Die Erfindung betrifft einen räumlich beweglichen Mechanismus.The invention relates to a spatially movable mechanism.
Es gibt wenige bewegliche geschlossene räumliche Mechanismen. Daher kennen Wirtschaft und Industrie diese auch weitgehend nicht oder sie beachten sie nicht, weil eine Weiterentwicklung zu praktischen Anwendungen sehr kostspielig und aufwendig erscheint.There are few movable closed spatial mechanisms. For this reason, industry and industry are largely unaware of them, or they do not pay attention to them, because further development into practical applications seems very costly and time-consuming.
Es gibt zwei bewegliche geschlossene räumliche Mechanismen, die technisch angewendet werden. Es ist das bekannte doppelte Kardangelenk aus dem 17. Jahrhundert und der Umstülpungsmechanismus von Paul Schatz (1929) gemäß der CH 173832 . Der offenbarte Mechanismus besteht aus sechs gleichen Gliedern (Tetraedern), die mit Scharniergelenken verbunden sind. Seine Bewegungsstruktur ist symmetrisch und wird von zwei gleichen Drehzyklen mit gleichem Drehwinkel seiner sechs Gelenke bestimmt. Die Bewegungskurven dieses Systems sind kreisförmig.There are two movable closed spatial mechanisms that are technically applied. It is the well-known 17th century double cardan joint and the everting mechanism of Paul Schatz (1929) according to the CH 173832 , The mechanism disclosed consists of six equal links (tetrahedrons) connected by hinged joints. Its movement structure is symmetrical and is determined by two equal rotation cycles with the same angle of rotation of its six joints. The motion curves of this system are circular.
Nach der Offenbarung der US 3,610,587 ist das in der CH 173832 offenbarte Prinzip weiterentwickelt worden zu einem räumlichen Mischer (Turbula) und zu einem Gewässerumwälzungsrührer (Oloid). Der Umstülpungsmechanismus mit Platonischen Körpern und Scharniergelenken ist in der Folgezeit noch vielfältig untersucht worden. Es entstand eine Reihe von verschiedenen Kaleidoszyklen, die nach dem gleichen Prinzip aufgebaut sind.After the revelation of US 3,610,587 is that in the CH 173832 disclosed principle has been developed to a spatial mixer (Turbula) and to a water circulation stirrer (Oloid). The eversion mechanism with Platonic bodies and hinged joints has been investigated in many different ways. The result was a series of different kaleidoscope cycles based on the same principle.
In der DE 38 16 654 A1 wird ein räumlich geschlossener Mechanismus offenbart, welcher mittels Drehgelenken verbundene – gleiche – Glieder (Formkörper im Sinne der vorliegenden Erfindung) aufweist. Die Konstruktionsart beruht auf den verschiedenen Kanten eines Würfels und umschließt zwei Seiten des Würfels. Bei der resultierenden Bewegung handelt es sich um eine Umschwenkbewegung, bei der der Bewegungsablauf darauf begrenzt ist, die Grundform (L-Form) sechsmal zu wiederholen.In the DE 38 16 654 A1 a spatially closed mechanism is disclosed, which - connected by means of hinges - same - members (molded body according to the present invention). The design is based on the different edges of a cube and encloses two sides of the cube. The resulting movement is a swiveling movement in which the movement is limited to repeating the basic shape (L-shape) six times.
Die JP 63038755 A offenbart einen räumlich beweglichen Mechanismus mit sechs Formkörpern. Drei verschiedene Formkörper sind mittels Drehgelenken verbunden, wobei gegenüberliegende Formkörper nicht gleich sind. Im Ergebnis erlaubt ein Mechanismus gemäß der JP 63038755 A lediglich eine Hin und Herbewegung (lineare Bewegung in zwei Richtungen).The JP 63038755 A discloses a spatially movable mechanism with six moldings. Three different moldings are connected by means of hinges, opposite moldings are not equal. As a result, a mechanism according to the JP 63038755 A just a back and forth motion (linear motion in two directions).
In der WO 93/16894 A1 wird ebenfalls lediglich ein Mechanismus mit Scharniergelenken in zwei Ebenen offenbart. Aus der Konstruktion gemäß der WO 93/16894 A1 folgt ebenfalls eine lineare Bewegung in zwei Richtungen. Es handelt sich um eine Kombination von ebenen Gelenken. Gegenüberliegende Formkörper haben zudem nicht die gleiche Form.In the WO 93/16894 A1 Also, only a mechanism with hinged joints in two levels is disclosed. From the construction according to the WO 93/16894 A1 also follows a linear movement in two directions. It is a combination of flat joints. Moreover, opposing moldings do not have the same shape.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung Alternativen an beweglich räumlich geschlossenen Mechanismen zur Verfügung zustellen. Weiterhin sollen die komplexen Strukturen und Entwicklungen von solchen Mechanismen durch dreidimensionale Modulbau- und Konstruktionstechnik vereinfacht werden, um sie so Technik und Industrie zugänglich zu machen.Based on this prior art, it is the object of the present invention to provide alternatives to movably spatially closed mechanisms. Furthermore, the complex structures and developments of such mechanisms are to be simplified by three-dimensional modular design and construction techniques in order to make them accessible to technology and industry.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung durch die in den selbstständigen Patentansprüchen genannten Merkmale.According to the invention, the solution is provided by the features mentioned in the independent patent claims.
Erfindungsgemäß soll unter einer Gesamtbewegung eines räumlich beweglichen, geschlossenen Mechanismus die Bewegung verstanden werden, innerhalb derer sich der Mechanismus von einer Ausgangsposition über verschiedene Zwischenpositionen wieder in die Ausgangsposition bewegt.According to the invention is to be understood by an overall movement of a spatially movable, closed mechanism, the movement within which the mechanism moves from a starting position via various intermediate positions back to the starting position.
Die Gesamtbewegung kann in definierte Drehzyklen der Gelenke unterteilt werden. Somit wird erfindungsgemäß mit einem Drehzyklus ein festes Bewegungsmuster eines Gelenks oder Formkörpers innerhalb der Gesamtbewegung bezeichnet.The total movement can be divided into defined rotation cycles of the joints. Thus, according to the invention with a rotation cycle, a fixed movement pattern of a joint or molding within the overall movement is referred to.
Unter einer Kette wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die in sich geschlossene Verbindung von Formkörpern mittels Gelenken verstanden.For the purposes of the present invention, a chain is understood to mean the self-contained connection of shaped bodies by means of joints.
Die Bewegung eines erfindungsgemäßen räumlich-beweglich Mechanismus ist zyklisch und zwangläufig. Nach einer Vielzahl von Raum- und Gestaltveränderungen kehrt er in seine Ausgangsstellung zurück. Die Drehung an einem Gelenk erzwingt die Drehung an anderen und umgekehrt. Der räumliche Mechanismus wird als übergeschlossen bezeichnet, weil die Anzahl seiner Formkörper gleich der seiner Gelenke ist. Nach kinematischen Grundsätzen beträgt sein Freiheitsgrad Null und müsste unbeweglich sein. Er ist in beide Richtungen endlos vorwärts und rückwärts drehbar.The movement of a spatially-movable mechanism according to the invention is cyclical and compulsory. After a multitude of spatial and gestalt changes he returns to his original position. Rotation on one joint forces rotation on another, and vice versa. The spatial mechanism is called closed because the number of its shaped bodies is equal to that of its joints. To kinematic principles, its degree of freedom is zero and should be immovable. It is endlessly rotatable forward and backward in both directions.
Ein Formkörper ist technisch gesehen ein starrer dreidimensionaler Körper, der zwei Rotationsflächen mit darauf senkrecht stehenden Gelenkachsen besitzt. Seine Rotationsflächen stehen in einem bestimmten Winkel und einem bestimmten Abstand zueinander. Gleiche Formkörper im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Formkörper, die in technischer Hinsicht gleich sind, d. h. Winkel und Abstand der Rotationsachsen sind gleich ausgestaltet, wobei die Formgebung gleicher Formkörper durchaus verschieden sein kann. Ein Formkörper wird so direkt über seine zwei Gelenkachsen gedreht und zusätzlich durch die gleichzeitigen zwangsläufigen Drehungen der anderen Gelenke räumlich verschoben. Die Bewegung des räumlichen Mechanismus wird durch die Drehzyklen seiner Gelenke bestimmt. Diese drehen sich im Sinne der Erfindung pendelartig abwechselnd im und gegen den Uhrzeigersinn innerhalb bestimmter Drehwinkel (Ausnahme 6 und 11 mit teilweise endlos in eine Richtung drehenden Gelenken).A molding is technically a rigid three-dimensional body having two surfaces of revolution with perpendicular axes of articulation. Its surfaces of revolution are at a certain angle and a certain distance from each other. The same shaped bodies in the sense of the present invention are shaped bodies which are the same in technical terms, ie angle and distance of the axes of rotation are the same, wherein the shape of the same shaped body can be quite different. A molded body is thus rotated directly over its two hinge axes and additionally spatially displaced by the simultaneous inevitable rotations of the other joints. The movement of the spatial mechanism is determined by the rotation cycles of its joints. These rotate within the meaning of the invention pendulum-like alternately clockwise and counterclockwise within certain angles of rotation (exception 6 and 11 with partially endless unidirectional joints).
In der zyklischen Bewegung des räumlichen Mechanismus verändern die Formkörper und Gelenke ständig ihre Lagen im Raum, ihre Winkel und Abstände zueinander. Neben den ständigen Drehbewegungen verschieben sie ihre Schwerpunkte entlang geschlossener Raumkurven. Der räumliche Mechanismus ist vielfältig veränderbar und kann so in seiner Bewegung gesteuert werden. Veränderungen an den Winkeln und/oder an den Abständen der Rotationsflächen seiner Formkörper steuern die Drehwinkel der Gelenke, die Raumkurven und insgesamt den Aktionsraum des Mechanismus. Zwei oder mehr gleiche räumliche Mechanismen können auf verschiedene Arten miteinander verbunden werden.In the cyclical movement of the spatial mechanism, the moldings and joints constantly change their positions in space, their angles and distances from each other. In addition to the constant rotational movements, they shift their focal points along closed space curves. The spatial mechanism can be varied in many ways and can thus be controlled in its movement. Changes in the angles and / or the distances of the surfaces of rotation of its moldings control the angles of rotation of the joints, the space curves and, overall, the action space of the mechanism. Two or more similar spatial mechanisms can be interconnected in various ways.
Ein Antrieb mit Steuerung des räumlichen Mechanismus kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Vorzugsweise wird ein Formkörper fixiert, in dem ein Motor mit Steuerungssystem die Gelenke der beiden angrenzenden Formkörper in ihren Drehwinkeln dreht. Möglich ist auch ein scherenartiger Antrieb an einer fixierten Gelenkachse, an der die zwei angrenzenden Formkörper gegen- und zueinander gedreht werden. Bei dieser Antriebsart sind alle Formkörper in Bewegung und halten die sich ständig ändernde Gestalt des Mechanismus im Gleichgewicht der dabei auftretenden Kräfte. Mit den Händen ist er mit allen Formkörpern auf vielfältige Weise drehbar. Insgesamt können die Bewegungsabläufe des räumlichen Mechanismus vollständig oder Teilbereiche davon genutzt werden.A drive with control of the spatial mechanism can be done in different ways. Preferably, a shaped body is fixed, in which a motor with control system rotates the joints of the two adjacent moldings in their rotation angles. Also possible is a scissor-type drive on a fixed hinge axis, on which the two adjacent shaped bodies are rotated counter to one another and to each other. In this type of drive all moldings are in motion and keep the ever-changing shape of the mechanism in balance of the forces occurring. With his hands, he can rotate with all moldings in many ways. Overall, the movements of the spatial mechanism can be used completely or parts of it.
Ein erfindungsgemäßer räumlicher Mechanismus besteht vorzugsweise aus sechs Formkörpern, die mit sechs Drehgelenken zu einer geschlossenen Kette verbunden sind. Die Drehzyklen seiner Drehgelenke, die sich in der Kette gegenüberliegen, sind gleich. Er kann aus gleichen, aus zwei oder drei verschiedenen Formkörpern bestehen – besteht er aus verschiedenen, sind die sich in der Kette gegenüberliegenden Formkörper gleich (1–7). Alle räumlich beweglichen Mechanismen aus sechs Formkörpern und sechs Drehgelenken (1–7), sind durch Einfügen eines weiteren Formkörpers zu räumlich beweglichen Mechanismen mit sieben Formkörpern und sieben Drehgelenke erweiterbar. Die Drehzyklen der sieben Drehgelenke sind in ihrem zeitlichen Ablauf alle verschieden (13–15). Räumliche Mechanismen aus sieben Formkörper sind sehr vielseitig veränderbar. Sie können aus bis zu sieben verschiedenen Formkörpern bestehen. Möglich sind auch räumliche Mechanismen aus sechs Formkörpern, die mit verschiedenen Arten von Gelenken verbunden sind. (8–10)A spatial mechanism according to the invention preferably consists of six moldings which are connected to six swivel joints to form a closed chain. The turning cycles of its hinges facing each other in the chain are the same. It can consist of the same, of two or three different shaped bodies - if it consists of different, the shaped bodies lying opposite in the chain are the same ( 1 - 7 ). All spatially movable mechanisms consisting of six moldings and six hinges ( 1 - 7 ), are expandable by inserting another shaped body to spatially movable mechanisms with seven moldings and seven hinges. The turning cycles of the seven hinges are all different in their timing ( 13 - 15 ). Spatial mechanisms made of seven moldings can be varied in many ways. They can consist of up to seven different shaped bodies. Also possible are spatial mechanisms of six moldings, which are connected to different types of joints. ( 8th - 10 )
Erfindungsgemäße räumliche Mechanismen können in alten Bereichen, in denen es um räumliche Bewegung geht, mit Vorteil Anwendung finden. Ihre Formkörper können je nach Zweck und Funktion unterschiedlich gestaltet werden. Sie können im Bewegungsbereich des Menschen, insbesondere der Schulung seines Bewegungsapparates in den Bereichen Gymnastik, Rehabilitation, Sport und Spiel angewendet werden. Die Formkörper sind für diesen Zweck ergonomisch geformt, sodass man sie mit den Händen greifen kann und den räumlichen Mechanismus drehen kann.Spatial mechanisms according to the invention can advantageously be used in old areas in which spatial movement is concerned. Their shaped bodies can be designed differently depending on purpose and function. They can be used in the field of movement of the human, in particular the training of his musculoskeletal system in the areas of gymnastics, rehabilitation, sports and games. The moldings are ergonomically shaped for this purpose, so you can grab them with your hands and rotate the spatial mechanism.
Die Arme und der räumliche Mechanismus bilden dabei eine geschlossene Kette der Bewegung, die sich verändert je, nachdem welche Formkörper man ergreift. Finger-, Hand-, Ellbogen-, Schultergelenke und Arme werden rhythmisch bewegt. Weitergehend könnten sie als dreidimensionales logisches und konstruktives Spielzeug, welches zudem zur Schulung der Motorik geeignet ist, benutzt werden.The arms and the spatial mechanism form a closed chain of movement, which changes depending on which shaped body you take. Finger, hand, elbow, shoulder joints and arms are moved rhythmically. Furthermore, they could be used as a three-dimensional logical and constructional toy, which is also suitable for training motor skills.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit unter Ausnutzung ihrer räumlichen Bewegungsstruktur könnte die Verwendung als Gerät zum Mischen, Rütteln oder Transportieren von Gasen, Flüssigkeiten, Pulver oder ähnlichen Stoffen sein. Zu diesem Zweck werden einige Formkörper als hohle Gefäße ausgebildet. Weitergehend könnten sie auch als räumliches Transportmittel im Sinne eines Fahrgeschäftes auf einem Jahrmarkt verwendet werden. Die interne asynchrone räumliche Wirbelstruktur, die der räumliche Mechanismus in seiner Bewegung erzeugt, könnte in Geräten für Ventilation, Umwälzung oder Antrieb von Luft und Flüssigkeiten eine weitere Anwendung finden.Another application utilizing their spatial motion structure could be use as a device for mixing, shaking, or transporting gases, liquids, powders, or similar materials. For this purpose, some moldings are formed as hollow vessels. Further, they could also be used as a means of transportation in the sense of a ride on a fair. The internal asynchronous spatial vortex structure, which is the spatial mechanism in his Motion generated, could find another application in ventilation, circulation or air or fluid handling equipment.
Ein erfindungsgemäßer geschlossener beweglicher Mechanismus ist sehr robust und kann Aufpralle oder Kollisionen über Verdrehungen seiner Gelenke abfangen und auf die gesamte Konstruktion verteilen. Aus diesem Grund ist ein erfindungsgemäßer Mechanismus auch, zur Aufnahme kinetischer Energie geeignet und es ist eine Verwendung in entsprechenden Bereichen, beispielsweise in Stoßfängern von Fahrzeugen möglich. Ferner können sie als Grundlage für sich entwickelnde und faltbare Strukturen (deployable structures) im Luft- und Weltraum dienen.A closed movable mechanism according to the invention is very sturdy and can absorb impacts or collisions via torsion of its joints and distribute it to the entire structure. For this reason, a mechanism according to the invention is also suitable for absorbing kinetic energy and it is possible to use it in corresponding areas, for example in bumpers of vehicles. Furthermore, they can serve as a basis for developing and deployable structures in aviation and space.
Weiterhin können erfindungsgemäße Mechanismen Anwendung in Gegenständen finden, welche sich durch ein bewegliches Design auszeichnen, beispielsweise bei Schmuck, Möbeln, Lampen oder Griffen.Furthermore, mechanisms according to the invention can find application in articles which are distinguished by a movable design, for example in jewelery, furniture, lamps or handles.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Es zeigt:Further advantageous measures are contained in the subclaims. The invention is illustrated in the accompanying drawings and will be described in more detail below, without being limited to the specific embodiments shown. It shows:
1: einen Aufbau eines räumlichen Mechanismus aus sechs Formkörpern, wovon drei verschieden sind, 1 : a construction of a spatial mechanism of six moldings, of which three are different,
2: den zyklischen Bewegungsablauf des räumlichen Mechanismus aus 1 in sechs Abbildungen, 2 : the cyclical movement of the spatial mechanism 1 in six pictures,
3: eine alternative Ausführung eines räumlichen Mechanismus aus sechs Formkörpern, wovon zwei verschieden sind, 3 : an alternative embodiment of a spatial mechanism of six moldings, two of which are different,
4: ein Diagramm über die asynchrone Bewegungsstruktur der drei Drehzyklen der Drehgelenke des räumlichen Mechanismus aus 3, 4 : a diagram of the asynchronous motion structure of the three rotation cycles of the rotary joints of the spatial mechanism 3 .
5: eine Veränderung eines räumlichen Mechanismus, der wie 3 aufgebaut ist, 5 : a change of a spatial mechanism that like 3 is constructed,
6: eine Veränderung eines räumlichen Mechanismus, der wie 1 aufgebaut ist und sich auf zwei verschiedene Arten im Raum bewegen kann, 6 : a change of a spatial mechanism that like 1 is constructed and can move in space in two different ways,
7: zwei Verbindungsmöglichkeiten von zwei gleichen räumlichen Mechanismen, 7 Two ways of connecting two identical spatial mechanisms
8: eine besondere Ausführung eines räumlichen Mechanismus mit zwei verschiedenen Gelenkarten (vier Dreh- und zwei Scharniergelenke) und eine weitere Möglichkeit einer Mehrfachverbindung, 8th a special embodiment of a spatial mechanism with two different types of hinges (four hinges and two hinge joints) and another possibility of multiple connection,
9: einen räumlichen Mechanismus mit der Gelenkstruktur gemäß 8 in einer symmetrischen und asymmetrischen Ausführung, 9 : a spatial mechanism with the joint structure according to 8th in a symmetrical and asymmetrical design,
10: eine besondere Ausführung eines räumlichen Mechanismus mit drei verschiedenen Gelenkarten: drei Dreh-, zwei Scharnier- und ein Drehschubgelenk, 10 : a special version of a three-joint mechanism with three different types of hinges: three swivel, two hinge and one swivel,
11: eine besondere Ausführungsart eines räumlichen Mechanismus mit parallelen Bewegungsstrukturen. 11 : a special embodiment of a spatial mechanism with parallel motion structures.
12 eine Erweiterung eines räumlichen Mechanismus aus sechs Formkörpern zu zwei verschiedenen räumlichen Mechanismen, die aus je sieben Formkörpern und sieben Drehgelenken bestehen 12 an extension of a spatial mechanism of six moldings to two different spatial mechanisms, each consisting of seven moldings and seven hinges
13 den Bewegungsablauf eines räumlichen Mechanismus aus sieben Formkörper 13 the movement of a spatial mechanism of seven moldings
14 Diagramme über den Verlauf von Drehbewegungen von zwei Gelenken des 14 Diagrams of the course of rotational movements of two joints of the
15 räumlichen Mechanismus aus 13 15 spatial mechanism 13
Der in 1 dargestellte räumliche Mechanismus besteht aus sechs Formkörpern, wovon drei verschieden sind. Sie sind mit A, B, C, a, b, c und den entsprechenden Drehgelenken AB, BC, aC, ab, bc, Ac bezeichnet. Die sich gegenüberliegenden Formkörper A und a, B und b sowie C und c sind gleich. Der Formkörper A ist fixiert. zeigt die Zustandsform des räumlichen Mechanismus nach der Hälfte seiner zyklischen Bewegung. Die Formkörper haben sich auf die andere Seite des fixierten Formkörpers A bewegt und die Gestalt und Ausmaße des räumlichen Mechanismus verändert.The in 1 shown spatial mechanism consists of six moldings, of which three are different. They are denoted by A, B, C, a, b, c and the corresponding hinges AB, BC, aC, ab, bc, Ac. The opposite moldings A and a, B and b and C and c are the same. Of the Shaped body A is fixed. shows the state of the spatial mechanism after half its cyclic motion. The moldings have moved to the other side of the fixed mold A and changed the shape and dimensions of the spatial mechanism.
2 zeigt in den – den Bewegungsablauf des räumlichen Mechanismus aus 1 bis zu seiner Wiederholung. Der Formkörper A ist fixiert. Gedreht wird der Formkörper B über das Gelenk AB gegen den Uhrzeigersinn in 76° Stufen. In wechselt er seine Drehrichtung und dreht nun zurück. Auf die folgt nach einer weiteren Drehung des Formkörpers B um 76° die , in der sich der Bewegungszyklus des räumlichen Mechanismus schließt. Die Gesamtbewegung des räumlichen Mechanismus wird bestimmt durch drei Drehzyklen seiner Gelenke. Der Drehzyklus des Gelenks AB ist der gleiche wie von Gelenk ab. Der Drehwinkel beträgt 228°. Der Drehzyklus der Gelenke BC und bc ist gleich, der Drehwinkel beträgt 232°. Der Drehrichtungswechsel liegt zwischen den und , sowie zwischen den und . Der Drehzyklus der Gelenke aC und Ac ist gleich, der Drehwinkel beträgt 228°. Der Drehrichtungswechsel liegt zwischen den und , sowie den und . Die drei Drehzyklen des räumlichen Mechanismus sind asynchron, die Drehrichtungswechsel innerhalb ihrer Drehwinkel sind zeitlich versetzt zueinander. Die geschlossene Raumkurve, die der Schwerpunkt des Formkörpers a beschreibt hat die gleiche Höhe, vom fixierten Formkörper A gesehen, bei den Übergängen auf die andere Seite und zurück. 2 shows in the - the movement sequence of the spatial mechanism 1 until his repetition. The molded body A is fixed. The molded body B is rotated about the joint AB counterclockwise in 76 ° increments. In He changes his direction of rotation and now turns back. On the follows after a further rotation of the molding B by 76 ° the in which the movement cycle of the spatial mechanism closes. The total movement of the spatial mechanism is determined by three cycles of its joints. The rotation cycle of joint AB is the same as that of joint. The rotation angle is 228 °. The turning cycle of the joints BC and bc is the same, the rotation angle is 232 °. The direction of rotation is between the and , as well as between the and , The turning cycle of joints aC and Ac is the same, the rotation angle is 228 °. The direction of rotation is between the and , as well as the and , The three rotation cycles of the spatial mechanism are asynchronous, the direction of rotation changes within their rotation angle are offset in time. The closed space curve, which describes the center of gravity of the shaped body a has the same height, seen from the fixed molded body A, at the transitions to the other side and back.
3 zeigt eine Ausführungsart eines räumlichen Mechanismus mit zwei verschiedenen Formkörpern. Er besteht aus sechs Formkörpern, die mit D1, D2, E1, E2, E3, E4 und den entsprechenden Drehgelenken, die mit D1E1, E1E2, D2E2, D2E3, E3E4, D1E4 bezeichnet sind. Gleich sind D1 und D2, sowie E1, E2, E3 und E4. Die – von 3 zeigen den zyklischen Verlauf des räumlichen Mechanismus. Der Formkörper D1 ist fixiert. Der Formkörper E1 wird über das Gelenk D1E1 in 60° Stufen gegen den Uhrzeigersinn gedreht. In ist er am Ende seines Drehwinkels von 240° und dreht jetzt im Uhrzeigersinn zurück. Nach kehrt er durch eine weitere Drehung um 60° in seine Ausgangsstellung zurück. Die Drehung des gegenüberliegenden Formkörpers E3 am Gelenk D2E3 ist die gleiche. Die Gelenke E1 E2 und E3E4 drehen sich abwechselnd in einem Drehwinkel von 214° und die Gelenke D1E4 und D2E2 von 240°. Die Drehrichtungswechsel dieser drei Drehzyklen sind zeitlich versetzt zueinander. Im Verlauf der zyklischen Bewegung des räumlichen Mechanismus bewegen sich die Formkörper zwangläufig von einer Seite des fixierten Formkörpers auf die andere und zurück. In den Übergängen streckt sich der Mechanismus in die Breite ( ) und in die Höhe ( ). Der Abstand der Formkörper D1 und D2 ist in um das 2,5fache größer als in . Der Schwerpunkt von Formkörper D2 beschreibt eine geschlossene Raumkurve, die in den Übergängen ( und ) aus einer flachen in eine hohe übergeht. 3 shows an embodiment of a spatial mechanism with two different moldings. It consists of six moldings identified as D1, D2, E1, E2, E3, E4 and their respective hinges labeled D1E1, E1E2, D2E2, D2E3, E3E4, D1E4. Equal are D1 and D2, as well as E1, E2, E3 and E4. The - from 3 show the cyclical course of the spatial mechanism. The molded body D1 is fixed. The molded body E1 is rotated about the joint D1E1 in 60 ° steps counterclockwise. In it is at the end of its rotation angle of 240 ° and now rotates clockwise back. To it returns to its original position by another 60 ° turn back. The rotation of the opposite shaped body E3 at the joint D2E3 is the same. The joints E1 E2 and E3E4 rotate alternately in a rotation angle of 214 ° and the joints D1E4 and D2E2 of 240 °. The direction of rotation of these three rotation cycles are staggered in time. In the course of the cyclical movement of the spatial mechanism, the moldings inevitably move from one side of the fixed mold to the other and back. In the transitions, the mechanism extends in width ( ) and in the sky ( ). The distance of the molded bodies D1 and D2 is in 2.5 times larger than in , The center of gravity of shaped body D2 describes a closed space curve, which in the transitions ( and ) goes from a flat to a high one.
4 zeigt in dem Diagramm die drei verschiedenen Drehzyklen der Gelenke und die Stellungen innerhalb ihrer Drehwinkel im Verlauf der zyklischen und zwangläufigen Bewegung des räumlichen Mechanismus aus 3. Die erste Spalte entspricht der , die zweite der , die dritte der , die vierte der und die fünfte der von 3. Die Zeilen zeigen die Verdrehung der Gelenke und ihre aktuellen Stellungen innerhalb ihrer Drehwinkel: in Zeile 1 die Gelenke D1E1 und D2E3 mit dem Drehwinkel von 240°, in Zeile 2 die Gelenke E1E2 und E3E4 mit dem Drehwinkel von 214°, in Zeile 3 die Gelenke D2E2 und D1E4 mit dem Drehwinkel von 240°. Gedreht wird der Formkörper E1 (D1 ist fixiert) über das Gelenk D1E1 im Uhrzeigersinn (0°, –120°, –120°) und dann wieder zurück in seine Ausgangsstellung. Entsprechend dieser vorgegebenen Drehbewegung werden die daraus resultierenden zwangläufigen Drehbewegungen der beiden anderen Drehzyklen in den Spalten des Diagramms in bezug auf die Richtungen, die Richtungsänderungen, die Geschwindigkeiten und die Grade ihrer Verdrehung dargestellt. Die Tabelle gibt die Drehungen der Gelenke in Gradzahlen gemäß dem Diagramm an. Die Bezugszeichen 1, 2, 3 bedeuten: 1 Drehung nach rechts, 2 Drehung nach links und 3 aktuelle Positionen der Gelenke innerhalb ihrer Drehwinkel. 4 In the diagram, it shows the three different rotation cycles of the joints and the positions within their rotation angles in the course of the cyclic and positive movement of the spatial mechanism 3 , The first column corresponds to the , the second of the , the third of the , the fourth of the and the fifth of the from 3 , The lines show the rotation of the joints and their current positions within their angles of rotation: in line 1 the joints D1E1 and D2E3 with the rotation angle of 240 °, in line 2 the joints E1E2 and E3E4 with the rotation angle of 214 °, in line 3 the joints D2E2 and D1E4 with the rotation angle of 240 °. The molded body E1 (D1 is fixed) is rotated via the joint D1E1 clockwise (0 °, -120 °, -120 °) and then back to its original position. In accordance with this predetermined rotational movement, the resulting positive rotational motions of the other two rotary cycles are represented in the columns of the diagram with respect to the directions, the direction changes, the speeds and the degrees of their rotation. The table shows the rotations of the joints in degrees according to the diagram. The reference numerals 1 . 2 . 3 mean: 1 Turn right, 2 Turn to the left and 3 current positions of the joints within their rotation angle.
5 zeigt eine veränderte Ausführungsart eines räumlichen Mechanismus, der wie 3 aus zwei verschiedenen Formkörpern aufgebaut ist. In den – ist sein Bewegungsablauf dargestellt. Er besteht aus sechs Formkörpern, die mit F1, F2, G1, G2, G3, G4 und den entsprechenden Drehgelenken, die mit F1G1, G1G2, F2G2, F2G3, F3G4, F1G4 bezeichnet sind. Gleich sind die Formkörper F1 und F2, sowie G1, G2, G3 und G4. Bei den gleichen Formkörpern G1, G2, G3 und G4 sind die Winkel der Rotationsflächen verändert worden (im Vergleich mit 3). Der räumliche Mechanismus greift spiralförmig ineinander. Im Vergleich mit dem räumlichen Mechanismus aus 3 ist seine zyklische Bewegung bis zu seiner Wiederholung kleiner (290° gegenüber 480°). Die horizontale Bewegung ist erheblich kleiner, und die vertikale größer. Der Abstand von dem fixierten Formkörper F1 zu dem gegenüberliegenden Formkörper F2 ist in um das 3,2fache größer als in . Der Drehwinkel des Gelenkzyklus F1G1 und F2G3 beträgt 145°, des Gelenkzyklus G1G2 und G3G4 = 138° und des Gelenkzyklus F1G4 und F2G1 = 145°. 5 shows a modified embodiment of a spatial mechanism that like 3 composed of two different moldings. In the - his movement is shown. It consists of six moldings identified by F1, F2, G1, G2, G3, G4 and the corresponding pivots designated F1G1, G1G2, F2G2, F2G3, F3G4, F1G4. The same are the molded bodies F1 and F2, as well as G1, G2, G3 and G4. In the case of the same shaped bodies G1, G2, G3 and G4, the angles of the surfaces of revolution have been changed (in comparison with FIG 3 ). The spatial mechanism spirals into each other. In comparison with the spatial mechanism out 3 its cyclic motion is smaller until its repetition (290 ° compared to 480 °). The horizontal movement is considerably smaller, and the vertical one larger. The distance from the fixed molded body F1 to the opposite molded body F2 is in 3.2 times larger than in , The rotation angle of the joint cycle F1G1 and F2G3 is 145 °, the joint cycle G1G2 and G3G4 = 138 ° and the joint cycle F1G4 and F2G1 = 145 °.
6 zeigt eine veränderte Ausführungsart eines räumlichen Mechanismus, der wie 2 aus drei verschiedenen Formkörpern aufgebaut ist. Er besteht aus sechs Formkörpern, die mit H, K, L, h, k, l und den entsprechenden Drehgelenken HK, KL, Lh, hk, kl, lH bezeichnet sind. Bei den Formkörpern K, k, L und l sind die Winkel der Rotationsflächen verändert worden. Dies verändert die Bewegung des räumlichen Mechanismus im Vergleich zu 2 in bezug auf die Drehwinkel seiner drei Drehzyklen. Die Gelenke HK und hk drehen endlos in eine Richtung, die Gelenke KL und kl drehen endlos in die entgegengesetzte Richtung, während die Gelenke Hl und hL sich in einem Drehwinkel von 127° abwechselnd drehen. Die Geschwindigkeiten der beiden endlosdrehenden Gelenkzyklen sind nicht konstant zueinander. In den – ist der Formkörper H fixiert und es dreht sich der Formkörper K jeweils um 90° im Uhrzeigersinn. Eine weitere 90° Drehung in ergibt die Ausgangsstellung . In den – ist der Formkörper K fixiert und es dreht sich der Formkörper H jeweils um 90° im Uhrzeigersinn. Eine weitere 90° Drehung in ergibt die Ausgangsstellung . Diese Arten eines räumlichen Mechanismus sind auf Grund ihrer teilweise endlosen Drehzyklen leicht mit einem Motor zu betreiben. Der Bewegungsverlauf und der Aktionsraum dieses räumlichen Mechanismus andern sich erheblich je, nachdem welcher Formkörper fixiert wird – ein Formkörper, an dem sich zwei endlos drehende Gelenke (K oder k) befinden oder ein endlosdrehendes und ein durch einen Drehwinkel begrenztes Gelenk (H, L, h oder l). In – werden die endlosen Drehzyklen der Gelenke HK, hk, Kl und kl durch die begrenzten Drehzyklen der Gelenke Hl und hL mit dem Drehwinkel 127° ”geführt” Die Bewegung des Mechanismus findet in der rechten und vorderen Raumhälfte des fixierten Formkörpers statt. Der Formkörper h beschreibt eine geschlossene Raumkurve in der rechten Raumhälfte. In – befinden sich an den Gelenkachsen des jetzt fixierten Formkörpers K zwei gegeneinander drehende endlose Drehzyklen der Gelenke HK und KL. Dies bewirkt, dass der räumliche Mechanismus sich um seinen fixierten Formkörper K bewegt. Der Formkörper k beschreibt mit seinem Schwerpunkt eine geschlossene Raumkurve um den fixierten Formkörper K. Die Abstände der Formkörper B und b, gemessen an ihren Schwerpunkten, verändern sich ständig. Ihr Abstand beträgt in ungefähr das vierfache wie in . 6 shows a modified embodiment of a spatial mechanism that like 2 composed of three different moldings. It consists of six moldings, which are designated H, K, L, h, k, l and the corresponding hinges HK, KL, Lh, hk, kl, lH. In the moldings K, k, L and l, the angles of the surfaces of revolution have been changed. This changes the movement of the spatial mechanism compared to 2 in terms of the rotation angle of its three rotation cycles. The joints HK and hk rotate endlessly in one direction, the joints KL and kl rotate endlessly in the opposite direction, while the joints Hl and hL rotate alternately at a rotation angle of 127 °. The speeds of the two endlessly rotating joint cycles are not constant to each other. In the - the shaped body H is fixed and it rotates the shaped body K in each case by 90 ° in a clockwise direction. Another 90 ° turn in gives the starting position , In the - the shaped body K is fixed and it rotates the shaped body H in each case by 90 ° clockwise. Another 90 ° turn in gives the starting position , These types of spatial mechanism are easy to operate with a motor due to their sometimes endless rotation cycles. The movement course and the action space of this spatial mechanism change considerably depending on which shaped body is fixed - a shaped body on which there are two endlessly rotating joints (K or k) or an endlessly rotating joint (H, L, h or l). In - the endless turning cycles of the hinges HK, hk, Kl and kl are "guided" by the limited turning cycles of joints Hl and hL with the angle of rotation 127 °. The movement of the mechanism takes place in the right and front half of the space of the fixed shaped body. The molded body h describes a closed space curve in the right half of the room. In - are located at the joint axes of the now fixed molding K two mutually rotating endless rotation cycles of the joints HK and KL. This causes the spatial mechanism to move around its fixed molded body K. The shaped body k describes with its center of gravity a closed space curve around the fixed shaped body K. The distances of the shaped bodies B and b, measured at their centers of gravity, are constantly changing. Their distance is in about four times as in ,
7 zeigt zwei Beispiele für eine Verbindung von zwei gleichen räumlichen Mechanismen. Sie bestehen aus den Formkörpern, die mit m1, m2, m3, m4, m5, m6 und m7, m8, m9, m10, m11, m12 bezeichnet sind ( und ). Sie sind in ihrer Grundstellung um 180° zueinander gedreht. Die Gesamtbewegung eines räumlichen Mechanismus wird bestimmt von drei Drehzyklen seiner Gelenke – sie drehen sich abwechselnd in einem Drehwinkel von 223°. In werden sie über zwei ihrer Formkörper miteinander verbunden – die Formkörper m1 und m7 werden zu M1 und m2 und m8 zu M2. Der so entstandene doppelte Mechanismus in besteht aus zwei räumlichen Mechanismen, die einen gemeinsamen fixierten Formkörper M1 und einen gemeinsamen antreibenden Formkörper M2 über das Gelenk M1M2 haben. Er besteht aus 10 Formkörpern. Die Drehgelenke M1m6 und M1m12, die am fixierten Formkörper M1 auf einer Achse liegen, haben den gleichen Drehzyklus – aufgrund der 180° Drehung drehen sie sich innerhalb ihres Drehwinkels aus und zueinander. zeigt eine Zustandsveränderung nach einer Drehung des Formkörpers M2. Die beiden räumlichen Mechanismen aus und sind auch über je einen ihrer Formkörper miteinander koppelbar. In sind sie über ihre Formkörper m6 und m9, die zu M3 werden, verbunden worden. An dem gemeinsamen fixierten Formkörper M3 sind die vier Formkörper m1, m5, m8, m10 mit den entsprechenden Drehgelenken M3m1, M3m5, M3m8, M3m10 verbunden. Die Drehzyklen der gegenüberliegenden Gelenke M3m1 und M3m8 sowie M3m5 und M3m10 sind gleich. Die Formkörper m1 und m8 sowie m5 und m10 bewegen sich in jeder Verdrehung parallel und können als zwei starre Formkörper betrachtet werden. zeigt eine Zustandsveränderung des räumlichen Mechanismus, der aus neun Formkörpern besteht. In einem doppelten Mechanismus gemäß und liegen sich die beiden geschlossenen räumlichen Mechanismen in jeder Position der Bewegung gegenüber (vom fixierten Formkörper aus gesehen). Der doppelte Mechanismus befindet sich so in einem ständigen Gleichgewicht seiner Kräfte. Er benötigt nur ein Antriebssystem. 7 shows two examples of a connection of two identical spatial mechanisms. They consist of the shaped articles denoted by m1, m2, m3, m4, m5, m6 and m7, m8, m9, m10, m11, m12 ( and ). They are rotated in their basic position by 180 ° to each other. The total movement of a spatial mechanism is determined by three cycles of its joints - they rotate alternately at a rotation angle of 223 °. In they are connected to each other via two of their moldings - the moldings m1 and m7 become M1 and m2 and m8 to M2. The resulting double mechanism in consists of two spatial mechanisms, which have a common fixed body M1 and a common driving body M2 via the joint M1M2. It consists of 10 moldings. The hinges M1m6 and M1m12, which lie on an axis on the fixed molded body M1, have the same rotation cycle - due to the 180 ° rotation, they rotate within their rotation angle and to each other. shows a state change after rotation of the molded body M2. The two spatial mechanisms out and are also coupled to each other via one of their moldings. In they have been linked via their moldings m6 and m9, which become M3. At the common fixed molded body M3, the four molded bodies m1, m5, m8, m10 are connected to the respective rotary joints M3m1, M3m5, M3m8, M3m10. The rotation cycles of the opposing joints M3m1 and M3m8 and M3m5 and M3m10 are the same. The moldings m1 and m8 and m5 and m10 move in parallel in each rotation and can be considered as two rigid moldings. shows a state change of the spatial mechanism, which consists of nine moldings. In a double mechanism according to and The two closed spatial mechanisms face each other in every position of the movement (seen from the fixed molding). The double mechanism is thus in a constant balance of its forces. He only needs one drive system.
8 zeigt eine besondere Ausführungsart eines räumlichen Mechanismus mit zwei verschiedenen Gelenkarten. Er besteht aus zwei verschiedenen Formkörpern, die mit N1, N2 und O1, O2, O3, O4 bezeichnet sind. Diese sind mit vier Drehgelenken, die mit N1O1, N1O4, N2O2, N2O3 und zwei Scharniergelenken, die mit O1O2 und O3O4 bezeichnet sind, miteinander verbunden. Die Bewegung des räumlichen Mechanismus wird bestimmt durch drei Drehzyklen seiner Gelenke. Die Drehgelenke N1O1 und N2O3 drehen endlos in eine Richtung, die Drehgelenke N2O2 und N1O4 endlos in die andere, während die Scharniergelenke O1O2 und O3O4 sich abwechselnd drehen in einem Drehwinkel von 90°. Die Geschwindigkeiten der vier endlosdrehenden Gelenke N1O1, N2O3, N2O2 und N1O4 sind gleich. zeigt eine Montage von vier Zustandsformen des räumlichen Mechanismus im Verlauf seiner zyklischen Bewegung. Der Formkörper N1 ist fixiert. Die zeigt die ebene Raumkurve x, die der Schwerpunkt von Formkörper N2 im Bewegungsablauf beschreibt. Eine andere Bewegung des räumlichen Mechanismus ergibt sich, wenn der Formkörper O1 fixiert wird und der Formkörper N1 über das Drehgelenk N1O1 gedreht wird. Die Auswirkungen entsprechen denen wie in 6 beschrieben. 8th shows a particular embodiment of a spatial mechanism with two different types of joints. It consists of two different shaped bodies, designated N1, N2 and O1, O2, O3, O4. These are interconnected by four pivot joints, which are N1O1, N1O4, N2O2, N2O3 and two hinged joints labeled O1O2 and O3O4. The movement of the spatial mechanism is determined by three cycles of its joints. The hinges N1O1 and N2O3 rotate endlessly in one direction, the hinges N2O2 and N1O4 endlessly in the other, while the hinge joints O1O2 and O3O4 rotate alternately in a rotation angle of 90 °. The velocities of the four endless rotating joints N1O1, N2O3, N2O2 and N1O4 are the same. shows an assembly of four state forms of the spatial mechanism in the course of its cyclic movement. The molded body N1 is fixed. The shows the planar space curve x, which describes the focus of shaped body N2 in the movement. Another movement of the spatial mechanism results when the molded body O1 is fixed and the molded body N1 is rotated via the rotary joint N1O1. The effects are the same as in 6 described.
Dieser räumliche Mechanismus und Mechanismen mit mindestens einem sich endlos drehendem Gelenkzyklus (6, 9, 10 und 11) können auf eine besondere Art mehrfach mit gleichen Mechanismen verbunden werden. Im Gegensatz zu den Verbindungsmöglichkeiten gemäß 7, wonach zwei gleiche Mechanismen in der gleichen Grundstellung miteinander verbunden werden, können in diesen verschiedene Zustandsformen aus dem Verlauf ihrer Bewegungen integriert werden. Der räumliche Mechanismus ist in in einer Montage von vier Zustandsformen dargestellt, die er nach jeweils 90° Drehungen des Formkörpers O4 über das Drehgelenk N1O4 einnimmt. Diese Montage kann auch eine reale Konstruktion sein, die endlos beweglich ist. Zu diesem Zweck werden die vier Formkörper O1 in dieser Stellung zu einem starren „verschweißt” – das gleiche geschieht mit den vier Formkörpern O4. Der vierfache räumliche Mechanismus besteht aus 15 Formkörpern und 18 Gelenken. Möglich ist bei diesem eine Verbindung von bis zu 12 Mechanismen in einem. This spatial mechanism and mechanisms with at least one endlessly rotating joint cycle ( 6 . 9 . 10 and 11 ) can be connected in a special way several times with the same mechanisms. In contrast to the connection options according to 7 According to which two identical mechanisms are linked together in the same basic position, they can be integrated into these different states from the course of their movements. The spatial mechanism is in shown in an assembly of four state forms, which he occupies after every 90 ° rotations of the molding O4 via the rotary joint N1O4. This assembly can also be a real construction that is endlessly movable. For this purpose, the four moldings O1 in this position to a rigid "welded" - the same happens with the four moldings O4. The quadruple spatial mechanism consists of 15 moldings and 18 joints. This is possible with a connection of up to 12 mechanisms in one.
9 zeigt in den und eine symmetrische und in den und eine asymmetrische Ausführung eines räumlichen Mechanismus mit zwei verschiedenen Gelenkarten. Er besteht aus drei verschiedenen Formkörpern, die mit P, Q, R, p, q, r bezeichnet sind. Diese sind mit vier Drehgelenken, die mit PQ, pq, QR, qr und zwei Scharniergelenken, die mit, Rr in und Pr, pR in bezeichnet sind, verbunden. Gleiche Formkörper sind P und p, Q und q, R und r. In sind die Formkörper P, Q, R symmetrisch mit den Formkörpern p, q, r verbunden. Die Drehgelenke PQ und pq drehen sich mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen, ebenso die Drehgelenke QR und qr, während die Scharniergelenke sich abwechselnd drehen – das Scharniergelenk Pp in einem Drehwinkel von 84° und Rr von 96°. zeigt die Stellung des räumlichen Mechanismus nach der Hälfte seines Bewegungszyklus. In sind die Formkörper p, q, r um 180° gedreht worden und mit den Scharniergelenken Pr und pR, zu einem räumlichen Mechanismus verbunden worden. Mit gleicher Geschwindigkeit drehen sich die Gelenke PQ und pq endlos in eine Richtung, die Gelenke QR und qr endlos in die andere, während die Scharniergelenke Pr und pR sich in einem Drehwinkel von 90° abwechselnd drehen. Die Bewegungsabläufe der symmetrischen und asymmetrischen Ausführung verändern sich erheblich je, nachdem welcher Formkörper fixiert wird – ein Formkörper mit zwei Drehgelenken (Q, q) oder mit einem Dreh- und Scharniergelenk (P, R, p, r). Die Unterschiede sind ähnlich denen, wie in 6 dargestellt. 9 shows in the and a symmetrical and in the and an asymmetric version of a spatial mechanism with two different types of joints. It consists of three different shaped bodies, designated P, Q, R, p, q, r. These are equipped with four swivel joints, those with PQ, pq, QR, qr and two hinged joints, those with, Rr in and Pr, pR in are connected. Same shaped bodies are P and p, Q and q, R and r. In are the moldings P, Q, R symmetrically connected to the moldings p, q, r. The pivots PQ and pq rotate in opposite directions at the same speed, as well as the pivots QR and qr, while the hinge joints rotate alternately - the hinge joint Pp at a rotation angle of 84 ° and Rr of 96 °. shows the position of the spatial mechanism after half its cycle of motion. In For example, the moldings p, q, r have been rotated through 180 ° and joined to the hinge joints Pr and pR to form a spatial mechanism. At the same speed, the joints PQ and pq rotate endlessly in one direction, the joints QR and qr endlessly in the other, while the hinge joints Pr and pR rotate alternately at a rotation angle of 90 °. The movements of the symmetrical and asymmetrical design vary considerably depending on which shaped body is fixed - a molded body with two hinges (Q, q) or with a hinge and hinge joint (P, R, p, r). The differences are similar to those as in 6 shown.
10 zeigt eine besondere Ausführungsart eines räumlichen Mechanismus mit drei verschiedenen Gelenkarten. Er besteht aus sechs Formkörpern S1, S2, S3, S4, S5, S6, die mit drei Drehgelenken S1S2, S3S4, S5S6, zwei Scharniergelenken S2S3, S4S5 und einem Drehschubgelenk *S1S6 verbunden sind. Die – zeigen Zustandsveränderungen des räumlichen Mechanismus im Verlauf seiner Bewegungen, wenn der Formkörper S1 fixiert ist. Eine weitere Drehung nach 4 ergibt die Ausgangsstellung . Die Bewegungsstruktur dieses räumlichen Mechanismus hat einen anderen Aufbau als bei den oben beschriebenen. Sie besteht aus vier Bewegungszyklen seiner Gelenke, wobei die gegenüberliegenden Gelenkzyklen nicht gleich sind. Die zwei Drehgelenke S182 und S5S6 rechts und links vom Drehschubgelenk drehen endlos 360° in der gleichen Richtung. Im gleichen Zeitraum dreht das Drehgelenk S3S4 (gegenüber des Drehschubgelenks) abwechselnd in einem Drehwinkel von 178° und innerhalb diesem noch einmal abwechselnd in einem Drehwinkel von 29° (414°). Die zwei Scharniergelenke S2S3 und S4S5 drehen abwechselnd in einem Drehwinkel von 83° und innerhalb diesem noch einmal abwechselnd in einem Drehwinkel von 36° (238°), während sich das Drehschubgelenk *S156 abwechselnd in einem Drehwinkel von 216° (432°) dreht und sich dabei auf seiner Achse nach links und rechts vom fixierten Formkörper S1 verschiebt. Die Strecke der Verschiebung beträgt ungefähr das doppelte der Höhe des Mechanismus in . 10 shows a particular embodiment of a spatial mechanism with three different types of joints. It consists of six moldings S1, S2, S3, S4, S5, S6, which are connected to three swivel joints S1S2, S3S4, S5S6, two hinge joints S2S3, S4S5 and one swivel joint * S1S6. The - show state changes of the spatial mechanism in the course of its movements when the molded body S1 is fixed. Another turn to 4 gives the starting position , The motion structure of this spatial mechanism has a different structure than that described above. It consists of four cycles of movement of its joints, the opposite joint cycles are not equal. The two swivel joints S182 and S5S6 to the right and left of the swivel link rotate endlessly 360 ° in the same direction. During the same period, the swivel joint S3S4 (with respect to the rotary joint) turns alternately in a rotation angle of 178 ° and within this alternately in a rotation angle of 29 ° (414 °). The two hinge joints S2S3 and S4S5 rotate alternately in a rotation angle of 83 ° and within this again alternately in a rotation angle of 36 ° (238 °), while the rotary push joint * S156 rotates alternately in a rotation angle of 216 ° (432 °) and it shifts on its axis to the left and right of the fixed molded body S1. The range of displacement is about twice the height of the mechanism in ,
11 zeigt eine besondere Ausführung eines räumlichen Mechanismus mit parallelen Bewegungsstrukturen. Er besteht aus sechs Formkörpern V1, V2, W1, W2, W3, W4, die mit den Drehgelenken V1W1, W1W2, V2W2, V2W3, W3W4, V1W4 verbunden sind. Die Formkörper V1 und V2, sowie W1, W2, W3 und W4 sind gleich – aus technischer Sicht. Die – zeigen Zustandsformen des räumlichen Mechanismus im Verlauf seiner Bewegung. Der Formkörper V1 ist fixiert. Der Formkörper W1 dreht sich in 90° Stufen im Uhrzeigersinn über das Gelenk V1W1. Eine weitere 90° Drehung nach bringt den räumlichen Mechanismus in seine Ausgangstellung . Die Bewegung des Mechanismus wird bestimmt durch drei Drehzyklen seiner Drehgelenke. Die Gelenke V1W4 und V2W2 drehen sich endlos in eine Richtung, die Gelenke V1W1 und V2W3 in die entgegengesetzte, während die Gelenke W1W2 und W3W4 sich abwechselnd in einem Drehwinkel von 47° drehen. Die beiden endlosen Drehzyklen drehen sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Die Rotationsflächen und die Gelenkachsen der Formkörper V1 und V2 sind parallel. Dieser Konstruktionsaufbau des räumlichen Mechanismus bewirkt, dass die Formkörper W1 und W4 sich in zwei Ebenen parallel zueinander drehen – ebenso die Formkörper W2 und W3. Sie bewegen den taumelnden Formkörper V2, der aufgrund der abwechselnden Drehbewegungen der Gelenke W1W2 und W3W4 taumelt, mit seinem Schwerpunkt auf einer Kreisbahn kb um den fixierten Formkörper V1. Wie bei allen aufgeführten räumlichen Mechanismen mit zwei endlosen Drehzyklen (6, 8, 9) ergibt sich auch hier ein anderer Bewegungsablauf, wenn ein Formkörper fixiert wird, an dem sich ein endlosdrehendes und ein durch einen Drehwinkel begrenztes Gelenk befindet. Wird der Formkörper W4 fixiert, wird eine Ausrichtung der Bewegung des räumlichen Mechanismus durch das Gelenk W3W4 mit dem Drehwinkel von 47° gesteuert, während sich die Formkörper V1 und V2 endlos taumelnd in gleichem Abstand gegeneinander drehen. Der Drehwinkel der Gelenke W3W4 und W1W2 ist in einem Bereich von 1°–210° steuerbar durch Veränderungen an den Formkörper. Der parallele räumliche Mechanismus ist auf mehrfache Art mit sich selbst koppelbar entsprechend den Ausführungsmöglichkeiten wie in 7 und 8 beschrieben. 11 shows a particular embodiment of a spatial mechanism with parallel motion structures. It consists of six moldings V1, V2, W1, W2, W3, W4, which are connected to the swivel joints V1W1, W1W2, V2W2, V2W3, W3W4, V1W4. The moldings V1 and V2, as well as W1, W2, W3 and W4 are the same - from a technical point of view. The - show state forms of the spatial mechanism in the course of its movement. The molded body V1 is fixed. The molded body W1 rotates in 90 ° steps in a clockwise direction over the joint V1W1. Another 90 ° turn after brings the spatial mechanism to its original position , The movement of the mechanism is determined by three turning cycles of its hinges. The joints V1W4 and V2W2 rotate endlessly in one direction, the joints V1W1 and V2W3 in the opposite, while the joints W1W2 and W3W4 rotate alternately in a rotation angle of 47 °. The two endless turning cycles rotate at the same speed. The surfaces of revolution and the joint axes of the moldings V1 and V2 are parallel. This construction of the spatial mechanism causes the moldings W1 and W4 to rotate in two planes parallel to each other - as well as the moldings W2 and W3. They move the tumbling shaped body V2, which wobbles due to the alternating rotational movements of the joints W1W2 and W3W4, with its center of gravity on a circular path kb around the fixed shaped body V1. As with all listed spatial mechanisms with two endless turning cycles ( 6 . 8th . 9 ) Here is another sequence of motions, when a molding is fixed, in which there is an endlessly rotating and limited by a rotation angle joint. If the molded body W4 is fixed, an orientation of the movement of the spatial mechanism is controlled by the joint W3W4 with the rotation angle of 47 °, while the molded bodies V1 and V2 rotate endlessly staggering at the same distance from each other. The angle of rotation of the joints W3W4 and W1W2 can be controlled within a range of 1 ° -210 ° by changes to the shaped body. The parallel spatial mechanism can be coupled with itself in a number of ways according to the execution possibilities as in 7 and 8th described.
12 zeigt die Veränderung eines einfachen räumlichen beweglichen Mechanismus aus sechs gleichen Formkörpern in zwei verschiedene räumlich bewegliche Mechanismen aus sieben Formkörpern. Sie bestehen aus sechs ( und ) bzw. sieben ( und ) gleichen Formkörpern, die mit X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7 und den entsprechenden Drehgelenken, die mit X1X2, X2X3, X3X4, X4X5, X5X6 und X6X7 bezeichnet sind. Öffnet man den räumlichen Mechanismus aus sechs Formkörpern und sechs Gelenken ( ) an einem Gelenk (z. B. X4X5), gibt es eine weitere Möglichkeit nach Verdrehen der anderen Gelenke ihn zu schließen. zeigt diese Konstruktion, die starr und unbeweglich ist. Das gleiche gilt für die räumlich beweglichen Mechanismen aus sechs Formkörpern und sechs Drehgelenken, die in 1–7 beschrieben sind. in und wird dem räumlichen Mechanismus aus ein weiterer Formkörper X7 eingefügt, sodass er nun aus sieben gleichen Formkörpern und sieben Drehgelenken besteht. Er kann auf zwei verschiedene Arten zu einer beweglichen Kette geschlossen werden, so dass der siebte Formkörper sich der Gesamtform hinwendet ( ) oder abwendet ( ). Mit einem Konstruktionsaufbau nach bewegt sich der räumliche Mechanismus in zwei abwechselnden Drehungen seiner Gelenke (insgesamt 436°) bis zu seiner Ausgangsstellung. Gemäß einem Konstruktionsaufbau nach ist der Bewegungsablauf sehr verändert. Er bewegt sich in sechs abwechselnden Drehungen (insgesamt 905°) bis zu seiner Ausgangsteilung. Beiden Arten ist gemeinsam, dass die Drehzyklen ihrer Gelenke alle zeitlich versetzt voneinander sind. Der Ablauf des räumlichen Mechanismus gemäß wird in 13–15 näher beschrieben. 12 shows the change of a simple spatial moving mechanism from six identical moldings into two different spatially movable mechanisms made of seven moldings. They consist of six ( and ) or seven ( and ) same moldings identified with X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7 and the corresponding hinges designated X1X2, X2X3, X3X4, X4X5, X5X6 and X6X7. If one opens the spatial mechanism of six moldings and six joints ( ) on a joint (eg X4X5), there is another way after twisting the other joints to close it. shows this construction, which is rigid and immovable. The same applies to the spatially movable mechanisms consisting of six moldings and six hinges, which in 1 - 7 are described. in and becomes the spatial mechanism another molded body X7 inserted so that it now consists of seven identical moldings and seven hinges. It can be closed into a moving chain in two different ways so that the seventh shaped body turns towards the overall shape ( ) or averts ( ). With a construction structure after The spatial mechanism moves in two alternating turns of its joints (436 ° in total) to its initial position. According to a construction structure after the movement is very changed. It moves in six alternating turns (total 905 °) to its initial division. Both types have in common that the rotation cycles of their joints are all temporally offset from each other. The expiration of the spatial mechanism according to is in 13 - 15 described in more detail.
13 zeigt in den – den Bewegungsablauf des räumlich beweglichen Mechanismus aus 12 bis zu seiner Ausgangsstellung 0. Er besteht aus sieben gleichen Formkörpern, die mit X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7 und den entsprechenden Drehgelenken, die mit X1X2, X2X3, X3X4, X4X5, X5X6, X6X7, X7X1. bezeichnet sind. Der Formkörper X2 ist fixiert. Gedreht wird der Formkörper X1 über das Gelenk X1X2, welches sich sechsmal abwechselnd innerhalb bestimmter Drehwinkel dreht. In dreht es sich +82°, in –82°, in +288°(auf die andere Seite des fixierten X2), in –82°, in +82° und in dreht es –288° in die Ausgangsstellung . 13 shows in the - the movement of the spatially movable mechanism 12 until its starting position 0 , It consists of seven identical shaped bodies, with X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7 and the corresponding hinges, with X1X2, X2X3, X3X4, X4X5, X5X6, X6X7, X7X1. are designated. The molded body X2 is fixed. The molded body X1 is rotated via the joint X1X2, which turns six times alternately within certain angles of rotation. In it turns + 82 °, in -82 °, in + 288 ° (on the other side of the fixed X2), in -82 °, in + 82 ° and in It turns -288 ° to the starting position ,
14 und 15 zeigen in Diagrammen die Drehzyklen von zwei Gelenken des räumlich beweglichen Mechanismus aus sieben Formkörpern aus 13. Die – der 13–15 entsprechen einander. 14 zeigt die Drehungen des Formkörpers X1 über das Gelenk X1X2 und 15 die zeitgleiche Drehung des Formkörpers X3 über das Gelenk X2X3. Beide Gelenke und die übrigen fünf haben den gleichen Drehzyklus, in denen sie sich sechsmal abwechselnd mit und gegen den Uhrzeigersinn drehen, bis der gesamte räumliche Mechanismus zu seiner Ausgangsstellung zurückkehrt (insgesamt 905°). Die Drehrichtungswechsel innerhalb der Drehzyklen der sieben Gelenke sind alle zeitlich versetzt voneinander. Die Drehgeschwindigkeiten ändern sich im Verlauf. Abb. 1 2 3 4 5 6
X1X2 +82° –82° +288° –82° +82° –288°
X2X3 +81–44° –39+25° +57–207° –80+47° +35–25° –57+207°
(125°) (64°) (264°) (127°) (60°) (264°)
Bezugszeichenliste Formkörper: A, B, C, a, b, c
D1, D2, E1, E2, E3, E4
F1, F2, G1, G2, G3, G4
H, K, L, h, k, l
m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7, m8, m9, m10, m11, m12, M1, M2, M3
N1, N2, O1, O2, O3, O4
P, Q, R, p, q, r
S1, S2, S3, S4, S5, S6
V1, V2, W1, W2, W3, W4
X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7
Fixierte Formkörper: A, D1, F1, H, K, M1, M3, N1, S1, V1, X2
Drehgelenke: AB, BC, aC, ab, bc, Ac
D1E1, E1E2, D2E2, D2E3, E3E4, D1E4
F1G1, G1G2, F2G2, F2G3, F3G4, F1G4
HK, KL, Lh, hk, kl, lH
M1M2, M3m1, M3m5, M3m8, M3m10
N1O1, N1O4, N2O2, N2O3
PQ, pq, QR, qr
S1S2, S3S4, S5S6
V1W1, W1W2, V2W2, V2W3, W3W4, V1W4
X1X2, X2X3, X3X4, X4X5, X5X6, X6X7, X7X1
Scharniergelenke: O1O2, O3O4
Pp, Rr, Pr, pR
S2S3, S4S5
Drehschubgelenke: *S1S6
ebene Raumkurve x
Kreisbahn kb
1 Drehung nach rechts
2 Drehung nach links
3 aktuelle Positionen der Gelenke innerhalb ihrer Drehwinkel
14 and 15 show in diagrams the rotation cycles of two joints of the spatially movable mechanism of seven moldings 13 , The - of the 13 - 15 correspond to each other. 14 shows the rotations of the molded body X1 via the joint X1X2 and 15 the simultaneous rotation of the shaped body X3 via the joint X2X3. Both joints and the other five have the same rotation cycle, in which they rotate six times alternately clockwise and counterclockwise, until the entire spatial mechanism returns to its original position (total 905 °). The direction of rotation changes within the rotation cycles of the seven joints are all offset in time from each other. The rotational speeds change in the course. Illustration 1 2 3 4 5 6
X1X2 + 82 ° -82 ° + 288 ° -82 ° + 82 ° -288 °
x2x3 + 81-44 ° -39 + 25 ° + 57-207 ° -80 + 47 ° + 35-25 ° -57 + 207 °
(125 °) (64 °) (264 °) (127 °) (60 °) (264 °)
LIST OF REFERENCE NUMBERS Moldings: A, B, C, a, b, c
D1, D2, E1, E2, E3, E4
F1, F2, G1, G2, G3, G4
H, K, L, h, k, l
m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7, m8, m9, m10, m11, m12, M1, M2, M3
N1, N2, O1, O2, O3, O4
P, Q, R, p, q, r
S1, S2, S3, S4, S5, S6
V1, V2, W1, W2, W3, W4
X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7
Fixed moldings: A, D1, F1, H, K, M1, M3, N1, S1, V1, X2
Swivel joints: AB, BC, aC, ab, bc, Ac
D1E1, E1E2, D2E2, D2E3, E3E4, D1E4
F1G1, G1G2, F2G2, F2G3, F3G4, F1G4
HK, KL, Lh, hk, kl, lH
M1M2, M3m1, M3m5, M3m8, M3m10
N1O1, N1O4, N2O2, N2O3
PQ, pq, QR, qr
S1S2, S3S4, S5S6
V1W1, W1W2, V2W2, V2W3, W3W4, V1W4
X1X2, X2X3, X3X4, X4X5, X5X6, X6X7, X7X1
Hinges: O1O2, O3O4
Pp, Rr, Pr, pR
S2S3, S4S5
Turning and sliding joints: * S1S6
flat space curve x
orbit kb
1 Turn to the right
2 Turn to the left
3 current positions of the joints within their rotation angle
