuchsen (11) geführtsind, wobei die Welle (5) durch dieselbe obere Gehäusewand(6) nach außengeführtist, an welcher die Steckbuchsen (11) zugänglich sind, und die Scheibe(7) an der von dieser Gehäusewand(6) abgewandten Seite zumindest zwei normal zur Scheibenfläche verlaufendeHaltestifte (9) sowie eine zentrale Sack-Gewindebohrung (10) besitzt.
    公开号:DE102004008763A1
    申请号:DE200410008763
    申请日:2004-02-23
    公开日:2005-05-25
    发明作者:Hans Platter
    申请人:Hans Platter；
    IPC主号:G09B23-18
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf einen Baustein für ein Demonstrations-Baukastensystem,bestehend aus einem quaderförmigenGehäuse,in welchem ein Elektromotor angeordnet ist, dessen Welle durch eineGehäusewandnach außengeführtist, wobei außerhalbdes Gehäusesan der Welle eine zylindrische Scheibe drehfest angebracht ist unddie elektrischen Anschlüssedes Motors zu zwei an einer GehäusewandzugänglichenSteckbuchsen geführt sind.
    [0002] Bausteinedieser Art sind bekannt und werden in erster Linie im Physikunterrichtverwendet. Eine wichtige Forderung neben der Robustheit ist einemöglichstvielseitige Verwendbarkeit, um die Anzahl der erforderlichen Einzelkomponenteneines Baukastensystems und damit auch die Gesamtkosten gering zuhalten.
    [0003] Beieiner dem Anmelder bekannten Ausführung führen die elektrischen Anschlüsse desMotors zu an einer Seitenwand angeordneten Steckbuchsen, die über Kabelmit entsprechenden Buchsen eines Batterie- oder Netzwerkmoduls verbundenwerden können.Bei bekannten Baukastensystemen sind Haltemagnete an der Gehäuseunterseitevorgesehen, sodass die einzelnen Bausteine oder Module in einervorbestimmbaren gegenseitigen Lage auf einer Blechtafel angeordnetwerden können,doch kann auf diese Weise ein seitliches Verrutschen bei Auftretenbereits relativ geringer Kräftenicht vermieden werden.
    [0004] EineAufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Bausteins für ein Demonstrations-Baukastensystem,der besonders vielseitig verwendbar ist und der mit anderen Bausteinenbzw. Modulen in zweckmäßiger Weiseverbunden werden kann.
    [0005] DieseAufgabe wird mit einem Baustein der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dassdie Welle durch dieselbe obere Gehäusewand nach außen geführt ist,an welcher die Steckbuchsen zugänglichsind, und die Scheibe an der von dieser Gehäusewand abgewandten Seite zumindest zweinormal zur Scheibenflächeverlaufende Haltestifte sowie eine zentrale Sack-Gewindebohrung besitzt.
    [0006] Dankder Erfindung lassen sich unterschiedliche Elemente auf einfacheWeise mit dem Motor mechanisch verbinden, gleichgültig obsie von dem Motor angetrieben werden oder ob sie an der Motorachselediglich passiv drehbar gelagert werden sollen. Auch die elektrischeund/oder mechanische Verbindung mit anderen Bausteinen/Modulen isteinfach und stabil durchführbar.
    [0007] Beieiner zweckmäßigen Varianteist zur Erhöhungder Flexibilitätvorgesehen, dass eine auf die Scheibe aufsteckbare Distanzscheibevorgebbarer Stärke,welche Bohrungen fürdie Haltestifte sowie eine zentrale Bohrung besitzt.
    [0008] Einebequeme Handhabung fürden Benutzer ergibt sich, falls die Haltestifte als in radialerRichtung federnde Federstifte ausgebildet sind.
    [0009] Einrasches Fixieren von Bauteilen auf einer Scheibe gegen Abziehenlässt sicherreichen, falls der Sack-Gewindebohrung der Scheibe eine SpannschraubewählbarerLänge zugeordnetist.
    [0010] ImSinne einer zentrisch genauen Lagerung von Elementen auf der Scheibeempfiehlt es sich, dass die Spannschraube an einem Endbereich einen Gewindeabschnitt,daran anschließendeinen gewindelosen Abschnitt und an dessen Ende einen Rändelkopfbesitzt.
    [0011] Einefür dieDemonstration vieler Versuche zweckdienliche Variante zeichnet sichdadurch aus, dass auf die Haltestifte der Scheibe auf eine Magnet- oderSpulenanordnung aufschiebbar und mit Hilfe der Spannschraube fixierbarist.
    [0012] Wenndie Scheibe an ihrem Umfang eine Riemenrille aufweist, können weitereObjekte aufgetrieben werden, gegebenenfalls zusätzlich zu auf der Scheibe fixiertenElementen.
    [0013] ImSinne eines flexibel verwendbaren Baukastensystems ist es vorteilhaft,wenn die obere Gehäusewandbzw. die obere Flächequadratisch ist.
    [0014] Weitersist es ratsam, wenn in bekannter, aber zweckdienlicher Weise ander GehäuseunterseiteHaltemagnete angeordnet sind.
    [0015] Für die Festlegungder Relativlage zwischen einzelnen Bausteinen/Modulen ist es empfehlenswert,wenn den beiden Steckbuchsen Steckbrücken zugeordnet sind, mit derenHilfe zwischen dem Baustein und einem weiteren Modul eine elektrische und/odermechanische Verbindung geschaffen werden kann, wobei der Bausteinund das Modul mit Seitenflächendicht aneinander liegen. Dadurch lassen sich kompakte, mechanischstabile Anordnungen bilden, wobei die Steckbrücken entweder bloß zur mechanischenFixierung benachbarter Bausteine/Module dienen oder auch elektrischleitende Übergänge bildenkönnen.
    [0016] DieErfindung samt weiterer Vorteile ist im Folgenden anhand beispielsweiserAusführungsformennäher erläutert, diein der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen
    [0017] 1 inDraufsicht einen Baustein nach der Erfindung, der über zweiSteckbrückenmit einem Batteriemodul verbunden ist,
    [0018] 2 einenSchnitt durch den Baustein und eine Steckbrücke nach 1 längs derLinie II -II in 1,
    [0019] 3 eineAnsicht wie 1, jedoch mit einem auf die Scheibedes Motors aufgesteckten Permanentmagneten und einer bezüglich desBausteins ortsfest montierten Induktionsspule mit an dieser angeschlossenerGlühlampe,
    [0020] 4 eineAnordnung ähnlich 3,jedoch nur teilweise gezeigt,
    [0021] 5 dieAnordnung nach 4, teilweise geschnitten,
    [0022] 6 inDraufsicht die Kombination eines Bausteins nach der Erfindung miteinem Batteriemodul und einem darauf aufgebauten Modell eines Elektromotors,
    [0023] 7 inDraufsicht eine Anordnung eines Bausteins nach der Erfindung, verbundenmit einem Batteriemodul wie nach 1, jedochmit auf der Scheibe montierter Induktionsspule samt Glühlampe undeinem ortsfest montierten Permanentmagneten,
    [0024] 8 einensenkrecht an einer Blechwand magnetisch befestigten Baustein nachder Erfindung mit ein seiner Scheibe montiertem Waltenhof'schen Pendel, welchesmit einer Magnetanordnung zusammenwirkt und
    [0025] 9 denAufbau nach 8 in einem Schnitt nach derLinie IX–IXin 8.
    [0026] Wieaus 1 in Verbindung mit 2 hervorgeht,besteht ein Baustein 1 gemäß der Erfindung aus einem quaderförmigen Gehäuse 2,welches in Draufsicht (1) quadratisch ausgebildet istund in diesem Ausführungsbeispieleinen Oberteil 2a und einen Unterteil 2b besitzt,wobei letzterer im Sinne eines Deckels lösbar mit dem Oberteil 2a verbunden ist.An der Unterseite des Gehäuses 2 sindHaltemagnete 3 angeordnet, z.B. in Versenkungen des Gehäuse-Unterteils 2b eingeklebt,mit deren Hilfe das Gehäusean einer Blechtafel lösbarfixierbar ist.
    [0027] ImInneren des Gehäusesist ein Elektromotor 4 vorgesehen, wobei dessen Welle 5 durchdie obere Gehäusewand 6 nachaußengeführtist. Außerhalbdes Gehäuses 2 sitztan der Welle 5 eine zylindrische Scheibe 7, diebezüglichder Welle drehfest ist und die an ihrem Umfang eine Riemenrille 8 aufweist.Von der Scheibe 7 stehen nach außen zwei Haltestifte 9 parallelzu der Welle 5 ab und in der Scheibe ist eine zentraleSack-Gewindebohrung 10 ausgebildet.
    [0028] Vonoben, d.h. von der oberen Gehäusewand 6 sindzwei Steckbuchsen 11 zugänglich, die in dem Gehäuse versenktangeordnet sind, wie aus 2 hervorgeht. Die beiden Steckbuchsen 11 sind über eineelektrische Leitung 12 mit dem Elektromotor 4 verbunden.Im vorliegenden Beispiel ist der Baustein 1 mit einem Batteriemodulelektrisch und mechanisch überzwei Steckbrücken 14 verbunden. DieseSteckbrückenbesitzen je zwei federnde Stecker 14a, die leitend miteinanderverbunden sind und in dem Grundkörperder Steckbrücke 14 sitzen.In dem Batteriemodul, dessen Gehäusegleich groß wie jenesdes Bausteins 1 ist, ist beispielsweise eine dreizelligeBatterie untergebracht, deren Spannung mit Hilfe eines Ein/Ausschalters 15 undeines Umschalters 16 an nicht gezeigte Steckbuchsen, analogzu den Steckbuchsen 11 des Bausteins 1, gelegtwerden kann. An der Oberseite sowohl des Bausteins 1 alsauch des Batteriemoduls 13 ist ein Aufdruck vorgesehen,welcher dem Benutzer die Leitungsführung, Polarität, Spannung,etc. erkennen lässt.Durch die Verbindung mit den beiden Steckbrücken 14 liegt dasBatteriemodul 13 mit einer Seitenfläche eng an dem Baustein 1 an,wird mechanisch durch die Steckbrücken 14 in dieserLage gehalten und überdieselektrisch verbunden. Zur Erweiterung der Flexibilität des Bausteins 1 besitztdieser noch vier weitere Steckbuchsen 17 bzw. 18,wobei die in 1 oberen Steckbuchsen 17 elektrischnicht beschaltet sind, wogegen die in 1 unterenSteckbuchsen 18 mit je zwei, somit insgesamt vier Kleinsteckbuchsen 18a (z.B.4 mm) verbunden sind. Durch entsprechende Beschaltung erleichterndie Steckbuchsen 18 und 19 verschiedene Versuchsaufbauten.Die in 1 oberen Steckbuchsen 17 können wiederumdazu dienen, weitere Bausteine oder Module mechanisch oder bei entsprechenderBeschaltung der Steckbuchsen 17 – auch elektrisch mit dem Baustein 1 zuverbinden.
    [0029] 3 zeigtdie Anordnung nach 1, nämlich den mit einem Batteriemodul 13 verbundenen Baustein 1,wobei hier jedoch auf die Scheibe 7 ein Stabmagnet aufgesetztist. Dieser Stabmagnet besitzt den Haltestiften 9 entsprechendeBohrungen und kann auch eine zentrale Bohrung aufweisen. Man kannden Stabmagneten mit Hilfe einer Schraube an der Scheibe 7 fixieren,wobei diese Schraube dann in die Sack-Gewindebohrung 10 eingeschraubt wird.Mit Hilfe des Motors 4 und nach Einschalten des Batteriemoduls 13 kannder Stabmagnet 20 in Drehung versetzt werden. Zur Demonstrationder Induktionswirkung des entstehenden magnetischen Wechselfeldesist eine Spulenanordnung 21 an der Oberfläche desBausteins 1 befestigt, im vorliegenden Fall mit entsprechendenStiften in Buchsen 18a (siehe 1) gesteckt.Mit Hilfe zweier Rändelschrauben 22 sindmagnetisch leitende Stege 23 mit einem Kern 24 derSpulenanordnung 21 verbunden. Ein Lampenträger 25,in dem eine kleine Glühlampe 26 sitzt,ist mit Hilfe von Steckern in die Buchsen 18 (1)gesteckt, wodurch auch eine elektrische Verbindung zu der Spulenanordnung 21 hergestelltist. Bei genügendgroßerDrehzahl des Motors 4 und damit des Stabmagneten 20 wirddie Glühlampe 26 zuleuchten beginnen.
    [0030] EineVariation der in 3 gezeigten Versuchsanordnungist in den 4 und 5 gezeigt. Hiergeht hervor, dass der Stabmagnet 20 unter Zwischenlageeiner Distanzscheibe 27 auf der Scheibe 7 sitzt.Die Distanzscheibe 27 besitzt hier zwei Bohrungen für den Durchgangbzw. die Aufnahme der Haltestifte 9, die beispielsweiseals Federstifte ausgebildet sein können, sowie eine zentrale Bohrung 29.Wir aus 5 hervorgeht, ist eine Spannschraube 30 sowohl durcheine zentrale Bohrung des Stabmagneten 20 als auch durchdie zentrale Bohrung 29 der Scheibe geführt und mit einem Gewindeabschnittin die Sack-Gewindebohrung 10 der Scheibe 7 eingeschraubt.Zwischen einem Rändelkopf 31 derSpannschraube 30 und ihrem Gewindeabschnitt ist ein gewindeloserAbschnitt vorgesehen.
    [0031] Imvorliegenden Fall ist die Spulenanordnung 21 an einem Winkelträger 32 angeklemmt,welcher an einem Ende einen hier nicht gezeigten Stecker besitzt,mit dem er in eine der Steckbuchsen 17 gemäß 1 obeneingesteckt werden kann. Mit Hilfe einer Klemmschraube 33 kanndie Spulenanordnung bzw. deren Kern 24 in einem gewünschtenAbstand zu dem Stabmagneten 20 eingestellt werden, um denLuftspalt zwischen diesen beiden Anordnungen einzustellen. Ein Lampenträger 25a mitder Glühlampe 26 sitzthier oben auf der Spulenanordnung 21, wozu der Lampenträger 25a Buchsenbesitzen kann, in die entsprechende Stecker des Spulenkörpers derSpulenanordnung 21 eingreifen.
    [0032] 6 zeigtwieder den prinzipiellen Zusammenschluss des Bausteins 1 mitdem Batteriemodul 13, doch ist hier ein Demonstrations-Elektromotorin folgender Weise aufgebaut.
    [0033] Indie in 1 oberen Steckbuchsen 17 ist je ein Winkelträger 33 eingesteckt,in dem mit Hilfe einer Klemmschraube 34 ein Stabmagnet 20,wie bereits aus 3 bis 5 bekannt,eingeklemmt ist. Auf die Welle 5 ist in hier nicht ersichtlicher,da verdeckter Weise eine Spulenanordnung 21 aufgesteckt undfestgeklemmt, wobei auf der Spulenanordnung eine Kommutatorplatte 35 sitzt.Diese ist analog zu dem Lampenträger 25a sowohlelektrisch als auch mechanisch mit der sich mit dem Motor drehenden Spulenanordnung 21 verbunden.Auf der Kommutatorplatte 35 können zwei Kontaktfedern 36 angreifen, welcheauf einem Träger 37 sitzenund elektrisch mit Steckern 38 verbunden sind, welche ihrerseitsin die Einsteckbuchsen 18a eingesteckt sind. Die Buchsen 18 gemäß 1 sind über Steckbrücken 14 mit Steckbuchsendes Batteriemoduls 13 mechanisch und elektrisch verbunden.
    [0034] Inder gezeigten Weise wird der auf dem Baustein 1 aufgebauteDemonstrationselektromotor, bestehend aus den beiden Magneten 20,der Spulenanordnung 21 mit ihrer Kommutatorplatte 35 elektrischmit dem Batteriemodul 13 verbunden. Wird dessen Spannungeingeschaltet, so beginnt sich die Spulenanordnung 21 zusammenmit der Kommutatorplatte 35 zu drehen.
    [0035] Beider Anordnung nach 7 ist die Spulenanordnung 21 samtdem Lampenträger 25a und derGlühlampe 26 nichtortsfest an dem Baustein 1 angeordnet, wie dies bei 3, 4 und 5 der Fallwar, sondern die Spulenanordnung 21 mit Träger 25a undGlühlampe 26 istauf die Scheibe 7 aufgesteckt und kann somit, von dem Motor 4 angetrieben, rotieren.Ein Stabmagnet 20 ist hier mit Hilfe von Stiften oder dergleichenin den Buchsen 18a fixiert. Ähnlich wie nach 4 derStabmagnet kann hier die Spulenanordnung 25a samt einemEisenkern mit einer Spannschraube 30 an der Scheibe 7 fixiertwerden. Auch hier sind, wie bei 3 magnetischeleitende Stege 23 fürden Aufbau eines Magnetkerns vorgesehen. Wenn der Motor aus demBatteriemodul 13 mit Spannung versorgt wird und sich zudrehen beginnt, wird bei genügenderDrehzahl die Lampe 26 zu leuchten beginnen.
    [0036] Essoll erwähntwerden, dass der Elektromotor 4, sofern er entsprechendkonstruiert ist, auch als Generator wirken kann, wobei er beispielsweisemit Hilfe eines nicht gezeigten Riemens, der in die Riemenrille 8 derScheibe 7 eingreift, angetrieben werden kann. Damit lassensich entsprechende Generatormodelle aufbauen.
    [0037] Esist bereits aus dem Aufbau nach 6 klar geworden,dass der Motor 4 nicht notwendigerweise angetrieben werdenmuss, sondern dass seine Lagerung auch passiv für andere Versuche herangezogenwerden kann. Ein weiteres Beispiel ist in den 8 und 9 dargestellt,in welcher ein Baustein 1 nach der Erfindung mit Hilfeder Haltemagnete 3 an einer vertikalen Blechtafel 39 fixiertist. Auf der Scheibe 7 sitzt der Stab 40 einessogenannten „Waltenhof'schen Pendels" 41. DerStab 40 trägtan seinem unteren Ende eine gezahnte Aluminiumplatte 42, welchein dem Luftspalt zweier Stabmagnete 20 schwingen kann.Der in 9 linke Stabmagnet 20 sitzt selbsthaftendauf der Blechtafel 39, wogegen der in 9 rechteStabmagnet 20 mit Hilfe eines Winkelträgers 33, wie in 6,auf einem weiteren Modul 43 sitzt, welches mit Hilfe vonHaltemagneten 3 auf einem umgebogenen, horizontal verlaufenden Abschnittder Blechtafel 39 haftet. In bekannter Weise kann mit derhier aufgebauten Anordnung das Abbremsen des Waltenhof'schen Pendels aufgrundder Wirbelströmedemonstriert werden.
    [0038] Essollte klar sein, dass dank der Erfindung auf sehr einfache undrationelle Weise viele Versuche demonstriert werden können, wobeisonst oft lästigeKabelverbindungen ebenso verfallen wie komplizierte mechanischeAnordnungen, welche die Festigkeit des Aufbaus sicherstellen sollen.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Baustein (1) für ein Demonstrations-Baukastensystem,bestehend aus einem quaderförmigen Gehäuse (2),in welchem ein Elektromotor (4) angeordnet ist, dessenWelle (5) durch eine Gehäusewand (6) nach außen geführt ist,wobei außerhalb desGehäusesan der Welle eine zylindrische Scheibe (7) drehfest angebrachtist und die elektrischen Anschlüssedes Motors zu zwei an einer GehäusewandzugänglichenSteckbuchsen (11) geführtsind, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5)durch dieselbe obere Gehäusewand(6) nach außengeführtist, an welcher die Steckbuchsen (11) zugänglich sind,und die Scheibe (7) an der von dieser Gehäusewand(6) abgewandten Seite zumindest zwei normal zur Scheibenfläche verlaufendeHaltestifte (9) sowie eine zentrale Sack-Gewindebohrung (10)besitzt.
    [2] Baustein (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durcheine auf die Scheibe (7) aufsteckbare Distanzscheibe (27)vorgebbarer Stärke,welche Bohrungen (28) fürdie Haltestifte (9) sowie eine zentrale Bohrung (29)besitzt.
    [3] Baustein (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Haltestifte (9) als in radialer Richtung federndeFederstifte ausgebildet sind.
    [4] Baustein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass der Sack-Gewindebohrung (10) der Scheibe(7) eine Spannschraube (30) wählbarer Länge zugeordnet ist.
    [5] Baustein (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Spannschraube (30) an einem Endbereich einen Gewindeabschnitt,daran anschließendeinen gewindelosen Abschnitt und an dessen Ende einen Rändelkopf(31) besitzt.
    [6] Baustein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis3 und Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Haltestifte(9) der Scheibe (7) auf eine Magnet- oder Spulenanordnung(20, 21) aufschiebbar und mit Hilfe der Spannschraube(30) fixierbar ist.
    [7] Baustein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (7) an ihrem Umfangeine Riemenrille (8) aufweist.
    [8] Baustein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, dass die obere Gehäusewand (6) bzw. dieobere Flächequadratisch ist.
    [9] Baustein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, dass an der Gehäuseunterseite Haltemagnete(3) angeordnet sind.
    [10] Baustein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, dass den Steckbuchsen (11, 17, 18)Steckbrücken(14) zugeordnet sind, mit deren Hilfe zwischen dem Bausteinund einem weiteren Modul (13) eine elektrische und/odermechanische Verbindung geschaffen werden kann, wobei der Bausteinund das Modul mit Seitenflächendicht aneinander liegen.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-05-25| ON| Later submitted papers|
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    优先权:
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