CH666136A5 - Raummodell einer molekuelstruktur und vorrichtung zu seiner montage und demontage. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf wissenschaftliche Anschauungsmittel und betrifft ein Raummodell einer Molekülstruktur sowie eine Vorrichtung zu seiner Montage und Demontage.

Raummodelle von Molekülstrukturen stellen miteinander verbundene Moduln dar, die z.B. aus Kunststoffen hergestellt werden. Die Moduln können als Hemisphären, Ellipsoïde, Hemisphären mit abgeschnittenen Flächenabschnitten oder als Polyeder ausgebildet sein. Jeder Modul ist die Nachbildung eines Atoms. Der Modulradius entspricht dem Van-der-Vaals'sehen Atomradius und der Abstand der Modulschnittfläche vom Modulmittelpunkt — dem kovalenten Atomradius. Die Verbindungselemente der Moduln modellieren Atombindungen, und die Winkel zwischen ihren geometrischen Achsen stellen Valenzwinkel dar. Die Drehung einzelner Moduln oder ihrer Komplexe um die Verbindungselemente gibt die Konformationsbewegungen der Atome im Raum wieder.

Bekannt sind Raummodelle von Molekülstrukturen, die aus Moduln in der Art von einteiligen sphärischen Elementen bestehen. Die Verbindungselemente zwischen den Moduln stellen geschlitzte Metallhülsen mit vermindertem Querschnitt im mittleren Teil dar, die in glattwandige Löcher der Moduln eingesetzt werden (vgl. z.B. den Bausatz «Eygon» des wissenschaftlichtechnischen Instituts der organischen und Kunststoffindustrie, Budapest, HU).

Infolge der glatten Oberfläche der Verbindungselemente werden aber die Hülsen beim Drehen des Moduls allmählich aus den Modullöchern herausgeschoben, wobei der Gesamtaufbau des Raummodells und die Genauigkeit der Nachbildung der Molekülstruktur gestört werden. Unhandlich ist auch die zur Verbindung der Moduln notwendige Vorrichtung in Form einer Zange. Ausserdem bricht der schmale Hülsenteil nicht selten.

All dies beschränkt die Benutzung solcher Moduln auf die Wiedergabe relativ kleiner Molekülstrukturen.

Bekannt sind auch Raummodelle von Molekülstrukturen mit Kunststoffmoduln, die jeweils ein Atom der zu modellierenden Molekülstruktur nachbilden. Die Moduln haben die Form einer Sphäre, Hemispäre, eines Ellipsoids oder eines Polyeders, bei denen Oberflächenteile abgeschnitten werden können. Die Moduln sind hohl und weisen in ihren Wänden Öffnungen auf, die im Mittelpunkt der Schnittfläche liegen. Die Öffnungen sind kegelförmig mit einem Neigungswinkel von ca. 4° ausgeführt, wobei der schmale Teil der Öffnungen dem Mittelpunkt des Moduls zugewandt und von einem abgestuften Vorsprung umgeben ist, der den Eingang in den Modulhohlraum einengt.

Die zur Verbindung der Moduln bestimmten Elemente haben die Form zweier abgestumpfter Kegel, die mit ihren grossen Grundflächen miteinander verbunden sind. Die Oberflächen dieser Kegel weisen Rillen auf, die beim Verbinden der Moduln mit den abgestuften Vorsprüngen der Modullöcher eingreifen (US-Patentschrift Nr. 3 170 246).

Ein Nachteil solcher Raummodelle ist ihr komplizierter Aufbau infolge der komplizierten Konfiguration der Verbindungselemente und der Modulöffnungen. Die Art einer derartigen Modulbefestigung ist nur bei kleinen Modulabmessungen möglich, wobei die Herstellung solcher Moduln in einem einmaligen Giessprozess technologisch besser wäre. Ausserdem ist die Befestigung der Moduln eines solchen Raummodells sehr nachgiebig. Beim Modellieren grosser Moleküle kann man wegen dieser Nachgiebigkeit nicht erkennen, ob die Änderungen im Modell den wirklichen Konformationsbewegungen entsprechen oder durch konstruktive Mängel hervorgerufen werden.

Der Zusammenbau der bekannten Raummodelle von Molekülstrukturen erfolgt durch Einsetzen der Verbindungselemente in die Modullöcher oder Modulöffnungen, wobei weitgehend besondere Vorrichtungen verwendet werden. Man benutzt z.B. ein Werkzeug zum Aufweiten der Modulöffnungen, das einen Dreikantschaber mit Griff und Endstück darstellt, welcher in der Öffnung gedreht wird, wobei seine Schneiden eine Werkstoffschicht abheben. Dabei kommt es am Öffnungsrand zur Gratbildung, und der Grat beschädigt sowohl den Modul als auch die Verbindungselemente.

Es ist auch eine Vorrichtung zum Trennen der Moduln vom Raummodell bekannt, die eine dünne Metallplatte mit halbrundem Ausschnitt an einem Ende darstellt. Zum Lösen der Moduln wird das Ende der Platte zwischen die Moduln geschoben, und die Platte wird mittels eines Griffes geneigt.

Beim Neigen dieses Werkzeuges in der Art eines Hebels zur Modultrennung entsteht aber ein asymmetrisches Moment einer Kraft, welches das ganze Modell in unerwünschter Weise beein-flusst. Zudem kann diese Vorrichtung zur Montage des Modells nicht benutzt werden (Prospekt «Précision Molecular Models», The Baling Corporation, South Natik, Massachusetts, 1980, 67-7120, p. 3, 17).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Raummodell einer Molekülstruktur und eine Vorrichtung zu seiner Montage und Demontage zu entwickeln, die eine einfache Konstruktion ermöglicht und auch ein sicheres Nachbilden von Konformationsbewegungen, besonders beim Modellieren grosser Makromoleküle mit veränderlichen Atomabständen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Raummodell nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemässe Ausbildung dieses Raummodells ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Die Vorsprünge und die Einsenkungen werden auf dem zylindrischen Stab zweckmässigerweise so angeordnet, dass ihre Achse parallel zur Stabachse liegt und jedes Loch einen kegelförmigen Eingangsabschnitt aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch dadurch gelöst, dass bei einer zur Montage und Demontage des Raummodells einer

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Molekülstruktur bestimmten Vorrichtung mit gelenkig verbundenen Griffen, auf deren Enden Backen zum Erfassen eines Moduls bei seiner Montage im Raummodell der Molekülstruktur vorhanden sind, erfindungsgemäss die Backen einen verbreiterten Abschnitt zum Halten des Moduls aufweisen und gebogen ausgebildet sind, wobei die Backen auf ihrer Innenfläche keilförmige Vorsprünge zur Erleichterung der Moduldemontage haben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 einen zerlegten Teil eines Raummodells einer Molekülstruktur gemäss der Erfindung;

Fig. 2a, b ein zusammengebautes Raummodell;

Fig. 3 eine Variante des Makromolekülmodells;

Fig. 4 einen Modul des erfindungsgemässen Raummodells;

Fig. 5a, b, c einen Vorgang zur Ausführung eines kegelförmigen Abschnitts im Modulloch gemäss der Erfindung;

Fig. 6 eine Vorrichtung zur Montage und Demontage eines Raummodells gemäss der Erfindung;

Fig. 7a, b dieselbe Vorrichtimg in Arbeitsstellung.

Das Raummodell einer Molekülstruktur enthält miteinander verbundene Kunststoffmoduln 1 (Fig. 1, 2, 3), von denen jeder Modul ein Atom der zu modellierenden Molekülstruktur nachbildet. Die Moduln werden als Hemisphären 1' (Fig. 3), Polyeder 1", Ellipsoïde ausgebildet. All diese Moduln können teilweise abgeschnittene Flächen haben. Der Modulradius entspricht dem Van-der-Vaals'schen Atomradius und der Abstand der Modulschnittfläche vom Modulmittelpunkt — dem kova-lenten Atomradius.

Die Verbindüngselemente zwischen den Moduln 1, 1', V ' stellen zylindrische Stäbe 2 dar, deren ganze Oberfläche stufenlos geformte bevorzugt abgerundete Vorsprünge 3 und abwechselnd ähnlich geformte Einsenkungen 4 aufweist. Die Oberfläche der Stäbe kann somit als wellig gekennzeichnet werden.

Jeder Modul 1 hat zu seiner Befestigung Löcher 5, auf deren Innenfläche die gleichen Vorsprünge 6 und Einsenkungen 7 wie bei den Verbindungselementen vorgesehen sind.

Die Achse der Vorsprünge 3 und der Einsenkungen 4 liegt genau parallel zur Achse der Stäbe 2.

Beim Zusammenbau des Raummodells werden die Moduln 2 mit Hilfe der Stäbe 2 in erforderlicher Ordnung miteinander verbunden. Zu diesem Zweck werden die Stäbe 2 unter einem gewissen Druck in die Löcher 5 eingeschoben. Beim Verbinden greifen die Vorsprünge 3 der Stäbe 2 in die Einsenkungen 7 des Lochs 5 ein, während in die Einsenkungen 4 des Stabes 2 die Vorsprünge 6 des Lochs 5 (Fig. 2a) eingeschoben werden, wobei eine Keilverbindung entsteht. Beim vollständigen Zusammenbau liegen alle Vorsprünge 3, 6 in den entsprechenden Einsenkungen 4, 7. Beim Modellieren verschiedener Atomabstände bleibt ein Teil der Vorsprünge 6 und der Einsenkungen 7 frei (Fig. 2b).

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Beim vollständigen Zusammenbau liegen also die Moduln 1' und 1' (Fig. 3) dicht aneinander, wobei die Stäbe 2 nicht zu sehen sind, da sie im Inneren der Moduln 1', 1' liegen, während beim nicht vollständigen Zusammenbau die Stäbe 2 teilweise aus den Löchern 5 herausragen und die Moduln 1", 1" in einem Abstand voneinander liegen, was besonders gut in Fig. 3 mit einer Variante des Makromolekülmodells 8 zu sehen ist.

Zur Erleichterung der Montage der Moduln 1 wird der Abschnitt 9 (Fig. 4) am Locheingang konisch geformt. Dies erreicht man mit Hilfe einer besonderen Vorrichtung 10, die in Fig. 5a, c dargestellt ist. Sie besteht aus einem Griff 11, einem Schaft 12 und einem kegelförmigen Endstück 13.

Zum Aufweiten des Einganges ins Loch 5 wird das kegelförmige Endstück 13 (Fig. 5b) unter Krafteinsatz ins Loch 5 eingeführt. Infolge der bleibenden Verformung erhält der Eingangsabschnitt des Lochs 5 eine konische Form.

Fig. 6 und 7 zeigen eine Vorrichtung zur Montage und Demontage des Raummodells.

Sie enthält miteinander gelenkig verbundene Griffe 14 mit gebogenen Backen 15 an den Enden, wobei die Backen 15 einen verbreiterten Abschnitt 16 aufweisen.

Auf der Innenfläche der Backen 15 sind keilförmige Vorsprünge 17 vorgesehen.

Zum Verbinden der Moduln 1 und 1" ' (Fig. 7a) nimmt man einen Modul (1) mit bereits in sein Loch 5 eingesetztem Stab 2 und einen anderen Modul (1' " ) mit freiem Loch 5. Man bringt die Moduln 1, l" ' und den Stab 2 des Moduls' ' ' zwischen die verbreiterten Abschnitte 16 der Backen 15, worauf die Moduln zusammengedrückt werden. Von erfolgter vollständiger Befestigung der Moduln 1, V" mittels des Stabes 2 zeugt ein charakteristisches Knallgeräusch.

Zum Trennen der Moduln 1, 1" ' (Fig. 7b) hält man sie so, dass die keilförmigen Vorsprünge 17 in den Spalt zwischen diesen Moduln eingreifen. Beim Zusammendrücken der Griffe 14 werden die Moduln 1, l" ' voneinander getrennt, weil die Vorsprünge 17 in den Spalt eindringen.

Die erfindungsgemässe Ausführung der Verbindungselemente für ein Raummodell einer Molekülstruktur ermöglicht eine sichere Verbindung verschiedener Moduln im Modell und den Aufbau von Modellen hinreichend grosser Molekülstrukturen mit veränderlichen Atomabständen. Ausserdem kann das Modell mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung schnell und ohne grosse Anstrengungen zusammengebaut sowie auseinandergenommen werden.

Die Erfindung kann für wissenschaftliche, Forschungs- und Lehrzwecke zur Veranschaulichung der räumlichen Vorstellung von Molekülstrukturen der Stoffe und ihrer Umwandlung benutzt werden. Man verwendet die Erfindung zur Auswertung und Deutung von anfänglichen Daten, die man bei kristallogra-fischen Untersuchungen von chemischen Verbindungen erhält, sowie zur Ermittlung von wahrscheinlichsten Strukturzuständen dieser Verbindungen.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (5)

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1. Raummodell einer Molekülstruktur, das aus Kunststoffmoduln (1), die jeweils ein Atom der zu modellierenden Molekülstruktur darstellen, und Verbindungselementen (2), welche in die der Form des Verbindungselementes (2) entsprechenden Löcher (5) jedes Moduls (1) eingesetzt sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungselement (2) als zylindrischer Stab ausgebildet ist, dessen ganze Oberfläche sowie die entsprechende Innenfläche der Löcher (5) jedes Moduls (1) stufenlos geformte Vorsprünge (3, 6) und abwechselnd ähnlich geformte Einsenkungen (4, 7) aufweisen, und dass das Verbindungselement (2) mit dem Kunststoffmodul (1) eine Keilverbindung bildet.

2. Raummodell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (3) und die Einsenkungen (4) auf dem zylindrischen Stab (2) so angeordnet sind, dass ihre Achse parallel zur Achse des zylindrischen Stabes (2) selbst liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Raummodell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (9) am Eingang jedes Lochs (5) konisch ausgebildet ist.

4. Raummodell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmodule (1) die Form von Hemisphären oder Polyedern oder Ellipsoiden haben.

5. Vorrichtung zur Montage und Demontage des Raummodells nach Anspruch 1, mit gelenkig verbundenen Griffen (14), auf deren Enden Backen (15) zum Erfassen eines Moduls (1) bei seiner Montage im Raummodell der Molekülstruktur vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Backen (15) einen verbreiterten Abschnitt (16) zum Halten des Moduls (1) aufweisen und gebogen ausgebildet sind, wobei die Backen (15) auf ihrer Innenfläche keilförmige Vorsprünge (17) zur Erleichterung der Moduldemontage haben.