DE4317829C1 - Magnetspielbaukasten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Baukasten aus magnetischen Bauspielelementen der vor­ wiegend als Spielzeug, aber auch als Lehrmittel und/oder zur Veranschaulichung von Planungen im Bereich Bauen und Entwerfen verwendet werden kann.

Aufgrund der Magnetkraft können die einzelnen Bauelemente des Baukastens leicht miteinander verknüpft/verbunden werden, aber durch genügend große äußere Kraftein­ wirkung auch einfach wieder getrennt werden. Der Baukasten ist damit ein einfaches, flexibles und universelles Spielzeug im Bereich Bauen mit hohem pädagogischem Spielwert, das zudem viel Freude bereitet.

Es gibt bereits Magnetspielzeug, bei dem ein Dauermagnetstein und/oder Magnetfolie und/oder Metallplättchen als separater Teil auf einem Trägermaterial (z. B. Holz oder Kunststoff) befestigt ist. Hierbei sind die Dauermagnetsteine überlicherweise axial magnetisiert (eventuell mit Eisenrückschlußplatte), während die Magnetfolien normal­ erweise einseitig streifenmagnetisiert sind, wobei sich magnetische Nord- und Südpol- Streifen abwechseln (vgl. Fig. 4).

Die Bauspielelemente der gegenwärtig bekannten Magnetbaukästen haben, im Ver­ gleich zu den bekannten mechanischen Spielbaukästen (z. B. LEGO, Fischer Technik), nur eine sehr eingeschränkte Verknüpfungsflexibilität.

Dies liegt (a) an der Form der Bauelemente, (b)an den verwendeten Magnetmateria­ lien, (c) an der Anzahl, Geometrie und Anordnung der magnetisch wirksamen Ver­ knüpfungspunkte und (d) an der Art der Magnetisierung der Verknüpfungspunkte. Sie sind deshalb insbesondere ungeeignet Häuser und Bauten sowie Maschinen, Pflanzen, Tiere und Menschen im wesentlichen wirklichkeitsgetreu (verkleinert) nachzubauen. Im einzelnen orientieren sich die bekannten magnetischen Bauspielformen zu wenig an den für vielseitiges Bauen geeigneten Formen (z. B. DIN-Baumaße). Dauermagnetsteine und Magnetfolien sind nachteilig hinsichtlich Gewicht, Geometrie, Fertigung sowie bei mechanischer oder thermischer Beanspruchung (vgl. hierzu P 43 06 573.2 und G 93 04 198.5 des Anmelders/Erfinders dieser Schrift). Außerdem besitzen die bekannten Bauspielelemente mit Dauermagnetsteinen normalerweise nur einen magnetischen Verknüpfungspunkt an einer Oberfläche. Man kann deshalb kaum bzw. gar nicht "versetzt" bauen, da ein Großteil der Oberflä­ che magnetisch verknüpfungsunwirksam ist.

Um die gesamte Oberfläche magnetisch verknüpfungswirksam zu machen, wird üblich­ erweise Magnetfolie mit Streifenmagnetisierung verwendet (vgl. Fig. 4). Hiermit ist dann ein "versetztes" Bauen zwar möglich, aber keine Längs-Querverbindung der Bau­ steine.

Entscheidend für die Verknüpfungsvielfalt ist weiter die geometrische Gestaltung und Magnetisierung der Verknüpfungspunkte (bzw. -flächen).

Die bei Bauspielelementen normalerweise verwendete axiale oder Streifen-Magnetisie­ rung bieten weit weniger Verknüpfungsmöglichkeiten wie die weiter unten beschriebene, erfindungsmäßig neue Magnetisierungsart der Verknüpfungspunkte.

In DE 27 04 204 A1 wird ein "Bauspielzeug zur Errichtung von Gebäuden aus in einem Rastersystem aufgebauten zusammensteckbaren Konstruktionselementen" vorgestellt. Es handelt sich dort allerdings um ein Stecksystem ohne Magnete. Ähnlich wie bei LEGO, DUPLO und Fischertechnik sind die Verknüpfungen also dort rein mecha­ nisch, während in der vorliegenden Patentschrift die Magnetkraft die Verknüpfungen bewirkt. Hierdurch ergeben sich (teilweise) andere Baustein- und Spieleigenschaften.

In DE-GM 80 23 609 wird ein magnetischer Spielbaustein beschrieben, der "minde­ stens einen Dauermagneten aufweist" und bei dem der Dauermagnet und/oder magneti­ sierbare Elemente in die Oberfläche des aus Kunststoff bestehenden Bausteinkörpers (teilweise oder vollständig) eingelassen sind. Die Anordnung der Dauermagnete ist dort dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete "in den Endbereichen der Baust­ einkörper angeordnet sind und in einem Aufsteckkörper in Form einer Kappe einge­ setzt sind", was in einem Bild veranschaulicht wird.

Es wird dort aber nichts ausgesagt hinsichtlich einer achsensymmetrischen Anordnung der Dauermagnete oder über deren Magnetisierung. Insbesondere gibt es - weder in Wort noch Bild - einen Hinweis auf eine (n×m)-Matrixanordnung (wobei n, m natür­ liche Zahlen größer 1) der magnetischen Verknüpfungspunkte, was für "versetztes Bauen" wichtig ist.

In DE-OS 19 42 333 wird ein "Bausteinsatz für Modellbauzwecke" vorgestellt, der u. a. dadurch gekennzeichnet ist, daß "zumindest ein Teil der Bausteine in Kunststoff eingebettetes Dauermagnetmaterial enthält". Weiter kann dort "das Dauermagnetmate­ rial in feinkörniger Form in dem Grundmaterial verteilt und in einheitlicher Richtung magnetisiert" sein.

Ähnlich wie in DE-GM 80 23 609 wird dort aber auch nichts über eine achsensymme­ trische Anordnung der Dauermagnete bzw. des Dauermagnetmaterials oder über die genauere Magnetisierung ausgesagt. Ein "versetztes Bauen" mit Formschluß ist mit den dort beschriebenen Bausteinen ebensowenig möglich.

Was die Magnetisierung mit Innen- und Außenkreis angeht, wird ähnliches bereits in DE-GM 17 37 900 und DE-GM 17 83 302 für spielzeugfremde, industrielle Haftma­ gnetsysteme beschrieben.

Einige Unterschiede sind allerdings, daß sich bei DE-GM 17 37 900 die Polgebiete teilweise überlappen und in DE-GM 17 83 302 der Fall r₂ < r₁ nicht enthalten ist.

In US-PS 3 196 579 werden magnetische Bauelemente vorgestellt, die aus vier Teilen aufgebaut sind: (1) einem hohlen quaderförmigen Kunststoffkörper, dessen Unterseite eine 4×2-Gitterstruktur aufweist und dessen Oberseite völlig offen ist um (2) ein Blech mit 4×2-Gitterstanzung aufzunehmen, die eine mechanische Passung zur Unterseite bewirkt. Das dritte Teil ist ein Magnetplättchen, welches auf dem 4×2- Kunststoffgitter der Unterseite aufliegt und das vierte Teil ist ein dünnes Metallplätt­ chen, das an der Rückseite des Magnetplättchens angebracht ist.

Wegen der mechanischen 4×2-Gitterstruktur läßt sich mit diesen magnetischen Bau­ elementen auch versetzt mit Formschluß bauen.

Ein wesentlicher Unterschied zu der neuen Erfindung liegt aber darin, daß in US-PS 3 196 579 das Magnetmaterial gleichmäßig über der Baustein-Unterseite verteilt ist und die 4×2-Matrixstruktur erst durch die mechanische Gitterstruktur des Bleches und der Kunststoffkörper-Unterseite erreicht wird. Ohne diese mechanischen Fixierungs­ hilfen wäre auch dort ein formschlüssiges, versetztes Bauen nicht möglich. Dagegen ist bei der neuen Erfindung das Magnetmaterial selbst schon als 4×2-Matrix (konzen­ triert) angeordnet, weshalb sich die Bausteine schon allein wegen der Magnetkraft formschlüssig und versetzt anordnen lassen und daher keine mechanische Fixierungs­ hilfe benötigen.

Ein weiterer Unterschied ist, daß bei US-PS 3 196 579 eine Haftung von Magnet zu Metall vorliegt, bei der neuen Erfindung dagegen direkt von Magnet zu Magnet. Auß­ erdem sind Magnetisierung und Polanordnungen unterschiedlich.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und zu ermöglichen, daß auf einfache Weise verkleinerte Bauten aus Phantasie und Wirklichkeit errichtet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Um ästhetisch ansprechend und wirklichkeitsgetreu zu wirken, ist eine angemessene Farbgebung wichtig, beispielsweise buntsandsteinfarbene Bausteine bei einem Pfälzer Weingut.

Was die Form angeht, so werden die Proportionen der bewährten DIN-Baumaße ver­ wendet. Für den Grundbaustein hat man dann einen Quader mit den Proportionen Län­ ge L: Breite B : Höhe H = L: B: H = 3 : 1,5 : 1.

Durch Teilung und/oder Vervielfachung erhält man leicht andere Bausteine (Fig. 2). Um beispielsweise Fenster, Türen, Dächer oder Fassaden aus verschiedenen Stilepochen (z. B. Klassik, Romanik, Jugendstil) zu gestalten, braucht man jeweils noch andere Formen. Beim Material muß man zwischen Träger- oder Füllmaterial einerseits und dem Magnetmaterial andererseits unterscheiden.

Als Trägermaterial bietet sich gewöhnlicher Kunststoff (z. B. mit Farbe) an, als Magnetmaterial empfiehlt sich dagegen ein magnetisches/magnetisierbares Stoffge­ misch aus
(a) Kunststoff und
(b) magnetischem bzw. magnetisierbarem Material und
(c) eventuellen sonstigen Zusätzen (z. B. Farbe).

Ein Beispiel hierfür sind die sog. "magnetisierbaren Thermoplaste", die hier als "Kunststoffmagnetmaterial" oder "Kunststoffmagnet" bezeichnet werden sollen. Wie schon in G 93 04 198.5 beschrieben, sind bezüglich der Anordnung des Kunstst­ offmagnetmaterials mehrere Möglichkeiten denkbar. Durch den Einsatz von "Kunstst­ offmagneten" ist man viel freier in der Formgebung als bei den konventionellen Magnetmaterialien. Dies ist wichtig für die Gestaltung der magnetischen Verknüp­ fungspunkte und für die mechanische sowie thermische Robustheit der Bauspielelemente. Wichtig für die Verknüpfungsvielfalt ist nämlich vor allem die Anzahl, Anordnung und Geometrie der magnetischen Verknüpfungspunkte. Um sowohl längs/längs- wie längs/quer-Verbindungen zu ermöglichen, empfehlen sich ach­ sen- und rotationssymmetrische Verknüpfungspunkte wie Quadrate oder Kreisflächen. Um "versetzt" und regelmäßig zu bauen, braucht man mehrere, achsensymmetrisch auf der Oberfläche angeordneten Verknüpfungspunkte, die gleichmäßig auf der Ober­ fläche verteilt sind (Fig. 3 und Fig. 5).

Je größer die Anzahl der Verknüpfungspunkte, desto "feiner versetzt" kann man bau­ en, wobei noch die Magnetisierungsart wichtig ist.

Da sich gleichnamige Pole abstoßen und gegensätzliche Pole anziehen, kann die N-S- Polverteilung (N=Nordpol, S =Südpol) nicht beliebig gewählt werden. Fig. 6 zeigt mögliche Nord-Südpol-Anordnungen für die Verknüpfungspunkte nach Fig. 5. Man erkennt, daß bei diesen Magnetisierungsarten die Verknüpfungsvielfalt schon weit höher ist, als bei den bisher bekannten Magnetspielzeugen, da insbesondere auch längs/Quer-Verbindungen möglich sind.

Man muß beim Bauen aber immer darauf achten, daß man die Bausteine richtig her­ umdreht. Außerdem sind Verknüpfungen nur (wieder) mit der jeweils "übernächsten Punktreihe" möglich, da die "nächste Punktreihe" immer abstoßend wirkt.

Ideal wäre dagegen ein Baustein, bei dem sich alle Punkte zweier zu verknüpfenden Bausteinflächen anziehen würden. Dann müßte man beim Bauen nicht mehr auf die N-S-Polverteilung achten. Die Lösung hierzu zeigt Fig. 1, am Beispiel von verschacht­ elten Quadrat- oder Kreisflächen. Hierbei sind die Innen- und Außenflächen jeweils ungleichnamig magnetisiert. Die Verknüpfungspunkte zweier zu verknüpfenden Seiten sind gerade gegensätzlich magnetisiert.

Werden nur Ober- und Unterseiten des Grundbausteins gemäß Fig. 1 magnetisiert, hat man die gleichen Verknüpfüngsmöglichkeiten wie bei den mechanischen LEGO-Bau­ steinen. Werden zusätzlich die Seiten (alle sechs) des Quaders so magnetisiert, ist die Verknüpfungsvielfalt sogar noch größer als bei LEGO-Bausteinen. Seitliche Verknüp­ fungspunkte sind beispielsweise dann hilfreich, wenn man spezielle, stilechte Fassaden­ bausteine seitlich an den Grundbausteinen befestigen will.

Um eine möglichst große Haftkraft zu erzielen, sollte die magnetische Feldliniendichte an der Bausteinoberfläche maximal sein.

Je nach gewünschter Haftkraft werden die Parameter d₁, d₂, d₃ bzw. r₁, r₂, r₃ und h aus Fig. 1 angepaßt. Dabei ist r₁ der Radius des Innenkreises, r₂ der Innenradius des Außenkreises und r₃ der Außenradius des Außenkreises sowie d₁, d₂, d₃ entsprechend für die Quadratform. Der Parameter h bezeichnet die Höhe eines magne­ tischen Verknüpfungspunktes. Für den Spezialfall d₃ =d₂ =d₁ <0 bzw. r₃ =r₂ =r₁ <0 hat man nur ein Quadrat bzw. einen Kreis als magnetisch wirksamen Verknüpfungs­ punkt (vgl. Fig. 3 und Fig. 5). Hierzu könnten prinzipiell alle bekannten Magnetmate­ rialien verwendet werden, die eine solche Anordnung und Magnetisierung zulassen, also nicht nur magnetisierbare Thermoplaste.

Die Zeichnungen Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 5 stellen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung dar.

Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 Achsensymmetrische Anordnung der magnetischen Verknüpfungspunkte bei
(a) quadratischen oder
(b) kreisrunden Nord- Südpolpaaren
mit den wesentlichen Gebmetrieparametern d₁, d₂, d₃ bzw. r₁, r₂, r₃ und h.

Fig. 2 Grundbaustein (a) mit Teiler (b) und Vielfachem (c).

Fig. 3 (a) alle Seiten mit magnetischen Verknüpfungspunkten, (b) nur Ober- und Unterseite mit magnetischen Verknüpfungspunkten.

Fig. 4 Streifen-Magnetisierung mit (a) Querstreifen und (b) Längsstreifen; N = Nordpol, S = Südpol.

Fig. 5 Oberfläche bei (a) quadratischen und (b) kreisrunden magnetischen Verknüpfungs­ punkten.

Fig. 6 Zwei brauchbare N-S-Anordnungen bei quadratischen oder kreisrunden Verknüpfungs­ punkten gemäß Fig. 5.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Magnetspielbaukasten mit verschiede­ nen, miteinander verknüpfbaren Bauspielelementen, so daß damit einfach Häuser im wesentlichen wirklichkeitsgetreu verkleinert nachgebaut werden können. Neben einfa­ chen Einfamilienhäusern oder Reihenhäusern (mit/ohne Garten) sind zum Nachbau pri­ vate und öffentliche Bauwerke mit kulturhistorischer Bedeutung besonders interessant wie z. B. Burg Trifels, Hambacher Schloß, Villa Ludwigshöhe, Arc de Triumphe, Alhambra usw.

Der Grundbaustein hierfür ist ein Quader mit den Proportionen L: B : H = 3 : 1,5 : 1 mit beispielsweise 30×15×10 mm (vgl. Fig. 2). Die Kanten der Bausteine können natürlich auch angefast, gerundet oder sonstwie bearbeitet wer­ den, um besondere Wirkungen, z. B. Schattenfuge, zu erreichen.

Als Trägermaterial wird gewöhnlicher Kunststoff (z. B. ABS mit Farbe) gewählt und als Magnetmaterial ein magnetisierbarer Thermoplast.

Auf seiner Ober- und Unterseite sollen plan eingebettet acht kreisrunde magnetische Verknüpfungspunkte mit Innen- und Außenkreis achsensymmetrisch angeordnet sein. Auf der Oberseite sollen die Innenkreise als Südpole und die Außenkreise als Nordpole jeweils einseitig magnetisiert werden; auf der Unterseite gerade umgekehrt (vgl. Fig. 1).

Um die Fassaden möglichst wirklichkeitsgetreu nachzubauen, kann man entweder eine Außenseite des Grundbausteins entsprechend gestalten (d. h. Oberflächenstruktur und Farbe) oder aber zusätzlich an einer Außenseite der Grundbausteine magnetische Ver­ knüpfungspunkte so anbringen, daß man speziell gestaltete Fassadenbausteine daran (magnetisch) befestigen kann. Die letzte Variante hat den Vorteil, daß man bei demsel­ ben "Rohbau" einfach und schnell verschiedene Fassadenstile spielerisch ausprobieren kann.

Natürlich sind Teiler und Vielfache des Grundbausteins (z. B. als Türbalken) nötig und noch andere Formen (z. B. Zylinder als Säulen, Fenster-und Türbauspielelemente).

Ein solcher Magnetspielbaukasten kann stufenweise zu einer ganzen "Magnetspielwelt" erweitert werden.

Er fördert Kreativität, konstruktives und künstlerisches Verständnis, besonders für Architektur und Kunstgeschichte, und kann, auch wegen des magnetischen Effekts, sehr viel Spielfreude bereiten.

Claims (2)

1. Magnetischer Bauspielstein dessen Form ein Quader mit den Proportionen L:B:H 3 : 1,5 : 1 oder 3 : 1 : 1 oder 4 : 2 : 1 oder 4 : 2 : 2 ist, der aus gewöhnlichem Kunststoff (z. B. Polyamid, ABS) besteht, auf dessen Bausteinoberfläche einer oder mehrere magnetische Verknüpfungspunkte achsensymmetrisch, beispielsweise als 2 mal 4 Matrix, eingebettet sind, die aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff (z. B. magnetisierbarer Thermoplast) oder aus einem dauermagnetischen Werkstoff bestehen, wobei die magnetisch wirksame geometrische Oberfläche eines Verknüp­ fungspunktes aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten, entgegengesetzt magne­ tisierten achsen-oder rotationssymmetrischen Zonen besteht und der jeweils auf der gegenüberliegenden Seite des Bauspielsteins angeordnete Verknüpfungspunkt ebenso gestaltet aber mit umgekehrter Polung magnetisiert ist, wobei außer an der Ober- und Unterseite an mindestens einer weiteren Seitenfläche des Bauspielsteins weitere Verknüpfungspunkte angeordnet sein können, um daran einen Fassadenspielbaustein zu befestigen, der oberflächenstrukturiert ist, um Fassaden, von aus dem Bauspielstein zusammengesetzten Gebäuden, wirklichkeitsgetreu gestalten zu können.

2. Magnetischer Bauspielstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die achsen- oder rotationssymmetrischen Zonen des Verknüpfungspunktes als Quadrate oder Kreise ausgebildet sind, wobei gilt, daß
bei Quadratform d₃ d₂ d₁ < 0 und
bei Kreisform r₃ r₂ r₁ < 0 ist.