mini|Das Lego-System ist das weltweit weitestverbreitete Klemmbaustein-System. Klemmbausteine (auch Noppenbaustein oder Steckbaustein) sind modulare Konstruktionselemente, die üblicherweise aus Kunststoff gefertigt sind und die sich sowohl kraftschlüssig als auch formschlüssig zusammenbauen lassen. Die Basis-Bauteile sind meist quaderförmig, an der Oberseite in einem Rastermaß zylindrisch genoppt, an der Unterseite hohlkörperartig und an den Seiten glatt. Die strukturierte Oberseite wirkt durch Reibung und Formschluss mit der entsprechend negativ ausgestalteten Unterseite anderer Klemmbausteine zusammen, so dass sich komplexe Bauformen stecken lassen.
Eigenschaften mini|Kiddicraft- und Lego-Klemmbausteine in verschiedenen Farben. Die meisten Klemmbaustein-Systeme gehören nach der Systematik der Spielwissenschaft zur Spielgattung der Konstruktionsspiele. Kennzeichnende Merkmale von Klemmbausteinen sind: Modularität: Entsprechend dem Baukastenprinzip kann das Ganze in Teile aufgeteilt und entlang definierter Stellen wieder zusammengesetzt werden. Variabilität: Bereits sieben gleichfarbige 4×2-Steine erlauben über 85 Milliarden Kombinationsmöglichkeiten. Rekombinierbarkeit: Steine lassen sich immer wieder unterschiedlich zueinander anordnen.
Erstrebenswerte Eigenschaften sind: Passung: Toleranzen von wenigen Mikrometern verhindern ein Klemmen, Stufen oder erkennbare Spaltmaße zwischen den Steinen. Elastizität: Durch geringfügige Verformung der Steine beim Klemmen wird eine dauerhafte Klemm- bzw. Haftwirkung erreicht. Der winzige Größenunterschied zwischen Noppe und Noppenaufnahme muss elastisch ausgeglichen werden. Form-, Farb- und Thermostabilität: Trotz der mechanischen Beanspruchung der Steine soll keine plastische Verformung oder Bruch durch Deformation oder Stoß erfolgen, weder Funktion noch Optik gemindert werden. Chemische Stabilität: hohe Resistenz gegenüber Witterungseinflüssen, natürliche Ultraviolett- und Ionisierende Strahlung Verschleißfestigkeit trotz Reversibilität: Klemmverbindungen sollen mechanisch rückstandsfrei zu trennen sein, bei möglichst wenig Abrieb.
Die Noppen von Klemmbausteinen halten im anderen Bauteil zunächst durch Kraftschluss – er verhindert, dass sie einfach wieder herausrutschen aus dem anderen Bauteil. Bezogen auf Klemmbausteine wird die Kraft, eine Noppe aus ihrer Aufnahme zu ziehen, umgangssprachlich auch „Klemmkraft“ genannt. Bausteine verschiedener Hersteller unterscheiden sich hierin mitunter. Quer zur Noppe wirkt vor allem der Formschluss.
Abgrenzung Im Vergleich zu den meisten keramischen oder hölzernen Bausätzen lassen sich Konstruktionen schaffen, die auch (in beschränktem Umfang) Zugkräfte ertragen. Gegenüber Metallbaukästen weisen Klemmbausteine jedoch nur eine schwache Bindigkeit auf, da sie meist ohne spezielle Verbinder auskommen; die Bindigkeit kann jedoch durch formschlüssige Querverbindungen erhöht werden. Metallbaukästen sind meist raumbildender.
Pädagogischer Wert Der Umgang mit Klemmbaustein-Spielzeug erfordert und schult die Visuomotorik, die Koordination von visueller und haptischer Wahrnehmung und des Bewegungsapparates (Auge-Hand-Koordination, Kraftdosierung/-aufbau), die Feinmotorik, die Farbwahrnehmung, das räumliche Vorstellungsvermögen sowie die Orientierung darin und die gedankliche Vorwegnahme von Handlungsschritten. Es fördert die Kreativität, Fantasie sowie den Spieltrieb und dient der Selbstwirksamkeitserfahrung.
Material mini|Spritzgusswerkzeug für 4×2-Blöcke mini|Spritzgussform Oberseite Klemmbausteine werden fast immer aus thermoplastischem Kunststoff im Spritzgussverfahren gefertigt.LEGO-Spritzgießen. In: kunststoff-magazin.de. (Video; 5:03 min) (Andere Materialien siehe Kapitel Nachhaltigkeit.) Das Material der Klemmbausteine muss elastisch sein, um den Größenunterschied zwischen Noppen und Aussparung auszugleichen und eine bleibende Klemmwirkung zu erzeugen, dabei auch bei vielfacher De-/Montage sowie Zug-/Druckbelastung formstabil und bruchfest bleiben. Die Oberflächen sollten glatt aber griffig sein und Toleranzen von nur wenigen Mikrometern haben, da die Ober- und Unterseite der Klemmbausteine als Steckfassung füreinander dienen.
Beispiel Lego Lego nutzte anfangs das Material Celluloseacetat (CA), ein Acetat der Cellulose. Seit 1963 werden Legosteine aus dem Kunststoff Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) hergestellt. Transparente Bauelemente bestehen aus Polycarbonat („Makrolon“)Lego, das Spielzeug des Jahrhunderts. In: wissen.de. und Achsen wegen dessen höherer Torsionssteifigkeit aus Polyamid (PA). ABS hat ein geringes spezifisches Gewicht bei einer Dichte von 1,03 bis 1,07 g·cm−3. Durch die gute Schlagfestigkeit ist es bruchfest, eine Oberflächenhärte von 50–60 Shore macht es kratzfest gegenüber Fingernägeln. Das Material ist resistent gegen wässrige Chemikalien, jedoch unbeständig gegen Lösungsmittel wie Aceton. Celluloseacetat ist ein semisynthetisches Material (anthropogene Modifikation des Biopolymers Cellulose), alle anderen genannten Materialien sind vollsynthetisch und üblicherweise petrochemischen Ursprungs.
Das Kunststoffbauteil toleriert Erhitzen bis zu einer Temperatur von 80 °C und hat gute mechanische und akustische Dämpfungseigenschaften. Die verwendeten amorphen Thermoplaste sind matt glänzend, verschiedene Farben sind herstellbar.
Nachhaltigkeit Der Verwitterungsprozess von aus Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) hergestellten Klemmbausteinen kann laut einem Forschungsergebnis der University of Plymouth im Meer je nach Bedingungen zwischen 100 und 1300 Jahre dauern, weshalb manche Hersteller den Umstieg auf nachhaltigere Rohstoffe anstreben; einige Hersteller fertigen Lego-kompatible Bausteine beispielsweise aus Holz, aus Bioethanol oder verwenden Harze aus Naturstoffen als Basis, ebenso sollen mitunter die Verpackungen umweltfreundlicher werden. Es gibt auch Klemmbausteine aus Pappe.Gigi-Homepage, große Klemmbausteine aus Pappe. Rote und gelbe Bausteine von Lego, die zwischen 1963 und 1981 gefertigt wurden, können unter Magensäureeinwirkung krebserregendes Cadmium freigeben in heutige Grenzwerte ca. 10-fach (Zitat: „by 1 order of magnitude“) überschreitender Menge.
Vom Standpunkt der Ressourcenherkunft war Celluloseacetat (siehe oben) nachhaltiger als die meisten heute genutzten Alternativen, da Cellulose nach Lignin das zweithäufigste Biopolymer ist – mit hohen Gehalten gerade in nicht essbaren Pflanzen und Pflanzenteilen (Blätter, Bagasse, Stroh etc.).https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=1461 Allerdings sind die Eigenschaften bzgl. biologischer Abbaubarkeit oft unbefriedigend.https://www.daicel.com/cell_ac/en/cellulose/marine_biodegradable.html Bedenkenswert ist auch, dass Klemmbausteine oft mehrere Jahrzehnte in Nutzung verbleiben und daher allzu leichte Degradierung der gewünschten Eigenschaften – obwohl im Sinne der Vermeidung persistenter Abfälle wünschenswert – für den Nutzer eher geplanter Obsoleszenz gleichkommt.https://oliviafortheocean.com/why-green-plastics-arent-any-better/
Gerade bei petrochemischer Herkunft stellt sich zudem die Frage, ob der biologische Abbau (der letztlich im besten Fall den Kunststoff vollständig zu Wasser und CO2 abbaut) einer so genannten „thermischen Verwertung“ in modernen Müllverbrennungsanlagen mit entsprechender Filtertechnik vorzuziehen ist, da beim biologischen Abbau der immer noch erhebliche Heizwert von Plastikabfällen ungenutzt „verpufft“, während Müllverbrennung Strom, Fernwärme oder Ersatzbrennstoff liefern kann.
Nur wenn ein stoffliches Recycling (ohne Downcycling) ohne allzu hohen Energieaufwand gelingt, sind entsprechend als „grün“ beworbene Plastikmaterialien unzweifelhaft den bisherigen Werkstoffen in dieser Hinsicht überlegen. Hilfreich hierfür sind möglichst reine Stoffströme, zum Beispiel in Form von Pfandsystemen.
Geschichte Anfänge und erste Patente Während Konstruktionsspielzeuge im 19. Jahrhundert primär aus losen Holz- und Steinbaukästen (wie den Anker-Steinbaukästen) bestanden, entstanden in den 1920er Jahren die ersten Konzepte für formschlüssige Verbindungen. Eines der frühesten dokumentierten Systeme, das das Prinzip von Noppen auf der Oberseite und passenden Aussparungen auf der Unterseite nutzte, war das belgische Bausystem Batima.
Der Brüsseler Ingenieur Louis Cousin meldete das System im Juni 1923 zum Patent an.Patentschrift GB 217243 (A). Prioritätsdatum (Belgien): 6. Juni 1923. Erteilt: 1925. Erfinder: Louis Cousin; Anmelder: Joseph Girlot. Online abrufbar über die Europäische Patentdatenbank Espacenet, abgerufen am 20. Juli 2026. Die aus Steinpappe oder Galalith gefertigten Blöcke hielten nicht nur durch ihr Eigengewicht: Cousins Patent sah bereits elastische Einlagen aus Filz oder Naturgummi vor, um einen festen Sitz (Klemmkraft) der Noppen zu gewährleisten.Vgl. Patentschrift GB 217243 (A), Claim 2. Cousin nahm damit das Interlocking-Prinzip vorweg, das Jahrzehnte später den Markt dominieren sollte.
1934 startete die Rubber Specialties Company in den Vereinigten Staaten die Produktion ihrer Bild-O-Brik aus Gummi. Von 1935 bis 1976 stellte die Premo Rubber Company die MiniBrix her. Das System bestand aus braunen Gummisteinen im Grundrastermaß Zoll.Malcolm Hanson: The History of Minibrix. In: minibrix.com. (englisch) Ab 1939 fertigte die Firma Halsam Products ihre American Bricks aus gepresstem Holz.Halsam. In: toyhistory.com. 5. Juli 2008. (englisch)
Die ELGO Plastic Company produzierte ab 1946 Klemmbausteine unter der Bezeichnung Elgo American Plastic Bricks.Lego vs. Elgo. In: eurobricks.com. 13. März 2016. 1949 begann die dänische Firma Lego mit der industriellen Fertigung seines Automatic Binding Bricks, der allerdings wie seine Vorgänger innen hohl war und daher nur eine sehr geringe Haftwirkung erzeugte. Die Steine sind eine nahezu identische Kopie der 1947 erschienenen Self-locking Building Bricks der englischen Marke Kiddicraft des Spielzeugentwicklers Hilary Page. In der 1997 erschienenen Publikation Developing a Product bezieht sich Lego explizit auf die Herkunft des Klemmbausteins:
Kombinationsmöglichkeiten Klemmbausteine können mannigfaltig miteinander kombiniert werden. Zwei gleichfarbige 4×2 Steine können auf 24 Möglichkeiten angeordnet werden, bei dreien sind dies bereits 1560. Die Zahl der Kombinationen steigt bei nur sieben gleichfarbigen 4×2-Steinen auf über 85 Milliarden, wie eine Arbeit der Mathematischen Fakultät der Universität Aarhus darlegt. mini|links|hochkant|Alle 24 Möglichkeiten, zwei gleichfarbige 4×2-Steine anzuordnen. Alle weißen Paare sind jeweils bereits durch eines der roten Paare repräsentiert.
Anzahl gleichfarbiger4×2-Steine resultierendeKombinationsmöglichkeiten 1 1 2 24 3 1.560 4 119.580 5 10.116.403 6 915.103.765 7 85.747.377.755
Modelle und Hersteller
mini|Maße der Klemmbausteine gemäß Lego-System Klemmbaustein-Konstruktionsspielzeug wird meist in Baukästen mit Bauanleitung vertrieben, seltener als sortenreines oder gemischtes Schüttgut. Ergänzend zum Hauptmodell eines Bausatzes wird gelegentlich auch eine Bauanleitung für ein alternatives Modell („B-Modell“) beigelegt, häufig wird dann auch damit geworben („2-in-1“, „3-in-1“). Klemmbausteine werden in unterschiedlichen Formen, Größen und Systemen weltweit von verschiedenen Herstellern produziert, wobei die Mehrheit der Hersteller sich an den Konstruktionsmaßen von Lego orientiert, einem Rastermaß von 8 × 8 mm (und weitere Formvorgaben), um ihre Stecksysteme kompatibel zu halten. Die meisten Hersteller produzieren neben den Standardformen Spezialbausteine, auf die wiederum Klemmbausteine der eingangs beschriebenen Art aufsetzbar oder aufklemmbar sind.
Einige Hersteller konzentrieren sich auf so genannte MOCs („My Own Creation“), die von Baustein-Fans entwickelt und zum Nachbau freigegeben oder lizenziert wurden.
Rechtsstreitigkeiten wegen Markenschutz
Lego-System