-
Die
Erfindung betrifft einen Konstruktionsbaukasten mit einer Mehrzahl
von Zahnrädern
und einer Mehrzahl von im Querschnitt polygonalen Wellen, die jeweils
in Wirkverbindung mit den Zahnrädern
bringbar sind, und mindestens einer ersten und mindestens einer
zweiten drehfest mit einem Zahnrad verbindbaren Stecknabe, wobei
die erste Stecknabe drehfest mit jeder Welle verbindbar ist und
die zweite Stecknabe nicht drehfest mit jeder Welle verbindbar ist.
-
Derartige
Konstruktionsbaukästen
sind auf dem Spielwarenmarkt seit langem bekannt. Mit Hilfe der
Zahnräder
und Wellen können
einfache Getriebe gebaut werden, um beispielsweise Drehzahlen von Motoren
zu reduzieren. Auch Modelle, bei denen aus Zahnrädern und Wellen einfache Mehrganggetriebe gebaut
werden, sind bekannt.
-
Herkömmlicherweise
weisen die Zahnräder eine
zentrale Bohrung polygonalen Querschnittes auf, der dem Querschnitt
der polygonalen Welle entspricht. Dadurch können ein Zahnrad und eine Welle durch
einfaches Aufstecken des Zahnrades auf die Welle formschlüssig miteinander
verbunden werden. In dieser Ausgestaltung sind Zahnrad und Welle
folglich immer drehfest miteinander verbunden. Ein Drehen des Zahnrades
relativ zur Welle ist nicht möglich. Dies
schränkt
die möglichen
Konstruktionen stark ein, da beispielsweise Getriebe, bei denen
ein Zahnrad als runddrehen des Zwischenrad, das auf einer feststehenden
Drehachse montiert ist, nicht möglich sind.
-
Eine
andere bekannte Variante sieht vor, sowohl die Wellen als auch die
zentralen Bohrungen in den Zahnrädern
kreisförmig
auszubilden. In diesem Fall ist durch einfaches Aufstecken des Zahnrades auf
die Welle eine drehfeste Verbindung nicht möglich. Um eine solche Verbindung
zu erhalten, ist es notwendig, ein separates Spannelement zu verwenden.
Dieses Element weist wie das Zahnrad eine kreisrunde zentrale Bohrung
auf, kann jedoch, wenn durch diese Bohrung eine Welle gesteckt wird,
durch einen Klemmmechanismus mit dieser drehfest verbunden werden.
Gleichzeitig greift es in das auf der Welle steckende Zahnrad ein
und sorgt so für
eine drehfeste Verbindung zwischen Welle und Zahnrad. Nachteilig
ist hier, dass durch das zusätzliche
Bauelement ein drehfest mit der Welle verbundenes Zahnrad mehr Platz
benötigt
als ein freilaufendes. Daher benötigen
Getriebeanordnungen mit mehreren Zahnrädern und Wellen erheblich mehr
Platz, was die Anzahl der möglichen
Modelle einschränkt.
-
Aus
der
US 3 613 291 ist
ein Konstruktionsbaukasten bekannt, bei dem Stecknaben drehfest oder
nicht drehfest mit im Querschnitt polygonalen Wellen verbunden werden
können.
Dabei weisen die Stecknaben Bohrungen mit unterschiedlichen Querschnitten
auf, mit denen sie entweder drehfest oder nicht drehfest auf die
Wellen gesteckt werden können.
Dadurch werden zwar sowohl die Zahnräder als auch die Wellen flexibel
verwendbar, Getriebeanordnungen bleiben jedoch platzintensiv.
-
Von
dieser Problemstellung ausgehend kommt der Erfindung die Aufgabe
zu, einen gattungsgemäßen Konstruktionsbaukasten
dahingehend zu verbessern, dass auch Getriebeanordnungen mit variablen
und nicht begrenzten Übersetzungen
platzsparend möglich
sind.
-
Zur
Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
zeichnet sich ein gattungsgemäßer Konstruktionsbaukasten
dadurch aus, dass die axiale Länge
der ersten und/oder zweiten Stecknabe einem vielfachen der axialen
Dicke der Zahnräder
entspricht.
-
Damit
ist es möglich,
zwei Zahnräder
drehfest miteinander zu verbinden, die trotzdem frei auf ihrer Welle
rotieren können.
Dadurch, dass beide Zahnräder
auf ein- und derselben Stecknabe aufgesteckt sind, kann zudem ein
fester Abstand entlang der Welle zwischen beiden Zahnrädern definiert
werden. Damit kann eine Bewegung der Zahnräder relativ zueinander entlang
der Welle verhindert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn auf verschiedenen Wellen sitzende Zahnräder ineinander eingreifen sollen
und daher eine verschiebefeste Positionierung der Zahnräder entlang
der Welle von Nöten
ist.
-
Vorteilhafterweise
sind sowohl die erste Stecknabe als auch die zweite Stecknabe formschlüssig mit
den Zahnrädern
verbindbar. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass die
Zahnräder
eine zentrale Bohrung mit polygonalem Querschnitt aufweisen und
die Außenkontur
der Stecknaben diesem polygonalen Querschnitt angepasst ist. In
diesem Fall können
die Stecknaben einfach in die zentrale Bohrung des Zahnrades eingesetzt
werden und sorgen so für
eine drehfeste Verbindung.
-
Alternativ
ist auch eine reibschlüssige
Verbindung denkbar. In diesem Fall ist die Verbindung zwischen Stecknabe
und Zahnrad allerdings nicht so einfach zu lösen, wie bei einer formschlüssigen Verbindung.
Gerade im Bereich der Spielwarenbaukästen ist Flexibilität jedoch
stark gewünscht.
Kinder, die mit einem Baukasten spielen, möchten ein fertig gestelltes
Modell wieder zerlegen, um ein anderes herstellen zu können. Dafür ist es
notwendig, die Verbindung zwischen Zahnrad und Stecknabe einfach
und schnell und ohne zusätzliches
Werkzeug lösen
zu können.
-
Vorteilhafterweise
weist die erste Stecknabe eine zentrale Bohrung mit einem polygonalen
Querschnitt auf, der dem Querschnitt der polygonalen Wellen entspricht.
Zur drehfesten Verbindung eines Zahnrades mit einer polygonalen
Welle wird nun eine erste Stecknabe drehfest mit dem Zahnrad verbunden.
Durch die zentrale polygonale Bohrung der Stecknabe kann eine polygonale
Welle geführt
werden. Da der Querschnitt der zentralen Bohrung und der Querschnitt
der polygonalen Welle miteinander korrespondieren, greift auch hier
eine formschlüssige Verbindung.
In diesem Fall ist eine drehfeste Verbindung zwischen polygonaler
Welle und Zahnrad hergestellt. Durch die ausschließliche Verwendung
formschlüssiger
Verbindungen sind diese auch leicht und ohne zusätzliches Werkzeug wieder zu
lösen.
-
Die
mindestens eine zweite Stecknabe weist vorteilhafterweise eine zentrale
Kreisbohrung auf, deren Durchmesser dem Durchmesser eines Umkreises
um die Querstützkontur
der polygonalen Wellen entspricht. In diesem Fall wird durch Einstecken einer
polygonalen Welle in die zentrale Kreisbohrung keine drehfeste Verbindung
hergestellt. Ein mit der zweiten Stecknabe drehfest verbundenes
Zahnrad kann folglich frei auf der Welle rotieren. Auf diese Weise
ist es möglich,
eine Wellenform und eine Form der zentralen Bohrungen in den Zahnrädern zu
verwenden und dennoch sowohl drehfeste als auch nicht drehfeste
Verbindungen zwischen Welle und Zahnrad herzustellen. Das vom Zahnrad
belegte Stück
Welle ist dabei nicht größer als
die axiale Dicke des Zahnrades. Zudem können die Verbindungen zwischen
den Stecknaben und den Zahnrädern
leicht wieder gelöst
und bei Bedarf andere Zusammenstellungen gewählt werden.
-
Besonders
vorteilhafterweise wird der Querschnitt der polygonalen Wellen von
mehreren Kreisbögen
eines Kreises mit Radius r und die Kreisbögen verbindenden Geraden, die
Teile eines gleichschenkligen Dreieckes sind, gebildet. Der Radius
r der zentralen Kreisbohrung der mindestens einen zweiten Stecknabe
entspricht dabei dem Radius r der Kreisbögen. Durch die Verwendung mehrerer
Kreisbögen eines
Kreises liegt die zentrale Kreisbohrung der mindestens einen zweiten
Stecknabe relativ großflächig an
der Welle an. Dadurch wird die freie Drehbarkeit des Zahnrades auf
der Welle nicht beeinträchtigt,
das Spiel zwischen beiden jedoch minimiert, so dass das Zahnrad
in seiner Rotationsebene gehalten wird.
-
Vorteilhafterweise
weisen die Zahnräder
verschiedene Durchmesser und eine verschiedene Anzahl von Zähnen auf.
Damit ist es möglich,
Getriebe verschiedener Übersetzungen
zu konstruieren.
-
Die
polygonalen Wellen und/oder Zahnräder und/oder die erste und/oder
die zweite Stecknabe können
beispielsweise aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein. Für eine Kunststoffausführung sprechen
das leichte Gewicht und die einfache Herstellung der einzelnen Teile,
während
aus Metall hergestellte Bauteile beispielsweise eine größere Stabilität aufweisen.
-
Mit
Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
nachfolgend näher
erläutert
werden. Es zeigen:
-
1 – eine Draufsicht
auf ein Zahnrad;
-
2 – eine polygonale
Welle;
-
3 – einen
Querschnitt durch eine polygonale Welle entlang der Schnittlinie
III-III aus 2;
-
4 – eine axiale
Draufsicht auf eine erste Stecknabe;
-
5 – ein Schnitt
durch eine erste Stecknabe entlang der Schnittlinie V-V aus Figur
IV;
-
6 – eine axiale
Draufsicht auf eine zweite Stecknabe;
-
7 – einen
Schnitt durch eine zweite Stecknabe entlang der Schnittlinie VII-VII aus Figur VI.
-
In 1 ist
eine Draufsicht entlang der Welle auf ein Zahnrad 1 gezeigt,
das Teil eines erfindungsgemäßen Konstruktionsbaukastens
sein kann. Es weist eine sechseckige, zentrale Bohrung 9 auf.
Der Abstand von einer Ecke zur gegenüberliegenden Ecke dieser Bohrung
ist mit d1 bezeichnet, der Abstand zwischen
je zwei parallel verlaufenden Seitenkanten ist mit d2 bezeichnet.
-
In 2 ist
eine polygonale Welle 2 gezeigt. Ein Schnitt durch diese
polygonale Welle 2 entlang der in 2 gezeigten
Schnittkante III-III ist in 3 gezeigt.
Das Querschnittsprofil der polygonalen Welle 2 wird durch
drei Kreisbögen 3,
die den gleichen Radius r haben und Teil eines Kreises sind, sowie durch
drei diese Kreisbögen
verbindenden Geraden 4 gebildet, die Teil eines gleichschenkligen
Dreieckes sind. Mit d3 ist der in 3 definierte
Abstand zwischen einer Geraden 4 und dem ihr gegenüberliegenden
Kreisbogen 3 benannt.
-
4 zeigt
eine axiale Draufsicht auf eine erste Stecknabe 5. Sie
weist über
den größten Teil
ihrer axialen Länge
eine sechseckige Außenkontur 11 auf.
Der Abstand zwischen je zwei parallel verlaufenden Seitenkanten
dieser Außenkontur
ist mit d2 bezeichnet und entspricht dem
mit d2 bezeichneten Abstand aus 1.
Die in 4 gezeigte erste Stecknabe 5 ist daher
formschlüssig
und damit drehfest in die Ausnehmung 9 des in 1 gezeigten
Zahnrades 1 einsetzbar. An einem axialen Ende der ersten Stecknabe 5 ist
ein Anschlag 10 vorgesehen. Dieser steht radial über die
Außenkontur 11 hervor
und verhindert so, dass die erste Stecknabe 5 durch ein Zahnrad 1 hindurch
gesteckt werden kann. Die erste Stecknabe weist eine zentrale Bohrung 6 auf.
Die Innenkontur der zentralen Bohrung 6 wird durch drei Kreisbögen 3,
die den gleichen Radius r haben und Teil eines Kreises sind sowie
durch drei, diese Kreisbögen
verbindenden Geraden 4 gebildet, die Teil eines gleichschenkligen
Dreieckes sind. Der Abstand zwischen einer solchen Geraden 4 und
dem ihr gegenüberliegenden
Kreisbogen 3 ist mit d3 bezeichnet und
entspricht dem in 3 definierten Abstand d3. Durch diese besondere Ausgestaltung ist
es möglich, die
polygonale Welle 2 in die zentrale Bohrung 6 der ersten
Stecknabe 5 einzuführen
und so eine formschlüssige,
drehfeste Verbindung zwischen der ersten Stecknabe 5 und
der polygonalen Welle 2 herzustellen.
-
5 zeigt
einen Schnitt durch eine erste Stecknabe 5 entlang der
in 4 gezeigten Schnittlinie V-V. Die in 5 mit
d1 bezeichnete Strecke entspricht dem Abstand
von einer Ecke der Außenkontur der
ersten Stecknabe 5 zur ihr gegenüberliegenden Ecke und ist mit
dem Abstand d1 aus 1 identisch. Deutlich
zu erkennen ist, dass der Anschlag 10 über die Außenkontur der ersten Stecknabe 5 hinausragt und
daher ein Durchstecken der ersten Stecknabe 5 durch die
zentrale Ausnehmung 9 eines Zahnrades 1 verhindern
kann. Die axiale Länge,
auf der die erste Stecknabe 5 eine Außenkontur 11 aufweist,
die der Innenkontur der zentralen Bohrung 9 im Zahnrad 1 entspricht,
die in 5 mit D bezeichnet wird, entspricht der axialen
Dicke eines Zahnrades.
-
In 6 ist
eine axiale Draufsicht auf eine zweite Stecknabe 7 gezeigt.
Auch diese zweite Stecknabe 7 weist einen Anschlag 10 auf,
der allseitig über
die Außenkontur der
zweiten Stecknabe 7 hinausragt. Zudem verfügt auch
die zweite Stecknabe 7 über
den größten Teil
ihrer axialen Länge über eine in
diesem Fall sechseckige Außenkontur 11,
bei der der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenkanten mit
d2 bezeichnet ist und dem Abstand d2 aus 1 entspricht.
Auch die zweite Stecknabe ist folglich formschlüssig und damit drehfest mit
dem Zahnrad 1 verbindbar. Ein an einem axialen Ende der zweiten
Stecknabe 7 vorgesehener Anschlag 10, der radial über die
hexagonale Außenkontur 11 hervorsteht,
verhindert, dass die zweite Stecknabe 7 durch ein Zahnrad 1 hindurch
gesteckt werden kann. Die zweite Stecknabe 7 weist eine
zentrale Kreisbohrung 8 auf, deren Radius r dem Radius
r der Kreisbögen 3 entspricht,
die zusammen mit den Geraden 4 das Querschnittsprofil der
polygonalen Welle 2 bilden. Durch diese Ausgestaltung ist
es möglich,
eine polygonale Welle 2 in die zentrale Kreisbohrung 8 der zweiten
Stecknabe 7 einzuführen,
ohne dass dadurch eine drehfeste Verbindung zwischen der zweiten
Stecknabe 7 und der polygonalen Welle 2 entsteht.
-
7 zeigt
einen Schnitt durch eine zweite Stecknabe 7 entlang der
in 6 gezeigten Schnittlinie VII-VII.
-
Auch
hier ragt der Anschlag über
die Außenkontur
der zweiten Stecknabe 7 heraus, und verhindert so ein Durchstecken
der zweiten Stecknabe 7 durch das Zahnrad 1. Der
in der 7 mit d1 bezeichnete Abstand
entspricht, wie in 5, dem Abstand zwischen einer
Ecke der Außenkontur
der zweiten Stecknabe und der ihr gegenüberliegenden Ecke. Die axiale
Länge der
zweiten Stecknabe 7, die in 7 mit 2D
bezeichnet ist, auf der sie eine hexagonale Außenkontur 11 aufweist,
entspricht zwei axialen Dicken eines Zahnrades. Durch diese Ausgestaltung
ist es möglich,
die zweite Stecknabe 7 durch die zentralen Bohrungen 9 von
zwei Zahnrädern 1 zu stecken,
und so eine drehfeste Verbindung zwischen ihnen zu ermöglichen,
ohne dass eine drehfeste Verbindung zwischen den Zahnrädern und
der polygonalen Welle hergestellt wird.
-
- 1
- Zahnrad
- 2
- polygonale
Welle
- 3
- Kreisbogen
- 4
- Gerade
- 5
- erste
Stecknabe
- 6
- zentrale
Bohrung in der ersten Stecknabe
- 7
- zweite
Stecknabe
- 8
- Kreisbohrung
- 9
- zentrale
Bohrung im Zahnrad
- 10
- Anschlag
- 11
- hexagonale
Außenkontur
- r
- Radius