-
Stand der Technik mit Fundstellen:
-
Es ist bekannt, Gegenstände, Werkstücke oder Gebäude aus Bausteinen manuell oder maschinell zusammenzusetzen. Die Bauelemente selbst werden dabei manuell oder maschinell an den Bestimmungsort bewegt, den der Bauplan vorsieht. Neben dem mechanischen Aufbau sowie der Wärmeisolierung können Bausteine noch weitere Funktionen integrieren. Beispielweise beschreibt die Druckschrift
CN101763714A einen intelligenten Baustein, der einen Temperatursensor und eine Signalverarbeitungseinheit enthält, um bei Bränden Informationen zu liefern.
-
Bei Rapid Prototyping Technologien, wie in
WO1995005935A1 beschrieben, wird ein Produkt durch Aufbringen von Material mittels 3D-Drucker meist von unten nach oben entsprechend einem CAD-Modell aufgebaut. Dabei gibt es bedingt durch den schichtweisen Aufbau, wie in
DE 10 2005 034 155 B3 , Einschränkungen bei den möglichen zu realisierenden Formen.
-
Problem:
-
Der im Patentsanpruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass das Zusammensetzen von Bausteinen aufwändig ist, wenn sie maschinell oder manuell transportiert und zusammen gesetzt werden müssen und entsprechende Einrichtungen oder Arbeitskräfte erfordert. In den Druckschriften
CN103963152A sowie
CN202245352U werden beispielsweise Maschinen bzw. Roboter beschrieben, die Bausteine transportieren bzw. zusammen setzen. Die Geschwindigkeit des Aufbaus hängt wesentlich von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Arbeitskräfte bzw. Transportmaschinen ab.
-
Eine Verringerung des Arbeits-, Transports- und Zeitaufwands ist wünschenswert. Einschränkungen, die sich durch den schichtweisen Aufbaus von Rapid Prototyping Technologien ergeben, sollten vermieden werden.
-
Lösung:
-
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst, indem der Baustein mittels individueller Antriebe zur Bewegung in beliebige Raumrichtungen und zur Änderung der Orientierung sowie Positions- und Orientierungssensoren autonom die Position und Orientierung dem Bauplan entsprechend einnimmt.
-
Erreichte Vorteile:
-
Beim Zusammensetzen von Gegenständen bzw. der Fertigung von Werkstücken selbstständig einem Bauplan entsprechend aus Smart Bricks erfolgt, verringern sich Arbeits-, Transport- und Zeitaufwand. Die Werkstücke lassen sich ohne zusätzlichen maschinellen oder personellen Aufwand einem neuen Plan entsprechend umbauen und wiederverwenden. Da die Berechnungen verteilt in den einzelnen Bausteinen erfolgen, ist kein aufwändiger Zentralrechner erforderlich.
-
Weitere Ausgestaltung der Erfindung:
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. Da die Bausteine mit Hilfe von Kommunikationsschnittstellen (z. B. drahtloses WLAN) miteinander oder einer zentralen Steuereinrichtung Daten austauschen, können Kollisionen vermieden und optimale Bewegungsverläufe (Trajektorien) vom Baukasten zum Bestimmungsort laut Plan ermittelt werden.
-
Gemäß Anspruch 3 speichert der Smart Brick die individuellen Informationen zur Orientierung und zum Bestimmungsort.
-
Die Berechnung der erforderlichen individuellen Bewegungsverläufe sowie der Reihenfolge des Zusammenbaus der Smart Bricks erfolgt gemäß Anspruch 4 aufgrund der ausgetauschten Identitäts- sowie Positions- und Orientierungsdaten.
-
Gemäß Anspruch 5 sind Verbindungselemente vorhanden, um die einzelnen Smart Bricks nach Einnahme der Position mit benachbarten Smart Bricks stabil zu verbinden.
-
Gemäß Anspruch 6 werden Hohlräume zur Erhöhung der Stabilität verfüllt.
-
Gemäß Anspruch 7 erfolgt die Wiederverwendung von Smart Bricks mit Hilfe lösbarer Verbindungselemente für im Rahmen eines anderen Bauplans.
-
Gemäß Anspruch 8 bewegen sich Smart Bricks in einer Flüssigkeit zum Bestimmungsort. Dadurch ist die Steuerung des Antriebs für Position und Orientierung leichter zu realisieren und weniger Transportenergie als beim Bauen in der Atmosphäre oder im Vakuum erforderlich. Das Gewicht der Bausteine wird durch den Auftrieb kompensiert, wenn die Flüssigkeit eine ähnliche Dichte wie die Bausteine aufweist.
-
Beschreibung eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele
-
zeigt den Aufbau eines quaderförmigen Smart Bricks in der Ebenenprojektion. Jeder Smart Brick hat die Fähigkeit, sich im Raum mit Hilfe eines eigenen 3D-Antriebs in den Raumrichtungen frei zu bewegen und sich ggf. bzgl. der Orientierung auszurichten. Der Antrieb kann z. B. durch ein Magnetfeld oder reaktiv erfolgen.
-
Durch einen Positionssensor werden die aktuelle individuelle Position sowie Abstände zu benachbarten Smart Bricks bestimmt. Über die Kommunikationseinrichtung erhalten die einzelnen Smart Bricks ihre Zielposition entsprechend dem Bauplan.
-
Durch den Austausch der Positionsdaten mit anderen Smart Bricks wird die Entfernung zu benachbarten Bausteinen ermittelt, so dass gesonderte Abstandssensoren nicht erforderlich sind.
-
Mit quader- und prismenförmigen Smart Bricks lässt sich ein kompakter Bausteinverbund gemäß 2(a) bauen. Die räumlichen Smart Bricks sind in der Zeichnung flächig projiziert dargestellt. Im Beispiel sind 3 Typen aus einem Baukasten (b) erforderlich. Das Prinzip lässt sich für andere Formen, wie wabenförmige Dodekaeder gemäß 3 verallgemeinern.
-
Derartige kantige Smart Bricks benötigen einen Orientierungssensor zur Ausrichtung. Die Bewegungsverläufe der einzelnen Bausteine sowie die Reihenfolge des Zusammenbaus werden an die Smart Bricks übermittelt.
-
Ein Zusammensetzen von Teilobjekten, die sich daraufhin mit einander verbinden, kann Verzögerungen durch Kollision von Bewegungsverläufen verringern.
-
Mit Hilfe der Sensoren und Antriebe sind die Smart Bricks in der Lage, sich autonom entsprechend des Bauplans an die vorgesehene Stelle zu bewegen und dort selbstständig nach Planvorgabe auszurichten.
-
Berührungssensoren stellen das Andocken eines benachbarten Smart Bricks fest. Am Berührungspunkt bzw. an der Berührungsfläche zwischen den Smart Bricks verbinden sie sich mechanisch mit Hilfe von Verbindungselementen. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Bausteinverbunds werden Hohlräume verfüllt.
-
4 zeigt die Verwendung von Kugelbausteinen. An den Berührungspunkten erfolgt eine mechanische Verankerung der Smart Bricks mit Verbindungselementen. Die Bausteine besitzen Verbindungselemente, um sich mit angrenzenden Bausteinen zu verbinden. Hohlräume werden mit Verfüllmaterial ausgefüllt, um die Stabilität zu erhöhen.
-
Bei Bausteinverbünden mit Lücken werden Hohlräume zur Erhöhung der Stabilität mit Hilfe einer Verfülleinrichtung verfüllt. Im Gegensatz zu eckigen Formen sind bei kugelförmigen Grundformen Orientierungssensor und Antrieb für die Ausrichtung des Bausteins nicht zwingend erforderlich.
-
Die Antriebssteuerung nach 5 bringt den Smart Brick durch Vergleich der Soll mit der Ist-Position in die erforderliche Lage laut Bauplan. Die Positionen der anderen Smart Bricks wird bei der Berechnung des Route des Bausteins berücksichtigt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- CN 101763714 A [0001]
- WO 1995005935 A1 [0002]
- DE 102005034155 B3 [0002]
- CN 103963152 A [0003]
- CN 202245352 U [0003]
