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Die Anmeldung betrifft einen Verbundbaustein mit mindestens sechs Bausteinen. Aus der
DE 10 2009 002 361 A1 ist ein Verbundbaustein bekannt. Aus der
US 2013/0115849 A1 ist ein Baublock bekannt, der als eine integrale Einheit ausgebildet ist und der vollständig durch einen einzigen Spritzgussprozess geformt ist. Aus der
US 2013/0072082 A1 ist ein drehbarer und verbindbarer Block bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung einen einfach, insbesondere materialsparend, herzustellenden Verbundbaustein anzugeben, der vorzugsweise dennoch eine hohe Stabilität hat und der vorzugsweise auch wieder auf einfache Art demontierbar ist. Außerdem sollen eine zugehörige Ausrichtvorrichtung und ein zugehöriger komplementärer Verbundbaustein angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Verbundbaustein nach Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die auf die Ausrichtvorrichtung bezogene Aufgabe wird durch die Ausrichtvorrichtung gemäß neben geordneten Anspruch gelöst. Die auf den komplementären Verbindungsbaustein bezogene Aufgabe wird durch den Verbindungsbaustein mit mindestens zwei Bausteinen gemäß neben geordneten Anspruch gelöst.
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Der Verbundbaustein kann mindestens sechs Bausteine enthalten und mindestens eine von den Bausteinen umgebene Ausrichtvorrichtung. Die Ausrichtvorrichtung kann die sechs Bausteine so ausrichten bzw. richtet die sechs Bausteine so aus, dass die Flächennormalen von mit mindestens einer Noppe oder mit mehreren Noppen versehenen Anbauflächen der Bausteine in mindestens sechs voneinander verschiedene Richtungen zeigen.
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Durch das Verwenden einer zusätzlichen inneren Ausrichtvorrichtung ist bei der Montage des Verbundbausteins keine äußere Ausrichtvorrichtung erforderlich. Weiterhin kann die Ausrichtvorrichtung eine Haltefunktion übernehmen, insbesondere auf Grund einer Klemmwirkung. Damit sind außer der Ausrichtvorrichtung keine zusätzlichen Verbindungsmittel erforderlich, wie z. B. ein Klebstoff, Schrauben etc.
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Die Ausrichtvorrichtung kann möglichst materialsparend hergestellt werden. Dies ist nicht nur ein Kostenfaktor sondern insbesondere beim 3D Druck mit während des Drucks beweglichem Extruder und während des Drucks beweglicher Druckplattform auch ein Zeitfaktor. Die Druckform kann übelicherweise beim 3D Druck mit Filament in zwei Achsen bewegt werden, die vorzugsweise senkrecht zueinander liegen.
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Die Bausteine sind vorzugsweise Klemmbausteine, die durch Klemm- bzw. Presssitz untereinander verbindbar sind. In diesem Zusammenhang wird auch von Passungen gesprochen. Die Klemmstärke hängt von der Stärke der Überlappung beider Bauteile in bekannter Weise ab. Alternativ oder zusätzlich kann die Klemmstärke durch Versuche leicht empirisch bestimmt werden. Bekannte Bausteine dieser Art sind bspw. Bausteine der Marken Lego, Klik, Mini Steck, Bestlock, etc., sowie Bausteine ohne Markennamen. Die Klemmkraft zwischen den Bausteinen untereinander kann mehr als 1 Newton betragen, und insbesondere kleiner als 10 Newton sein. Diese Klemmkräfte können auch für die Klemmkraft zwischen der Ausrichtvorrichtung und einem daran aufgesteckten Baustein gelten.
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Die Flächennormale wird bspw. durch eine Ebene definiert, welche die obere meist kreisrunde Oberfläche der Noppen eines Bausteins enthält. Alternativ kann bspw. auch auf die Ebene Bezug genommen werden, in der die Basisflächen der Noppen liegen, d. h. dort wo die Noppe(n) am Baustein beginnt bzw. beginnen.
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Die technischen Wirkungen des Verbundes sind:
- – es wird ein Bauen in sechs Richtungen bezogen auf einen Verbundbaustein ermöglicht, d. h. vier Richtungen mehr als bei einem bekannten Baustein,
- – die Bausteine können ebenfalls durch Klemmsitz an der Ausrichtvorrichtung befestigt werden, wodurch die Bausteine nicht verändert werden müssen und auch ein Rückbau möglich ist, bei dem die Bausteine wieder separat von der Ausrichtvorrichtung verwendet werden, und
- – eine überraschend hohe Stabilität des nur zusammengesteckten Verbundbausteins im Vergleich zur Stabilität der Ausrichtvorrichtung, insbesondere dann, wenn die Bausteine aneinander liegen.
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Gibt es an einem Baustein mehrere Noppen, so können diese in einer Reihe entlang einer Geraden ausgerichtet sein. Bei einer geraden Anzahl von Noppen an einem Baustein kann auch eine Ausrichtung der Noppen an mehreren zu einander parallelen Reihen erfolgen, die jeweils entlang einer Geraden liegen. Bspw. kann es zwei Reihen geben. Die Bausteine des Verbundbausteins können alle jeweils die gleiche Anzahl Noppen haben. Alternativ können einige Bausteine auch eine andere Anzahl von Noppen als andere Bausteine desselben Verbundbausteins haben. Der Verbundbaustein kann mindestens zwei oder mindesten drei voneinander separate Ausrichtvorrichtungen enthalten, wobei die Ausrichtvorrichtungen oder mindestens zwei Ausrichtvorrichtungen vorzugsweise die gleiche Form untereinander haben.
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Damit können bspw. Ausrichtvorrichtungen verwendet werden, die mit einfachen Herstellungsverfahren hergestellt worden sind, bspw. mit 3D Filamentdruck, wo ohne zu starke Materialüberhänge gedruckt worden ist, so dass kein Stützmaterial erforderlich ist, welches sich vom Material der Ausrichtvorrichtung unterscheidet und/oder welches später von der Ausrichtvorrichtung wieder abzutrennen wäre. Alternativ können auch aufwändigere Druckverfahren verwendet werden, wie Spritzdruck oder Pulverdruck.
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Die Herstellungslogistik vereinfacht sich, wenn nur eine Art von Ausrichtvorrichtungen in dem Verbundbaustein verwendet wird. Mehrere Ausrichtvorrichtungen können zu sehr stabilen Verbundbausteinen führen, insbesondere dann, wenn jeder Baustein zweifach an einer oder an mehreren Ausrichtvorrichtungen gelagert ist.
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So werden von anderen Bausteinen umgebene Bausteine des Verbundbausteins vorzugsweise an jeweils mindestens zwei Ausrichtvorrichtungen angeordnet, um die mechanisch Stabilität des Verbundbausteins zu erhöhen und insbesondere ein Verdrehen der Bausteine bei Druckeinwirkung zu verhindern.
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Alternativ kann der Verbundbaustein auch nur eine Ausrichtvorrichtung enthalten. Diese Weiterbildung führt zu einer einfacheren Herstellungslogistik und einfacheren Montage des Verbundbausteins.
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Die Bausteine des Verbundbausteins können jeweils mindestens einen Hohlzylinder enthalten, der mit jeweils einem Ende der Ausrichtvorrichtung in mechanischem Eingriff steht, insbesondere durch Klemmsitz. Damit gibt es eine einfache Befestigung für die Bausteine des Verbundbausteins. Die Befestigung ermöglicht außerdem eine selbsttätige Justierung und/oder Zentrierung der Bausteine des Verbundbausteins.
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Ein Spalt kann jeweils zwischen einem Ende der Ausrichtvorrichtung und dem Boden eines Hohlzylinders vorhanden sein, in den das betreffende Ende eingreift. Abmessungen für den Spalt sind weiter unten genannt.
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Der Verbundbaustein kann ausgeführt werden:
- – mit einer ersten freien Anbaufläche des Verbundbausteins, deren Flächennormale in eine erste Richtung zeigt,
- – einer zweiten freien Anbaufläche des Verbundbausteins, deren Flächennormale in eine zur ersten Richtung entgegen gesetzte zweite Richtung zeigt,
- – einer dritten freien Anbaufläche des Verbundbausteins, deren Flächennormale in eine im Winkel von 90 Grad oder von etwa 90 Grad zur ersten Richtung liegende dritte Richtung zeigt,
- – einer vierten freien Anbaufläche des Verbundbausteins, deren Flächennormale in eine zur dritten Richtung entgegen gesetzte vierte Richtung zeigt,
- – einer fünften freien Anbaufläche des Verbundbausteins, deren Flächennormale in eine fünfte Richtung zeigt, die im Winkel von 90 Grad oder von etwa 90 Grad zur ersten Richtung und die im Winkel von 90 Grad oder von etwa 90 Grad zur dritten Richtung liegt, sowie
- – einer sechsten freien Anbaufläche des Verbundbausteins, deren Flächennormale in eine zur fünften Richtung entgegen gesetzte sechste Richtung zeigt.
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Damit kann an dem Verbundbaustein entlang aller sechs Achsrichtungen eines kartesischen bzw. rechtwinkligen Koordinatensystems angebaut werden. Der Ausdruck ”etwa 90 Grad” kann bspw. den Bereich von 89 Grad bis 91 Grad umfassen.
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Die mindestens eine Ausrichtvorrichtung kann ausgeführt sein, indem:
- – entlang einer ersten Geraden ein erster Hauptkörper in der Ausrichtvorrichtung enthalten ist, der vorzugsweise zylinderförmig und der vorzugsweise langgestreckt ist,
- – quer zu der ersten Gerade an einer ersten Position des Hauptkörpers beidseitig des Hauptkörpers entlang einer zweiten Geraden ein erster Querkörper angeordnet ist, der vorzugsweise zylinderförmig ist und der vorzugsweise langgestreckt ist, wobei die erste Gerade und die zweite Gerade vorzugsweise einen Winkel von 90 Grad oder von etwa 90 Grad bilden,
- – quer zu der ersten Gerade an einer zweiten Position des Hauptkörpers mit Abstand zur ersten Position beidseitig des Hauptkörpers entlang einer dritten Geraden ein zweiter Querkörper angeordnet ist, der parallel zu dem ersten Querkörper liegt und der vorzugsweise zylinderförmig ist und der vorzugsweise langgestreckt ist,
- – an der ersten Position beidseitig oder einseitig des Hauptkörpers entlang einer vierten Geraden ein dritter Querkörper angeordnet ist, der vorzugsweise zylinderförmig ist und der vorzugsweise langgestreckt ist, wobei die vierte Gerade vorzugsweise im Winkel von 90 Grad oder von etwa 90 Grad zu einer Ebene liegt, welche die erste Gerade und die zweite Gerade enthält,
- – an der zweiten Position beidseitig oder einseitig des Hauptkörpers entlang einer fünften Geraden ein vierter Querkörper angeordnet ist, der parallel zu dem dritten Querkörper liegt und der vorzugsweise zylinderförmig ist und der vorzugsweise langgestreckt ist.
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Damit bildet die Ausrichtvorrichtung eine Art Skelett oder Gerüst, bei dem sich von einem Hauptkörper seitlich weg andere Körper erstrecken.
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”Langgestreckt” kann bedeuten, dass die Länge bspw. größer als das Doppelte oder größer als das Dreifache der größten Breite bzw. als der Radius bei einem Zylinder ist.
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Alle zylinderförmigen Körper der Ausrichtvorrichtung haben vorzugsweise den gleichen Radius untereinander.
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Die oben mit vorzugsweise genannten Weiterbildungen gelten auch für die weiter unten erläuterte und beanspruchte Ausrichtvorrichtung allein, d. h. wenn noch keine Klemmbausteine an der Ausrichtvorrichtung angeordnet sind.
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Wenn der vierte Querkörper und der fünfte Querkörper sich jeweils nur auf einer Seite des Hauptkörpers erstrecken, ist dies vorzugsweise dieselbe Seite, d. h. es tritt kein Versatz quer zum Hauptkörper auf.
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Der Ausrichtkörper lässt sich auf einfache Art und Weise herstellen, insbesondere materialsparend. Geeignete Herstellungsverfahren sind Spritzguss oder sequentieller 3D (3 dimensional) Druck Schicht für Schicht, insbesondere unter Verwendung eines Plastikdrahtes bzw. Plastikfilaments, das insbesondere durch einen beweglich an der Druckvorrichtung angeordneten Extruder aufgebracht wird. Alternativ kann ein sequentielles 3D Druckverfahren verwendet werden, bei dem ein Pulver Schicht für Schicht aufgebracht wird und durch einen Laser oder eine andere Energiequelle verfestigt wird.
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Bei einer Ausgestaltung werden zwei solche Ausrichtvorrichtungen in dem Verbundbaustein verwendet, insbesondere wenn einige Querstege nur einseitig des Hauptkörpers leigen.
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Es entsteht bei Verwendung der Ausrichtvorrichtung(en) ein extrem kompakter Verbundbaustein aus Bausteinen. Der Verbundbaustein hält hohen mechanischen Belastungen stand, ohne dass die vergleichsweise filigrane Ausrichtvorrichtung zerbrechen kann. Dies wird noch verstärkt, wenn bspw. ein oder mehrere innere Bausteine direkt an der Ausrichtvorrichtung mit den Böden ihren Seitenwände anliegen und von anderen Bausteinen umgeben sind, deren Böden von Seitenwänden an den inneren Bausteinen anliegen, so dass sich die äußeren Bausteine bei Druck maßgeblich auf den inneren Bausteinen und nicht auf der Ausrichtvorrichtung abstützen.
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Außerdem kann der Verbundbaustein so ausgeführt werden, dass es jeweils einen Spalt zwischen dem freien Ende eines Querkörpers bzw. den freien Enden des Hauptkörpers und einer inneren Deckfläche des angrenzenden Bausteins gibt. Die Längsachsen der Ausrichtvorrichtung nehmen dann selbst keinen Längsdruck auf bzw. nur gemeinsam mit den inneren Steinen. Ohne Spalt wirken die Druckkräfte maßgeblich auf die inneren Bausteine, was ebenfalls zu einer hohen Stabilität führt.
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Die inneren Bausteine stützen sich bei äußerem Druck auf sie an der Ausrichtvorrichtung ab. Gibt es einen Spalt zwischen den Querkörpern, an dem ein innerer Baustein befestigt ist, und einer inneren Deckfläche des inneren Bausteins, so muss der Querkörper keine Längsdruckkräfte aufnehmen. Ohne Spalt wirken die Druckkräfte quer zu der Ausrichtvorrichtung, was ebenfalls zu einer hohen Stabilität führt.
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Ein Spalt zwischen den Enden der Ausrichtvorrichtung und den angesteckten Bausteinen führt außerdem zu einem guten, insbesondere spaltfreien, Aneinanderliegen der Bausteine.
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Bei Druck auf die Bausteine würde außerdem ein solcher Spalt geschlossen werden. Ggf. verschiebt sich dabei der Baustein auch auf dem Querkörper bzw. dem Hauptkörper entlang der Mittelachse des Querkörpers bzw. des Hauptkörpers.
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Die Bausteine können im Verbundbaustein so angeordnet sein, dass sich zwischen den Bausteinen mindestens acht zurück gesetzte Kanten bilden, an denen eine Seitenwand eines die Kante bildenden Bausteins um mindestens 50 Prozent. der nach außen zeigenden Oberfläche durch einen anderen die Kante bildenden Baustein überdeckt ist. Die Kanten können bspw. bei einem achtnoppigen Baustein mit jeweils vier Noppen in zwei zueinander parallelen Reihen um höchstens vier Millimeter bezogen auf eine Seitenfläche eines Bausteins zurückgesetzt sein. Die Kanten führen zu einem gut handhabbaren Baustein mit ausreichend großen Gegenflächen, die ein Andrücken an andere Bausteine oder an einen unten erläuterten Verbundbaustein erleichtern. Außerdem entstehen diese Kanten nur, wenn die Bausteine eng genug aneinander angeordnet werden, was die Stabilität des Verbundbausteins erhöht.
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Die Stabilität des Verbundbausteins wird durch den Überlapp der Steine an den zurückgesetzten Kanten erhöht, wie oben bereits näher erläutert worden ist mit Bezug auf Druckkräfte.
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Die Bausteine des Verbundbausteins können in einem Bereich von plus oder minus einem Millimeter mindestens eine oder alle der folgenden Abmessungen haben: Länge 31,8 Millimeter, Breite 15,8 Millimeter, Höhe ohne Noppen 9,6 Millimeter. Damit kann der am weitesten verbreitete Klemmbausteintyp mit acht Noppen in Zweierreihe für den Verbundbaustein verwendet werden, wobei auch Kompatibilität mit handelsüblichen Steinen durch die genannten Abmessungen auf einfache Art erreicht wird.
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Die Bausteine können vorzugsweise aus Plastik bestehen oder Plastik enthalten, insbesondere aus einem ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) Material. Aber auch biologisch gut abbaubare Bausteine aus Maisstärke bzw. PLA (Polyaktid) können verwendet werden.
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Die mindestens eine Ausrichtvorrichtung kann in einem Bereich von plus oder minus drei Millimetern mindestens eine oder alle der folgenden Abmessungen haben: Länge 47 Millimeter, Breite 20 Millimeter, Höhe 18 Millimeter. Es entsteht eine Ausrichtvorrichtung, die für das Ausrichten typischer und weit verbreiteter Bausteine geeignet ist.
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Die mindestens eine Ausrichtvorrichtung kann vorzugsweise aus Plastik bestehen oder Plastik enthalten, insbesondere aus einem ABS Material oder aus einem PLA Material. ABS ist etwas biegsamer als PLA und führt zu sehr guten Klemmverbindungen zwischen der Ausrichtvorrichtung und den Bausteinen. PLA ist die Abkürzung für Polyaktid und wird aus Maisstärke gewonnen, was den biologischen Abbau erleichtert und dennoch gute Klemmverbindungen ermöglicht.
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Die mindestens eine Ausrichtvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich aus Metall bestehen oder ein Metall enthalten. Bei metallischen Ausrichtvorrichtungen können besonders große Konstruktionen gebaut werden, da die Stabilität höher ist. Metallische Ausrichtvorrichtungen sind insbesondere für Verbundsteine geeignet, die sehr lang sind und bspw. mehr als 20 oder mehr als 50 Bausteine enthalten. Bspw. kann der Verbundbaustein weniger als 200 oder weniger als 100 Bausteine enthalten.
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Die mindestens eine Ausrichtvorrichtung kann Materialschichten enthalten, die übereinander angeordnet sind. Die Materialschichten können im Querschnitt zu den Materialschichten oder bereits an der Oberfläche der Ausrichtvorrichtung mit bloßem Auge zu erkennen sein. Innerhalb der Materialschichten kann eine Materialspur oder es können mehrere Materialspuren angeordnet sein. Das die Materialschichten betreffende strukturelle Merkmal tritt insbesondere bei der Verwendung von neueren 3D Druckverfahren auf, insbesondere beim Extruderdruck mit beweglich an der Druckvorrichtung angeordnetem Extruder. Diese Druckverfahren erfordern keine Herstellung und Lagerung einer teuren Druckform. Dagegen werden beim Spritzdruck innerhalb der Ausrichtvorrichtung keine erfassbaren Materialschichten gleicher Materialstärke und auch keine Materialspuren konstanter Spurbreite ausgebildet.
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Die Enden der Ausrichtvorrichtung können konisch ausgebildet sind, insbesondere mit einem Neigungswinkel kleiner als 1 Grad oder kleiner als 0,5 Grad, jedoch größer als 0,1 Grad. Die konischen Enden erleichtern die Montage und ggf. auch die Demontage des Verbundbausteins. Trotzdem wird ein sicherer Sitz der Bausteine auf der Ausrichtvorrichtung noch ermöglicht.
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Es können jedoch auch andere Maßnahmen getroffen werden, um die Montage zu erleichtern und/oder den Klemmsitz zwischen der Ausrichtvorrichtung zu erhöhen, z. B. ausbilden von Rippen entlang der Längsachsen, wie es bspw. von Potentiometerachsen her bekannt ist.
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Der Verbundbaustein kann frei von einem Adhäsionsmittel sein, insbesondere einem Klebstoff, das bzw. der zwischen der Ausrichtvorrichtung und den Bausteinen angeordnet ist. Damit lässt sich der Verbundbaustein auf einfache Art herstellen und ggf. auch wieder auf einfache Art demontieren, insbesondere ohne Einsatz von Werkzeug und/oder ohne eine Beschädigung der Bausteine bzw. eine Verunreinigung der Oberfläche der Bausteine.
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Zusätzlich kann jedoch ein Klebstoff verwendet werden, insbesondere ein Klebstoff auf Acrylatbasis, wie es bei bspw. handelsüblichen Sekundenklebern der Fall ist. Damit kann ein Ablösen von Bausteinen des Verbundbausteins wirksam verhindert werden, wobei die Festigkeit hinsichtlich von Zugkräften durch den Klebstoff vergrößert wird. Hinsichtlich der Druckkräfte hat der Klebstoff eine geringere Wirkung als bezüglich der Zugkräfte weil bei Druckkräften wie oben erläutert schon eine große Stabilität vorhanden ist. Dies ermöglicht einen sparsamen und damit kostengünstigen Einsatz des Klebstoffes.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Ausrichtvorrichtung des Verbundbausteins durch ein 3D Filamentdruckverfahren hergestellt worden ist, insbesondere ohne Verwendung eines zusätzlichen Stützmaterials, vorzugsweise ohne Stützmaterial, das sich vom Material der Ausrichtvorrichtung unterscheidet und/oder welches später von der Ausrichtvorrichtung (AV1, AV2) wieder abzutrennen wäre. Somit wird einfach und materialsparend und somit schnelle gedruckt. Nachbearbeitungsschritte entfallen bzw. werden verringert.
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Eine Ausrichtvorrichtung zum Ausrichten von Bausteinen kann ausgeführt sein:
- – mit einem sich entlang einer ersten Geraden erstreckenden ersten Hauptkörper,
- – einem quer zu der ersten Gerade an einer ersten Position des Hauptkörpers beidseitig des Hauptkörpers entlang einer zweiten Geraden angeordneten ersten Querkörper, der vorzugsweise zylinderförmig ist und der vorzugsweise langgestreckt ist, wobei die erste Gerade und die zweite Gerade vorzugsweise einen Winkel von 90 Grad oder von etwa 90 Grad bilden,
- – einem quer zu der ersten Gerade an einer zweiten Position des Hauptkörpers mit Abstand zur ersten Position beidseitig des Hauptkörpers entlang einer dritten Geraden angeordenten zweiten Querkörper, der parallel zu dem ersten Querkörper liegt,
- – einem an der ersten Position beidseitig oder einseitig des Hauptkörpers entlang einer vierten Geraden angeordneten dritten Querkörper, der im Winkel von 90 Grad oder von etwa 90 Grad zu einer Ebene liegt, welche die erste Gerade und die zweite Gerade enthält,
- – einem an der zweiten Position beidseitig oder einseitig des Hauptkörpers entlang einer fünften Geraden angeordneten vierten Querkörper, der parallel zu dem dritten Querkörper liegt.
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Es gelten für die separate Ausrichtvorrichtung die oben für die Ausrichtvorrichtung des Verbundes genannten technischen Wirkungen. Außerdem ist es möglich, die separaten Ausrichtvorrichtungen separat von den Bausteinen zu verschicken, insbesondere so, dass zur Herstellung des Verbundbausteins bereits beim Empfänger vorhandene Bausteine verwendet werden. Der Montageaufwand ist demzufolge vom Endverbraucher durchzuführen.
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Die Enden der Ausrichtvorrichtung können konisch ausgebildet sein, insbesondere mit einem Neigungswinkel kleiner als 1 Grad oder kleiner als 0,5 Grad, jedoch größer als 0,1 Grad. Somit gelten die oben für konische Enden genannten technischen Wirkungen auch für die Ausrichtvorrichtung.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Ausrichtvorrichtung durch ein 3D Filamentdruckverfahren hergestellt worden ist, insbesondere ohne Verwendung eines zusätzlichen Stützmaterials, vorzugsweise ohne Stützmaterial, das sich vom Material der Ausrichtvorrichtung unterscheidet und/oder welches später von der Ausrichtvorrichtung (AV1, AV2) wieder abzutrennen wäre. Somit wird einfach und materialsparend und somit schnelle gedruckt. Nachbearbeitungsschritte entfallen bzw. werden verringert.
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Ein weiterer Verbundbaustein kann mindestens zwei Bausteine und mindestens eine die Bausteine umgebende Verbundvorrichtung enthalten Die Verbundvorrichtung kann die mindestens zwei Bausteine so verbinden, dass die Flächennormalen von mit mindestens einer Noppe oder mit mehreren Noppen versehenen Anbauflächen der Bausteine in zueinander entgegen gesetzte Richtungen zeigen. Die beiden in dieser Anmeldung genannten Verbundbausteine ermöglichen im komplementären Zusammenspiel ein kreatives Bauen in mindestens sechs Richtungen mit mehreren ersten Verbundbausteinen und mehreren zweiten Verbundbausteinen. Die beiden Verbundbausteine gehören damit zusammen, wie beispielsweise ein Sender und ein Empfänger.
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Die Verbundvorrichtung kann zwei Bausteine, vier Bausteine oder auch sechs oder mehr Bausteine miteinander verbinden. Somit können in einer Ebene jeweils mehrere Bausteine nebeneinander angeordnet werden, die alle von der gleichen Verbundvorrichtung an einer gemeinsamen Umfangslinie umschlossen werden.
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Auch bei dem zweiten Verbundbaustein wird Längsdruck von den Bausteinen aufgenommen, deren Noppenflächen bzw. Anbauflächen sich berühren. Die nicht mit Noppen versehenen Anbauflächen liegen im zweiten Verbundbaustein frei. Bspw. enthalten die nicht mit Noppen versehenen Anbauflächen Hohlzylinder oder andere Hohlräume. Querdruck und ein sich aufbauender Gegendruck kann in erheblichem Maße ebenfalls von den in der Verbundvorrichtung steckenden Bausteinen aufgenommen werden.
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Die im weiteren Verbundbaustein enthaltenen Bausteine können wieder Klemmbausteine sein, die sich untereinander durch Klemmen ohne weitere Hilfsmittel verbinden lassen.
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Die Verbundvorrichtung kann als Hohlkörper ausgeführt sein, der die Bausteine des Verbundbausteins entlang von Umfangslinien an Seitenwänden der Bausteine umschließt, insbesondere im Presssitz bzw. Klemmsitz.
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Damit ist die Verbundvorrichtung nach Art einer kantigen Hülse ausgebildet, die die Steine an den Verbindungsstellen umschließt, wobei die Noppen von einander gegenüber liegenden Bausteinen vorzugsweise einander zugewandt sind und vorzugsweise auch aneinander grenzen.
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Der Hohlkörper kann an seiner Innenseite im Bereich, an dem sich die Noppen der Bausteine befinden, einen nach innen gesetzten umlaufenden Vorsprung haben. Vorzugsweise kann der Hohlkörper auch an seiner Außenseite im Bereich, an dem sich die Noppen der Bausteine befinden, einen nach innen gesetzten umlaufenden Vorsprung haben. Im Bereich der Noppen kann die Verbundvorrichtung eine Auskragung oder eine Verstärkung enthalten, d. h. den bspw. den genannten Vorsprung, um bei der Montage eine Anschlagskante zu bilden, die ein definiertes Positionieren der Bausteine in der Verbundvorrichtung ermöglicht. Insbesondere kann ein 3D Druck mit nur einem Perimeter bzw. nur einem Umlauf bzw. im sogenannten Vasenmodus erfolgen. Dieser Druck ist schneller und materialsparender als der Druck von mehreren Perimetern je Schicht.
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Der Hohlkörper der Verbundvorrichtung kann mindestens 30 Prozent, mindestens 40 Prozent oder mindestens 50 Prozent der Seitenflächen der Bausteine bedecken. Mehr als 30 Prozent oder mehr als 40 Prozent der Seitenflächen der Bausteine des komplementären Verbundbausteins können frei liegen, d. h. nicht von der Verbundvorrichtung bedeckt sein.
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Bezüglich der Materialwahl und der Herstellung der Bausteine des zweiten Verbundbausteins und der Verbundvorrichtung gelten die oben genannten Aussagen für den ersten Verbundbaustein bzw. die Ausrichtvorrichtung.
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Auch der zweite Verbundbaustein lässt sich insbesondere ohne zusätzliche Verbindungsmittel ausführen, insbesondere ohne Klebstoff, was die oben genannten technischen Wirkungen bringt. Zusätzlich kann jedoch ein Klebstoff verwendet werden, insbesondere ein Klebstoff auf Acrylatbasis, wie es bei bspw. handelsüblichen Sekundenklebern der Fall ist.
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Der Hohlkörper kann eine durchgehende Öffnung enthalten, was die Herstellung mit einem 3D Druckverfahren ohne größere Überhänge begünstigt. Alternativ kann jedoch zwischen den Steinen auch eine Trennwand enthalten sein, um die Stabilität der Verbundvorrichtung zu erhöhen, was insbesondere dann die Stabilität erhöht, wenn noch keine Bausteine eingebracht worden sind bzw. wenn keine Bausteine mehr eingebracht sind.
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Die oben genannten Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen können untereinander und mit den unten beschriebenen Beispielen der Figuren beliebig kombiniert werden. Sofern in dieser Anmeldung ”kann” verwendet wird, bedeutet dies sowohl die technische Möglichkeit als auch eine tatsächliche technische Realisierung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Figuren der Zeichnung sind nicht maßstabsgerecht, insbesondere können andere Aspektverhältnisse verwendet werden.
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Es zeigen in der Zeichnung:
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1 einen bekannten Klemmbaustein in Draufsicht,
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2 eine Ausrichtvorrichtung,
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3 einen Verbundbaustein mit zwei Ausrichtvorrichtungen in Vorderansicht,
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4 den in der 3 gezeigten Verbundbaustein in Seitenansicht,
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5 eine Prinzipskizze der in den 3 und 4 dargestellten Ausrichtvorrichtungen sowie eine Variante für eine Ausrichtvorrichtung,
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6 eine Prinzipskizze für eine Ausrichtvorrichtung, die bei einem Verbundbaustein aus sechs Bausteinen verwendet werden kann, und
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7 einen komplementären Verbundstein.
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Die 1 zeigt einen bekannten Klemmbaustein B1 in Draufsicht. Die Außenabmessungen des Klemmbaustein B1 liegen bspw. innerhalb der in der Einleitung genannten Bereiche für die Länge L, die Breite B und die Höhe eines Bausteins. Die Höhe des Bausteins B1 ist in der 1 nicht dargestellt und liegt senkrecht zur Blattebene des Blattes, das die 1 zeigt. Der Baustein B1 ist wie die weiter unten genannten Bausteine B2 bis B10 aufgebaut und besteht bspw. aus einem ABS-Plastikmaterial.
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Der Baustein B1 hat:
- – eine kurze linke Seitenwand 2 der Breite B,
- – eine lange Rückwand 6, der Länge L,
- – eine kurze rechte Seitenwand 2 der Breite B, und eine
- – Vorderwand 8 der Länge L.
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Eine Decke 10 überdeckt die Wände 2 bis 8 nach oben hin, so dass unter der Decke 10 ein von den Wänden 2 bis 8 begrenzter Hohlraum mit einer Öffnung nach unten entsteht, die in der in der 1 gezeigten Ansicht jedoch nicht sichtbar ist. In diesem Hohlraum sind drei in der 1 schematisch dargestellte Hohlzylinder Z1, Z2 und Z3 entlang einer Geraden angeordnet, die in Längsrichtung des Bausteins B1 liegt. Die Zylinder Z1 bis Z3 dienen im Zusammenspiel mit den Wänden 2 bis 8 bei einem bekannten Stein zum Klemmen der Noppen eines darunter liegenden Steins oder einer mit Noppen versehenen Bodenplatte. Somit kann mit dem in der 1 dargestellten Baustein B1 nur entlang zweier einander entgegen gesetzter Richtungen gebaut werden.
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Beim Baustein B1 handelt es sich um einen Baustein mit acht Noppen N1 bis N8, die in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die erste Reihe die Noppen N1 bis N4 enthält. Die zweite Reihe enthält die Noppen N5 bis N8.
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Die 2 zeigt eine Ausrichtvorrichtung AV1, die gemeinsam mit einer genauso aufgebauten Ausrichtvorrichtung AV2 zum Aufbau eines unten an Hand der 3 und 4 erläuterten Verbundbausteins V1 dient.
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Ein kartesisches Koordinatensystem 20 hat eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse, die in dieser Reihenfolge in die Koordinatenrichtungen x, y, z zeigen.
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Die Ausrichtvorrichtung AV1 hat:
- – einen zylinderförmigen Hauptkörper HK, dessen Mittelachse in x-Richtung liegt,
- – einen beidseitig des Hauptkörpers HK an einer Position P1 angeordneten zylinderförmigen Querkörper Q1, dessen Mittelachse in y-Richtung liegt,
- – einen beidseitig des Hauptkörpers HK an einer Position P2 angeordneten zylinderförmigen Querkörper Q2, dessen Mittelachse ebenfalls in y-Richtung liegt,
- – einen einseitig des Hauptkörpers HK an der Position P1 angeordneten zylinderförmigen Querkörper Q3, dessen Mittelachse in z-Richtung liegt, und
- – einen einseitig des Hauptkörpers HK an der Position P2 angeordneten zylinderförmigen Querkörper Q4, dessen Mittelachse ebenfalls in z-Richtung liegt.
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Die Positionen P1 und P2 sind so gewählt, dass die Querkörper Q1 und Q2 bspw. in die äußeren Hohlzylinder, bspw. Z1 und Z3, eines Bausteins, z. B. B1, eingreifen können.
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Die 3 zeigt einen Verbundbaustein V1 mit zwei Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2 in Vorderansicht. Ein kartesisches Koordinatensystem 30 hat eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse, die in dieser Reihenfolge in die Koordinatenrichtungen x, y, z zeigen. Die x-Achse und die z-Achse liegen in der Blattebene, wobei die x-Achse nach rechts und die z-Achse nach oben zeigen. Die y-Achse zeigt senkrecht in die Blattebene der 3 hinein, was durch ein Kreuz angedeutet ist, das bspw. die Federn eines vom Betrachter weggerichten Pfeils verdeutlichen soll.
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Der Verbundbaustein V1 enthält die Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2. Die Ausrichtvorrichtung AV1 liegt dabei rechts der Ausrichtvorrichtung AV2, wobei der Hauptkörper HK1 der Ausrichtvorrichtung AV1 parallel zum Hauptkörper HK2 der Ausrichtvorrichtung AV2 angeordnet ist. Außerdem sind die einseitig am Hauptkörper HK1 angeordneten Querkörper Q3a und Q4a der Ausrichtvorrichtung AV1 von den einseitig am Hauptkörper HK2 angeordneten Querkörpern Q3b und Q4b der Ausrichtvorrichtung AV2 weggerichtet. Die Querkörper Q3a und Q4a greifen in die Hohlzylinder Z1 und Z3 des Bausteins B1 in Klemmsitz ein. Die Querkörper Q3b und Q4b greifen in die weiter nach außen gesetzten Hohlzylinder eines Bausteins B2 in Klemmsitz ein.
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Die zum Betrachter hin gerichteten Enden der Querkörper Q1a und Q2a der Ausrichtvorrichtung AV1 greifen jeweils in den rechten Zylinder eines Bausteins B3b bzw. B3a ein. Die zum Betrachter hin gerichteten Enden der Querkörper Q1b und Q2b der Ausrichtvorrichtung AV2 greifen jeweils in den linken Zylinder eines Bausteins B3b bzw. B3a ein.
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Die vom Betrachter weg gerichteten Enden der Querkörper Q1a und Q2a der Ausrichtvorrichtung AV1 greifen jeweils in den rechten Zylinder eines Bausteins B4b bzw. B4a ein, siehe 4. Die vom Betrachter weg gerichteten Enden der Querkörper Q1b und Q2b der Ausrichtvorrichtung AV2 greifen jeweils in den linken Zylinder des Bausteins B4b bzw. B4a ein, siehe 4.
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Durch diese Anordnung der Bausteine B3a und B3b bzw. der Bausteine B4a und B4b, siehe 4, kann sich der Verbundbaustein V1 nicht in sich selbst verdrehen. Alternativ können die Bausteine B3a und B3b (kurz B3) sowie die Bausteine B4a und B4b (kurz B4) aber auch jeweils nur an eine der Ausrichtvorrichtungen AV1, AV2 gesteckt werden, d. h. die Längsachsen der Bausteine B3 und B4 liegen parallel zur Mittelachse der des Hauptkörpers HK1, HK2 der Ausrichtvorrichtungen AV1, AV2. Dabei kann eine andere Maßnahme ein Verdrehen der Bausteine B3 bzw. B4 verhindern.
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Das in der 3 oben gezeigte Ende der Ausrichtvorrichtung AV1 greift in den rechten Hohlzylinder eines Bausteins B5 ein. Das in der 3 oben gezeigte Ende der Ausrichtvorrichtung AV2 greift in den linken Hohlzylinder des Bausteins B5 ein.
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Das in der 3 unten gezeigte Ende der Ausrichtvorrichtung AV1 greift in den rechten Hohlzylinder eines Bausteins B6 ein. Das in der 3 unten gezeigte Ende der Ausrichtvorrichtung AV2 greift in den linken Hohlzylinder des Bausteins B6 ein.
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Beim Zusammenbau des Verbundbausteins V1 wird bspw. wie folgt vorgegangen. Auf einer ebenen Fläche werden zunächst die in der 3 nicht dargestellten Bausteine B4a und B4b mit ihren Öffnungen nach oben zeigend in einer Ausrichtung hingelegt, die der dargestellten Ausrichtung der Bausteine B3a und B3b entspricht, d. h. lange Seiten erstrecken sich in der x-Richtung. Danach wird die Ausrichtvorrichtung AV1 in die rechten Zylinder der Bausteine B4a und B4b gesteckt und angedrückt bis sie an die Bausteine B4a und B4b anschlägt. Die Ausrichtvorrichtung AV2 wird in die linken Zylinder der Bausteine B4a und B4b gesteckt und angedrückt bis sie an die Bausteine B4a und B4b anschlägt.
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Danach wird bspw. der Baustein B3a auf die nach oben gerichteten Enden der Querkörper Q2a und Q2b gesteckt und angedrückt bis er an den Hauptkörper HK1 bzw. HK2 anschlägt. Anschließend wird bspw. der Baustein B3b auf die nach oben gerichteten Enden der Querkörper Q1a und Q1b gesteckt bis er an den Hauptkörper HK1 bzw. HK2 anschlägt.
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Danach kann der Baustein B1 auf die rechts frei liegenden Enden der Querkörper Q3a und Q4a gesteckt werden, bis er an die rechten Seitenwände der Bausteine B3a, B3b, B4a und B4b anschlägt.
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Weiterhin kann dann der Baustein B5 auf die in der 3 oben frei liegenden Enden der Hauptkörper HK1 und HK2 gesteckt werden, bis er an den langen Seitenwänden der Bausteine B3a und B4a anschlägt.
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Danach kann der Baustein B1 auf die links frei liegenden Enden der Querkörper Q3b und Q4b gesteckt werden, bis er an die linken Seitenwände der Bausteine B3a, B3b, B4a und B4b anschlägt.
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Weiterhin kann dann der Baustein B6 auf die in der 3 unten frei liegenden Enden der Hauptkörper HK1 und HK2 gesteckt werden, bis er an den langen Seitenwänden der Bausteine B3b und B4b anschlägt.
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Somit ist der Zusammenbau in wenigen Schritten realisierbar. Es kann auch eine andere Reihenfolge des Zusammenbaus des Verbundbausteins V1 gewählt werden als soeben erläutert. Bspw. kann die Reihenfolge der Montage der Bausteine B1, B2, B5 und B6 beliebig sein.
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In der 3 sind die Abstände zwischen den Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2 auf der einen Seite sowie den Bausteinen B1 bis B6 auf der anderen Seite übertrieben groß dargestellt, um das Verständnis zu erleichtern. Tatsächlich wird hier ein Klemmsitz verwendet, der keinen Spalt zulässt, sondern eine gewisse Überlappung von aneinander grenzenden Teilen erfordert.
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In der 3 sind weiterhin übertrieben große Spalte S1 und S2 dargestellt, die zwischen den Enden der Querkörper Q3a bzw. Q3b und der inneren Deckenoberfläche des Bausteins B1 im Zylinder Z1 bzw. Z3 vorhanden sind. Diese Spalte S1 bzw. S2 ermöglichen einen guten Sitz des Bausteins B1 an den Bausteinen B3a, B3b, B4a, B4b. Das spaltlose Berühren der Bausteine B3a, B3b, B4a, B4b durch den Baustein B1 wird auf Grund der Spalte S1 und S2 auch gewährleistet, wenn die Enden der Querkörper Q3a bzw. Q3b unterschiedlich lang in Bezug aufeinander sind, was bspw. durch ungenaues Drucken der Fall sein kann. Auch an den anderen Hohlzylindern, in denen die Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2 eingreifen gibt es am Hohlzylinderboden dem Spalt S1 bzw. dem Spalt S2 entsprechende Spalte. Diese Spalte, z. B. S1 bis S4, können bspw. eine Spaltbreite im Bereich von 0,1 Millimeter bis 1 Millimeter haben.
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Der in der 3 dargestellte Verbindungsbaustein V1 kann ohne Klebemittel hergestellt werden. Zusätzlich kann jedoch auch Klebstoff verwendet werden, um die Bausteine B1 bis B6 gegen zu starken Zug zu sichern und ein Ablösen vom Verbund im Fall von Zugkräften zu vermeiden. Der Klebstoff kann bspw. in die Hohlzylinder, z. B. Z1, Z3, eingebracht werden, insbesondere in die Spalte S1 bis S4.
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In der 3 sind nicht alle Noppen N bezeichnet. Jedoch sind die Noppen N5 bis N8 des Bausteins B1 dargestellt. In der 3 sind weiterhin dargestellt:
- – Flächennormalen FN1, FN2, FN5 bzw. FN6 an den Bausteinen B1, B2, B5 bzw. B6,
- – Anbauflächen AF1, AF2, AF5 bzw. AF6 an den Bausteinen B1, B2, B5 bzw. B6, sowie
- – zurückgesetzte Kanten K1 bis K4 mit Überlappung von Bausteinen.
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Die Flächennormalen FN1, FN2, FN5 bzw. FN6 zeigen in die folgenden Richtungen:
- – Flächennormale FN1 in x-Richtung,
- – Flächennormale FN2 entgegen der x-Richtung,
- – Flächennormale FN5 in z-Richtung, und
- – Flächennormale FN6 entgegen der z-Richtung.
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Pfeile 32a, 32b deuten einen Blick von rechts an, der in der folgenden 4 gezeigt ist.
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Die 4 zeigt den in der 3 gezeigten Verbundbaustein V1 in Seitenansicht. Es ist wiederum das Koordinatensystem 30 dargestellt. Die y-Achse und die z-Achse liegen in der Blattebene, wobei die y-Achse nach links und die z-Achse nach oben zeigen. Die x-Achse zeigt senkrecht aus der Blattebene der 3 heraus, was durch eine Pfeilspitze angedeutet ist.
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In der 4 sind weiterhin dargestellt:
- – Flächennormale FN3 bzw. FN4 an dem Baustein B3a bzw. B4a,
- – Anbaufläche AF3 bzw. AF3 an dem Baustein B3a bzw. B4a, sowie
- – zurückgesetzte Kanten K1 und K5 mit Überlappung von Bausteinen.
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Die Flächennormalen FN3 und FN4 zeigen in die folgenden Richtungen:
- – Flächennormale FN3 in y-Richtung,
- – Flächennormale FN4 entgegen der x-Richtung.
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Die Flächennormale FN3 gilt auch für die mit Noppen versehene Anbaufläche des Bausteins B3b. Ebenso gilt die Flächennormale FN4 auch für die mit Noppen versehene Anbaufläche des Bausteins B4b. Die Anbaufläche AF3 erstreckt sich außerdem über die Noppen der beiden Bausteine B3a und B3b. Ebenso erstreckt sich die Anbaufläche AF3 über die Noppen der beiden Bausteine B4a und B4b.
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Ein Spalt S3 liegt zwischen dem zum Baustein B4a zeigenden Ende des Querkörpers Q2a und dem Baustein B4a. Ein Spalt S4 liegt zwischen dem zum Baustein B4b zeigenden Ende des Querkörpers Q1a und dem Baustein B4b. Für die Spalte S3 und S4 gilt das zu dem Spalt S1 bzw. S2 Gesagte.
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Somit kann mit dem in den 3 und 4 gezeigten Verbundbaustein V1 in sechs Richtungen gebaut werden, wobei drei Richtungen (z. B. x, y, z) genau entgegen gesetzt zu den anderen drei Richtungen (z. B. –x, –y, –z) liegen. Das Bauen entlang von kartesischen Koordinaten entspricht den typischen Bauweisen in der Bauwirtschaft und auch dem typischen räumlichen Vorstellungen der Menschen.
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Die 5 zeigt eine Prinzipskizze der in den 3 und 4 dargestellten Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2.
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Bei einer Variante für eine Ausrichtvorrichtung werden die Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2 durch einen Verbindungssteg oder durch zwei Verbindungsstege 50, 52 bzw. mehr als zwei Verbindungsstege verbunden. Die Verbindungsstege 50, 52 können an den Positionen P1 und P2 liegen, so dass die Querkörper Q3a und Q3b durch den Verbindungssteg 52 miteinander verbunden sind. Die Querkörper Q4a und Q4b können durch den Verbindungssteg 50 miteinander verbunden sein. Wird nur ein Verbindungssteg verwendet, so kann er jeweils in der Mitte der Hauptkörper HK1, HK2 enden.
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Weiterhin kann alternativ an Stelle der Verbindungsstege 50 und 52 eine weitere Ausrichtvorrichtung liegen, die wie die Ausrichtvorrichtung AV1 ausgebildet ist, aber keine Querstege Q3a und Q4a hat. Die den Querstegen Q1a und Q2a entsprechenden Querstege der weiteren Ausrichtvorrichtungen sowie deren Enden des Hauptkörpers greifen dann jeweils in die mittleren Zylinder der Bausteine ein, was die Stabilität weiter erhöht. Die weitere Ausrichtvorrichtung kann aber auch, wie im vorherigen Absatz erläutert, mit den anderen beiden Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2 mit Hilfe eines Steges oder mehrerer Stege verbunden werden.
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Bei einer weiteren Variante mit den Verbindungsstegen 50 und 52 und den beiden Ausrichtvorrichtungen AV1 und AV2 sind die Querkörper Q1a, Q2a, Q1b und Q2b nur einseitig am Hauptkörper HK1 bzw. HK2 ausgebildet. Mit zwei solchen Ausrichtvorrichtungen können dann Verbundbausteine mit 12 Bausteinen aufgebaut werden, die an jeder Seite zwei Bausteine haben und somit würfelförmiger sind als der Verbundbaustein V1. Zusätzlich können diese beiden Ausrichtvorrichtungen aber auch durch zwei oder vier weitere Verbindungsstege verbunden sein.
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Bei allen Ausführungsbeispielen mit Verbundstegen kann an Stelle der Stege auch eine Verbundplatte, ggf. mit Aussparungen von vorzugsweise weniger als 50 Volumenprozent verwendet werden.
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Die 6 zeigt eine Prinzipskizze für eine Ausrichtvorrichtung AV3, die bei einem Verbundbaustein aus nur sechs Bausteinen verwendet werden kann. Die Ausrichtvorrichtung AV3 ist bis auf die im Folgenden erläuterten Abweichungen wie die Ausrichtvorrichtung AV1 bzw. AV2 aufgebaut, d. h. es gibt:
- – einen Hauptkörper HK3, der dem Hauptkörper HK1 bzw. HK2 entspricht und der sich entlang einer ersten Geraden erstreckt,
- – einen an einer ersten Position der ersten Geraden liegenden Querkörper Q1c, der dem Querkörper Q1a bzw. Q1b entspricht und der sich entlang einer zweiten Geraden erstreckt, die im Winkel von 90 Grad zur ersten Geraden liegt,
- – einen an einer zweiten Position der ersten Geraden liegenden Querkörper Q2c, der dem Querkörper Q2a bzw. Q2b entspricht und der sich entlang einer dritten Geraden erstreckt, die im Winkel von 90 Grad zur ersten Geraden und parallel zur zweiten Geraden liegt,
- – einen an der ersten Position der ersten Geraden liegenden Querkörper Q3c, der auf einer Seite des Hauptkörpers HK3 dem Querkörper Q3a bzw. Q3b entspricht und der sich entlang einer vierten Geraden erstreckt, die im Winkel von 90 Grad zur ersten Geraden und zur zweiten Geraden liegt,
- – einen an der zweiten Position der ersten Geraden liegenden Querkörper Q4c, der auf einer Seite des Hauptkörpers HK3 dem Querkörper Q4a bzw. Q4b entspricht und der sich entlang einer fünften Geraden erstreckt, die im Winkel von 90 Grad zur ersten Geraden und zur zweiten Geraden liegt.
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Die Querkörper Q3c und Q4c erstrecken sich jedoch im Unterschied zu den Querkörpern Q3a, Q3b bzw. Q4a, Q4b auf beiden Seiten des Hauptkörpers HK3 und können symmetrisch zum Hauptkörper HK3 angeordnet sein.
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Bspw. lassen sich sechs achtnoppige Bausteine wie folgt an der Ausrichtvorrichtung anordnen:
- – erster Baustein mit seinen beiden äußeren Hohlzylindern an den in der 6 mit Bezugszeichen versehenen Enden der Querkörper Q1c und Q2c,
- – zweiter Baustein mit seinen beiden äußeren Hohlzylindern an den in der 6 mit Bezugszeichen versehenen Enden bzw. an den vorderen Enden der Querkörper Q3c und Q4c,
- – dritter Baustein mit seinen beiden äußeren Hohlzylindern an den in der 6 nicht mit Bezugszeichen versehenen Enden bzw. an den rechten Enden der Querkörper Q1c und Q2c,
- – vierter Baustein mit seinen beiden äußeren Hohlzylindern an den in der 6 nicht mit Bezugszeichen versehenen Enden bzw. an den hinteren Enden der Querkörper Q3c und Q4c,
- – fünfter Baustein mit seinem mittleren Hohlzylinder an dem in der 6 mit einem Bezugszeichen versehenen Ende des Hauptkörpers HK3, d. h. am unteren Ende des Hauptkörpers HK3, und
- – sechster Baustein mit seinem mittleren Hohlzylinder an dem in der 6 nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Ende des Hauptkörpers HK3, d. h. am oberen Ende des Hauptkörpers HK3.
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Dabei können bspw. der erste Baustein bis vierte Baustein den gleichen Abstand zu einer Mittelachse des Hauptkörpers HK3 haben.
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Alternativ haben der erste Baustein und der dritte Baustein einen kleineren Abstand zu einer Mittelachse des Hauptkörpers HK3, d. h. sie liegen bspw. an dem Hauptkörper HK3 an. Der zweite Baustein und der vierte Baustein können dagegen einen größeren Abstand zur Mittelachse des Hauptkörpers HK3 haben als der erste Baustein bzw. der dritte Baustein. So können der zweite Baustein und der vierte Baustein jeweils am ersten Baustein und am zweiten Baustein anliegen aber nicht am Hauptkörper HK3.
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Der fünfte Baustein und der sechste Baustein können mit Hilfe einer zusätzlichen Verdrehsicherung an der Ausrichtvorrichtung 3 gegen ein Verdrehen gesichert sein, nicht dargestellt. Die Verdrehsicherung kann bspw. unter Einbeziehung der beiden äußeren Hohlzylinder des fünften Bausteins bzw. des sechsten Bausteins ausgeführt werden. Bspw. können der fünfte Baustein und der sechste Baustein so ausgerichtet und justiert sein, dass ihre Längsachse jeweils entlang der Mittelachsen der Querkörper Q3c und Q4c liegen, wenn sich der erste Baustein und der dritte Baustein die Ausrichtvorrichtung AV3 berühren aber nicht der zweite Baustein und der vierte Baustein. Somit ragen der fünfte Baustein und der sechste Baustein in Richtung der Mittelachse des Hauptkörpers HK3 gesehen nicht über den zweiten Baustein und den dritten Baustein hinaus.
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Die gleiche Konfiguration kann jedoch auch für den fünften Baustein und für den sechsten Baustein gewählt werden, wenn der erste Baustein, der zweite Baustein, der dritte Baustein und der vierte Baustein jeweils den gleichen Abstand zur Mittelachse des Hauptkörpers HK3 haben, die in der 6 in vertikaler Richtung liegt.
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Auch bei der in der 6 gezeigten Ausrichtvorrichtung AV3 können zwischen den übereinander angeordneten Querträgern noch weitere optionale Querträger Q5c und Q6c angeordnet sein, so dass alle drei Hohlzylinder eines seitlich der Ausrichtvorrichtung AV3 angeordneten Bausteins mit der Ausrichtvorrichtung AV3 in Eingriff stehen, was die Stabilität weiter erhöht.
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Die 7 zeigt einen komplementären Verbundstein V2. Der Verbundstein V2 enthätl bzw. -besteht aus:
- – einem oberen Baustein B9,
- – einer Verbundvorrichtung B10, und
- – einem unteren Baustein B10.
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Die Bausteine B9 und B10 sind wie der Baustein B1 aufgebaut. Insbesondere gibt es am Baustein B9 Noppen, wobei ein Noppen N9 dargestellt ist. Weiterhin ist die Flächennormale FN9 an der mit den Noppen versehenen Anbaufläche AF9 des Bausteins B9 eingezeichnet. Die nach oben gerichtete noppenfreie Anbaufläche des Bausteins B9 enthält die Enden von drei Hohlzylindern Z4, Z5 und Z6.
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Am Baustein B10 gibt es ebenfalls Noppen, wobei ein Noppen N10 dargestellt ist. Weiterhin ist die Flächennormale FN10 an der mit den Noppen N10 usw. versehenen Anbaufläche AF10 des Bausteins B10 eingezeichnet. Die nach unten gerichtete noppenfreie Anbaufläche des Bausteins B10 enthält die Enden von drei Hohlzylindern, die jedoch nicht dargestellt sind.
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Die Verbundvorrichtung VV hat:
- – eine linke Seitenwand 82,
- – eine rechte Seitenwand 84,
- – eine Rückwand 86, und
- – eine Vorderwand 88,
die zusammen eine im Querschnitt viereckige Hülse bzw. eine vierkantige Hülse ergeben, die im Innern hohl ist.
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Die Verbundvorrichtung VV umschließt den Baustein B9 an seinen Seitenwänden im Klemmsitz. Mindestens 30 Prozent, mindestens 40 Prozent oder mindestens 50 Prozent der Fläche der Seitenflächen des Bausteins B9 können von der Verbundvorrichtung VV bedeckt sein. Mindestens 30 Prozent der Seitenflächen des Bausteins B9 können nicht von der Verbundvorrichtung VV bedeckt sein, d. h. frei liegen. Die Verbundvorrichtung VV umschließt ebenso den Baustein B10 an seinen Seitenwänden im Klemmsitz. Mindestens 30 Prozent, mindestens 40 Prozent oder mindestens 50 Prozent der Fläche der Seitenflächen des Bausteins B10 können von der Verbundvorrichtung VV bedeckt sein. Mindestens 30 Prozent der Seitenflächen des Bausteins B10 können wieder nicht von der Verbundvorrichtung VV bedeckt sein, d. h. frei liegen.
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An der Verbundvorrichtung VV ist weiterhin ein optionaler Vorsprung 90 ausgebildet, der in Umfangsrichtung in einer Mittellage der Wände 82 bis 88 im Innern der Verbundvorrichtung VV umläuft. Durch den Vorsprung 90 wird eine Aufnahme 92 für den oberen Baustein B9 in der oberen Hälfte der Verbundvorrichtung VV ausgebildet. Durch den Vorsprung 90 wird weiterhin eine Aufnahme 94 für den unteren Baustein B10 in der unteren Hälfte der Verbundvorrichtung VV ausgebildet. Die in der Verbundvorrichtung VV aufzunehmenden Bausteine B9, B10 haben bspw. den Aufbau des Bausteins B1. Die Noppen N9, N10 der beiden aufzunehmenden bzw. zu verbindenden Bausteine B9, B10 liegen nach dem Einstecken der Bausteine B9, B10 im Bereich des Vorsprungs 90, wobei die Noppen der beiden Bausteine B9, B10 vorzugsweise aneinander grenzen. Die beiden Bausteine B9, B10 halten vorzugsweise durch Kraftschluss, d. h. durch Klemmsitz in der Verbundvorrichtung VV. Somit kann ohne Klebstoff ein komplementärer Verbundstein V2 geschaffen werden. Zusätzlich kann jedoch auch ein Klebstoff verwendet werden.
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Es ist ebenso möglich mehr als einen Baustein B9 an der oberen Hälfte bzw. an mehr als einen Baustein B10 an der unteren Hälfte der Verbundvorrichtung VV aufzunehmen, insbesondere jeweils zwei Bausteine.
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Die Verbundvorrichtung VV kann auch eine optionale umlaufende Nut 96 enthalten, wie sie bei einem 3D Druck mit nur einem Perimeter Wandstärke entsteht. Alternativ sind die Seitenwände jedoch außen glatt ausgebildet, d. h. ohne Nut und auch ohne Vorsprung.
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Bei allen erläuterten Weiterbildungen bzw. Beispielen können auch andere Bausteine verwendet werden, z. B.:
- – ein Noppen an der Anbaufläche,
- – zwei Noppen an der Anbaufläche,
- – drei Noppen an der Anbaufläche,
- – vier Noppen, insbesondere in einer Reihe oder in zwei Reihen, d. h. zwei mal zwei Noppen,
- – fünf Noppen an der Anbaufläche,
- – sechs Noppen an der Anbaufläche, insbesondere in einer Reihe oder in zwei Reihen, d. h. zwei mal drei Noppen,
- – sieben Noppen an der Anbaufläche,
- – acht Noppen an der Anbaufläche, insbesondere in einer Reihe oder in zwei Reihen, d. h. zwei Mal vier Noppen, wie oben ausgeführt,
- – usw.
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Es kann an einem Verbundbaustein auch Steine geben, die voneinander unterschiedliche Noppenanzahlen und/oder Noppenanordnungen haben.
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Falls keine Hohlzylinder in den anderen Bausteinen vorhanden sind, gibt es bspw. Vollzylinder. Damit ist die Ausrichtvorrichtung entsprechend anzupassen, d. h. mit Hohlzylindern an ihren Enden zu versehen. Diese Hohlzylinder können auch konisch ausgeführt werden, insbesondere sich nach außen hin aufweitend.
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Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die in der Einleitung genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen können untereinander kombiniert werden. Die in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungsbeispiele können ebenfalls untereinander kombiniert werden. Weiterhin können die in der Einleitung genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen mit den in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- L
- Länge
- B
- Breite
- 2
- linke Seitenwand
- 4
- rechte Seitenwand
- 6
- Rückwand
- 8
- vordere Wand
- 10
- Decke
- 20
- Koordinatensystem
- Z1 bis Z6
- Hohlzylinder
- AV1 bis AV3
- Ausrichtvorrichtung
- HK, HK1 bis HK3
- Hauptkörper
- Q1 bis Q4
- Querkörper
- Q1a bis Q1c
- Querkörper
- Q2a bis Q2c
- Querkörper
- Q3a bis Q3c
- Querkörper
- Q4a bis Q6c
- Querkörper
- x, y, z
- Koordinatenrichtung
- P1, P2
- Position
- B1 bis B10
- Baustein
- V1, V2
- Verbundbaustein
- VV
- Verbundvorrichtung
- S1 bis S4
- Spalt
- N, N1 bis N10
- Noppe
- FN1 bis FN10
- Flächennormale
- AF1 bis AF10
- Anbaufläche
- K1 bis K8
- zurückgesetzte Kante mit Überlappung
- 30
- Koordinatensystem
- 32a, 32b
- Pfeil
- S1 bis S4
- Spalt
- 50, 52
- optionaler Verbindungssteg
- 82
- linke Seitenwand
- 84
- rechte Seitenwand
- 86
- Rückwand
- 88
- Vorderwand
- 90
- Vorsprung
- 92
- Aufnahme für oberen Baustein
- 94
- Aufnahme für unteren Baustein
- 96
- optionale umlaufende Nut
