DE60018714T2

DE60018714T2 - Spielzeugbausatz

Info

Publication number: DE60018714T2
Application number: DE60018714T
Authority: DE
Inventors: Keith Fetridge; Bryant Pierre; Peter Smith
Original assignee: Lego AS
Current assignee: Lego AS
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: US6585553B1; CN1339980A; DE60018714D1; ATE290917T1; AU756918B2; CA2359306A1; WO2000041790A8; JP2002534239A; DK175561B1; EP1150754B1; KR20010101460A; WO2000041790A3; DK199900022A; EP1150754A2; NO20013418D0; AU3032800A; WO2000041790A2; CA2359306C; NO323915B1; NO20013418L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bauspielsatz mit Spielbauelementen und weist eine Energiequelle, einen Energiesammler und einen Energieverbraucher als separate Einheit auf, welche mit den Bauelementen zusammengebaut werden können, wobei der Energiesammler mit der Energiequelle so verbunden werden kann, dass Energie von der Energiequelle in den Energiesammler übertragen und dort gespeichert wird und der Energiesammler mit dem Verbraucher verbunden werden kann, um Energie, die in dem Energiesammler gespeichert worden ist, auf den Verbraucher zu übertragen. Der Verbraucher kann ein richtiger Verbraucher sein, bei welchem Energie in einen für den Verbraucher nützlichen Effekt umgewandelt wird, oder kann ein Indikator sein, welcher direkt oder indirekt anzeigt, wie viel Energie i m Energiespeicher angesammelt worden ist.
Es sind Systeme bekannt, in welchen der Energiesammler mindestens eine wiederaufladbare elektrochemische Batterie ist, welche in eine Ladestation zum Aufladen gebracht werden kann zwecks späterer Entladung, wobei die geladenen Batterien aus der Ladestation genommen werden und zu einem Verbraucher in der Art eines elektrischen Apparates gebracht werden, welcher mit elektrischer Energie aus den Batterien gespeist wird. Die nachladbaren Batterien sind üblicherweise vom NiCd- oder NiMH-Typ und das Aufladen nimmt eine relativ lange Zeit in Anspruch, typischerweise eine oder mehrere Stunden. Darüber hinaus ist das Laden und Entladen mit einem beträchtlichen Verlust an Energie verbunden.
Es ist eine Spielzeugeisenbahn, die aus Baublöcken aufgebaut ist und einen Elektromotor und einen Batteriekasten aufweist, wodurch die Batterie wieder aufgeladen werden kann, in der US-A-4 861 306 ausführlich beschrieben worden.
Es sind elektrische Systeme bekannt, in welchen ein ständig vorhandener bzw. integrierter elektrischer Kondensator als Speicher elektrischer Energie dient. EP 792 669 zeigt ein elektrisches System mit einem beweglichen elektrischen Kondensator, welcher elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle zu einem Verbraucher transportieren kann. DE 819 556 zeigt eine elektrische Lampe mit einem eingebauten federbetriebenen elektrischen Generator. DE 29 806 440 U1 beschreibt eine elektrische Lampe mit einem handbetriebenen elektrischen Generator und einer nachladbaren Batterie oder einem elektrischen Kondensator als einen Energiesammler. GB 2 002 643 zeigt einen Bauspielsatz, in welchem einige der Spielblöcke eingebaute Solarenergiezellen aufweisen.
Es sind auch mechanische Systeme bekannt, beispielsweise in der Form von Spielzeugautos, bei welchen mechanische Energie entweder als potentielle Energie in einer gespannten Feder oder als kinetische Energie in einem Schwungrad gespeichert wird. Beispiele hierfür sind zu finden in DK 112 075, US 4 595 381 , DE 2 906 064 und US 4 430 818 .
Ein System gemäß der Erfindung gewährt neue, erzieherische und instruktive Möglichkeiten, um einem Nutzer zu ermöglichen, sowohl den Energiegehalt verschiedener Energiequellen und ihre Verwendbarkeit als auch die Möglichkeit der Überprüfung des Energieverbrauchs unterschiedlicher energieverbrauchender Einheiten zu überprüfen und zu vergleichen. Das Bewusstsein für Umwelt und Energie kann beim Verbraucher entwickelt werden und zur gleichen Zeit erhält der Nutzer grundlegende Einsichten in die Technik, die die Energie allgemein und die Umwandlung von Energie betrifft.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert, in welcher
1 schematisch ein System gemäß der Erfindung,
2 schematisch eine Energiequelle mit Solarenergiezellen,
3 einen Energiesammler für die Speicherung mechanischer Energie und
4 ein Energiemessgerät zeigen.
1 zeigt eine Energiequelle 10, welche hier ein rechteckiger Kasten mit einem eingebauten elektromechanischen Generator 14 ist, der eine drehende Eingangswelle 11 aufweist, auf welcher ein Rad 12 montiert ist. Das Rad 12 ist hier schematisch gezeigt und kann eine Kurbel oder Kurbelscheibe zur manuellen Betätigung des Generators aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform ist das Rad 12 ein Flügelrad zur Betätigung des Generators mit Hilfe von Wind- oder Wasserenergie, wobei das Flügelrad die Welle 11 des Generators dreht, wobei der Generator mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umwandelt.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform, in welcher eine Energiequelle 15 eine Tafel mit Solarenergiezellen zur Umwandlung von Licht oder anderer elektromagnetischer Energie in elektrische Energie aufweist.
Die Energiequellen 10 und 15 weisen eine Mehrzahl zylindrischer Kupplungszapfen 13 eines bekannten Typs an der oberen Seitenfläche auf, wobei der Boden einen (nicht gezeigten) Hohlraum aufweist, um die Kupplungszapfen an einem anderen Element in Reibungseingriff in bekannter Art und Weise aufzunehmen. Die Kupplungszapfen 13 sind derart ausgestaltet, wie es bei Spielbausätzen bekannt ist, die unter der Marken LEGO TECHNIC vermarktet werden und welche elektrisch leitende Metallteile an ausgewählten Teilen Ihrer zylindrischen Obertläche aufweisen. Der eingebaute Generator 14 der Energiequelle 10 ist mit diesen Metallteilen verbunden, welche auf diese Art und Weise als Ausgangsanschlüsse für den Generator 14 und damit für die Energiequelle 10 dienen. Die Solarzellen in der Energiequelle 15 sind entsprechend mit Ihren Ausgangsanschlüssen verbunden. Selbstverständlich können andere Arten von Verbindungen für den Zusammenbau der Bauelemente eingesetzt werden, zahlreiche derartige Verbindungsmöglichkeiten sind bekannt und die vorliegende Erfindung ist demzufolge nicht auf die Verwendung der gezeigten Bauspielsätze eingeschränkt.
1 zeigt auch einen Energiesammler 20, welcher als rechteckiger Kasten mit einer eingebauten elektrischen Kapazität 21 ausgebildet ist. An seiner oberen Seite weist der Energiesammler 20 eine Mehrzahl von Kupplungszapfen 23 der gleichen Art wie die Kupplungszapfen 13 an der Energiequelle 10 auf. Der Energiesammler 20 hat einen (nicht gezeigten) Hohlraum an seiner unteren Seite und kann Kupplungszapfen 13 an der Energiequelle 10 in bekannter Art und Weise aufnehmen. Da die Seiten des Hohlraums Metallteile an vorgewählten Stellen, ebenfalls in bekannter Art und Weise, aufweisen und da der elektrische Kondensator mit seinen Anschlüssen mit diesen Metallteilen verbunden ist, dienen diese dementsprechend als Anschlüsse für den Energiesammler. Die Anschlüsse des Kondensators können auch mit den Kupplungszapfen 23 an der oberen Seite verbunden sein.
Wenn der Energiesammler 20 auf diese Art und Weise mit der Energiequelle 10 in einer bekannten Art und Weise zusammengebaut worden ist, können die Ausgangsanschlüsse des Generators 14 an den Kupplungszapfen 13 in elektrischen Kontakt mit den Anschlüssen des Kondensators 21 in dem Hohlraum des Energiesammlers 20 gebracht werden.
Die Drehung der Welle 11 des Generators bewirkt, dass der Generator 14 eine elektrische Spannung erzeugt, typischerweise eine Gleichspannung, welche auf den Kondensator 21 im Energiesammler 20 übertragen wird, wodurch die erzeugte elektrische Energie vom Generator im Kondensator 21 gespeichert wird. Der angesammelte Betrag an Energie hängt von der Energiequelle ab, welche das Rad 12 auf der Welle 11 des Generators treibt und darüber hinaus von der Periodenzeit, während der Energie von der Energiequelle 10 auf den Sammler 20 übertragen wird.
Entsprechend kann die Energiequelle 15 mit Solarenergiezellen mit dem Energiesammler 20 verbunden werden und den Kondensator 21 aufladen.
1 zeigt auch einen Energieverbraucher 30, welcher hier ein rechteckiger Kasten mit einem eingebauten Elektromotor ist. An seiner oberen Seite ist der Energieverbraucher 30 mit einer Mehrzahl von Kupplungszapfen 33 der gleichen Art wie die Kupplungszapfen 13 und 23 der Energiequelle 10 und des Energiesammlers 20 ausgebildet. Beim Motor 31 des Verbrauchers sind so wie beim Generator 14 die elektrischen Anschlüsse mit den Metallteilen an den Kupplungszapfen 33 verbunden, welche auf diese Art und Weise als Eingangsanschlüsse für den Motor 31 und damit für den Verbraucher 30 dienen.
Der Energiesammler 20 kann auch oben auf dem Verbraucher 30 in der gleichen Art und Weise, wie vorangehend beschrieben und in der Figur gezeigt, aufgesetzt werden, wodurch der Kondensator 21 im Sammler elektrisch mit dem Motor 31 des Verbrauchers 30 verbunden wird.
Das in 1 beschriebene System arbeitet wie folgt. Der Energiesammler 20 wird zuerst mit der Energiequelle 10 verbunden. Das Rad 12 des Generators wird von Hand oder wie erwähnt durch Wind- oder Wasserenergie oder in irgendeiner anderen Art und Weise gedreht, wodurch der Generator einen bestimmten Betrag an elektrischer Energie erzeugt, welche auf den Kondensator 21 im Sammler 20 übertragen wird. Nach einer gewissen Zeitspanne, die vom Nutzer ausgewählt werden kann, wird der Sammler 20 von der Energiequelle 10 getrennt und mit dem Verbraucher 30 verbunden. Dann wird die in dem Kondensator gespeicherte Energie auf den Motor 31 im Verbraucher 30 übertragen, so dass der Motor genauso wie eine Welle 32 des Motors, welche ein Rad 34 trägt, in Drehung versetzt wird.
Der Verbraucher 30 kann ein elektrisch angetriebenes Spielzeugauto oder irgendein anderer größerer Mechanismus oder eine elektrische Lampe sein, welche Licht ausstrahlt.
3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher der Energiesammler eine mechanische Feder ist, welche mit Hilfe eines Mechanismus in Verbindung mit der Energiequelle gespannt wird und auf diese Art und Weise potentielle Energie erhält. Die Feder kann eine Spiralfeder oder eine Schraubenfeder aus Federstahl oder ein elastisches Gummiband sein. Die Feder kann in ihrem gespannten Zustand gehalten werden, während sie zum Verbraucher gebracht wird, wo die Energie verwendet wird, um einen Mechanismus oder einen elektrischen Generator anzutreiben. Der mechanische Energiesammler kann beispielsweise ein Uhrwerk oder ein Windenmotor sein.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt), enthält der Energiesammler eine Masse in der Form eines Gewichtes, welches durch die Energie vom Generator gegen die Schwerkraft angehoben wird und dadurch potentielle Energie erhält und speichert. Wenn der Sammler zum Verbraucher gebracht wird, kann die gespeicherte potentielle Energie auch hier auf den Verbraucher mechanisch freigegeben werden.
In einer dritten Ausführungsform ist der mechanische Energiesammler ein Schwungrad, welches gedreht wird, wodurch das Schwungrad mechanische Energie in der Form von kinetischer Energie speichert.
Mechanische Energiesammler können mit Energie geladen werden, in dem diese mit einer mechanischen Energiequelle verbunden werden. Zu diesem Zweck haben beide, die Quelle und der Sammler, zweckmäßige Mittel, beispielsweise wie die gezeigten Kupplungszapfen und die entsprechenden Hohlräume für die mechanische Verbindung, und darüber hinaus sind Mittel vorgesehen, um den Transfer von mechanischer Energie, beispielsweise vermittels von Zahnrädern oder einer Reib- oder einer Klauenkupplung sicherzustellen. In einer einfachen Form kann die mechanische Energiequelle ein Keil oder ein Handgriff sein, welcher mit dem Energiesammler gekuppelt ist und von Hand betätigt werden kann.
Wie in 4 gezeigt, kann der Verbraucher ein Anzeigegerät sein, welches den Energiebetrag anzeigt, der in dem Sammler gespeichert ist. Im Falle elektrischer Energie kann das Anzeigegerät typischerweise ein Voltmeter oder irgendein anderes darstellendes Instrument ohne nennenswerten Eigenenergiebedarf sein, möglicherweise zusammen mit einem reinen Energieverbraucher, wodurch es möglich ist, dem zeitlichen Verlauf des Energieverbrauchs zu folgen.
Im Falle der mechanischen Energie kann das Energiemessgerät als ein bekannter Dynamometer aufgebaut sein, welcher die Kraft anzeigt, bis zu welcher die Feder gespannt ist. Der Dynamometer kann wahlweise mit der Feder zusammengebaut sein.
Mit dem hier gezeigten System kann der Verbraucher in einer einfachen und anschaulichen Art und Weise verschiedene Energiequellen vergleichen, und der Verbraucher kann ein gutes Verständnis vom Energiekonzept, von der Erzeugung von Energie und ihrem Verbrauch bekommen.
In einem System, in welchem die Energiequelle eine oder mehrere Solarenergiezellen umfasst, ist der Vergleich der Energie des Sonnenlichts mit der Energie des Lichtes von einer elektrischen Lampe oder einer anderen Energiequelle möglich. Mit einem Windmühlenrad kann die Energie des natürlichen Windes mit der Energie des Windes aus einem elektrischen Gebläse oder aus zwei unterschiedlichen Gebläsen miteinander verglichen werden.

Claims

Bauspielsatz mit Bauelementen mit Kupplungseinrichtungen zur freigebbaren Verbindung mit anderen Bauelementen, wobei darüber hinaus der Bausatz aufweist – eine Energiequelle (10) – einen Energieakkumulator (20), um Energie zu speichern und aus dem Akkumulator gespeicherte Energie abzugeben und – einen Energieverbraucher (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (10), der Akkumulator (20) und der Verbraucher (30) separate Einheiten mit Kupplungseinrichtungen sind, um diesen eine freigebbare Zwischenverbindung mit Bauelementen des Bausatzes zu ermöglichen, und wobei der Akkumulator (20) wahlweise mit der Energiequelle (10) so verbindbar ist, dass Energie von der Energiequelle (10) auf den Akkumulator gegeben und dort im Akkumulator (2) gespeichert wird, und dass der Akkumulator (20) von der Energiequelle (10) trennbar und wahlweise mit dem Verbraucher (30) verbindbar ist, um im Akkumulator (20) gespeicherte Energie aus dem Akkumulator abzugeben und zum Verbraucher (30) zu übertragen.
Bauspielsatz nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Enerrgiequelle (10) eine Quelle elektrischer Energie ist und dass der Akkumulator (20) eine elektrische Kapazität (21) aufweist, die Energie als elektrische Energie speichert und dass der Verbraucher (30) ein Verbraucher elektrischer Energie ist.
Bauspielsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (10) einen elektromechanischen Generator (14) aufweist, um mechanische in elektrische Energie umzuwandeln.
Bauspielsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator eine Kurbel oder Kurbelscheibe (12) zur manuellen Betätigung des Generators (14) aufweist.
Bauspielsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Schwung- oder Treibrad (12) zum Antrieb des Generators (14) mit Hilfe von Windenergie aufweist.
Bauspielsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Schwung- oder Treibrad (12) zum Antrieb des Generators (14) mit Hilfe von Wasserenergie aufweist.
Bauspielsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle eine Einrichtung zum Umwandeln elektromagnetischer Energie in elektrische Energie aufweist.
Bauspielsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (10) eine Quelle mechanischer Energie ist, der Energiesammler (20) die Energie als mechanische Energie speichert und dass der Verbraucher (30) ein Verbraucher mechanischer Energie ist.
Bauspielsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiesammler (20) eine Feder aufweist, welche gespannt werden kann, um mechanische Energie zu speichern.
Bauspielsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieakkumulator (20) eine Masse aufweist, welche gegen die Schwerkraft anhebbar ist, um mechanische Energie zu speichern.