ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКТОРА (ВАРИАНТЫ)
TOY CONSTRUCTION SET ELEMENT (VERSIONS)

Изобретение относится к элементам конструктора, которые могут быть использованы как в детских строительных наборах, так и в головоломках.
Одним из известных аналогов является элемент конструктора фирмы «ЛЕГО», который содержит основание, выполненное, как правило, в виде параллелепипеда с одним или несколькими соединительными узлами (патент RU 2150985 от 20.06.2000).
К недостаткам известного элемента конструктора можно отнести его низкие функциональные возможности, поскольку его конструктивное выполнение обеспечивает только один возможный вариант соединения однотипных элементов конструктора.
Задачей заявленного изобретения является создание элемента конструктора, обеспечивающего множество вариантов соединений однотипных элементов.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей элемента конструктора за счет увеличения вариантов соединения заявленного элемента с однотипными элементами конструктора.
Технический результат по первому варианту выполнения элемента конструктора достигается тем, что элемент конструктора содержит основание, по меньшей мере на одной стороне которого расположен соединительный узел, образованный консольными пластинами, расположенными по сторонам квадрата, длина стороны которого равна «а», причем каждый соединительный узел дополнительно содержит консольные пластинки высотой «а/2» и длиной не более «а/2», расположенные от вершин квадрата вдоль консольных пластин, высота которых более «а/2».
Технический результат по первому варианту выполнения элемента конструктора достигается также тем, что по меньшей мере часть консольных пластинок выполнена за одно целое с консольными пластинами.
Технический результат по второму варианту выполнения элемента конструктора достигается тем, что элемент конструктора содержит основание, по меньшей мере на одной стороне которого расположено два соединительных узла, каждый из которых образован консольными пластинами, расположенными по сторонам квадрата, длина стороны которого равна «а», а расстояние между центрами соседних квадратов равно или кратно «2а», причем каждый соединительный узел дополнительно содержит консольные пластинки высотой «а/2» и длиной не более «а/2», расположенные от вершин квадрата вдоль консольных пластин, высота которых более «а/2».
Технический результат по второму варианту выполнения элемента конструктора достигается также тем, что по меньшей мере часть консольных пластинок выполнена за одно целое с консольными пластинами.
Технический результат по третьему варианту выполнения элемента конструктора достигается тем, что элемент конструктора содержит основание, по меньшей мере на одной стороне которого по меньшей мере в один ряд расположено три соединительных узла, каждый из которых образован консольными пластинами, расположенными по сторонам квадрата, длина стороны которого равна «а», а расстояние между центрами соседних квадратов в ряду равно или кратно «2а», причем каждый соединительный узел дополнительно содержит консольные пластинки высотой «а/2» и длиной не более «а/2», расположенные от вершин квадрата вдоль консольных пластин, высота которых более «а/2».
Технический результат по третьему варианту выполнения элемента конструктора достигается также тем, что по меньшей мере часть консольных пластинок выполнена за одно целое с консольными пластинами.
Технический результат по четвертому варианту выполнения элемента конструктора достигается тем, что элемент конструктора содержит основание, по меньшей мере на одной стороне которого по меньшей мере в один ряд расположено по меньшей мере четыре соединительных узла, при этом каждый из соединительных узлов образован консольными пластинами, расположенными по сторонам квадрата, длина стороны которого равна «а», а расстояние между центрами соседних квадратов в одном ряду и между центрами соседних квадратов в соседних рядах равно или кратно «2а», причем каждый соединительный узел дополнительно содержит консольные пластинки высотой «а/2» и длиной не более «а/2», расположенные от вершин квадрата вдоль консольных пластин, высота которых более «а/2».
Технический результат по четвертому варианту выполнения элемента конструктора достигается также тем, что по меньшей мере часть консольных пластинок выполнена за одно целое с консольными пластинами.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен элемент конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, вид сбоку;
На фиг.2 изображен элемент конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, вид сверху;
На фиг.3 изображен элемент конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.4 изображен элемент конструктора по первому варианту выполнения с соединительным узлом на одной стороне основания, изометрия вид сверху;
На фиг.5 изображен элемент конструктора по первому варианту выполнения с соединительным узлом на одной стороне основания, изометрия вид снизу;
На фиг.6 изображен элемент конструктора по второму варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, вид сбоку;
На фиг.7 изображен элемент конструктора по второму варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, вид сверху;
На фиг.8 изображен элемент конструктора по второму варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.9 изображен элемент конструктора по второму варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, причем часть консольных пластинок выполнена за одно целое с консольными пластинами, изометрия;
На фиг.10 изображен элемент конструктора по второму варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, с расстоянием между центрами соединительных узлов равным «6а», изометрия;
На фиг.11 изображен элемент конструктора по третьему варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, вид сбоку;
На фиг.12 изображен элемент конструктора по третьему варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, вид сверху;
На фиг.13 изображен элемент конструктора по третьему варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.14 изображен элемент конструктора по четвертому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, вид сверху;
На фиг.15 изображен элемент конструктора по четвертому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.16 изображен элемент конструктора по четвертому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, с расстоянием между центрами соединительных узлов равным «4а», изометрия;
На фиг.17 изображен элемент конструктора по четвертому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, причем верхние соединительные узлы повернуты по отношению к нижним на 45 градусов, изометрия;
На фиг.18 изображен элемент конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, причем плоскости, на которых расположены соединительные узлы, расположены под углом 45 градусов друг к другу, изометрия;
На фиг.19 изображен элемент конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с одной стороны основания, изометрия;
На фиг.20 изображен элемент конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью неполными соединительными узлами с одной стороны основания, причем на основании расположены только половины от боковых соединительных узлов и четверти от угловых соединительных узлов, изометрия;
На фиг.21 изображена схема соединения элемента конструктора по второму варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту с шестью неполными соединительными узлами с одной стороны основания, причем на основании расположены только половины от боковых соединительных узлов и четверти от угловых соединительных узлов, изометрия;
На фиг.22 изображены соединенные между собой элемент конструктора по второму варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания и элемент конструктора по четвертому варианту с шестью неполными соединительными узлами с одной стороны основания, причем на основании расположены только половины от боковых соединительных узлов и четверти от угловых соединительных узлов, изометрия;
На фиг.23 изображена схема соединения элемента конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.24 изображено соединение элемента конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.25 изображена схема соединения элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания с соединенными друг с другом элементами конструктора, а именно: элемента конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.26 изображено соединение трех элементов конструктора: элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания (2 штуки) и элемента конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.27 изображена схема соединения элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания с соединенными друг с другом элементами конструктора, а именно: элемента конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания и двух элементов конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.28 изображено соединение четырех элементов конструктора: элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания (2 штуки), элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по первому варианту выполнения с соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.29 изображен первый вариант соединения (типа «сторона-сторона» или «плоскость-плоскость») элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.30 изображен первый вариант соединения (типа «сторона-сторона» или «плоскость-плоскость») элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.31 изображен второй вариант соединения (типа «торец-плоскость» или «торец-сторона») элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.32 изображен второй вариант соединения (типа «торец-плоскость» или «торец-сторона») элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.33 изображен третий вариант соединения (типа «торец-торец») элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.34 изображен третий вариант соединения (типа «торец-торец») элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с двух сторон основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.35 изображена схема соединения элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с одной стороны основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с девятью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.36 изображено соединение элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с одной стороны основания и элемента конструктора по четвертому варианту выполнения с девятью соединительными узлами с двух сторон основания, изометрия;
На фиг.37 изображена собранная из элементов конструктора скамейка, изометрия, вид сверху;
На фиг.38 изображена собранная из элементов конструктора скамейка, изометрия, вид снизу.
Подробно опишем соединительный узел на примере элемента конструктора, согласно первому варианту выполнения, смотри фиг.1-3, на которых изображены вид сбоку, вид сверху и в изометрии соответственно.
Элемент конструктора содержит основание 1, по меньшей мере на одной стороне которого расположен или выполнен за одно целое с основанием 1 соединительный узел 2. Соединительный узел 2 образован консольными пластинами 3, расположенными по сторонам квадрата. Длина стороны квадрата равна «а». Каждый соединительный узел 2 дополнительно содержит консольные пластинки 4 высотой «а/2» и длиной не более «а/2». Консольные пластинки 4 расположены от вершин квадрата вдоль консольных пластин 3. Высота консольных пластин 3 более «а/2». При этом по меньшей мере часть консольных пластинок 4 может быть выполнена за одно целое с консольными пластинами 3.
Основание может представлять собой пластину различной толщины и может содержать различные отверстия и пустоты для экономии материала при изготовлении элемента конструктора, например, методом литья, прессования или штамповки.
Соединительные узлы 2 могут быть и только с одной стороны основания 1. Такой элемент позволяет создать плоскую поверхность, на которую во время игры можно будет поставить различные игровые элементы, например, солдатики. На фигурах 4 и 5 показан такой элемент конструктора, согласно первому варианту выполнения, с соединительным узлом 2 только с одной стороны основания 1. На фигурах 33 и 34 показано соединение такого элемента с элементом конструктора, имеющим соединительные узлы с каждой стороны.
Для присоединения большой детали достаточно нескольких соединительных узлов, поэтому иногда нет необходимости располагать узлы только так, чтобы расстояние между их центрами было ровно «2а». Главное, чтобы расстояние между центрами соединительных узлов было кратно «2а», так как узлы для соединения с узлами других элементов конструктора должны располагаться строго с такой периодичностью, чтобы было возможно соединение этого элемента с другими элементами конструктора. На фигуре 10 изображен элемент конструктора согласно второму варианту выполнения, где на основании с каждой стороны могло поместиться четыре соединительных узла, но расположено только два узла на концах основания таким образом, что расстояние между их центрами равно «6а». На фигуре 16 изображен элемент конструктора согласно четвертому варианту выполнения, где на основании с каждой стороны могло поместиться девять соединительных узлов, но расположено только четыре соединительных узла, причем таким образом, что расстояние между их центрами равно «4а».
Соединительные узлы с одной стороны основания могут быть ориентированы под углом по отношению к узлам, расположенным с другой стороны основания. На фигуре 17 показан элемент конструктора согласно четвертому варианту выполнения с четырьмя соединительными узлами с каждой стороны основания, причем соединительные узлы с одной стороны повернуты под 45 градусов по отношению к соединительным узлам с другой стороны основания.
Основание может быть устроено таким образом, чтобы ориентировать в пространстве соединительные узлы на нем, расположенные под разными углами и на разном уровне. На фигуре 18 изображен элемент конструктора согласно первому варианту выполнения, у которого плоскости, на которых расположены консольные пластины 3 соединительных узлов 2, расположены под углом 45 градусов. В этом элементе основание 1 представляет собой часть полого цилиндра.
При соединении элементов конструктора консольные пластины узла соединения одного элемента конструктора входят в контакт с консольными пластинками соединительных узлов другого элемента, при этом соединение происходит с натягом, то есть для того, чтобы консольные пластины одного соединительного узла вошли между консольными пластинками других соединительных узлов, они должны изогнуться, и образовавшаяся сила упругости создает силу трения между пластинами и пластинками, которая удерживает элементы конструктора скрепленными друг с другом. При этом возможны соединения, когда соприкасаются плоские поверхности консольных пластин и пластинок между собой, а также соприкасаются торцы консольных пластинок с плоскими поверхностями консольных пластин или пластинок. Поэтому консольные пластины и пластинки выполняются из упругих материалов. Толщина консольных пластин и пластинок может быть различна и обуславливается их необходимой прочностью, упругостью и экономией материала при изготовлении элемента конструктора. Консольные пластины и пластинки могут иметь фаски и уклоны боковых поверхностей для более удобного позиционирования элементов конструктора при соединении друг с другом, а также для лучшего соединения друг с другом. Также консольные пластины и пластинки могут иметь различные выпуклости, которые могут выполнять роль защелок при соединении соединительных узлов друг с другом.
Часть консольных пластин и пластинок могут быть объединены в одно целое или, наоборот, одна консольная пластина или пластинка может быть разделена на несколько частей, что уменьшает ее упругость и экономит материал при производстве. На фигурах 8 и 9 изображены элементы конструктора согласно второму варианту выполнения, где на фигуре 9 у элемента конструктора часть консольных пластин 3 и пластинок 4 выполнены за одно целое (как единое целое).
При соединении элементов конструктора друг с другом соединительные узлы одного элемента входят между соединительными узлами другого элемента. Поэтому возможен элемент конструктора, у которого с одной стороны основания расположены соединительные узлы не полностью, а только их части, причем таким образом, чтобы удерживать при соединении соединительные узлы другого элемента.
Ниже приведен пример такого элемента и объяснение, как он получается. На основании элемента конструктора могут располагаться соединительные узлы не полностью, а части соединительных узлов. На фигуре 19 представлен элемент конструктора согласно четвертому варианту выполнения с шестью соединительными узлами с одной стороны основания, расположенными в два ряда. На фигуре 20 представлен элемент конструктора, полученный из элемента с фигуры 19 путем удаления половины от каждого соединительного узла по бокам элемента, причем от угловых соединительных узлов удаляется три четверти. На фигуре 21 и 22 представлено соединение такого элемента с элементом конструктора согласно второму варианту выполнения.
Использование элементов конструктора заключается в соединении их друг с другом для построения конструкции для игры. Соединение элементов друг с другом происходит с помощью консольных пластин и пластинок. При соединении элементов конструктора друг с другом консольные пластины и пластинки соединительных узлов одного элемента вступают в контакт с консольными пластинами и пластинками других элементов. При контакте консольных пластин и пластинок зазоры между ними имеют отрицательную величину, поэтому при контакте консольные пластины и пластинки упруго отклоняются, что создает силу упругости, прижимающую их друг к другу, которая в свою очередь создает силу трения между консольными пластинами и пластинками. Именно эта сила трения между консольными пластинами и пластинками разных элементов конструктора и удерживает их в соединенном состоянии.
Рассмотрим соединение элемента конструктора с четырьмя соединительными узлами с каждой стороны основания и элемента конструктора с одним узлом с каждой стороны основания (фиг.23, 24). При таком соединении консольные пластины 3 соединительного узла второго элемента входят между консольных пластинок 4 соединительных узлов первого элемента. Зазоры между пластинами и пластинками отрицательные, поэтому элементы удерживаются в скрепленном состоянии силой трения, как это было описано выше. При этом консольные пластинки 4 первого элемента входят в такой же упругий контакт с консольными пластинами 3 второго элемента. При соединении второй элемент конструктора входит в первый до тех пор, пока консольные пластинки 4 обоих элементов не упрутся своими торцами друг в друга (место такого контакта указано цифрой 5). Консольные пластинки 4 имеют высоту, ровную «а/2», таким образом достигается четкое позиционирование соединительных узлов одного элемента относительно другого. Центр основания соединительного узла второго элемента смещен относительно центра основания ближайшего узла первого элемента строго на расстояние «а» по оси X, расстояние «а» по оси Y и расстояние «а» по оси Z.
Присоединим сверху ко второму элементу третий элемент конструктора с четырьмя соединительными узлами с каждой стороны основания (фиг.25, 26). Аналогично центры оснований соединительных узлов третьего элемента будут отстоять на расстояние, равное «а» по каждой оси X, Y, Z от центра соединительного узла второго элемента. При этом получается, что соединительные узлы третьего элемента располагаются строго над соединительными элементами первого элемента на расстоянии «2а» между их центрами. Такое расположение позволяет присоединить следующий элемент конструктора сразу к первому и третьему элементу. На фиг.27 и 28 показано, как к первому и третьему элементу присоединяется элемент с шестью соединительными узлами с каждой стороны основания.
Особенность элементов конструктора согласно заявленному изобретению состоит в том, что элементы конструктора могут соединяться между собой в трех различных плоскостях.
На фигурах 29 и 30 изображено соединение двух элементов конструктора, выполненных согласно четвертому варианту выполнения с 4 и 6 узлами с каждой стороны основания. Такое соединение можно назвать «плоскость-плоскость». При таком соединении консольные пластины соединительных узлов одного элемента конструктора входят между консольными пластинками другого элемента конструктора. При этом соединении плоскости оснований элементов конструктора параллельны, отсюда и название соединения - «плоскость-плоскость».
На фигурах 31 и 32 изображено соединение тех же самых элементов, но другим образом - «торец-плоскость». При таком соединении консольные пластины соединительных узлов элемента конструктора входят между консольными пластинами другого элемента конструктора, а консольные пластинки соединительных узлов одного элемента конструктора входят между консольными пластинками другого элемента конструктора. При этом соединении плоскость основания одного элемента конструктора своим торцом упирается в плоскость основания другого элемента конструктора, отсюда и название соединения - «торец-плоскость».
На фигурах 33 и 34 изображено соединение тех же самых элементов способом «торец-торец». При таком соединении часть консольных пластинок соединительных узлов одного элемента конструктора охватывают часть консольных пластинок другого элемента конструктора так, что консольные пластинки второго элемента упираются своими торцами в плоскость пластинок первого элемента конструктора, и наоборот, часть консольных пластинок соединительных узлов второго элемента конструктора охватывают часть консольных пластинок первого элемента конструктора так, что консольные пластинки первого элемента упираются своими торцами в плоскость пластинок второго элемента конструктора. При таком соединении плоскость основания одного элемента конструктора своим торцом упирается в торец основания другого элемента конструктора, причем эти плоскости перпендикулярны, отсюда и название соединения - «торец-торец».
Нужно отметить, что при всех эти трех типах соединения центр основания соединительного узла одного элемента смещен относительно центра основания ближайшего узла другого элемента строго на расстояние «а» по оси X, расстояние «а» по оси Y и расстояние «а» по оси Z.
На фиг.35 и 36 изображено соединение двух элементов конструктора с девятью соединительными узлами с каждой стороны основания и элементом конструктора с четырьмя соединительными узлами с одной стороны основания.
На фиг.37 и 38 изображена собранная из элементов конструктора скамейка. Она собрана из следующих элементов:
- элемент конструктора согласно четвертому варианту выполнения с 27-ю соединительными узлами с каждой стороны основания, расположенными в три ряда, - сиденье скамейки;
- элемент конструктора согласно четвертому варианту выполнения с 18-ю соединительными узлами с нижней стороны основания, расположенными в три ряда, плоское покрытие сиденья скамейки;
- два элемента конструктор, согласно третьему варианту выполнения с пятью соединительными узлами с каждой стороны основания - передние ножки скамейки;
- два элемента конструктора согласно третьему варианту выполнения с семью соединительными узлами с каждой стороны основания - задние ножки скамейки;
- два элемента конструктора согласно четвертому варианту выполнения с восемью элементами с одной стороны и двумя элементами с другой стороны основания, причем эти элементы усечены так, что от соединительных узлов остались только половинки, а от угловых соединительных узлов только четверть - подлокотники скамейки;
- элемент конструктора согласно четвертому варианту выполнения с 18-ю соединительными узлами с одной стороны основания, расположенными в два ряда, - спинка скамейки.
Заявленные варианты элемента конструктора позволяют собирать сложные трехмерные пространственные конструкции.