ITAN20130234A1 - Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo. - Google Patents

Description

Titolo: “Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo”.

A nome di RIPLAST s.r.l. con sede legale in (64020) Bellante (TE), Zona Industriale n. 15, Cod. Fisc. 01691530677, rappresentata dall’Amministratore Unico Sig. Umberto Ricci.

Inventore designato: Ing. Domenico Ricci.

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Campo dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore dei giocattoli e più specificamente concerne un sistema di costruzioni basato sull’unione di elementi montabili tra loro allo scopo di realizzare varie strutture.

Background dell’Invenzione

Allo stato dell’arte nel settore dei giocattoli e più specificamente nel settore delle costruzioni giocattolo esiste il brevetto WO2003059481 che divulga un sistema di costruzioni del tipo “rods and connectors” in cui la creazione di strutture è possibile soltanto combinando alternativamente questi due elementi; pertanto non è possibile unire tra loro due elementi rods o due elementi connectors. Detto sistema prevede elementi rods di diversa lunghezza tali da permettere la creazione di figure geometriche, ed elementi connectors che permettono la giunzione di rods a distanza angolare fissa; ad esempio 8 elementi nel piano disposti a 45° oppure due o più elementi a distanza angolare di 30°, 60°, 90°, etc. In ogni caso per ciascuna posizione angolare relativa desiderata è necessario uno specifico connector e comunque esistono un numero finito di possibili angoli e rods assemblabili allo stesso connector. Detti elementi rods e connectors hanno la funzione esclusiva di maschio o di femmina, impedendo la giunzione tra due elementi uguali; inoltre non è possibile scegliere di unire due generici elementi mediante dei vincoli di incastro o di cerniera (nel piano o nello spazio) che permette, quest’ultima, movimento relativo tra le parti e quindi la possibilità di variare con continuità l’angolo tra queste.

Nel brevetto US5913706 detto sistema di costruzioni prevede inoltre un accoppiamento del tipo giunto sferico usato per rappresentare articolazioni come braccia o gambe e quindi utile solo per risolvere problemi di tipo costruttivo in quanto il sistema è basato principalmente sull’accoppiamento in maniera alternata di elementi rods e connectors.

Allo stato dell’arte è anche presente il brevetto EP1068886A2 che divulga sempre un meccanismo di costruzioni del tipo “rods and connectors” costituito da elementi longilinei dotati di estremità sferiche da alloggiare in sedi di diversi connectors. Inoltre lungo il corpo dei pezzi possono essere presenti degli elementi femmina in grado di permettere l’unione anche tra due elementi rods. Detto sistema, analogamente a quanto detto per il brevetto WO2003059481, presenta elementi che hanno la funzione esclusiva di maschio o di femmina ed inoltre non è possibile scegliere di unire due generici elementi mediante dei vincoli di incastro o di cerniera (nel piano o nello spazio) in quanto bisogna scegliere l’opportuno pezzo aggiuntivo per realizzare il vincolo.

Allo stato dell’arte è noto anche il brevetto WO2012/052509 A1 che divulga un sistema di costruzioni giocattolo in cui gli elementi sono costituiti da una estremità sferica e da una ganascia avente cavità concave. In detto brevetto il tratto cilindrico che ha la sfera in estremità non partecipa direttamente al collegamento, ma funge soltanto da elemento di raccordo tra le parti sferiche. Come nel brevetto US5913706, anche in questo caso la giunzione sferica serve a creare articolazioni utili a realizzare un maggior numero di strutture, ma detta giunzione è sempre del tipo singola sfera/singola ganascia impedendo che ogni elemento possa accogliere una o più sfere di un altro elemento posizionate in configurazioni diverse ottenendo allo stesso tempo incastri e cerniere nel piano o nello spazio.

Il brevetto US5897417 divulga un ristretto numero di elementi recanti delle estremità maschio e femmina. La femmina è rappresentata da una coppia di “petali” che avvolge la sfera e la mantiene in posizione, permettendone la rotazione attorno ad un numero finito di assi. L’accoppiamento può essere di due differenti tipologie: maschio-femmina oppure femmina-femmina, data la particolare geometria della femmina. La sfera ha delle cavità che permettono il posizionamento relativo tra gli elementi secondo un numero ampio ma finito di angolazioni. Data la geometria longilinea dei pezzi, le strutture che si possono ottenere sono prevalentemente a “filo”, nelle quali il collegamento tra gli elementi avviene prettamente di testa, salvo il caso di quell’elemento in cui trasversalmente è possibile incastrarne un secondo in virtù della cava in mezzeria.

Divulgazione dell'Invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di costruzioni in cui la giunzione tra due elementi non sia soltanto di testa, ma possa anche avvenire in altre parti dell’elemento secondo più angolazioni relative.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di costruzioni mediante il quale si possano realizzare strutture tridimensionali che rispecchiano quelle reali.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di costruzioni che dia la possibilità di creare giunzioni ad incastro o a cerniera, a seconda di come gli elementi stessi vengono uniti, addirittura utilizzando pezzi uguali.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di costruzioni in cui le interconnessioni tra gli elementi fanno sì che questi abbiano una vasta gamma di orientamenti.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di costruzioni mediante il quale si possano realizzare strutture bloccate o dinamiche, dando la possibilità di modificare la forma della struttura finale senza separare i pezzi, avvalendosi dei gradi di libertà non volutamente vincolati.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di costruzioni che sia in grado di fornire una pluralità di tipi di interconnessioni.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti con la presente invenzione che concerne un sistema di costruzioni giocattolo basato sull’unione di elementi costituiti da una combinazione di un solido assimilabile ad una sfera, di seguito denominato sfera, e da un solido ad esso collegato, di seguito denominato cilindro, la cui alternanza genera elementi maschio e femmina necessari al loro accoppiamento al fine di realizzare strutture di vario genere.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione, preferita ma non esclusiva del prodotto oggetto della presente domanda di brevetto, illustrato a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unità di disegno in cui:

• la Fig. 1 mostra in vista assonometrica un generico elemento (1) del sistema di costruzioni in cui sono indicati: una sfera (2), un cilindro (3), delle cave (4) e il bordo della cava (5);

• la Fig. 2 mostra in vista assonometrica un modulo base (6) costituito da una sfera (2) ed un cilindro (3) in cui sono messe in evidenza le cave (4) ricavate sulla sua superficie laterale;

• la Fig. 3A mostra in vista assonometrica secondo una terna di assi cartesiani X-Y-Z due elementi differenti del sistema di costruzioni uniti tra di loro;

• la Fig. 3B mostra in vista laterale secondo il piano Y-Z i due elementi differenti della Fig. 3A uniti tra loro;

• la Fig. 3C mostra in sezione secondo il piano X-Y i due elementi differenti della Fig. 3A uniti tra loro;

• la Fig. 4 è un ingrandimento della Fig. 3C in cui si notano dei cilindri sezionati (7) e (8) con i bordi (5) delle cave (4) in evidenza ed un cilindro tratteggiato nascosto (9).

• la Fig. 5 è un ingrandimento della Fig. 3C in cui la sfera (2) di un elemento viene inserita all’interno di una sede e tale inserimento avviene forzando la sfera (2) con il bordo (5) della cava (4).

• la Fig. 6 mostra un elemento (1) in cui vengono messi in evidenza tre bordi (5) di cava (4) che permettono l’accoppiamento di due elementi come quello raffigurato nelle Fig. 3A-3B-3C.

• le Figg. 7A-7B e 7C mostrano rispettivamente in vista assonometrica, laterale e secondo una sezione B-B l’unione di due elementi in cui due cave (4) opposte di uno stesso cilindro (3) formano le sedi per accogliere due sfere (2) di un altro elemento.

Nelle figure sottostanti non è riportata alcuna numerazione in quanto sono solo rappresentate differenti tipologie di unione:

• la Fig. 8 mostra in vista assonometrica l’unione di due elementi dove l’unico movimento relativo tra le parti può avvenire solamente attorno all’asse X;

• la Fig. 9 mostra in vista assonometrica l’unione di due elementi dove l’unico movimento relativo tra le parti può avvenire solamente attorno all’asse Y;

• la Fig. 10 mostra in vista assonometrica l’unione di due elementi dove l’unico movimento relativo tra le parti può avvenire solamente attorno all’asse Z;

• le Figg. 11-12-13 mostrano in vista assonometrica un esempio di differenti tipologie di unione tra due generici elementi uguali che creano un vincolo di incastro;

• la Fig. 14 mostra in vista assonometrica l’unione di tre elementi in cui viene messa in evidenza la possibilità di modificare la posizione relativa degli elementi senza separarli in virtù dei gradi di libertà lasciati liberi; • la Fig. 15 mostra alcune differenti tipologie di elementi del sistema di costruzioni;

• la Fig. 16 mostra in vista assonometrica l’unione di due elementi in cui una sfera (2) è trattenuta in una sede formata da 4 cave (4).

• la Fig. 17 mostra in vista laterale ed assonometrica un esempio di realizzazione di strutture tridimensionali reali.

Descrizione dettagliata dell'Invenzione

Secondo una preferita - ma non limitativa - forma di esecuzione, la presente invenzione concerne un sistema di costruzioni basato sull’unione di elementi montabili tra loro allo scopo di realizzare varie strutture. Detto sistema prevede elementi di diversa forma, come mostrato nelle Figg. 1 e 15, e comunque secondo qualsiasi forma richiesta dalle particolari esigenze costruttive; detti elementi possono essere montati insieme in modo da creare assemblati che possano rappresentare un grande numero di oggetti del mondo reale, di figure geometriche o di fantasia. Il modulo base (6) di ciascuno di detti elementi del sistema di costruzioni è costituito da una sfera (2) e da un cilindro (3) recante delle cave (4) sulla sua superficie. Ogni generico elemento, come l’elemento (1) della Fig. 1 o come quelli della Fig. 15, è costituito da un numero variabile di sfere (2) e cilindri (3) solidali tra loro e la disposizione degli stessi permette l’accoppiamento tra due o più elementi. Le variabili del sistema di costruzioni sono:

- il raggio R della sfera (2), in quanto la distanza tra i centri di due sfere (2) vicine può essere calcolata in funzione del raggio delle sfere (2) stesse secondo la relazione 4Rsen(45°);

- il raggio del cilindro (3), in quanto può essere scelto in modo tale che sia possibile ricavare delle cave (4) che permettano l’opportuna interferenza con le sfere (2).

Queste relazioni matematiche possono comunque non essere rispettate qualora si debbano realizzare forme necessarie al particolare caso costruttivo, ma in ogni caso la lunghezza del cilindro (3) sarà tale da congiungere due sfere (2) vicine.

Il cilindro (3) reca sulla superficie laterale delle cave (4); la superficie delle cave (4) realizzate sul cilindro (3) ripropone la curvatura di una sfera (2) posta nella sede formata dalle cave stesse permettendo così al bordo (5) della cava (4) di trattenere la sfera (2) di un secondo elemento grazie a dei punti di interferenza (10) e (11) rappresentati dal leggero sottosquadro nella direzione di separazione degli elementi.

La giunzione tra due o più elementi è possibile in virtù della disposizione relativa delle cave (4) realizzate sulla superficie laterale dei cilindri (3), che è tale da creare delle sedi in grado di trattenere le sfere (2).

In uno stesso elemento sono presenti un numero di sfere (2) e cilindri (3) variabile e disposti in modo che uno stesso elemento contenga entrambe le parti, sfere (2) e cave (4), necessarie all’accoppiamento, anche tra elementi uguali. La diversa tipologia di elementi permette diverse modalità di accoppiamento tra due o più elementi, permettendo un numero molto elevato di combinazioni di montaggio e di posizionamenti relativi. La qualsivoglia combinazione tra sfere (2) e cilindri (3) genera elementi di diversa configurazione, come ad esempio quello della Fig. 1 e quelli della Fig. 15 che possono soddisfare le molteplici esigenze costruttive. Le differenti modalità di accoppiamento degli elementi permettono sia il montaggio ad incastro, bloccando quindi tutti i movimenti relativi, sia il montaggio a cerniera, garantendo moto relativo tra gli elementi stessi. La possibilità del collegamento a cerniera permette la modifica della geometria anche dell’assemblato in virtù dei gradi di libertà non vincolati.

Secondo la Scienza delle Costruzioni, si definisce:

• cerniera nel piano: un vincolo che permette soltanto la rotazione relativa attorno ad un asse;

• cerniera nello spazio: un vincolo che blocca tutte le traslazioni relative ma che permette le rotazioni relative;

• l’incastro: un vincolo che impedisce tutti i movimenti relativi rendendo solidali gli elementi collegati.

Le cave (4) sono realizzate nei cilindri (3) e formano la sede per le sfere (2) di un altro elemento da connettere al primo; la geometria delle cave (4) è tale da permettere l’accoppiamento. Le cave (4) sono disposte sulla superficie laterale del cilindro (3) e possono essere di numerosità opportuna, ad esempio un minimo di quattro cave (4) a distanza angolare di 90° oppure otto cave (4) disposte secondo la distanza angolare di 45° attorno all’asse del cilindro; è comunque possibile aumentare liberamente il numero delle cave limitatamente all’ingombro dimensionale delle stesse, quindi in funzione dell’ampiezza della superficie laterale del cilindro e cioè, in definitiva, del raggio dello stesso.

L’accoppiamento tra i vari elementi è possibile grazie al posizionamento di una o più sfere (2) di un elemento nella sede o nelle sedi di un altro elemento; la sede che ospita la sfera (2) è costituita da un insieme di cave (4) opportunamente posizionate. Le sedi delle sfere (2) possono essere di diverso tipo, come quella della Fig. 3A dove l’accoppiamento avviene tra una sfera (2) ed una sede formata da tre cave (4), oppure come quella della Fig. 7A dove l’accoppiamento avviene tra due sfere (2) impegnate in una sede formata da due cave (4) opposte appartenenti ad uno stesso cilindro (3), o ancora come quella della Fig. 16 dove una sfera (2) è trattenuta in una sede formata da quattro cave (4). La particolare disposizione relativa delle cave (4) sull’elemento permette il trattenimento della sfera (2) nella sede. L’inserimento e la fuoriuscita della sfera (2) dalla sede è possibile esercitando una lieve pressione sulle parti.

Prendendo in considerazione la Fig. 4 ottenuta sezionando con il piano contenente gli assi X-Y si nota che le cave (4), di cui è visibile il bordo (5), dei cilindri sezionati (7) e (8) e la cava (4), di cui è visibile il bordo (5), del cilindro nascosto (9) trattengono la sfera (2) nella sede da esse creata mediante le interferenze (10) e (11) tra la sfera (2) e i bordi delle cave (5) sul cilindro (3) generando un sottosquadro rispetto alla direzione Y di separazione degli elementi stessi; la situazione analoga si genera con l’interferenza generata dalla sfera (2) e il bordo della cava (5) del cilindro nascosto (9).

La geometria delle cave (4) impedisce le traslazioni relative lungo gli assi X e Z come visibile nella Fig. 3A; tali traslazioni sono impedite anche dalle tangenze tra le sfere (2) coinvolte nell’unione.

L’inserimento della sfera (2) nella sede è possibile solo forzando leggermente gli elementi a contatto sui bordi (5) della cava (4) l’uno contro l’altro lungo la direzione Y, come visibile nella Fig. 5, in modo tale da permettere la sufficiente deformazione degli elementi coinvolti ed il successivo ripristino della forma originale, dovuto al ritorno elastico del materiale, quando la sfera (2) sarà posizionata in corrispondenza della sede formata dalle cave (4) dei cilindri (come visibile nella Fig. 4).

Tale deformazione può essere controllata sia agendo sulle proprietà meccaniche del materiale costituente gli elementi sia sulla rigidezza geometrica degli elementi, ad esempio prevedendo in fase di progettazione sottrazione di materiale in alcune zone al fine di aumentare o diminuire la cedevolezza delle parti interessate. Il mantenimento della posizione relativa scelta tra gli elementi, permessa dalle cerniere, può anche essere garantito dall’attrito generato dalla leggera compressione tra le sfere (2) e le cave (4) della sede.

Il sistema di giunzione permette moto relativo tra gli elementi assemblati a seconda di come si scelga di unirli: alcune unioni bloccano tutti i gradi di libertà incastrando gli elementi, altre a cerniera permettono invece di lasciare liberi uno o più gradi di libertà in modo da permettere movimento relativo. A titolo di esempio, nella Fig. 8 gli elementi uniti ammettono movimento relativo tra le parti solamente attorno all’asse X; nella Fig. 9 invece il movimento avviene solo attorno all’asse Y ed in ultimo nella Fig. 10 detto movimento avviene attorno all’asse Z. Le Figg. 8, 9, 10 mostrano due elementi uguali uniti in modo da generare cerniere ed in particolar modo le Figg. 3A e 7A mostrano rispettivamente esempi di collegamenti tra elementi mediante cerniera nello spazio e nel piano; nelle Figg. 11, 12, 13 gli stessi elementi sono uniti in modo da creare incastri.

L’entità dei movimenti relativi è limitata dagli ingombri degli elementi coinvolti nell’unione.

La possibilità di modificare la posizione relativa tra gli elementi a seguito della loro unione è utile sia per ottenere un numero elevato di forme, sia per poter cambiare forma alla struttura, come ad esempio quella ottenuta nella Fig. 14.

Gli elementi del sistema per costruzioni giocattolo della presente invenzione possono essere realizzati in qualsiasi materiale, anche se i materiali polimerici sono quelli più adatti a questo tipo di applicazione. Inoltre gli elementi del gioco possono essere prodotti mediante stampaggio:

- per iniezione di un unico polimero;

- per co-iniezione di due differenti polimeri, in cui il materiale della sfera potrà avere proprietà estetiche e meccaniche differenti da quello del cilindro, come ad esempio: colore, sensazione al tatto, rigidezza.

garantendo entrambi una elevata produttività, economicità e qualità.

Al fine di non rendere il prodotto pericoloso per gli utilizzatori, le dimensioni delle sfere (2) e dei cilindri (3) andranno scelte in relazione ai vincoli di peso, maneggevolezza e funzionalità.

I materiali e le dimensioni del trovato come sopra descritto, illustrato negli uniti disegni e più avanti rivendicato, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili con altri tecnicamente equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente domanda di brevetto.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo in cui ogni elemento è caratterizzato dal fatto di essere composto da: - un numero variabile di sfere (2); - un numero variabile di cilindri (3); - un numero variabile di cave (4) realizzate sulla superficie laterale di ciascun cilindro (3); essendo le sfere (2) ed i cilindri (3) solidali tra loro e permettendo la disposizione degli stessi l’accoppiamento tra due o più elementi.
2. 2. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo secondo la rivendicazione 1, in cui il numero delle cave (4) di un cilindro (3) è variabile da un minimo di 4 ad un massimo che dipende dall’ingombro dimensionale delle stesse e quindi dall’ampiezza della superficie laterale del cilindro.
3. 3. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo secondo la rivendicazione 1, in cui ogni cava (4) forma la sede per il trattenimento di una sfera (2).
4. 4. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo secondo le rivendicazioni 1 e 3, in cui la superficie della cava (4) realizzata sul cilindro (3) ripropone la curvatura di una sfera (2) posta nella sede formata dalle cave stesse permettendo così al bordo (5) della cava (4) di trattenere la sfera (2) di un secondo elemento grazie a dei punti di interferenza (10) e (11) rappresentati dal leggero sottosquadro nella direzione di separazione degli elementi.
5. 5. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che ogni elemento contiene entrambe le parti, sfere (2) e cave (4), necessarie all’accoppiamento, anche tra elementi uguali.
6. 6. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo secondo la rivendicazione 1, in cui la giunzione tra gli elementi assemblati è una unione ad incastro che blocca tutti i gradi di libertà degli elementi.
7. 7. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo secondo la rivendicazione 1, in cui la giunzione tra gli elementi assemblati è una unione a cerniera nel piano o nello spazio che permette di lasciare liberi uno o più gradi di libertà permettendo movimento relativo.
8. 8. Sistema di elementi montabili per costruzioni giocattolo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che ogni elemento può essere di qualsiasi forma in funzione della combinazione delle sfere (2) e dei cilindri (3).