DE3722601A1

DE3722601A1 - Bauelemente fuer die konstruktion einer dreidimensionalen struktur

Info

Publication number: DE3722601A1
Application number: DE19873722601
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Shima
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1987-07-08
Publication date: 1988-02-18
Also published as: US4787191A; CA1302043C; FR2606805B3; GB2193780A; FR2606805A1; GB8716076D0; AU7493887A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gruppe von Bauelementen für den Aufbau einer Vielzahl dreidimensionaler Objekte. Genauer betrifft sie eine Gruppe von Bauelementen, durch deren Kombination jede Art von Körper wie Polygone und Polyeder nach der Vorstellung des Konstrukteurs aufgebaut werden können.

Bei der Konstruktion eines dreidimensionalen Fachwerks wurden die Verbindungspunkte und die Stangen bisher in Übereinstimmung mit dem vorher bekannten Fachwerk entworfen und produziert. Bei dieser konventionellen Art der Konstruktion mußte die Anzahl und die Vielfalt der Bauelemente genauso wie die Form und Größe anwachsen mit dem Ergebnis, daß dadurch nicht nur die Produktionskosten und die Zeit zum Aufbau des Fachwerks sich erhöhten, sondern auch diese Elemente für einen generellen Einsatz ungeeignet waren, weil sie für jeden Einzelfall produziert wurden.

Im Gegensatz dazu ist es durch die Erfindung möglich geworden, jede Art von Polygonen und Polyedern frei aufzubauen durch den Einsatz einiger weniger standardisierter Stangen, polygonaler Platten und Verbindungspunkte, wobei die Stangen die Kanten und die polygonalen Platten die Oberfläche einer dreidimensionalen Struktur bilden und Halteelemente an diesen beiden vorgesehen sind, um die Arme der Verbindungspunkte zu halten. Ungeachtet der Tatsache, daß Stangen, die polygonalen Platten und die Verbindungspunkte in einigen wenigen Formen standardisiert sind, kann deshalb eine Vielzahl von Polygon- oder Polyederstrukturen durch deren Kombination aufgebaut werden, die niemals zusammenbrechen, solange nicht sehr starke Kräfte einwirken.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine neue Gruppe Bauelemente zu schaffen für den Aufbau vielfältiger dreidimensionaler Objekte, bei denen konventionelle Schwierigkeiten und Nachteile vollkommen eliminiert sind. Die oben genannte und andere Aufgaben und Möglichkeiten dieser Erfindung werden im folgenden vollständig durch die Erwägung der folgenden Beschreibung hervortreten, die im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen gesehen wird, wobei beispielhaft ein Beispiel dargestellt wird.

In den Figuren zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Vollkreisverbindungspunktes

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Halbkreisverbindungspunktes

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Stange

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer dreieckigen Platte im Sinne der o.g. polygonalen Platte

Fig. 5 eine Darstellung der Verbindung von zwei Vollkreisverbindungspunkten

Fig. 6 eine Darstellung der Verbindung eines Vollkreis und eines Halbkreisverbindungspunktes

Fig. 7 längsgerichtete Querschnittsansicht einer Stange

Fig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Halteelements einer Stange

Fig. 9 eine Aufsicht der Unterseite der dreieckigen Platte aus Fig. 4

Fig. 10 eine Darstellung des Aufbauvorgangs einer gleichförmigen Tetraederstruktur

Fig. 11 und 12 eine Darstellung eines modifizierten Vollkreisverbindungspunktes.

Die Erfindung wird im folgenden genauer beschrieben unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen perspektivische Ansichten von zwei Arten von Verbindungspunkten, einer Stange und einer dreieckigen Platte. In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 einen Vollkreisverbindungspunkt bzw. einen Halbkreisverbindungspunkt, die für den Aufbau einer dreidimensionalen Struktur unverzichtbar sind. Der Vollkreisverbindungspunkt 1 besitzt ein ringförmiges Hauptteil 1 a, auf dessen Außenseite sechs Arme 3 radial im gleichen Winkel zueinander befestigt sind, während der Halbkreisverbindungspunkt 2 ein halbringförmiges Hauptteil 2 a besitzt, auf dessen Außenseite drei Arme 3 radial in der Mitte und an dessen linken und rechten Seite befestigt sind, wobei die Hauptteile 1 a und 2 a und die Arme 3 einstückig ausgeführt sind. Bei jedem Arm 3 sind der mittlere und der untere Teil ein wenig stärker ausgeführt als der obere Teil, der in Form eines kugelförmigen Gebildes 4 ausgebildet ist, so daß er durch ein Halteelement 13 gehalten werden kann, auf das später Bezug genommen wird. Ein Paar rechteckiger Kerben 5 sind gegenüberliegend auf der Außenseite des ringförmigen Hauptteils 1 a entsprechend angeordnet, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Weite der Kerben 5 entspricht der Dicke des ringförmigen Hauptteils 1 a. Dadurch können zwei Vollkreisverbindungspunkte 1 miteinander in Kreuzform verbunden werden, wie in Fig. 5 dargestellt.

Der halbkreisförmige Verbindungspunkt 2, der drei Arme besitzt, ist mit zwei kreisförmigen Platten 6, 7 ausgerüstet, wie in Fig. 2 und 6 dargestellt. Das halbringförmige Hauptteil 2 a ist auf der kreisförmigen Platte 6 und der kreisförmigen Platte 7 befestigt, wobei ein Teil der kreisförmigen Platte 7 in Form eines Fächers 9 ausgeschnitten ist und mit der Platte 6 mit Hilfe eines zylindrischen Elements 8 einstückig verbunden ist. Ein Paar kreisförmig konkaver Enden 10 , angeordnet an einem Paar von Vorsprüngen 11 und vis-a-vis gegenüberliegend in der Mitte des ringförmigen Hauptteils 1 a des Vollkreisverbindungspunktes 1 sind so geformt, daß sie das zylindrische Element 8 stramm halten können, wenn die kreisförmige Platte 7 des halbkreisförmigen Verbindungspunktes 2 in der Mitte des Vollkreisverbindungspunktes 1 durch Ausnutzung des Vorteils des ausgeschnittenen Teils 9 angeordnet wird. Fig. 6 zeigt das ringförmige Hauptteil 1 a eines Vollkreisverbindungspunktes 1, das so zwischen die kreisförmigen Platten 6 und 7 gebracht wurde, so daß es sich um das zylindrische Element 8 drehen kann, das die beiden Platten 6 und 7 verbindet. Sowohl der Vollkreis als auch der Halbkreisverbindungspunkt, die Arme 3, das ringförmige und das halbringförmige Hauptteil 1 a, 2 a und die kreisförmigen Platten 6, 7 eingeschlossen sind in ihren Formen aus einem elastischen und federnden Material ausgebildet, wie z.B. Plastik, so daß sie sich beim Vorgang ihrer Verbindung einer Deformation anpassen.

Fig. 7 zeigt eine Stange 12, die die Kante eines Körpers bildet, oder mit anderen Worten, das Skelett einer dreidimensionalen Struktur. Die Länge der Stange 12 ist in einer geringen Auswahl standardisiert. Beide Enden der Stange 12 sind mit Halteelementen 13 ausgerüstet, durch die jeder der Arme 3 der Verbindungspunkte 1 und 2 nach der Vorstellung des Konstrukteurs gehalten werden können. Eine Seite in der Mitte der Stange 12 ist abgeflacht, so daß dort eine teilkreisförmige Kerbe 14 entsteht, um die Überkreuzung einer anderen Stange 12 in einer Ebene zu gestatten. Zwischen der Kerbe 14 und dem Halteelement 13 an den beiden Enden ist die Stange 12 geschlitzt mit Ausnahme von Verstärkungen 15.

Wie in Fig. 8 dargestellt, umfaßt das Halteelement 13 eine Klaue 19, eine Bohrung 17 zur Aufnahme des kugelförmigen Endes der Arme 3 in Längsrichtung und eine Bohrung 18 senkrecht zur Längsrichtung. Die Klaue 19 für die Halterung des kugelförmigen Endes 4 der Arme 3 ist dort angeordnet, wo sich die längsgerichtete Bohrung 17 und die dazu quer verlaufende Bohrung 18 treffen. Der Querschnitt der Klaue 19 ist im wesentlichen in Form eines rechtwinkeligen Dreiecks ausgebildet, dessen konkave Hypotenuse gegen die Öffnung der longitudinalen Bohrung 17 gerichtet ist, so daß die Hypotenuse als eine Führung 21 für das eingesteckte kugelförmige Ende 4 des flexiblen Arms 3 dient, um aus einer Öffnung 20 herauszukommen, die die Bohrung 18 erweitert, wie in Fig. 8 durch die gestrichelte Linie dargestellt.

Wenn das kugelförmige Ende 4 des Arms 3 hineingedrückt wird (von der oberen Seite in Fig. 7 und 8), sind der Arm 3 und die Stange 12 miteinander durch den Eingriff des Randes des kugelförmigen Endes 4 mit der Spitze der dreieckigen Klaue 19 verbunden. Wenn das kugelförmige Ende 4 des Arms 3 von der anderen Seite her herausgedrückt wird (von der Unterseite in Fig. 7 und 8) werden der Arm 3 und die Stange 12 voneinander durch Auflösen des Eingriffs der Kante des kugelförmigen Endes und der Spitze der dreieckigen Klaue 19 getrennt.

Die Fig. 4 und 9 zeigen eine dreieckige Platte 22. Auf jeder Seite der Platte 22 sind zwei entsprechende Kerben vorgesehen, in denen ein L-förmiger Haken 24 nach unten gerichtet angeordnet ist, so daß die Stangen 12 gehalten werden, die das Skelett eines Fachwerks bilden. Diesem Beispiel entsprechend bedeutet das, daß die dreieckige Platte dafür vorgesehen ist, in ein Dreieck eingesetzt zu werden, das durch Stangen 12 und Verbindungspunkte 1 oder 2 gebildet wird, die den Ecken des Dreiecks zugeordnet sind.

Die dreieckige Platte 22 besitzt ebenso Halteelemente 25 an jeder Spitze auf der Unterseite wie in Fig. 9 dargestellt, wobei das Halteelement nach außen zeigt, so daß es Arme der Verbindungspunkte 1 und 2 aufnehmen kann. Der Haken 24 und das Halteelement 25, das denselben Aufbau wie das Halteelement 13 hat, sind zusammen mit der dreieckigen Platte 22 einstückig ausgeführt, in deren Mittelpunkt ein kleiner runder, verdünnter Teil 26 gebildet ist, so daß zwei dreieckige Platten 22 durch eine Schraube und eine Mutter falls nötig verbunden werden können, wenn der Teil 36 mit den Fingern oder etwas anderem durchbrochen wurde.

Wie oben bereits festgestellt, kann die Stange 12 und die dreieckige Platte 22 mit einem Vollkreisverbindungspunkt 1 oder einem Halbkreisverbindungspunkt 2 verbunden werden. Deshalb können sie zusammengesetzt werden mit einer Verbindung, bestehend aus zwei Vollkreisverbindungspunkten 1 oder einem Vollkreisverbindungspunkt 1 und einem Halbkreisverbindungspunkt 2, wodurch eine ausreichende Zahl verschiedener dreidimensionaler Strukturen gebildet werden kann.

Wenn z.B. ein gleichförmiger Tetraeder 27 benötigt wird, werden sechs Stangen 12 derselben Länge und vier Verbindungspunkte 1 oder 2 oder zusammengesetzte Verbindungspnkte 1 und 1, bzw. 1 und 2 benötigt, um den Rahmen zu bilden, der wie ein gleichförmiger Tetraeder geformt ist, in dessen Dreiecke vier dreieckige Platten 22 danach eingesetzt werden, wie in Fig. 10 dargestellt. In solch einem Fall bleibt es der Wahl des Konstrukteurs überlassen, welcher Verbindungspunkt einzeln oder in Kombination genutzt wird.

Wie der gleichförmige Tetraeder 27 oben erwähnt, können reguläre Polyeder, Polygone, polygonale Prismen oder ähnliches hergestellt werden. Gleichzeitig können gleichartige oder unterschiedliche Ausführungen solcher dreidimensionaler Strukturen nach deren Herstellung zusammengesetzt werden. Weil die Verbindungspunkte 1 und 2 aus einem elastischen und federnden Material hergestellt sind, können sie sich an die Verformung anpassen, die durch kleine Unterschiede in den Längen der Seiten, den Größen der Spitzen oder den Raumwinkeln in einer dreidimensionalen Struktur hervorgerufen wird, wodurch Spannungen absorbiert und verteilt werden, die durch die Deformation durch Verdrehungen und Verbiegungen hervorgerufen werden.

Die Verbindungspunkte, die Stangen und die polygonalen Platten dieser Erfindung haben eine derart einzigartige Funktion, daß sie einsetzbar sind, beim Aufbau von Spielzeug, Lehrmaterial, Mobiles, Innendekorationen, Möbeln, Zelten, Nährböden für Fische, Fischernetze oder ähnliches. Andererseits können sie eingesetzt werden z.B. als eine schützende Umhüllung für Blumen oder zerbrechliche Gegenstände und als Gerüst eines Gewächshauses. Wie daraus hervorgeht, ist der Einsatzbereich sehr weit und beinahe unbegrenzt.

Solange das o.g. Beispiel betroffen ist, ist der Vollkreisverbindungspunkt mit sechs Armen der brauchbarste, da ein Dreieck als Basiseinheitsstruktur angesehen wird. Im Prinzip jedoch sind Verbindungspunkte mit fünf oder acht Armen wie in Fig. 11 und 12 dargestellt, in demselben Sinne einsetzbar. Ähnlich ist die dreieckige Platte mit der flachen Oberfläche zu ersetzen durch eine mit einer gewölbten oder kugelförmigen Oberfläche. Ebenso kann sie ersetzt werden durch ein Quadrat, ein Rechteck, eine pentagonale Platte oder ähnliches.

Wie aus dem Obengesagten hervorgeht, dienen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stange, eine polygonale Platte, ein Vollkreis und ein Halbkreisverbindungspunkt dazu, eine große Vielzahl dreidimensionaler Strukturen als Konstruktionseinheiten aufzubauen, die standardisiert sind in einer weitaus geringere Vielfalt und die deren Konstruktion wesentlich einfacher macht als zuvor. Darüber hinaus ist ein aufgebautes Fachwerk derartig stark zusammengesetzt, daß es niemals zusammenbricht, solange nicht beabsichtigt eine sehr große Kraft darauf einwirkt.

Claims

1. Bauelemente für die Konstruktion einer dreidimensionalen Struktur mit Stangen (12), die die Kanten bilden, polygonalen Platten (22), die die Oberflächen bilden und Verbindungspunkten (1, 2) mit Armen (3), die die Stangen (12) und/oder die polygonalen Platten (22) miteinander derart verbinden, daß die gewünschte Struktur gebildet wird.

2. Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stangen (12) und an den polygonalen Platten (22) Halteelemente (13) vorgesehen sind und daß die Enden (4) der Verbindungspunktarme (3) derart kugelförmig ausgebildet sind, daß jedes der Halteelemente (13) damit beliebig verbunden oder gelöst werden kann.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte 1, 2 zumindest in zwei Formen aus einem elastischen Material gebildet sind, so daß sie einzeln oder in Verbindung miteinander zur Verbindung der Stangen (12) und/oder der polygonalen Platten (22) eingesetzt werden können.

4. Bauelemente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (13) mit einer Klemmvorrichtung (19) für die kugelförmigen Enden (4) der Verbindungspunktarme (3) ausgerüstet sind.

5. Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der polygonalen Platten (22) Haken (24) vorgesehen sind, so daß diese Haken (24) die Stangen (12) an ihren Seiten halten können.