ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКТОРА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ КОМПОНЕНТАМИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится развивающим конструкторам, а более конкретно к элементам конструктора с электрическими компонентами,  содержащим полый пластмассовый корпус, имеющий шипы с одной стороны корпуса и ответную полость для соединения с шипами другого элемента, причем,  по меньшей мере, два шипа выполнены в виде металлических фиксаторов, между которыми  расположен и электрически соединен с ними электрический компонент элемента конструктора.
В данной работе термины «верхний» и «нижний» приводятся только для упрощения понимания описания и соответствуют направлениям параллельно силе тяжести при ориентации изделия в рабочем состоянии, при этом «нижний» направлен по вектору силы тяжести, а «верхний» ему противоположен.
Уровень техники
Существует множество разборных детских конструкторов, которые позволяют за счет соединения деталей между собой собирать различные конструкции. Типичный представитель таких конструкторов – «Лего», в котором каждый элемент содержит полый пластмассовый корпус, имеющий шипы с одной стороны корпуса и ответную полость для соединения с шипами другого элемента.
Но общим недостатком таких конструкторов типа «Лего» является то, что хоть в таких конструкторах и могут присутствовать электрические компоненты (моторчики, лампочки, элементы питания), но они не предназначены для обучения детей основам электротехники и не позволяют из деталей одного конструктора собирать различные электрические схемы.
Известен из уровня техники элемент конструктора с электрическими компонентами,  содержащий полый пластмассовый корпус, имеющий шипы с одной стороны корпуса и ответную полость для соединения с шипами другого элемента, причем, по меньшей мере, два шипа выполнены в виде металлических фиксаторов, между которыми расположен и электрически соединен с ними электрический компонент элемента конструктора, см. описание к патенту на изобретение GB1139315, опубликован в 1969 году.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.
Недостатком данного устройства является невысокое удобство сборки различных электрических схем. Действительно, при таком решении отсутствует  возможность формировать электрические схемы в одной плоскости. Все соединения с обеспечением передачи тока возможны при присоединении элементов один над другим, что зачастую приводит к потере наглядности схемы, то есть к снижению обучающего фактора. Другим недостатком является сложность замены электрических компонентов.
Раскрытие полезной модели
Опирающаяся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить элемент конструктора с электрическими компонентами, содержащий полый пластмассовый корпус, имеющий шипы с одной стороны корпуса и ответную полость для соединения с шипами другого элемента, причем, по меньшей мере, два шипа выполнены в виде металлических фиксаторов, между которыми  расположен и электрически соединен с ними электрический компонент элемента конструктора, позволяющий как минимум сгладить, по меньшей мере, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение удобства сборки различных электрических схем (за счет возможности формировать электрические схемы в одной плоскости и возможности производить замену электрических компонентов), что и является поставленной технической задачей.
Для достижения этой цели фиксатор выполнен в виде винта, головка которого имеет форму шипа элемента конструктора с углублением под инструмент для поворота винта, и гайки, расположенной в полости корпуса, при этом винт с гайкой выполнены из токопроводящего материала, причем элемент конструктора дополнительно имеет пластину из токопроводящего материала, расположенную на внешней стороне корпуса, по меньшей мере, на одной из его боковых граней, электрически соединенную с винтом и гайкой, выполненными из токопроводящего материала.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность  формировать электрические схемы в одной плоскости при сохранении возможности вертикального соединения разных элементов. То есть винт выполняет одновременно и функции стыковочного узла (шипа) и обеспечивает проводимость тока при таком соединении и одновременно позволяет закреплять на гайке различные электрические компоненты. То есть те же признаки обеспечивают возможность производить простую замену электрических компонентов, так как при этом не требуется припаивание.
Существует вариант полезной модели, в котором корпус выполнен из прозрачного материала. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность дополнительного повышения удобства сборки различных электрических схем за счет наглядности тех электрических компонентов, которые соединяются между собой. Причем при замене одних компонентов другими именно за счет прозрачности корпуса сохраняется возможность идентифицировать элемент конструктора с точки зрения его значения в эклектической схеме, например, проводник ли это, диод и прочее.
Существует также вариант полезной модели, в котором пластина из токопроводящего материала образована тремя смежными прямоугольными гранями, расположенными под прямым углом друг к другу. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечения электрического соединения не только по одному направлению, а сразу по всем трем возможным. То есть к одному элементу можно электрически присоединять сразу несколько других элементов с обеспечением электрической проводимости сразу ко всем элементам, при этом имеется в виду только присоединения в одной плоскости (на общем основании), но могут быть дополнительно присоединены элементы в объеме (сверху и снизу).
Существует, кроме того, и такой вариант полезной модели, в котором каждая из трех  прямоугольных граней пластины имеет загиб для размещения на нижней стороне корпуса элемента конструктора, соединенный с выступом, выполненным с возможностью контакта с винтом. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность дублирования электрического соединения при присоединении элементов конструктора в объеме - сверху и снизу. Так как кроме контакта винт одного элемента – гайка следующего элемента, можно передавать электрический ток также от выступов загибов одного элемента к винту или гайке следующего элемента.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
- фигура 1 схематично изображает внешний вид элемента конструктора с электрическими компонентами согласно полезной модели,
- фигура 2 схематично изображает разрез фрагмента элемента конструктора с электрическими компонентами согласно полезной модели,
- фигура 3 схематично изображает вид снизу элемента конструктора с электрическими компонентами,
- фигура 4 схематично изображает внешний вид нескольких  элементов, соединенных между собой согласно полезной модели
Согласно фигурам 1-5 элемент конструктора с электрическими компонентами содержит полый пластмассовый корпус 1, имеющий шипы 2 с одной стороны корпуса и ответную полость для соединения с шипами другого элемента. По меньшей мере, два шипа выполнены в виде металлических фиксаторов, каждый из которых выполнен в виде винта 3 и гайки 4, между которыми расположен и электрически соединен с ними электрический компонент элемента конструктора 5.  Винт 3 состоит из головки 31 и резьбовой части 32.  Головка 31 имеет форму шипа 2 элемента конструктора с углублением под инструмент для поворота винта. Гайка 4 расположена в полости корпуса. Винт 3 с гайкой 4 выполнены из токопроводящего материала. Элемент конструктора дополнительно имеет пластину из токопроводящего материала 6, расположенную на внешней стороне корпуса, по меньшей мере, на одной из его боковых граней, электрически соединенную с винтом 3 и гайкой 4, выполненными также из токопроводящего материала.
Корпус выполнен из прозрачного материала. Хорошо видно на фигуре 1, так как внутри виден электрический компонент элемента конструктора 5.
Пластина 6 из токопроводящего материала может быть образована тремя смежными прямоугольными гранями, расположенными под прямым углом друг к другу, как видно на фигуре 1.
Каждая из трех прямоугольных граней пластины 6 может иметь загиб 61 для размещения на нижней стороне корпуса элемента конструктора, соединенный с выступом 62, выполненным с возможностью контакта с винтом 3 и гайкой 4. Показано на фигуре 2.
Может быть вариант, когда пластина имеет загиб для размещения на верхней стороне корпуса элемента конструктора с отверстием или углублением под крепление под головку 31 винта.
В качестве электрического компонента элемента конструктора 5 может использоваться как простой токопроводящий провод, так и любой электрический элемент – диод, триод, выключатель, переключатель, конденсатор, элемент питания, светодиод, геркон и так далее. На фигуре 5 в качестве электрического компонента элемента конструктора 5 изображен светодиод 51, который частично выступает из корпуса.
Гайка 4 преимущественно выполнена квадратного и прямоугольного вида, чтобы исключить прокручивание при вращении винта. Показано на фигуре 3.
Крепеж электрических проводов элементов 5 крепится между винтом 3 и гайкой 4, как показано на фигуре 2.
Направление силы тяжести показано на фигурах стрелкой с вектором g.
На фигуре 4 изображено общее основание 7 для крепления элементов в одной плоскости.
На фигуре 3 также показано, что к предлагаемому соединению может быть также присоединена клемма 8, которая вставляется под головку винта 31.
Осуществление полезной модели
Элемент конструктора с электрическими компонентами работает следующим образом. Приводится не ограничивающий применения полезной модели вариант осуществления.
Этап А1. Подготавливают каждый элемент к использованию. Вместо шипов 2 элемента конструктора типа «Лего», как правило, крайних, но не обязательно, устанавливают винты 3 из металлического токопроводящего материала и внутри корпуса размещают соответствующие винтам гайки 4.
Этап А2. Между внутренней стенкой корпуса и гайкой, как показано на фигуре 2, размещают концы электрических компонентов 5, необходимые для дальнейшего использования. Для этого закручивают головку винта до упора. Повторяют этап А2 для остальных элементов, размещая в них такие же или другие электрические компоненты.
Этап А3. Соединяют между собой на одном общем основании 7 в одной плоскости (но не обязательно) различные или одинаковые элементы, образуя из них необходимые для учебного процесса электрические схемы, например, имитатор «кряканья» на двух транзисторах, схему, которая  довольно точно имитирует звук подскакивающего металлического шарика и т.д.
Приведенные варианты работы полезной модели являются примерными и позволяют добавлять новые варианты или модифицировать описанные без потери возможности собирания из различных элементов разных электрических схем. Например, при необходимости используют концы элементов с пластинами 6 для разветвления электрического соединения на несколько элементов.
Промышленная применимость
Предлагаемый элемент конструктора с электрическими компонентами может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели, а также критерию «полнота» для полезной модели.
В соответствии с предложенной полезной моделью заявителями был изготовлен опытный образец различных элементов конструктора с электрическими компонентами. Различные они были в том смысле, что содержали различные электрические компоненты.
В качестве исходного материала был использован конструктор типа «Лего». В нем были изменены элементы так, что вместо крайних шипов были проделаны отверстия под размещения специального винта с гайкой. Головка винта была выбрана такой, чтобы совпадать по форме с шипом.
Опытная эксплуатация элементов конструктора с электрическими компонентами показала, что стало возможно:
- элементы использовать для построения наглядных электрических схем, что позволяет использовать их в качестве обучающего пособия по электротехнике;
- осуществлять быстрый ремонт элементов конструктора с электрическими компонентами за счет возможности быстро руками с отверткой извлечь электрический компонент из элемента и заменить его на новый, достаточно всего лишь открутить винты;
- использовать сам конструктор в исходном варианте, когда его пластмассовые детали с размещенными в них металлически штифтами находятся отдельно, электрические компоненты – отдельно, пользователь сам по необходимости осуществляет сборку элементов конструктора с электрическими компонентами по своей потребности;
-  формировать электрические схемы в одной плоскости, что способствует улучшению наглядности представления электрических схем;
-  формировать электрические схемы и в одной плоскости, и в объеме, осуществляя построение сложных электрических схем;
- можно легко расширять схему, так как можно легко подключать внешний дополнительный электрический компонент через клемму 8, подсоединяемую под головку винта 31.
Все это, в конечном счете, обеспечивает выполнение достигаемого технического результата – повышение удобства сборки различных электрических схем.
Преимуществом применения данной полезной модели является также то, что ее очень просто изготовить на базе любого конструктора типа «Лего».
Также отметим, что ввиду того, что головка винта имеет форму стандартного шипа, то осуществляются всевозможные соединения, то есть любой элемент полностью сохраняет свои возможности для сборки конструкций в любых вариантах присоединения.
Рекомендуется широко использовать данную полезную модель в различных образовательных учреждениях, в домашних условиях для развития электротехнических навыков у детей.