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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Konstruktionssatz zum
Bau von Polyedern gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
Erfindung kann als ein Spielzeugbaukasten, als räumliches Puzzle, als Lehrmittel
für die
Darstellung von einfachen und komplizierten zwei- und dreidimensionalen
geometrischen Figuren, als Bausatz für Dekorationselemente oder
als Werbeartikel verwendet werden.
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Stand
der Technik
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Aus
der
CH 491454 A1 ist
beispielweise ein Bausatz zum Bauen von aus ebenflächig begrenzten Teilen
zusammengesetzten Körpern
bekannt, der eine Gruppe von gleichen Pyramiden mit drei, vier oder
fünf gleichen
Seitenflächen
sowie ein Exemplar eines regulären
oder halbregulären
Vielflächners
aus den Pyramidengrundflächen
oder zu diesem zusammensetzbare, eine Symmetrieebene aufweisende Teile
enthält,
die durch Haftverbindung flächenschlüssig oder
gelenkig längs
einer Kante miteinander verbindbar sind.
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Nachteilig
ist, dass die Darstellungsmöglichkeiten
des Bausatzes dieser Art durch begrenzte Formen der Konstruktionselemente
und durch die Haftverbindung der Teile miteinander beschränkt sind.
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Aus
der
FR 2045188 ist ein
Puzzle-Spiel aus mindestens einer Gruppe von identischen und planaren,
vielseitigen Puzzle-Steinchen bekannt, die in Kombination mit einem
Trägermittel
eine dreidimensionale, einen Raum einschließende Figur bilden.
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Nachteilig
ist, dass die Zahl der räumlichen Figuren
beschränk
ist und von Zahl des Trägermittels abhängig ist.
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In
der
EP 0783907 A1 sind
ein Spielzeugkonstruktionssatz, besonders ein dreidimensionales Puzzlespiel
und eine Mehrzahl von Aufbauelementen beschrieben, die von einem
elastischen Plastikblatt gebildet werden und durch ein Plastikscharnier
aus einem Vorsprung und einem Schlitz eine Verbindung zwischen zwei
Seiten von gleichen oder unterschiedlichen Aufbauelementen ermöglichen.
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Nachteilig
ist, dass die Anwendungsmöglichkeiten
des Spielzeugkonstruktionssatzes durch begrenzte Verbindungsmöglichkeiten
der Konstruktionselemente beschränkt
sind, weil jedes Aufbauelement mit nur einem anderen Aufbauelement
gelenkig verbunden werden kann. Aus der
EP 0761272 A2 sind faltbare
Modellbausteine aus flächigen
Werkstoffen bekannt, die durch ein Falt- Stecksystem mit paarweise
ineinandergreifenden Einstecklaschen und Einsteckschlitzen in ihrer
dreidimensionalen Form fixiert und zusammengehalten werden.
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Die
Nachteile bestehen darin, dass die Verwendungsmöglichkeiten der faltbaren Modellbausteine
dieser Art beschränkt
sind, weil die von einem elastischen Plastikblatt gebildeten Bauelemente gleichfarbig
sind und weil eine Kante der räumlichen Figuren
mit nur einer Kante der anderen Figuren verbunden werden kann.
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Aus
der WO 03/022384 A1 ist ein System und ein Satz von aufgespalteten
Polyederelementen und Verlängerungen
bekannt, der als Spielzeug oder zum Bau verschiedener Modelle von
Polyedern verwendet werden kann.
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Nachteilig
ist, dass die Zusammensetzung und Befestigung der Teile kompliziert
ist.
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Ein
weiterer bedeutender Mangel aller oben beschriebenen Gegenstände ist,
dass der ausgebaute Polyeder durch die Verwendung weiterer Eckteile nicht
weitergebaut werden kann.
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Aufgabenstellung
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Ziel
der Erfindung ist die Beseitigung der oben erwähnten Mängel der Konstruktionssätze, d.h. ein
Verfahren mit einem solchen Konstruktionssatz zu schaffen, bei dem
aus einer bestimmten Zahl von unterschiedlichen Bauteilen in Form
eines ebenen Dreiecks, eines ebenen Vierecks oder eines ebenen n-Ecks
große
Menge von unterschiedlichen Polyedern einfach und schnell aufgebaut
und weitergebaut werden können.
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Die
gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren und einen Konstruktionssatz
zum Bau von Polyedern mit dem im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Verfahrens und des Konstruktionssatzes zum Bau
von Polyedern sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der erfindungsgemäße Konstruktionssatz
gestattet es, in weiterem Unfang einfache und komplizierte Polyeder
leicht und schnell auf-, weiter- und/oder ausbauen.
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Durch
die Ausführung
des Konstruktionssatzes mit einer trennbaren Gelenkverbindung, bestehend
aus einer Öffnung
an jeder Seite der Drei-, Vier- oder Vieleckteile und aus einem
Verbindungselement, durch das gleichzeitig mehrere Teile miteinander
verbinden werden können
und weiterhin mit einer Vorrichtung für den Einbau oder Ausbau des
Verbindungselements an den Teilen, wird der einfache und komplizierte
Polyeder in weiterem Unfang schnell und einfach auf-, weiter- und/oder
ausgebaut.
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Durch
die Ausführung
der vorhandenen Öffnung
für eine
Zusammenwirkung mit dem Verbindungselement an jeder Seite der Drei-,
Vier- oder Vieleckteile symmetrisch zum Zentrum der Seite und mit
dem gleichen Abstand vom äußeren Rand
der Seite, werden die Flächen
des Polyeders gut zu einander passen.
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Durch
die Ausführung
des Verbindungselements, ausgebildet als ein Teil einer ebenen Spirale oder
als ein Teil einer Schraubenfeder mit Mehr als einer und weniger
als zwei aneinander liegenden Windungen, werden zwei oder mehrere
Teile gleichzeitig miteinander verbunden.
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Dadurch,
dass der innere Durchmesser des Verbindungselements von Der Zahl
der gleichzeitig verbundenen Teile abhängig ist und unterschiedlich sein
kann, können
verschiedene Polyeder unabhängig
von der Zahl der gleichzeitig verbundenen Teile gebaut oder weitergebaut
werden.
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Durch
die Ausführung
jedes Dreieckteils in Form eines gleichseitigen Dreiecks und auch
eines gleichschenkligen Dreiecks, jedes Viereckteils in Form eines
Quadrats und auch eines Rechtecks und/oder einer Raute, jedes Vieleckteils
in Form eines regelmäßig konvexen
Vielecks und eines konkaven Vielecks, werden die Darstellungs- und
Anwendungsmöglichkeiten
des Konstruktionssatzes umfangreicher. Durch die Ausführung des
gleichseitigen Dreiecks, des Quadrats, der Raute, des regelmäßig konvexen
Vielecks jeweils in der Seitenlänge „L" und des Rechtecks
von dem eine Seite die Länge „L" aufwiese muss, können verschiedene
konvexe und konkave uniforme Polyeder gebaut oder weitergebaut werden.
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Durch
die Ausführung
des Verbindungselements aus Kunststoff, Metall oder anderem Material mit
Federkraft wird die Verbindung der Teile und räumlichen Figuren miteinander
schnell, einfach und zuverlässig
auf/ausgebaut.
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Durch
die Ausführung
der begrenzten Teile, die Polyeder bilden, ausgebildet aus Kunststoffen oder
natürlichen
Stoffen (Karton, Metall, Holz u. ä.) und in gleichmäßiger Stärke (s),
werden die Verwendungsmöglichkeiten
des Konstruktionssatzes erweitert.
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Durch
die Ausführung
der Teile, hergestellt mit gleichen oder unterschiedlichen Farben
oder Anstrichen, oder mit einigen verschiedenförmigen Ausschnitten an den
Flächen
der Teile, werden die Anwendungsmöglichkeiten des Konstruktionssatzes umfangreicher.
Durch die Ausführung
der Vorrichtung für
den Einbau oder Ausbau des Verbindungselements an den Teilen, bestehend
aus zwei gekreuzten federnden Armen, die jeweils in einen Halteabschnitt
auslaufen und im Bereich des freien Endes jeweils mit einem Vorsprung
und mit einem bevorzugt kreisförmigen
Stab hergestellt sind, ist die Vorrichtung einfach zu produzieren.
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Durch
die Ausführung
der kreisförmigen
Stäbe nebeneinander
und parallel zueinander angeordnet, befestigt an den Stirnseiten
der Arme von einer Seite und mit einer konischen Seitenfläche an der
anderen Seite, kann man das Verbindungselement leicht und zuverlässig ergreifen.
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Durch
die Ausführung
der Vorrichtung mit einem Abstand zwischen der äußeren Seitenfläche des
Stabs und dem Vorsprung in der doppelten Stärke des Verbindungselements,
kann man das Verbindungselement einfach und sicher festhalten, aufmachen
und in die Öffnung
der Teile stecken oder herausnehmen.
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Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
werden das Verfahren und der Konstruktionssatz zum Bau von Polyedern
anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 einige
Kombinationsmöglichkeiten des
erfindungsgemäßen Konstruktionssatzes
zum Bau von konvexen und nicht konvexen Polyedern,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
der trennbaren Gelenkverbindung (5) in 1,
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3 den
Querschnitt der trennbaren Gelenkverbindung (5) mit den
zwei Teilen gemäß der Erfindung,
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4 den
Querschnitt der trennbaren Gelenkverbindung (5) mit den
drei Teilen gemäß der Erfindung,
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5 den
Querschnitt der trennbaren Gelenkverbindung (5) mit den
Fünf Teilen
gemäß der Erfindung,
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6 eine
vergrößerte Darstellung
der Aufsicht des Verbindungselements (1) als ein Teil einer ebenen
Spirale (8) gemäß der Erfindung,
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7 eine
Ansicht A in 6,
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8 eine
vergrößerte Darstellung
des Verbindungselements (1), geöffnet durch eine Vorrichtung
(6) gemäß der Erfindung,
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9 eine
vergrößerte Darstellung
des Verbindungselements (1) als ein Teil einer Schraubenfeder
(9) gemäß der Erfindung,
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10 eine
Seitenansicht des Verbindungselements (1) in 9,
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11 eine
Aufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
(6) für
den Einbau oder Ausbau des Verbindungselements an den Teilen,
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12 eine
Seitenansicht der Vorrichtung (6) in 11,
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13 eine
Aufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
(6) mit im oberen Bereich zusammengedrückten Armen,
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14 eine
vergrößerte Darstellung
der Halteabschnitte der Vorrichtung im Bereich des freien Endes
(Abschnitt A in 11),
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15 eine
vergrößerte Darstellung
der Halteabschnitte der Vorrichtung im Bereich des freien Endes
(Abschnitt B in 12),
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Der
in 1–15 dargestellte
Konstruktionssatz zum Bau von Polyedern besteht aus Verbindungselementen
(1), Dreieckteilen (2), Viereckteilen (3),
Vieleckteilen (4) und der Vorrichtung für den Einbau oder Ausbau des
Verbindungselements an den Teilen (6). Die Dreieckteile
(2) sind als gleichseitige oder als gleichschenklige Dreiecke
gebaut. Die Viereckteile (3) sind als ein Quadrat, als
ein Rechteck oder als eine Raute angefertigt. Die Vieleckteile (4) sind
als regelmäßige konvexe
Fünfecke,
Sechsecke, Achtecke oder Zehnecke gebildet. Die Teile (2, 3, 4) sind
mit der gleichen Stärke „s" hergestellt. Die
Seite des gleichseitigen Dreiecks, des Quadrats, der Raute, des
regelmäßigen konvexen
Vielecks und zwei gegenüberliegende
Seiten des Rechtecks haben gleiche Länge (L). An jeder Seite der
Drei- (2), Vier- (3) oder Vieleckteile ist eine Öffnung (7)
symmetrisch zum Zentrum der Seite und mit dem gleichen Abstand (k)
vom äußeren Rand
der Seite angebaut. Die Öffnung
(7) mit dem zusammenwirkenden Verbindungselement (1)
bildet eine trennbare Gelenkverbindung (5). Das Verbindungselement
(1) ist als ein Teil einer ebenen Spirale (8)
(6, 7) oder in einer anderen Variante
als ein Teil einer Schraubenfeder (9) (9, 10)
mit mehr als einer und weniger als zwei aneinander liegenden Windungen
hergestellt. An jeder Seite der Teile (2 bis 4)
können
zwei oder mehrere andere Teile trennbar und gelenkig gesetzt werden
(3, 4 und 5). Ebenso
können
an jede Kante des Polyeders weitere Kanten von einem anderen Polyeder
trennbar und gelenkig weitergebaut werden.
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Die
Vorrichtung (6) für
den Einbau oder Ausbau des Verbindungselements (1) an den
Teilen (11 bis 15) besteht
aus zwei gekreuzten federnden Armen (11, 12),
die jeweils in einen Halteabschnitt (13, 14) auslaufen
und im Bereich des freies Endes (15, 16) jeweils
mit einer Vorsprung (17) und mit einem kreisförmigen Stab
(18) ausgebildet sind. Die kreisförmigen Stäbe (18) sind nebeneinander und
parallel zueinander angeordnet. Sie werden von einer Seite durch
Kleben, Löten
oder Schweißen
an den Stirnseiten der Arme (19) befestigt und haben an der
anderen Seite eine konische Seitenfläche (20). Die trennbare
Gelenkverbindung der Teile (2 bis 5)
wird folgendermaßen
aufgebaut. Mit Hilfe der Vorrichtung (6) nimmt man das
Verbindungselement (1) so, dass die Seitenfläche der
kreisförmigen
Stäbe (18)
mit seiner Innenfläche
zusammenwirkt. Drückt man
im oberen Bereich die Armen zusammen, gehen die Halteabschnitte
(13, 14) der Arme scherenartig auseinander. Das
Verbindungselement (1) wird geöffnet (8) und durch
die Stäbe
(18) und der Vorsprung (17) geklemmt. Das Ende
des Verbindungselements (1) wird in die Öffnung (7)
der Teile gesteckt. Lässt
man im oberen Bereich die Arme wieder los, werden die Halteabschnitte
(13, 14) wieder gegeneinander gedrückt. Das
Verbindungselement (1) schließt sich und verbindet die Teile
miteinander. Lässt
man die aufgebauten Polyeder weiterbauen, dann klemmt man das freie äußere Ende
des Verbindungselements (1) zwischen den Stäben (18)
auseinander, steckt das Ende in die Öffnung (7) des neuen
Teils und wendet das Verbindungselement (1), bis es alle
verbundenen Teile ergreift.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 zeigt einen
aus Drei- (2), Vier- (3)
und Fünfeckteilen
(4) ausgebauten Rhombenikosidodekaeder mit den weitergebauten
Quadern, dreiseitigen und fünfseitigen Prismen,
vier- und fünfseitigen
Pyramiden und Tetraedern, dessen Kanten mit dem Verbindungselement (1)
verbunden werden.
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Man
kann z.B. durch eine Verbindung nur von Dreieckteilen verschiedene
konvexe Deltaeder ausbilden. Verzichtet man bei der Definition der
Deltaeder auf die Forderung der Konvexität, so gibt es bereits unendlich
viele nicht konvexe Deltaeder, die man aus Ketten von Tetraedern
und Oktaedern bilden kann.
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Die
Variationsmöglichkeiten
beim Bau vom komplizierten geometrischen Körper durch den beschriebenen
Konstruktionssatz sind praktisch unbegrenzt.