Juego de módulos para construir circuitos electrónicos didácticos que se basa en un panel ferromagnético (10) que tiene dibujado en su superficie una matriz (11) representando una red de puntos de contacto.

Sobre el panel (10) se puede situar el esquema (21) del circuito a montar y por encima se coloca una hoja de plástico transparente (30) sobre la que se colocan unos imanes (40, 41) que se sujetan por la atracción del panel (10) y a la vez sujetan la hoja plástica (30). Para fijar en posición horizontal los imanes (41) se sitúa una hoja de plástico transparente agujereada (50). Sobre los imanes (41) se colocan unos módulos (71, 72, 73, 75, 81, 85, 91, 92, 93, 95) basados en un circuito impreso que lleva soldadas chapas ferromagnéticas. Al coincidir sobre un imán (41) dos o más módulos, se establece una conexión eléctrica gracias a que la superficie del imán es conductora. Las chapas están diseñadas para que los módulos mantengan una posición de equilibrio determinada cuando apoyan sobre un imán (41).

Juego de modulos para construir circuitos electronicos didacticos.

1. Campo de la tecnica

El juego que se presenta se encuadra dentro de los juegos didacticos que montan fisica y realmente circuitos electronicos a partir de elementos electronicos modulares intercambiables. Estos modulos se unen entre si sobre un panel base que sirve de soporte al conjunto. Los mencionados sistemas se diferencian claramente de otros sistemas didacticos que emplean un ordenador para simular circuitos.

2. Estado de la tecnica conocido

Son conocidos en el estado de la tecnica numerosos sistemas para aprender electronica montando circuitos; a continuacion se recoge una clasificacion de los mas importantes siguiendo el excelente analisis topologico que realiza D. Reinhard Niehoff en su pagina web (http:/lweb.archive.org/web/20071017020557/erinacom.de/elektronik/system/schaltung/schaltung.html) . Posteriormente se analizaran los documentos encontrados mas proximos del estado de la tecnica.

2.1. Clasificación de los sistemas conocidos

2.1.1. Sistemas en los que las uniones entre elementos se realizan por cableado (Verdrahtungssysteme en Aleman) .

En estos sistemas el panel base realiza solamente una funcion de soporte de las piezas modulares; el panel no tiene ninguna funcion electrica. Dentro de estos podemos distinguir: 2.1.1.1. Sistemas abiertos (Offenes Verdrahtungssystem) : en ellos, los elementos modulares que se van a utilizar se eligen de un "almacen" y se fijan al panel. Los elementos seleccionados se unen posteriormente mediante cables unifilares, multifilares, alambres, etc. En muchos de estos sistemas los componentes electronicos van fijados sobre pequenas pletinas no conductoras; esto protege a los componentes y hace que sean mas faciles de manejar. Sobre estas pletinas se pueden fijar medios para realizar los contactos electricos entre las patillas de los componentes electronicos y los cables de union con otros componentes. Normalmente, para realizar los contactos electricos se emplean piezas que permiten conectar mas de un cable con la patilla. Son tipicos los sistemas que emplean clemas o elementos enchufables de multiples polos. Cuando se desea sustituir un elemento por otro, simplemente se desconecta el elemento, se pone en su lugar el nuevo elemento, y se realizan otra vez las conexiones electricas. Una ventaja de este sistema es que se pueden disponer los elementos muy cerca o muy lejos unos de otros facilmente. Esto puede ser interesante, por ejemplo, para minimizar emisiones electromagneticas, o para adaptarse a un espacio muy grande, respectivamente. Ejemplos famosos del sistema de cableado abierto son, entre otros el sistema Radiomann, de la empresa alemana Kosmos. Inicialmente los contactos se realizaban con clemas de tornillos, posteriormente con clemas de hojas metalicas flexibles. Este sistema estuvo disponible desde 1934 hasta aproximadamente 1972, momento en el que se introdujo el sistema Kosmotronik y posteriormente el Electronic X, que se caracterizan por un metodo de montaje distinto: una red de tiras. Otro sistema de este tipo es el de la empresa alemana Busch. 2.1.1.2. Sistemas cerrados (Geschlossenes Verdrahtungssystem) : en estos sistemas todos los componentes electronicos estan fijados de manera inamovible en un panel. Junto a cada componente tambien estan fijados los medios para unir el componente a los cables de interconexion. Estos medios de conexion estan vinculados de manera permanente con las patillas de los componentes electronicos. Para realizar un circuito, simplemente se realizan las conexiones necesarias. Este sistema tiene la ventaja de que nunca se pierden los componentes; el principal inconveniente es que una vez realizado el montaje, resulta muy dificil reconocer el esquema electrico y entender su funcionamiento. A menudo se forma una autentica marana de cables, donde ademas es muy facil cometer errores. Otro inconveniente es que muchas de las conexiones se tienen que realizar con largos cables debido a que los componentes estan alejados. Otro factor negativo es que no se pueden aumentar los componentes, los montajes se tienen que realizar necesariamente con lo que el conjunto trae de fabrica. 2.1.2. Sistemas de red de contactos (Knotenraster) : en estos sistemas los contactos entre los distintos elementos no se realizan mediante cableado sino que se realizan en lugares determinados de la red de contactos que lleva el panel. Es decir, en estos sistemas el panel no solo desempena una funcion de soporte, sino tambien una funcion electrica. La red de contactos del panel puede tomar distintas formas y los contactos pueden realizarse por distintos metodos (clemas, muelles, presillas, tornillos, etc.) . Los sistemas de conexion en red son sin duda los mas elegantes sobre todo porque los montajes son muy visuales y se parecen al esquema. Otra ventaja es que es muy facil sustituir un elemento por otro de la misma familia pero de distinto valor. Existen distintos tipos de redes de contactos, a continuacion se citan las mas importantes:

2.1.2.1. Red de puntos de contacto (Einfache Knotenraster) : esta es la red mas sencilla y elemental. Consiste en establecer en el panel una red de contactos, en cada uno de los cuales es posible unir una o varias patillas de los componentes electronicos. De esta manera, cuando dos o mas patillas coinciden en un punto, las patillas quedan conectadas. En la red de puntos de contacto, las conexiones se realizan al contactar directamente dos o mas patillas. Los muelles, las clemas, etc., lo que hacen es apretar las patillas entre si. Para realizar un sistema de red de puntos se deben dar varias condiciones previas. En primer lugar, los puntos de contactos deben estar realizados con piezas que acepten patillas, cables, alambres, etc. que accedan al punto desde cualquier direccion del plano del panel. Es decir, los medios deben realizar un contacto con independencia de la direccion de acceso de la patilla. Para este fin sirven, por ejemplo, los muelles colocados en posicion vertical con respecto al panel o las clemas (Klemmen en Aleman) . En segundo lugar, los componentes electronicos deben ser adecuados; no sirven, entre otros, los componentes electronicos de montaje superficial, porque no disponen de patillas. Tampoco sirven componentes con patillas tan cortas que no alcancen a tocar dos puntos adyacentes de la red de contactos, o componentes tan grandes que superen la distancia entre dos contactos adyacentes de la rejilla de contactos. Uno de los ejemplos mas representativos del sistema de puntos de contactos es el sistema Philips, que domino el sector aproximadamente entre los anos 1963 y 1983. Lo mas caracteristico del sistema Philips son los muelles con los que se realizan los contactos. Estos muelles constan de dos piezas: un ancla que se introduce por la parte trasera de un panel agujereado, y el muelle propiamente dicho, que rodea el ancla por la parte delantera del panel. El muelle presiona los cables introducidos por el ancla creando asi un contacto electrico. Aunque en el sistema Philips solo se montan los contactos en los puntos en los que es preciso, este detalle no cambia el principio de funcionamiento, de modo que este metodo se encuadra perfectamente en el apartado presente.

2.1.2.2. Red de cruces (Kreuzknotenraster) : en la red de cruces no hay contacto directo entre patillas. Cada patilla de un componente toca solo un contacto, y cada contacto toca solo una patilla, o ninguna. La conexion electrica entre patillas se logra porque los contactos estan unidos entre si dentro o sobre el panel. Normalmente los contactos estan agrupados en conjuntos de cuatro. Estos conjuntos, dependiendo del sistema, forman cruces, cuadrados, tiras, etc. En estas redes, las patillas de los componentes no suelen estar en un plano paralelo al panel sino que las patillas suelen ser perpendiculares al panel. Los esquemas realizados con estas redes son sencillos y faciles de manejar. Sin embargo, es un sistema que requiere mucho espacio, sobre todo para los componentes que presentan mas de dos contactos. El sistema en cruz, debido al gran espacio que precisa, se emplea sobre todo en el ambito profesional, como escuelas y universidades, y mas concretamente, para realizar montajes delante de una clase, de manera demostrativa. Para los contactos se suelen utilizar los conocidos contactos de 4 mm tipo banana.

2.1.2.3. Red de cuadrados (Quadratknotenraster) : este sistema es similar al anterior. Tan solo se diferencia en que los conjuntos de contactos, que antes eran cruces, ahora son cuadrados. Esto se logra, simplemente, girando los conjuntos 45°. Esta diferencia tiene al menos una gran consecuencia: ahora cada contacto puede aceptar tanto modulos horizontales como verticales....

1. Modulo para construir circuitos electronicos didacticos caracterizado porque

comprende un circuito impreso base (710, 720, 730, 810, 850, 911, 921, 931, 951) con medios (713, 726, 7053, 912, 902) en los que se pueden soldar los terminales (817, 7051) de un componente electronico (701, 703, 705)

comprende chapas ferromagneticas (702, 801, 902, 952) soldadas al circuito impreso para fijar por atraccion magnetica el modulo a al menos un iman (41) de superficie conductora, siendo dichas chapas a la vez terminales electricos para el modulo, que conectan electricamente la superficie conductora de dicho iman (41) con un punto del circuito impreso (712, 722, 7054, 814, 912) y una pista del circuito impreso conecta ese punto con los medios (713, 726, 7053, 912, 902) en los que se puede soldar un terminal (817, 7051) de un componente electronico (701, 703, 705)

cada chapa ferromagnetica (702, 801, 902, 952) tiene un lado (7022) que coincide con la rotacion de 90° de otro de los lados (7021) alrededor de un punto de rotacion (7023) que es un vertice del contorno de la chapa o un punto exterior a la chapa, de tal modo que cuando sobre la cara plana de un iman (41) apoyan sin superponerse cuatro chapas, cada una de un modulo distinto, cada una de ellas dispuesta de tal modo que el mencionado punto de rotacion (7023) coincide con el centro de la cara plana del iman (41) , el contorno de cada chapa hace contacto con el contorno de la siguiente sin dejar ningun espacio entre contornos adyacentes y ademas el tamano del iman (41) con respecto a las chapas es tal que toda su superficie esta en contacto con chapas ferromagneticas salvo una zona central (7025) que queda descubierta cuando el punto de rotacion (7023) es exterior al contorno de las chapas ferromagneticas

las chapas ferromagneticas (702, 801, 902, 952) son de una forma o configuracion tal que cuando la chapa de un modulo se apoya por su extremo mas proximo al centro de rotacion de la chapa (7023) sobre la cara plana de un iman (41) , aparece una fuerza magnetica de atraccion mutua entre el iman y la chapa, fuerza cuya componente paralela a la cara plana del iman y de la chapa (44) lleva a la chapa hasta una posicion con respecto al iman que es una posicion de equilibrio en la cual dicha componente de la fuerza de atraccion mutua (44) desaparece o es neutralizada por un resalte (813, 903) que sobresale de la chapa (801, 802, 902, 952) por la cara con la que contacta con el iman (41) , y en esta posicion de equilibrio el punto de rotacion (7023) de la chapa coincide con el centro del iman

el circuito impreso base (710, 720, 730, 810, 850, 911, 921, 931, 951) es de tal forma que cuando una chapa de un modulo tiene su centro de rotacion (7023) sobre el centro de la cara de un iman (41) , el contorno del circuito impreso que se encuentra dentro del contorno del iman no es mayor que el contorno de la chapa que se encuentra dentro del contorno del iman.

2. Modulo electronico (71, 72, 73, 75) segun la primera reivindicacion caracterizado porque

las chapas ferromagneticas (702) son de tal forma que cuando apoyan sobre un iman (41) y su centro de rotacion (7023) coincide con el centro de la cara de dicho iman (41) , una parte de la chapa sobresale del iman, siendo dicha parte que sobresale de un area y forma tales que en tal posicion no existe fuerza de atraccion magnetica (43, 44) entre el iman (41) y la chapa (702) segun la direccion paralela al plano del iman (41) o de la chapa (702) .

3. Modulo electronico (91, 92, 93, 95) segun la primera reivindicacion caracterizado porque

el resalte que sobresale de la chapa (902, 952) es el propio circuito impreso (921, 911, 951, 931) , cuyo borde

(903) actua como una pared perpendicular al plano de las chapas ferromagneticas (902, 952) .

4. Modulo electronico (71, 72, 73, 75, 81, 85, 91, 92, 93, 95) segun las reivindicaciones anteriores caracterizado porque

las chapas ferromagneticas tienen una forma de punta, con lados rectos a 90° que se cruzan en el centro de rotacion (7023) .

5. Modulo electronico (71, 91) segun las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

el circuito impreso base es un circuito de una sola cara (710, 911) sobre la que estan soldadas las chapas de material ferromagnetico (702, 902) y que cuenta con unas huellas de cobre (713, 912) para poder soldar un componente electronico de montaje superficial (SMD) (701, 703) .

6. Modulo electronico (72, 81, 92) segun las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el circuito impreso base es un circuito de doble cara (720, 810, 921) las chapas de material ferromagnetico estan soldadas en una cara del circuito impreso y en la cara opuesta del

circuito impreso se encuentran unas huellas de cobre (726) para poder soldar un componente electronico del tipo de montaje superficial (SMD) (701, 703) ambas caras se comunican a traves de vias (723, 811) .

7. Modulo electronico (73) segun las reivindicaciones 2 o 4 caracterizado porque el circuito impreso base es un circuito de doble cara (730) en cada cara hay soldadas chapas ferromagneticas (702) y cada cara cuenta con huellas para soldar un

componente electronico de montaje superficial (SMD) (701, 703) cada componente esta soldado directamente a las chapas de su misma cara o a las chapas de la cara opuesta de manera indirecta a traves de vias.

8. Modulo electronico (75) segun la reivindicacion 2, caracterizado porque

el circuito impreso base (750) es un circuito de una sola cara que cuenta con orificios metalizados (PTH) (7053) en los que se pueden soldar las patillas (7051) de un componente electronico de patillas (705) el componente va dispuesto en la cara opuesta a las chapas ferromagneticas (702) los orificios metalizados (7053) se comunican con las chapas ferromagneticas a traves de pistas de cobre

formadas en la cara en la que van dispuestas las chapas ferromagneticas.

9. Modulo electronico (85, 95) segun las reivindicaciones 1, 3 o 4, caracterizado porque

el circuito impreso (850, 951) es un circuito de una sola cara que cuenta con orificios metalizados (PTH) en los que se pueden soldar las patillas (7051) de un componente electronico de patillas (705)

las chapas ferromagneticas (801, 952) estan perforadas para que pasen a traves de ellas las patillas del componente.

10. Modulo electronico (93) segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizado porque el circuito impreso es un circuito de una sola cara (931) las chapas ferromagneticas se sueldan a las huellas de cobre formadas sobre la unica cara con pistas que

presenta el circuito impreso (931) sobre las chapas ferromagneticas (902) se suelda un componente electronico de montaje superficial (701, 703) , cada terminal del componente a una chapa distinta.

11. Modulo electronico segun las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

las chapas de al menos una cara estan unidas directamente, sin pasar por ningun componente electronico, actuando en tal caso el modulo como un puente electrico

12. Modulo electronico segun las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

cuando la chapas ferromagneticas (801, 902, 951) sobresalen del circuito impreso, estas presentan un debilitamiento (818, 819, 820) para aumentar la flexion de la punta de la chapa en la direccion perpendicular al plano de la chapa, flexion que permite a los modulos con mas de tres terminales absorber los pequenos errores de planitud de los imanes (41) o de las chapas (801, 902, 951) .

13. Modulo electronico segun las reivindicaciones anteriores caracterizado porque

en los medios (713, 726, 7053, 912, 902) en los que se pueden soldar los terminales de un componente electronico se encuentran soldados los terminales (817, 7051) de un componente electronico (701, 703, 705) .

14. Juego de modulos para construir circuitos electronicos didacticos que comprende un panel base ferromagnetico

(10) y una serie de imanes (40, 41) de superficie conductora sujetos a dicho panel (10) y sobre los cuales se sujetan de manera desmontable los modulos electronicos expuestos en la primera reivindicacion y sus dependientes, asi como los puentes y las alimentaciones necesarias para realizar un circuito, actuando la superficie conductora de los imanes (41) como conexion electrica de los terminales que en ellos coinciden caracterizado porque

el panel base ferromagnetico (10) tiene un recubrimiento aislante y tiene marcado en su cara superior una matriz (11) con el contorno de un iman (40, 41) en cada nodo de la matriz, dicha matriz (11) representa una red de puntos de contacto que indica donde se pueden situar los imanes (41) que soportan los modulos electronicos cuando se esta realizando un circuito sin esquema guia

sobre el panel (10) se puede colocar una hoja (20) con el esquema (21) del circuito que se quiere montar, y encima del panel (10) , o encima del conjunto de panel (10) y hoja (20) , va dispuesta una hoja de plastico transparente (30) , aislante y lisa, que tiene la misma forma que el panel base (10) y que se sujeta al panel gracias a la presion que los imanes de superficie conductora (40, 41) ejercen sobre ella contra el panel base

(10)

sobre la hoja de plastico transparente (30) se situan todos los imanes de superficie conductora que forman el juego, los que se emplean en el circuito (41) se encuentran situados sobre las posiciones deseadas por el usuario o en las posiciones indicadas por la hoja de papel (22) , los imanes que no se usan (40) se encuentran situados en un margen de la hoja de plastico transparente en una zona (12) separada de la zona que pueden ocupar los imanes que intervienen en circuitos.

15. Juego de modulos para construir circuitos electronicos didacticos segun la reivindicacion 14 caracterizado porque

cuenta con una segunda hoja de plastico (50) transparente y aislante que presenta una matriz ortogonal de agujeros (51) de la misma forma que el contorno de los imanes (40, 41) , siendo la separacion entre los agujeros la misma que existe entre los nodos de la matriz (11) del panel base (10)

la hoja de plastico agujereada (50) esta colocada directamente sobre la primera hoja de plastico (30) y de tal manera, que los imanes (41) colocados sobre esta primera hoja de plastico (30) que intervienen en el circuito electrico ocupando posiciones concretas (22) de la red de puntos de contacto, pasan a traves de los agujeros

(51) practicados en ella

la hoja de plastico agujereada (50) impide que los imanes (41) que la atraviesan pierdan su posicion sobre la primera hoja de plastico transparente (30) cuando se colocan sobre ellos modulos electronicos o cuando estos son retirados.

16. Juego de modulos para construir circuitos electronicos didacticos segun la reivindicacion 15 caracterizado porque

la separacion entre dos nodos adyacentes de la red de puntos de contacto (11) y la separacion entre dos agujeros (51) adyacentes de la hoja de plastico perforada (50) es 7.62 mm.

17. Juego de modulos para construir circuitos electronicos didacticos segun las reivindicaciones anteriores caracterizado porque

los imanes (40, 41) son de forma prismatica recta, de base circular o poligonal regular con un numero de lados multiplo de cuatro

tanto la cara superior como la inferior son planas y perpendiculares al eje del prisma

la polarizacion de los imanes es axial

todos los imanes tienen marcado el mismo polo de manera visible para asi colocar todos los imanes sobre el panel con el mismo polo hacia arriba y que la fuerza que aparezca entre ellos sea una fuerza de repulsion

al menos una cara de los imanes es conductora.

18. Juego de modulos para construir circuitos electronicos didacticos segun las reivindicaciones anteriores caracterizado porque

los diversos modulos electronicos que se suministran con el juego se encuentran panelados en circuitos 5 impresos de conjunto (1000)

los modulos electronicos cuyo circuito impreso base es de una sola cara (71, 75, 85, 91, 93, 95) estan panelados en un circuito impreso de conjunto de una sola cara

los modulos electronicos cuyo circuito impreso base es de dos caras (72, 73, 81, 92) estan panelados en un circuito impreso de conjunto de dos caras

los modulos estan unidos a sus circuitos impresos de conjunto (1000) mediante nervios o zonas debilitadas (1003) que se pueden romper facilmente con la mano o con una herramienta manual sencilla

las leyendas con el simbolo del componente o con su valor estan serigrafiadas directamente sobre los circuitos impresos.