Für unsere Kinder habe ich ein Logikspiel gebaut, welches „Erfinderkiste“ heißt und mit allem Zubehör in einer recht kompakten Holzkiste verstaut ist. Es beherbergt 21 kleine Holzklötzchen, in die verschiedene elektronische Schaltungen eingelassen sind, zudem Leitungen mit passenden Steckern und eine Schaltkonsole. Mit den Logikbausteinen lassen sich nach einem einfachen Regelschema eine großen Vielfalt an Erfindungen verwirklichen.

Das Spiel ist trotz der elektronischen Basis und der zu steckenden Leitungen kein Elektronikspiel, sondern ein Logikspiel. Es werden weder Elektronikkenntnisse benötigt noch vermittelt.

In dem recht ausführlichen Artikel erkläre ich euch, wie ich das Spiel gebaut habe, wie ihr es nachbauen könnt, wie es gespielt wird und führe es am Ende auch in einem Video vor.

Einleitung

Zuerst war die Kiste und nichts als die Kiste. Meine Frau hatte sie übrig und fragte mich, ob dafür noch Verwendung sei.

In dieser Kiste waren bereits drei verschieden große Fächer.

Hirnwindungen sind ja unergründlich, aber die Kiste lag nicht lange herum und schon war die Idee geboren und nahm vorerst im Kopf Gestalt an.

Bevor ich das Konzept und die Spielregel erkläre, muss ich erst den Aufbau zeigen, damit bekannt ist, was alles in der Erfinderkiste vorhanden ist.

Die Holzklötze

Ein superkompaktes Logikspiel sollte es werden. In jedem Klotz soll ein elektronisches Bauteil oder gar komplette Schaltungen untergebracht sein. Alles muss sehr robust ausgelegt sein. Kurzschlüsse und auch eine gewisse mechanische Beanspruchung seitens der Kinder muss das Spiel schadlos wegstecken.

Die Klötze werden jeweils mit Anschlussbuchsen versehen und können dann mit Leitungen verbunden werden. Hierbei wird nicht die elektrische, sondern eine logische Verbindung hervorgehoben. Die Buchsen haben zum einfachen Verständnis verschiedene Farben:

• Grün: Eingang
• Rot: Ausgang
• Schwarz: Massebezug

Auf die Regeln dazu gehe ich später ein.

Zunächst stellte ich eine Liste mit gewünschten Funktionen für die Klötze auf. Außerdem bestimmten die Größe des größten Fachs in der Kiste, sowie die kleinste herstellbare Klötzchengröße die Anzahl der Holzklötze: 21 Stück sollten es werden.

Hier liegen die 21 Klötzchen, welche ich gemäß meiner Liste bereits nummeriert habe, da die Bearbeitung sich für die jeweiligen Klötzchen fortan leicht unterscheidet. Es gibt nur Nummern bis 19, weil es zwei verschiedene Klötzchen jeweils doppelt geben soll. Die Oberfläche der Klötzchen ist je 30×34 mm² groß.

Zunächst habe ich je zwei Bohrungen gesetzt, an denen später eine Bodenplatte angeschraubt werden soll. Mit solchen Schablonen, wie dem hier angelegten Holzstück habe ich dabei ständig gearbeitet und viel Zeit gespart.

Dann habe ich weitere Löcher gebohrt, die später zu einem großen Innenhohlraum aufgefräst werden sollen.

Die Löcher sind nicht in allen Klötzen gleich.

Mit einem noch größeren Bohrer habe ich die Löcher geweitet.

Zwei Klötze habe ich dabei beschädigt. Da ich noch mehr Holz hatte, habe ich neue angefertigt und diese hier entsorgt.

Im nächsten Arbeitsschritt habe ich einen Flachfräser in die Standbohrmaschine eingespannt und die Klötze gemäß ihres zukünftigen Verwendungszwecks ausgehöhlt.

Auf der Oberseite erhielten die meisten Klötze individuelle Aussparungen. Das meiste davon ist mit der Bohrmaschinen und Schlüsselfeilen hergestellt worden.

Weil die Klötze später lackiert werden sollen, weil das Holz sonst nicht lange schön aussehen würde, habe ich die Oberfläche abgeschliffen.

Aus alten Bilderrahmenrückwänden habe ich diese 21 Bodenplättchen gesägt, mit denen die Klötze später auf der Unterseite verschlossen werden.

In den Bodenplatten habe ich passende Bohrungen und Senkungen vorgenommen.

Die Bodenplatten waren bis hierher absichtlich etwas zu groß. Ich habe sie nun ebenfalls nummeriert, dann an die passenden Klötzchen angeschraubt und schließlich mit dem Bandschleifer auf die Größe der Klötzchen abgeschliffen, sowie die Kanten gerundet.

Dann wurden die Klötzchen lackiert.

Für die Aufkleber zur Beschriftung der Anschlüsse habe ich mit einem Flachfräser etwa 0,5 mm tiefe Fräsungen vorgenommen.

Als Steckverbinder sollen Zwergstecker zum Einsatz kommen. Wie sich später gezeigt hat, waren die nicht die beste Wahl, weil sie nach einigen Steckzyklen zu leichtgängig werden und manchmal schlechten Kontakt haben. Die Stecker müssen dann jedes Mal wieder aufgespreizt werden, damit sie in den Buchsen wieder guten Halt haben. Ein besseres Stecksystem habe ich aber leider nicht gefunden. Die Stecker müssen nämlich kompakt, preiswert und kaskadierbar sein, d.h. es müssen mehrere Stecker an einer Anschlussbuchse ansteckbar sein. Zudem müssen die Steckkräfte für den Kinderbetrieb gering sein. Hier im Foto sieht man zwei solche Buchsen, eine komplett und eine demontiert.

Die Beschriftungsaufkleber habe ich aus Papier und doppelseitigem Klebeband hergestellt.

Klotz Nr. 1: Lampe, gibt es doppelt

Zwei Klötze habe ich mit einfachen LEDs plus Vorwiderstand versehen. Es handelt sich um 10 mm breite LEDs in rot und weiß.

Die LEDs sind mit Heißkleber eingeklebt und direkt an den Anschlussbuchsen angelötet.

So sieht der fertige Klotz aus. Nur der Aufkleber in der Fräsung an der Oberseite fehlt noch.

Klotz Nr. 2: Zauberlampe

Die Zauberlampe ist eine LED mit automatischem Farbwechsel. Das ist keine großartige Funktion, aber hier habe ich an die kleineren Kinder gedacht, die das sicher faszinierend finden werden. Der Aufbau unterscheidet sich nicht vom eben gezeigten Klotz Nr. 1.

Klotz Nr. 3: Rot-Grün-Lampe

Noch ein weiteres Klötzchen ist mit Beleuchtung ausgestattet. Hier kommt aber eine Zweifarb-LED zum Einsatz. Je nachdem, welchen Eingang man verwendet, leuchtet die LED grün, rot oder in der Mischfarbe gelb.

So sieht der fertige Klotz mitsamt Aufklebern aus.

Klotz Nr. 4: Blaulicht

Dieser Klotz enthält einen Wechselblinker oder auch astabile Kippstufe genannt. Wenn es wie hier nur eine grüne Anschlussbuchse und nicht mehrere gibt, habe ich keinen Aufkleber als Beschriftung vorgesehen, weil die Bedeutung dann immer ist, dass der Klotz hiermit eingeschaltet wird. Zudem enthält der Klotz zwei Ausgänge, die ebenfalls im Wechsel geschaltet werden. Somit kann die Kippstufe auch andere Funktionen steuern.

Nachfolgend ist der Schaltplan der in diesem Klotz befindlichen Elektronik zu sehen (Anklicken zum Vergrößern).

Der Klotz hat einen etwas größeren Innenraum und Aussparungen für vier Buchsen und zwei LEDs.

Und hier ist die oben gezeigte Elektronik eingebaut. Ich habe die Bauteile einfach zu einem Klumpen zusammen gelötet. Später ist alles gegen Zugriff geschützt und gefährliche Spannungen gibt es im System ohnehin nicht.

Der fertige Klotz.

Klotz Nr. 5: Ampel automatisch

Die automatische Ampel ist schon recht unübersichtlich. Es handelt sich um eine Ampel mit bereits integrierter Steuerungslogik. Sobald man den Versorgungseingang mit dem Batteriesymbol und den Massebezug anschließt, startet die Ampel. Sie wechselt automatisch alle 20 Sekunden von rot über rot-gelb auf grün und später wieder zurück. Der schwarze Punkt hinter der Ampel ist ein integrierter Taster, mit dem die Ampel jederzeit sofort umgeschaltet werden kann. Der obere Eingang mit dem Taster-drück-Symbol hat denselben Zweck. Hier kann die Ampel aus der Ferne sofort umgeschaltet werden. Sobald dieser Umschalteingang betätigt wird, wird die Zeitsteuerung abgeschaltet und die Ampel kann dann ausschließlich ferngesteuert werden. Die drei Ausgänge sind jeweils aktiv, wenn die entsprechende Farbe leuchtet.

Nachfolgend ist der Schaltplan zu sehen.

Auch dieser Klotz ist recht gut ausgefüllt. Wie man sieht, kamen sogar SMT-Bauteile zum Einsatz.

Der fertige Ampel-Klotz.

Klotz Nr. 6: Ampel (passiv)

Es gibt diese weitere Ampel, die jedoch passiv funktioniert. Hier ist keine Steuerung enthalten. Stattdessen handelt es sich lediglich um drei LEDs mit jeweiligen Vorwiderständen.

Klotz Nr. 7: Drei Schalter

Dieser Klotz beinhaltet drei Schiebeschalter. Damit können die linken Eingänge jeweils mit den rechten Ausgängen verbunden oder getrennt werden.

Klotz Nr. 8: Warnlampe

Mein Sohn war zu der Zeit, als ich die Erfinderkiste baute, sehr an Warnschildern interessiert. Z.B. hat er solche Symbole aus meinen alten Reichelt-Katalogen ausgeschnitten

Also musste auch ein leuchtendes Warndreieck in der Erfinderkiste enthalten sein.

Hierfür habe ich einen Klotz mit einem dreieckigen Ausschnitt versehen, ein passendes Plexiglasstück zurechtgefeilt und einen farbigen Aufkleber eingebaut.

Innen ist eine helle weiße LED platziert, die den Aufkleber aus möglichst großem Abstand beleuchtet, damit die Leuchtfläche schön homogen angestrahlt wird.

Klotz Nr. 9: Wippschalter

Hierzu kann man nicht viel sagen. Ich habe einen einfachen Wippschalter eingebaut.

Klotz Nr. 10: Taster

In diesen Klotz ist ein Taster integriert. Der Taster hat jedoch die Besonderheit, dass er als Wechsler fungiert, also einen Ruhekontakt und einen Arbeitskontakt hat. Darum kann der Klotz mit zwei Ausgängen versehen werden. Der obere Ausgang ist aktiv, wenn der Taster gedrückt ist und der untere Ausgang, wenn der Taster losgelassen ist.

Klotz Nr. 11: Tongenerator

Dieser Klotz enthält einen Tongenerator. Er kann drei verschiedene Töne erzeugen. Der obere Eingang lässt ein Martinshorn ertönen, der mittlere eine auf- und wieder abschwellende Frequenz, wie eine Alarmanlage, und der untere Eingang erzeut einen Piepton. Martinshorn und Alarmanlage ertönen solange die Eingänge aktiv sind. Der Piepton ertönt nur einmalig. Er ist gut geeignet, um Flanken, also Einschaltvorgänge, zu signalisieren. Nachfolgend ist der Schaltplan zu sehen.

Klotz Nr. 12: Zähler, gibt es doppelt

Jetzt kommen wir mal langsam zu den etwas komplexeren Klötzen, die nicht nur einfache Lampen und Schalter enthalten. Hier gibt es in doppelter Ausführung einen Zähler. Dieser Klotz enthält eine einstellige Ziffernanzeige. Sobald der Versorgungseingang mit Batteriesymbol aktiv ist, leuchtet die Anzeige auf. Mit Pulsen auf die Plus- und Minuseingänge kann der Zähler betätigt werden. Am roten Ausgang werden Überläufe ausgegeben. Wird der Überlauf eines Zählers auf den Inkrementeingang (Plussymbol) des anderen Zählers geschaltet, kann man ein mehrstelliges Zählwerk bauen. Nachfolgend ist der Schaltplan zu sehen (Anklicken zum Vergrößern).

Klotz Nr. 13: Lichtschranke 1 (Sender)

Definitiv spannend für die Kinder ist die Lichtschranke. Dabei handelt es sich um ein Paar aus diesem Senderklotz und einem Empfänger (nachfolgend). Diese können aufeinander ausgerichtet platziert werden. Der Sender kann lediglich eingeschaltet werden. Der Zustand wird über eine kleine Leuchtdiode signalisiert. Nachfolgend ist der Schaltplan zu sehen. Die enthaltene Infrarotleuchtdiode wird mithilfe eines klassischen TLC555-Chips gepulst betrieben. Darauf kann der Empfänger reagieren und das Infrarotlicht der Lichtschranke somit von anderen Infrarotlichtquellen, wie z.B. dem Sonnenlicht, unterscheiden.

Den Aufbau mit der Infrarotleuchtdiode habe ich aus einer Ventilkappe von einem Fahrradschlauch und einer Kunststoffdistanzhülse hergestellt.

Der Sender sendet das unsichtbare Licht zur rechten Seite des Klotzes aus, während der Empfänger es von der linken Seite aus empfängt.

Klotz Nr. 14: Lichtschranke 2 (Empfänger)

Und hier folgt nun der Empfänger der Lichtschranke. Der Klotz enthält einen Eingang zur Inbetriebnahme. Der obere Ausgang ist bei nicht-unterbrochener Lichtschranke aktiv und der untere bei unterbrochener Lichtschranke. Beide Ausgänge verfügen über eine Kontroll-LED.

Nachfolgend ist der Schaltplan zu sehen.

Klotz Nr. 15: Helligkeitssensor

Dieser Klotz lässt ebenfalls sehr spannende Experimente zu, weil er das Umgebungslicht wahrnimmt. Unter der mittig eingelassenen Hülse sitzt ein Helligkeitssensor. Die Ausgänge sind dann bei einem jeweiligen Lichtlevel aktiv: Bei Nacht oder Dämmerung ist der untere Ausgang mit Mondsymbol aktiv und bei Tageslicht der mittlere mit Sonnensymbol. Wird der Sensor dagegen aktiv beleuchtet, nimmt er noch mehr Licht wahr und aktiviert den oberen Ausgang.

Nachfolgend ist der Schaltplan zu sehen.