DE102016112143A1

DE102016112143A1 - System for absorbing external forces

Info

Publication number: DE102016112143A1
Application number: DE102016112143.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Michel Matthias Prof Dipl Ing De
Priority date: 2016-07-02
Filing date: 2016-07-02
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System von miteinander mittels Verbindungselementen verbundener dreidimensionaler Elemente, wobei jedes der dreidimensionalen Elemente mindestens ein erstes flächiges Strukturelement und mindestens ein dem ersten flächigen Strukturelement gegenüberliegendes zweites flächiges Strukturelement aufweist, die in einem ersten Abstand voneinander mittels mindestens eines Kopplungselements beabstandet angeordnet sind, und wobei die Verbindungselemente an ihrem Anschlusspunkt am dreidimensionalen Element kraftschlüssig entlang von Kreistangenten um Kreise, dessen Kreismittelpunkte in der Nähe der zentralen Hochachse des jeweiligen dreidimensionalen Elements liegen, angeordnet sind, und wobei die Anschlusspunkte eines Verbindungselements zur Verbindung zweier nebeneinander angeordneter dreidimensionale Elemente exzentrisch zu deren zentraler Hochachse, insbesondere an oder benachbart zu direkt gegenüberliegenden Ecken von Seitenenden von jeweils zwei der dreidimensionalen Elemente angeordnet sind, eine Formeinrichtung sowie eine Verwendung des erfindungsgemäßen Systems und der erfindungsgemäßen Formeinrichtung.The present invention relates to a system of three-dimensional elements connected to one another by means of connecting elements, each of the three-dimensional elements having at least one first planar structural element and at least one second planar structural element opposite the first planar structural element, which are spaced apart from one another by at least one coupling element , and wherein the connecting elements at its connection point on the three-dimensional element frictionally along circle tangents around circles whose circle centers are in the vicinity of the central vertical axis of the respective three-dimensional element, and wherein the connection points of a connecting element for connecting two juxtaposed three-dimensional elements eccentric to the central vertical axis, in particular on or adjacent to directly opposite corners of side ends of two each the three-dimensional elements are arranged, a shaping device and a use of the system according to the invention and the molding device according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Aufnahme von außen einwirkender Kräfte, eine Formeinrichtung sowie eine Verwendung derselben. The present invention relates to a system for absorbing external forces, a forming device and a use thereof.

Bei der Formgebung erstarrender bzw. schichtweise aufgebauter Werkstoffe oder Werkstücke nimmt der Formenbau einen signifikanten Anteil der Herstellungskosten in Anspruch. Dies gilt insbesondere bei gekrümmten Werkstückgeometrien, und besonders dann, wenn das herzustellende Erzeugnis flächiger Natur, wie zum Beispiel ein Glaspaneel oder ein Betonbauteil, ist.In the shaping of solidifying or layered materials or workpieces takes the mold making a significant proportion of the production costs to complete. This applies in particular to curved workpiece geometries, and especially when the product to be produced is of a planar nature, such as a glass panel or a concrete component.

Der Aufwand zur Herstellung wird zur beherrschenden Größe, wenn sich die Geometrie der Werkstücke nicht oder nur selten wiederholt. The cost of production becomes the dominant size, if the geometry of the workpieces is not or rarely repeated.

Beton stellt beispielsweise aufgrund seiner Frisch- und Festbetoneigenschaften das am besten geeignete Konstruktionsmaterial zur Herstellung frei geformter flächiger Bauteile, wie Schalen und Wände, dar. Negativ hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit wirken sich jedoch die hohen Kosten aus, mit denen die Schalungsarbeiten verbunden sind. Concrete, for example, because of its fresh and hardened concrete properties is the most suitable construction material for the production of free-form sheetlike components, such as trays and walls dar. Negative in terms of economy, however, affect the high costs associated with the formwork.

Zur Lösung dieses Problems wurden adaptive Formflächen im Stand der Technik beschrieben. Diese weisen üblicherweise mehrere auslenkbare Stützelemente auf, die voneinander beabstandet angeordnet sind, und deren Auslenkung die Geometrie der Formfläche bestimmt. To solve this problem, adaptive molding surfaces have been described in the prior art. These usually have a plurality of deflectable support members which are spaced from each other, and whose deflection determines the geometry of the molding surface.

Die Formfläche selbst ist dabei üblicherweise aus einen Material mit geringer Biegesteifigkeit, ggf. mit einer integrierten Unterstützung bzw. Verstärkungsstruktur, ausgebildet. Durch die Auslenkung der Stützelemente wird die gestützte Formfläche zwangsweise gekrümmt, und zwar derart, dass diese einen Zustand annimmt, der sich der kleinsten Biegeenergie annähert. The molding surface itself is usually formed of a material with low bending stiffness, possibly with an integrated support or reinforcing structure. Due to the deflection of the support elements, the supported mold surface is forcibly curved, in such a way that it assumes a state which approximates the smallest bending energy.

Dabei wird angestrebt, den Abstand der Stützelemente zueinander möglichst zu maximieren, um den baulichen Aufwand und somit die Kosten einerseits zu minimieren, andererseits um eine möglichst variable Formfläche bereitstellen zu können.The aim is to maximize the distance between the support elements as possible to minimize the structural complexity and thus the costs on the one hand, on the other hand to provide a variable as possible mold surface.

Der Abstand der Stützelemente ist dabei sowohl durch die Anforderung der möglichst genauen Abbildung der gewünschten Form als auch durch die mechanischen Eigenschaften der Formfläche begrenzt, die die Auflast aus dem umzuformenden Material über die Spannweite zwischen den Stützpunkten abtragen muss und sich hierbei möglichst wenig verformen soll. The distance of the support elements is limited both by the requirement of the most accurate mapping of the desired shape as well as by the mechanical properties of the mold surface, which must pay off the ballast from the material to be formed over the span between the bases and this should deform as little as possible.

Beim Umformen einer Fläche, beispielsweise einer quadratischen Fläche, aus einem ebenen Ausgangszustand in eine sphärische Form wirken in der Fläche ringförmige Druckkräfte. An den Kanten solcher Flächen werden diese Ringkräfte konzentriert, so dass eine erhöhte Druckspannung an den Schnittkanten zu verzeichnen ist. Gleichzeitig sind an den Ecken Schubspannungen zu verzeichnen, die aus dem Bestreben der Fläche zu rautenförmigen Verzerrungen resultieren. When reshaping a surface, for example a square surface, from a plane initial state into a spherical shape, annular compressive forces act in the surface. At the edges of such surfaces these ring forces are concentrated, so that an increased compressive stress is recorded at the cut edges. At the same time shear stresses can be observed at the corners, which result from the tendency of the surface to diamond-shaped distortions.

In Überlagerung mit diesen Tangentialspannungen wird eine aus der Umformung eine Biegung eingeprägt, deren Größe in Relation zu dem Krümmungsradius steht. Die Biegesteifigkeit der Fläche muss dabei zur Umformung überwunden werden. In superposition with these tangential stresses, a bend is impressed from the deformation whose size is related to the radius of curvature. The flexural rigidity of the surface must be overcome for forming.

Den maßgeblichen Widerstand gegen die sphärische Umformung leistet aber die Steifigkeit des Flächenquerschnitts gegen die in Tangentialrichtung wirkenden Druck- bzw. Zugkräfte zusammen mit der Schubsteifigkeit, die einer rautenförmigen Schubverzerrung entgegenwirkt. However, the decisive resistance to the spherical deformation is provided by the rigidity of the surface cross section against the compressive and tensile forces acting in the tangential direction together with the shear stiffness which counteracts a diamond-shaped shear distortion.

Soll ein flächiges Material zweiachsig gekrümmt und verformt werden, sind geringe Flächensteifigkeiten erforderlich, um diesen großen Dehnungen und Verzerrungen nachzukommen. If a flat material is biaxially curved and deformed, low surface rigidities are required to meet these large strains and distortions.

Eine Reduktion der Steifigkeit durch ein Verringern der Materialstärke führt bei monolithischen Materialien zum Stabilitätsversagen der druckbeanspruchten Ränder unter Auflast. Wird hingegen ein sehr weiches Material eingesetzt, um Instabilitäten zu vermeiden, verliert die Fläche an Biegesteifigkeit zum Abtrag der Auflast aus dem Werkstück.A reduction in stiffness by reducing the material thickness leads to monolithic materials to stability failure of the pressure-loaded edges under load. If, on the other hand, a very soft material is used to avoid instabilities, the surface loses bending stiffness for removing the ballast from the workpiece.

Zur Reduzierung der tangentialen Steifigkeit einer Fläche wurde beispielsweise in US 2011 0059 291 vorgeschlagen, in eine Materialfläche abwechselnd längs- und querförmige Aussparungen einzubringen. Eine Normalkraft in Flächenebene induziert dabei Exzentrizität der durch die Aussparungen gebildeten Elemente, die jeweils außermittig mit den benachbarten Elementen verbunden sind. Die Elemente verdrehen sich dabei gegenläufig zueinander. Stauchungen sind hierbei jedoch nur soweit möglich, bis die Elemente zusammenstoßen.For example, in order to reduce the tangential stiffness of a surface US 2011 0059291 proposed to introduce alternately longitudinal and transverse recesses in a material surface. A normal force in surface plane thereby induces eccentricity of the elements formed by the recesses, which are each connected off-center with the adjacent elements. The elements twist in opposite directions. However, compression is only possible as far as possible until the elements collide.

Nachteilig an den bekannten Lösungen ist es jedoch weiterhin, dass es nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist, die tangentiale Druck- und Schubsteifigkeit möglichst unabhängig von der Biegesteifigkeit einzustellen, um die im Widerspruch zueinanderstehenden Anforderungen an geringe Druck- und Schubsteifigkeit versus hoher Biegesteifigkeit nahezukommen. A disadvantage of the known solutions, however, is that it is not possible or only to a very limited extent to adjust the tangential compressive and shear stiffness as independently as possible from the flexural rigidity in order to approximate the contradictory requirements of low compressive and shear stiffness versus high flexural rigidity.

Ausgehend von diesen Nachteilen stellt sich die technische Aufgabe, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, und insbesondere ein System zu liefern, das ein unabhängiges Einstellen von Druck- und Schubsteifigkeit und Biegesteifigkeit ermöglicht. Based on these disadvantages, the technical problem of overcoming the disadvantages of the prior art, and in particular to provide a system that allows an independent setting of Pressure and shear stiffness and bending stiffness allows.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System von miteinander mittels Verbindungselementen verbundener dreidimensionaler Elemente, wobei jedes der dreidimensionalen Elemente mindestens ein erstes flächiges Strukturelement und mindestens ein dem ersten flächigen Strukturelement gegenüberliegendes zweites flächiges Strukturelement aufweist, die in einem ersten Abstand voneinander mittels mindestens eines Kopplungselements beabstandet angeordnet sind, und wobei die Verbindungselemente an ihrem Anschlusspunkt am dreidimensionalen Element kraftschlüssig entlang von Kreistangenten um Kreise, dessen Kreismittelpunkte in der Nähe und/oder auf der zentralen Hochachse des jeweiligen dreidimensionalen Elements liegen, angeordnet sind, und wobei die Anschlusspunkte eines Verbindungselements zur Verbindung zweier nebeneinander angeordneter dreidimensionale Elemente exzentrisch zur Hochachse, insbesondere an oder benachbart zu direkt gegenüberliegenden Ecken von Seitenenden von jeweils zwei der dreidimensionalen Elemente angeordnet sind. This object is achieved by a system of three-dimensional elements connected to one another by connecting elements, each of the three-dimensional elements having at least one first planar structural element and at least one second planar structural element opposite the first planar structural element, which are spaced apart from one another by means of at least one coupling element are arranged, and wherein the connecting elements at its connection point on the three-dimensional element frictionally along circle tangents around circles whose circle centers are in the vicinity and / or on the central vertical axis of the respective three-dimensional element, and wherein the connection points of a connecting element for connecting two side by side arranged three-dimensional elements eccentric to the vertical axis, in particular at or adjacent to directly opposite corners of side ends of two of the three-dimensional elements are arranged.

Erfindungsgemäß werden die dreidimensionalen Elemente durch das mindestens eine erste flächige Strukturelement und das mindestens eine zweite flächige Strukturelement gebildet, die durch das Kopplungselement voneinander in einem definierten Abstand beabstandet werden. According to the invention, the three-dimensional elements are formed by the at least one first planar structural element and the at least one second planar structural element, which are spaced apart from one another by the coupling element at a defined spacing.

Die geometrische Ausgestaltung der flächigen Strukturelemente und der Kopplungselemente ist erfindungsgemäß nicht beschränkt, vorzugsweise sind diese jedoch in Form von n-Ecken, insbesondere von 4-Ecken, ausgebildet. Die flächigen Strukturelemente können dabei vollflächig ausgebildet sein, gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jedoch beliebige Aussparungen umfassen. The geometric configuration of the planar structural elements and the coupling elements is not limited according to the invention, but these are preferably in the form of n-corners, in particular of 4 corners formed. The sheet-like structural elements may be formed over the entire surface, however, according to certain embodiments of the present invention comprise any recesses.

Es kann auch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgehen sein, dass das erste flächige Strukturelement, das zweite flächige Strukturelement und dass Kopplungselement in einem ausgeführt sind und ein integrales Bauteil ausbilden.It may also proceed according to an embodiment of the present invention that the first planar structural element, the second planar structural element and the coupling element are executed in one and form an integral component.

Die flächigen Strukturelemente weisen erfindungsgemäß Seitenende auf, die durch die äußeren Kantenverläufe der flächigen Strukturelemente gebildet sind. Der Schnittpunkt zweier Kantenverläufe bildet erfindungsgemäß jeweils eine Ecke aus. Im Falle von runden flächigen Strukturelemente kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter einer Ecke der Anschlusspunkt eines Verbindungselements verstanden werden, wobei dieser Anschlusspunkt einem Anschlusspunkt des Verbindungselements eines benachbarten flächigen Strukturelements spiegelsymmetrisch gegenüberliegt. According to the invention, the planar structural elements have lateral ends which are formed by the outer edge profiles of the planar structural elements. The intersection of two edge courses according to the invention forms in each case a corner. In the case of round planar structural elements can be understood in accordance with an embodiment of the present invention under a corner of the connection point of a connecting element, said connection point is opposite to a connection point of the connecting element of an adjacent planar structural element mirror-symmetrical.

Unter dem Begriff „benachbart“ zu einer Ecke soll vorliegenden Verstanden werden, dass der Abstand geringer ist als 1/3, bevorzugt von 1/6 der längsten Kantenlänge eines flächigen Strukturelements. The term "adjacent" to a corner should be understood that the distance is less than 1/3, preferably 1/6 of the longest edge length of a planar structural element.

Die Anordnung der Kreismittelpunkte in der Nähe und/oder auf der zentralen Hochachse soll erfindungsgemäß derart verstanden werden, dass diese entweder direkt auf der zentralen Hochachse angeordnet sind, oder in einem Abstand kleiner gleich 1/4, insbesondere kleiner gleich 1/6, insbesondere kleiner gleich 1/8 des größten Durchmessers eines dreidimensionalen Elements von der besagten Hochachse um dieselbe. The arrangement of the circle centers in the vicinity and / or on the central vertical axis should be understood in the present invention to be either directly on the central vertical axis, or at a distance less than or equal to 1/4, in particular less than or equal to 1/6, in particular smaller equal to 1/8 of the largest diameter of a three-dimensional element from said vertical axis about the same.

Ein erfindungsgemäßer Anschlusspunkt am dreidimensionalen Element ist derjenige Punkt, an dem ein Verbindungselement kraftschlüssig mit dem dreidimensionalen Element verbunden ist. Dabei kann sich das Verbindungselement gemäß einer Ausführungsform weiter in das dreidimensionale Element hineinerstrecken und dessen Befestigung mit dem dreidimensionalen Element muss nicht, oder nicht ausschließlich, im Bereich des Anschlusspunktes erfolgen. Auftretende seitlich auf das Verbindungselement wirkenden Biegekräfte werden jedoch am Angriffspunkt kraftschlüssig aufgenommen. An inventive connection point on the three-dimensional element is the point at which a connecting element is non-positively connected to the three-dimensional element. In this case, according to one embodiment, the connecting element can extend further into the three-dimensional element and its attachment to the three-dimensional element does not have to take place, or not exclusively, in the region of the connection point. Occurring bending forces acting laterally on the connecting element are, however, positively received at the point of application.

Der Anschlusspunkt der Verbindungselemente am dreidimensionalen Element erfolgt wie ausgeführt kraftschlüssig entlang von Kreistangenten um Kreise, deren Kreismittelpunkte in der Nähe der zentralen Hochachse des jeweiligen dreidimensionalen Elements liegen.The connection point of the connecting elements on the three-dimensional element takes place, as stated, non-positively along circle tangents around circles whose center of the circle lie in the vicinity of the central vertical axis of the respective three-dimensional element.

Die Hochachse der dreidimensionalen Elemente ist erfindungsgemäß definiert als eine Achse, die durch einen geometrischen Mittelpunkt mindestens eines, insbesondere beider flächiger Strukturelemente senkrecht zu dem oder den flächigen Strukturelementen verläuft. The vertical axis of the three-dimensional elements is defined according to the invention as an axis that extends through a geometric center of at least one, in particular both planar structural elements perpendicular to the one or more planar structural elements.

Erfindungsgemäß sind die Anschlusspunkte eines Verbindungselements zur Verbindung zweier nebeneinanderliegender dreidimensionale Elemente an oder benachbart zu direkt gegenüberliegenden Ecken von Seitenenden von jeweils zwei der dreidimensionalen Elemente angeordnet. Dies führt dazu, dass auftretende Kräfte auf die Verbindungselemente in jeweils entgegensetze Richtungen der Kreistangenten der dreidimensionalen Elemente wirken. According to the invention, the connecting points of a connecting element for connecting two adjacent three-dimensional elements are arranged on or adjacent to directly opposite corners of side ends of in each case two of the three-dimensional elements. As a result, occurring forces act on the connecting elements in respectively opposite directions of the circular tangents of the three-dimensional elements.

Das System ist dabei insbesondere flächig ausgebildet, so dass die dreidimensionalen Elemente sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. The system is designed in particular flat, so that the three-dimensional elements extend in a common plane.

Bei einem erfindungsgemäßen System können dabei Normal- und Querkräfte von den Kopplungselementen aufgenommen werden, die ebenfalls Biegung und Torsion widerstehen können. In a system according to the invention, normal and transverse forces can be absorbed by the coupling elements, which can likewise withstand bending and torsion.

In der Fläche wirkende Normalkräfte, die in die flächigen Strukturelemente eingeleitet werden, werden durch die Verbindungselemente zu den nächsten flächigen Strukturelementen weitergeleitet. Da die Verbindungselemente an ihren Anschlusspunkten in Richtung einer Kreistangente exzentrisch an dem dreidimensionalen Element angeordnet sind, entsteht ein Drehmoment, dass auf die dreidimensionalen Elemente um die Hochachse wirkt. Diesem widerstehen die angeschlossenen Verbindungselemente aufgrund der kraftschlüssigen Anordnungen an den dreidimensionalen Elementen. Normal forces acting in the surface, which are introduced into the planar structural elements, are forwarded by the connecting elements to the next two-dimensional structural elements. Since the connecting elements are arranged at their connection points in the direction of a circular tangent eccentrically to the three-dimensional element, creates a torque that acts on the three-dimensional elements about the vertical axis. This resist the connected fasteners due to the frictional arrangements on the three-dimensional elements.

Dabei kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Biegesteifigkeit der Verbindungselemente derart festgelegt wird, dass große elastische oder sogar plastische Verformungen in den Verbindungselementen ermöglicht und somit große Rotationen der flächigen Strukturelemente um die Hochachse erfolgen können. Die Richtung der auftretenden Kräfte bestimmt dabei zusammen mit Seite der exzentrischen Anordnung der Anschlusspunkte der Verbindungselemente die Drehrichtung der flächigen Strukturelemente, wobei benachbarte Strukturelemente stets in entgegengesetzter Richtung rotieren. Diese Wirkweise erlaubt es, große Stauchungen in der Flächenebene aufzunehmen, verbunden mit der Eigenschaft, dass eine Dehnung in Kraftrichtung eine gleich große Dehnung quer zur Kraftrichtung hervorruft. It can be inventively provided that the flexural rigidity of the connecting elements is set so that large elastic or even plastic deformations in the connecting elements allows and thus large rotations of the planar structural elements can be made about the vertical axis. The direction of the forces occurring, together with side of the eccentric arrangement of the connection points of the connecting elements determines the direction of rotation of the planar structural elements, with adjacent structural elements always rotating in the opposite direction. This mode of action makes it possible to absorb large compressions in the surface plane, combined with the property that an expansion in the direction of force causes an equal expansion transverse to the direction of force.

In der Fläche wirkende Schubkräfte, die zwischen flächigen Strukturelementen auftreten, induzieren ebenfalls Biegungen um die Stab-Z-Richtung in den Verbindungselementen, da sich das System gegenüber Schub wie ein Gitter ohne Diagonalverstrebungen verhält. Es können daher große Verzerrungen aus Schub aufgenommen werden. Surface acting shear forces that occur between sheet-like structural elements also induce bends about the rod Z direction in the fasteners because the system behaves like a grid without diagonal braces versus thrust. Therefore, large distortions from thrust can be recorded.

Durch die exzentrische Anordnung der Verbindungelemente wird unter in Flächenebene wirkenden, also tangentialen Normal- und Schubkräften in den Verbindungselementen aller flächigen Strukturelementen gleichsinnige Biegung durch Rotation der dreidimensionalen Elemente induziert, da sich diese Kräfte in allen flächigen Strukturelementen gleichgerichtet verteilen.Due to the eccentric arrangement of the connecting elements, in-plane bending, ie tangential normal and shear forces in the connecting elements of all two-dimensional structural elements, induce in the same direction bending by rotation of the three-dimensional elements, since these forces are distributed in the same direction in all planar structural elements.

Wird jedoch das System aus dreidimensionalen Elementen unter Biegung gegen die Flächenebene gesetzt, wirken entgegengesetzte Normalkräfte in den Randschichten des Verbunds. However, when the system of three-dimensional elements is bent against the surface plane, opposing normal forces act in the surface layers of the composite.

Da durch den durch die Kopplungselemente bestimmten ersten Abstand mindestens zwei der flächigen Strukturelemente abseits der Flächen-Nullebene des Systems angeordnet sind, wirken in dem erfindungsgemäßen System entgegengesetzte Normkräfte aus Biegung. Jedes der flächigen Strukturelemente für sich würde sich „weich“ gegenüber diesen Normalkräften verhalten, da durch Drehung der flächigen Strukturelemente Dehnungen gut aufgenommen werden können.Since at least two of the planar structural elements are arranged away from the surface zero level of the system by the first distance determined by the coupling elements, opposing standard forces act in bending in the system according to the invention. Each of the planar structural elements per se would behave "softly" with respect to these normal forces, since strains can be well absorbed by rotation of the planar structural elements.

Aufgrund der entgegengesetzten Kraftrichtungen in dem erfindungsgemäßen System drehen sich die zwei flächigen Strukturelemente der dreidimensionalen Elemente jedoch im Falle von Biegungen entgegengesetzt. Da diese durch die Kopplungselemente kraftschlüssig miteinander verbunden sind, behindern sich die flächigen Strukturelemente gegenseitig. Hierbei werden die Kopplungselemente unter Torsion beansprucht. Die Behinderung der Drehung der flächigen Strukturelemente jedes der dreidimensionalen Elemente wirkt als Versteifung des flächigen Systems. Due to the opposite directions of force in the system according to the invention, however, the two planar structural elements of the three-dimensional elements rotate in the opposite direction in the case of bends. Since these are positively connected to each other by the coupling elements, the flat structural elements obstruct each other. Here, the coupling elements are subjected to torsion. The obstruction of the rotation of the planar structural elements of each of the three-dimensional elements acts as a stiffening of the planar system.

In dem die Verbindungselemente zweier zueinander beabstandeter flächiger Strukturelemente eines dreidimensionalen Elementes in spiegelsymmetrischer Anordnung zueinander angeordnet sind, kann das Wirkprinzip dahingehend umgekehrt werden, dass sich das System steif gegenüber Normalkräften zeigt, da die wechselseitige Anordnung der Verbindungselemente eine entgegengesetzte Drehung der flächigen Strukturelemente induziert, der die Kopplungselemente entgegenstehen. Unter Biegung bewirken entgegengesetzte Normalkräfte jedoch die gleichsinnige Drehung der flächigen Strukturelemente, was das System ‚weich‘ gegenüber Biegung gegen die Plattenebene macht. In that the connecting elements of two spaced-apart planar structural elements of a three-dimensional element are arranged in mirror-symmetrical arrangement to each other, the operating principle can be reversed to the effect that the system is stiff with respect to normal forces, since the mutual arrangement of the connecting elements induces an opposite rotation of the planar structural elements, the the coupling elements oppose. However, under flexure, opposing normal forces cause the co-rotation of the planar structural elements, making the system 'soft' against bending against the plane of the plate.

Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente stabförmig ausgebildet sind oder ein oder mehrere Verbindungselemente durch ein flächiges Verbindungselement gebildet sind, dessen Breite geringer ist als dessen Länge oder Höhe, wobei das flächige Verbindungselement mindestens eine, insbesondere kreisförmige oder ellipsoide, Aussparung umfasst. It can be provided in particular that the connecting elements are rod-shaped or one or more connecting elements are formed by a flat connecting element whose width is less than its length or height, wherein the planar connecting element comprises at least one, in particular circular or ellipsoidal, recess.

Diese Art der Ausgestaltung der Verbindungselemente hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da die gewünschte Biege- und Tangentialsteifigkeit des Systems durch diese optimal einstellbar ist. Zudem ist diese Ausgestaltung materialsparend und kostengünstig. Auch lassen sich gewünschte Geometrien der Verbindungselemente, beispielsweise gekrümmte, abgeknickte, etc. einfach bereitstellen. This type of embodiment of the connecting elements has proved to be particularly advantageous because the desired bending and tangential stiffness of the system is optimally adjustable by this. In addition, this embodiment is material-saving and inexpensive. Also, desired geometries of the connecting elements, for example, curved, bent, etc. can be easily provided.

Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, dass die stabförmigen Verbindungselemente an den flächigen Strukturelementen eines dreidimensionalen Elements so angeordnet sind, dass diese mit gleicher Versatzrichtung exzentrisch zur Hochachse des dreidimensionalen Elements an die flächigen Strukturelemente anschließen. Dies insbesondere so, dass sie an oder benachbart zu zwei gegenüberliegenden Ecken zweier flächigen Strukturelemente anschließen und unter von außen ins System einwirkender tangentialer Zug- oder Druckbeanspruchung eine gleichsinnige Drehung aller flächigen Strukturelementen eines dreidimensionalen Elements und somit die Drehung des ganzen dreidimensionalen Elements um seine Hochachse bewirken, so dass das System weich gegen tangentiale Kräfte wird, sich aber gegenüber Biegung versteift. Furthermore, it may be advantageous that the rod-shaped connecting elements are arranged on the flat structural elements of a three-dimensional element so that they are the same Offset direction eccentric to the vertical axis of the three-dimensional element connect to the sheet-like structural elements. This in particular so that they connect to or adjacent to two opposite corners of two planar structural elements and effect under external tangential tensile or compressive stress in the same direction rotation of all planar structural elements of a three-dimensional element and thus the rotation of the entire three-dimensional element about its vertical axis so that the system becomes soft against tangential forces but stiffens against bending.

Dies kann dabei gemäß einer Ausführungsform bevorzugt derart erfolgen, dass die stabförmige Verbindungselemente eines dreidimensionalen Elements paarweise und parallel zueinander an den mindestens zwei gegenüberliegenden flächigen Strukturelementen angeordnet sind, insbesondere an oder benachbart zu zwei gegenüberliegenden Ecken zweier flächiger Strukturelemente des dreidimensionalen Elements.According to one embodiment, this may preferably take place such that the rod-shaped connecting elements of a three-dimensional element are arranged in pairs and parallel to each other on the at least two opposing planar structural elements, in particular on or adjacent to two opposite corners of two planar structural elements of the three-dimensional element.

Auch kann es vorteilhaft sein, dass die stabförmigen Verbindungselemente an die flächigen Strukturelemente eines dreidimensionalen Elements so angeordnet sind, dass diese mit entgegengesetzter Versatzrichtung exzentrisch zur Hochachse des dreidimensionalen Elements an die dort befindlichen flächigen Strukturelemente anschließen. Dies insbesondere so, dass sie an oder benachbart zu zwei gegenüberliegenden Ecken der flächigen Strukturelemente anschließen und unter von außen ins System einwirkender Biegung eine gleichsinnige Drehung aller flächigen Strukturelemente eines dreidimensionalen Elements und somit die Drehung des ganzen dreidimensionalen Elements um seine Hochachse bewirken. Mit dieser Anordnung können die Steifigkeiten des erfindungsgemäßen Systems umgekehrt beeinflusst werden, dieses wird gemäß dieser Ausführungsform steif gegen tangentiale Kräfte und weich gegen Biegung.It may also be advantageous that the rod-shaped connecting elements are arranged on the flat structural elements of a three-dimensional element so that they connect with opposite offset direction eccentric to the vertical axis of the three-dimensional element to the sheet-like structural elements located there. This in particular so that they connect to or adjacent to two opposite corners of the planar structural elements and under the outside of the system acting bending cause the same direction rotation of all planar structural elements of a three-dimensional element and thus the rotation of the entire three-dimensional element about its vertical axis. With this arrangement, the stiffness of the system according to the invention can be influenced inversely, this is according to this embodiment, rigid against tangential forces and soft against bending.

Dies kann gemäß einer Ausführungsform bevorzugt derart erfolgen, dass dass die Verbindungselemente an den gleichen Seiten und/oder in gleicher Wirkrichtung der mindestens zwei gegenüberliegenden flächigen Strukturelemente des dreidimensionalen Elements versetzt zueinander angeordnet sind, insbesondere an oder benachbart zu gegenüberliegenden Ecken der mindestens zwei flächigen Strukturelements angeordnet sind.This may be carried out according to an embodiment preferably such that the connecting elements are arranged offset to one another on the same sides and / or in the same effective direction of the at least two opposing planar structural elements of the three-dimensional element, in particular arranged on or adjacent to opposite corners of the at least two planar structural element are.

Weiteren kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Höhe und/oder die Breite der Verbindungselemente kleiner ist als der erste Abstand und/oder die Kantenlänge der flächigen Strukturelemente. Es hat sich gezeigt, dass diese Ausgestaltung besonders vorteilhaft ist, da die Biegesteifigkeit der Verbindungselemente gegenüber der Biegesteifigkeit der flächigen Strukturelemente und den Kopplungselementen optimal ist. Furthermore, it can be provided according to the invention that the height and / or the width of the connecting elements is smaller than the first distance and / or the edge length of the planar structural elements. It has been found that this embodiment is particularly advantageous, since the bending stiffness of the connecting elements with respect to the flexural rigidity of the planar structural elements and the coupling elements is optimal.

Auch kann es bevorzugt sein, dass die ersten und die zweiten flächigen Strukturelemente eines der dreidimensionalen Elements, insbesondere sämtlicher der dreidimensionalen Elemente, und/oder Verbindungselemente eine identische Geometrie aufweisen. It may also be preferred that the first and the second planar structural elements of one of the three-dimensional element, in particular all of the three-dimensional elements, and / or connecting elements have an identical geometry.

Alternativ kann es bevorzugt sein, dass die ersten und die zweiten flächigen Strukturelemente jedes der dreidimensionalen Elemente eine identische Geometrie aufweisen, wobei die dreidimensionalen Elemente selbst eine unterschiedliche Geometrie aufweisen, insbesondere ausschließlich zwei unterschiedliche Geometrien, wobei die dreidimensionalen Elemente unterschiedlicher Geometrien alternierend zueinander angeordnet sind. Alternatively, it may be preferred that the first and the second planar structural elements of each of the three-dimensional elements have an identical geometry, wherein the three-dimensional elements themselves have a different geometry, in particular only two different geometries, wherein the three-dimensional elements of different geometries are arranged alternately to each other.

Grundsätzlich kann ein sich wiederholendes Muster identischer dreidimensionaler Elemente vorteilhaft sein, um mit möglichst geringem Aufwand ein erfindungsgemäßes System zu bilden. In principle, a repeating pattern of identical three-dimensional elements can be advantageous in order to form a system according to the invention with the least possible effort.

Es hat sich auch gezeigt, dass für die Einstellung der tangentialen Druck- und Schubsteifigkeit unabhängig von der Biegesteifigkeit es bei bestimmten Rahmenbedingungen besonders vorteilhaft sein kann, dass alternierend dreidimensionale Elemente unterschiedlicher Geometrien, beispielsweise abwechselnde 6-eckige und 3-eckige dreidimensionale Elemente, zur Realisierung der Anforderungen vorteilhaft sind. It has also been found that for the setting of the tangential compressive and shear stiffness, regardless of the flexural rigidity, it can be particularly advantageous under certain circumstances that alternately three-dimensional elements of different geometries, such as alternating hexagonal and 3-cornered three-dimensional elements for realization the requirements are advantageous.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass an oder benachbart zu jeder Ecke der flächigen Strukturelemente eines dreidimensionalen Elements sich die Verbindungselemente ausschließlich in eine Richtung der Kreistangenten von jedem der Seitenenden der flächigen Strukturelemente weg erstrecken.Furthermore, it can be provided that on or adjacent to each corner of the planar structural elements of a three-dimensional element, the connecting elements extend exclusively in a direction of the circular tangents of each of the side ends of the planar structural elements.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente vorzugsweise jeweils um 360/n, mit n = 3, 4, 5, 6, insbesondere mit n = 3 oder 4, versetzt angeordnete Kreistangenten um Kreise, deren Kreismittelpunkte nahe einer zentralen Hochachse des jeweiligen dreidimensionalen Elements liegen, zueinander angeordnet sind.It can also be provided that the connecting elements preferably each by 360 / n, with n = 3, 4, 5, 6, in particular with n = 3 or 4, arranged offset circle tangents around circles whose circle centers near a central vertical axis of the respective three-dimensional element lie, are arranged to each other.

Die Anordnung der Verbindungselemente kann dabei bevorzugt, muss jedoch nicht, mit der Anzahl der Ecken der flächigen Strukturelemente korrespondieren. Es sind jedoch auch ausschließlich kreisförmige oder rundliche konvexe Geometrien der flächigen Strukturelemente denkbar, die gleichsam eine Positionierung der Verbindungselemente entlang der Kreistangenten der Anschlusspunkte ermöglichen. The arrangement of the connecting elements may be preferred, but does not have to correspond to the number of corners of the planar structural elements. However, only circular or round convex geometries of the planar structural elements are conceivable which, as it were, enable positioning of the connecting elements along the circular tangents of the connection points.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es auch bevorzugt sein, dass die flächigen Strukturelemente, die Kopplungselemente und/oder die Verbindungselemente jeweils die gleiche Stärke und Steifigkeit aufweisen. According to one embodiment of the present invention, it may also be preferred that the planar structural elements, the coupling elements and / or the connecting elements each have the same strength and rigidity.

Des weiteren kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass durch den ersten Abstand der flächigen Strukturelemente die Biegesteifigkeit und insbesondere die kleinste mögliche Krümmung des Systems einstellbar oder eingestellt ist. Furthermore, it can be inventively provided that the bending stiffness and in particular the smallest possible curvature of the system is adjustable or adjusted by the first distance of the planar structural elements.

Auch kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Steifigkeit des Systems durch die Kantenlänge der flächigen Strukturelemente, der Steifigkeit der flächigen Strukturelemente, dem Abstand der dreidimensionalen Elemente, der Steifigkeit der Kopplungselemente, der Anzahl der Verbindungselemente, der Länge der Verbindungselemente und/oder der Steifigkeit der Verbindungselemente einstellbar oder eingestellt ist. It can also be inventively provided that the rigidity of the system by the edge length of the planar structural elements, the rigidity of the planar structural elements, the distance between the three-dimensional elements, the stiffness of the coupling elements, the number of connecting elements, the length of the connecting elements and / or the rigidity the connecting elements is adjustable or adjusted.

Die Biegesteifigkeit des erfindungsgemäßen Systems kann beispielsweise mit dem vertikalen Abstand zweier flächiger Strukturelemente und durch die Torsionssteifigkeit der Kopplungselemente eingestellt werden, während die Normal- und Schubsteifigkeit des erfindungsgemäßen Systems dadurch nicht beeinflusst wird.The bending stiffness of the system according to the invention can be adjusted for example with the vertical distance between two planar structural elements and by the torsional rigidity of the coupling elements, while the normal and shear stiffness of the system according to the invention is not affected thereby.

Zudem wird es erfindungsgemäß gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass durch die Geometrie der Verbindungselemente die Steifigkeit gegen Biegung und gegen Normalkraft festgelegt wird. Wenn beispielsweise die Verbindungselemente zwischen den Anschlusspunkten an zwei gegenüberliegenden dreidimensionalen Elementen nicht den kürzesten Weg nehmen, können durch die daraus resultierende zu- oder abnehmende Exzentrizität die besagte Steifigkeiten eingestellt werden.In addition, it is inventively provided according to an embodiment that the stiffness against bending and against normal force is determined by the geometry of the connecting elements. If, for example, the connection elements between the connection points on two opposing three-dimensional elements do not take the shortest path, the resulting stiffnesses can be adjusted by the resulting increasing or decreasing eccentricity.

Auch die weiteren erfindungsgemäß einstellbaren Parameter, wie die Kantenlänge der flächigen Strukturelemente etc. können zur Einstellung der gewünschten Streitigkeiten vorteilhaft sein. The further parameters which can be set according to the invention, such as the edge length of the planar structural elements, etc., can also be advantageous for setting the desired disputes.

Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Steifigkeit der Kopplungselemente mindestens größer oder gleich dem 100-fachen, insbesondere dem 1000-fachen, der Steifigkeit der Verbindungselemente ist. Dieser Bereich der Steifigkeit hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. It may be provided in particular that the rigidity of the coupling elements is at least greater than or equal to 100 times, in particular 1000 times, the rigidity of the connecting elements. This range of stiffness has proven to be particularly advantageous.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente derart ausgebildet sind, dass dreidimensionale Elemente in einem Ausgangszustand zueinander um einen Winkel α zueinander um die jeweiligen Hochachsen der dreidimensionalen Elemente verdreht zueinander angeordnet sind, insbesondere mit einem Winkel α von größer gleich 0° und kleiner gleich 60°. It can also be provided that the connecting elements are designed such that three-dimensional elements in an initial state to each other at an angle α to each other around the respective axes of the three-dimensional elements are rotated to each other, in particular with an angle α of greater than or equal 0 ° and less than or equal 60th °.

Diese zueinander verdrehte Anordnung der dreidimensionalen Elemente im Ausgangszustand ermöglicht eine weitere Einstellung der Biegesteifigkeit des erfindungsgemäßen Systems. This twisted arrangement of the three-dimensional elements in the initial state allows a further adjustment of the flexural rigidity of the system according to the invention.

Des Weiteren liefert die Erfindung eine Formeinrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Interpolationsfläche umfassend ein erfindungsgemäßes System. Furthermore, the invention provides a shaping device for producing a three-dimensional interpolation surface comprising a system according to the invention.

Schließlich liefert die Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems zum Formen von warm oder kalt aushärtbaren, verdichtbaren oder den Aggregatzustand wechselnden Substanzen, insbesondere von Beton, Glas, Acrylglas, faserverstärkten Verbundwerkstoffen, Sand, Schäumen oder Flüssigkeiten.Finally, the invention provides a use of a system according to the invention for forming thermosetting or cold-curing, compressible or aggregate state changing substances, in particular concrete, glass, acrylic glass, fiber reinforced composites, sand, foams or liquids.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es ein erfindungsgemäßes System ermöglicht, die tangentiale Druck- und Schubsteifigkeit möglichst unabhängig von der Biegesteifigkeit einzustellen, um die im Widerspruch zueinanderstehenden Anforderungen an geringe Druck- und Schubsteifigkeit versus hoher Biegesteifigkeit des erfindungsgemäßen Systems frei einstellen zu können.The present invention is thus based on the surprising finding that a system according to the invention makes it possible to set the tangential compressive and shear stiffness as independently of the bending stiffness as possible in order to freely set the conflicting requirements for low compressive and shear stiffness versus high bending stiffness of the system according to the invention to be able to.

Das erfindungsgemäße System weist dabei sich wiederholende Anordnungen von dreidimensionalen Elementen auf, die jeweils mindestens zwei voneinander im ersten Abstand angeordnete flächige Strukturelemente umfassen. Der erste Abstand wird dabei durch die Höhe der erfindungsgemäßen Kopplungselemente festgelegt. Die Kopplungselemente selbst sind dabei gemäß einer Ausführungsform bevorzugt derart ausgebildet, dass diese Krafteinwirkungen von allen sechs Freiheitsgraden entgegenwirken.In this case, the system according to the invention has repeating arrangements of three-dimensional elements, each of which comprises at least two planar structural elements arranged at a distance from one another. The first distance is determined by the height of the coupling elements according to the invention. The coupling elements themselves are in one embodiment preferably designed such that counteract these effects of force of all six degrees of freedom.

Die untereinander verbundenen flächigen Strukturelemente der dreidimensionalen Elemente können dabei Dehnungen aus Zug und Druck in Flächenebene durch Umlagerung derselben in innere Biegung in den Verbindungselementen und durch Verdrehen der flächigen Strukturelemente relativ zueinander um die Hochachse aufnehmen. Dabei widerstehen die flächigen Strukturelemente wahlweise Biegung bzw. tangentialen Kräften im System durch entgegensetzt induzierte Drehungen der jeweils mindestens zwei flächigen Strukturelemente jedes dreidimensionalen Elements um die Hochachse desselben. Die flächigen Strukturelemente der dreidimensionalen Elemente sind dabei insbesondere durch die Kopplungselemente kraftschlüssig miteinander verbunden. The interconnected planar structural elements of the three-dimensional elements can absorb strains of tension and pressure in surface plane by rearrangement of the same in internal bending in the connecting elements and by rotating the sheet-like structural elements relative to each other about the vertical axis. In this case, the planar structural elements optionally resist bending or tangential forces in the system due to oppositely induced rotations of the respective at least two planar structural elements of each three-dimensional element about the vertical axis thereof. The two-dimensional structural elements of the three-dimensional elements are connected to each other in a non-positive manner, in particular by the coupling elements.

Erfindungsgemäß hat es sich dabei gemäß einer Ausführungsform als vorteilhaft erwiesen, dass die Anordnung der Anschlusspunkte der flächigen Strukturelemente zu den jeweils benachbarten flächigen Strukturelementen eines benachbarten dreidimensionalen Elements in chiraler Anordnung vorliegen. Insbesondere kann es dabei vorteilhaft sein, dass die Anschlusspunkte der Verbindungselemente zweier flächiger Strukturelemente zweier benachbart angeordneter dreidimensionaler Elemente in kopierter und nicht in gespiegelter Anordnung zueinander vorliegen. According to one embodiment, it has proven to be advantageous according to an embodiment that the arrangement of the connection points of the planar structural elements to the respectively adjacent planar structural elements of an adjacent three-dimensional element is present in a chiral arrangement. In particular, it may be advantageous that the connection points of the connecting elements of two planar structural elements of two adjacently arranged three-dimensional elements are present in copied and not in a mirrored arrangement to one another.

Auch kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Kopplungselementen weitere Versteifungselemente, beispielsweise in Form von diagonalen Streben, zur Verbindung der flächigen Strukturelemente der dreidimensionalen Elemente umfasst sind. It can also be provided according to the invention that, in addition to the coupling elements, further stiffening elements, for example in the form of diagonal struts, are included for connecting the planar structural elements of the three-dimensional elements.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Kopplungselemente und die flächigen Strukturelemente in einem ausgebildet sind. It can also be provided that the coupling elements and the planar structural elements are formed in one.

Die dreidimensionalen Elemente können dabei als Hohlkörper oder als Vollkörper gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet sein.The three-dimensional elements may be formed as a hollow body or as a solid body according to an embodiment of the invention.

Es kann bevorzugt sein, dass die Verbindungselemente in die dreidimensionalen Elemente eingebettet sind, insbesondere eingegossen. It may be preferred that the connecting elements are embedded in the three-dimensional elements, in particular cast.

Auch kann es vorgesehen sein, dass die Kopplungselemente und die Verbindungselemente, insbesondere die flächigen Verbindungselemente, in einem ausgebildet sind. It can also be provided that the coupling elements and the connecting elements, in particular the flat connecting elements, are formed in one.

Des Weiteren kann es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die flächigen Strukturelemente nicht flächig ausgebildet sind, sondern ausschließlich durch die oberen Kanten der Kopplungselemente gebildet werden.Furthermore, it can be provided according to an embodiment of the present invention that the flat structural elements are not formed flat, but are formed exclusively by the upper edges of the coupling elements.

Die flächigen Strukturelemente können dabei gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise Aussparungen bzw. Durchbrüche umfassen. The planar structural elements may advantageously comprise recesses or openings according to an embodiment of the present invention.

Des Weiteren kann es erfindungsgemäß bevorzugt sein, dass das System, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, mittels 3D-Druck herstellt ist. Furthermore, it may be preferred according to the invention that the system is produced, at least partially, in particular completely, by means of 3D printing.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen beispielhaft erläutert werden, ohne dadurch die Erfindung zu beschränken.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description in which embodiments of the invention are illustrated by way of example with reference to schematic drawings, without thereby limiting the invention.

Dabei zeigt:Showing:

1: eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 1 a schematic perspective view of a first embodiment of a system according to the invention;

2: eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 2 a schematic perspective view of a second embodiment of a system according to the invention;

3: eine schematische perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 3 a schematic perspective view of a third embodiment of a system according to the invention;

4: eine schematische perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 4 a schematic perspective view of a fourth embodiment of a system according to the invention;

5: eine schematische perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 5 a schematic perspective view of a fifth embodiment of a system according to the invention;

6: eine schematische perspektivische Ansicht einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 6 a schematic perspective view of a sixth embodiment of a system according to the invention;

7: eine schematische perspektivische Ansicht einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 7 a schematic perspective view of a seventh embodiment of a system according to the invention;

8: eine schematische perspektivische Ansicht einer achten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 8th a schematic perspective view of an eighth embodiment of a system according to the invention;

9: eine schematische perspektivische Ansicht einer neunten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; 9 a schematic perspective view of a ninth embodiment of a system according to the invention;

10: eine schematische perspektivische Ansicht einer Änderung der Geometrie der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems unter Einwirkung äußerer Kräfte; und 10 a schematic perspective view of a change in the geometry of the second embodiment of a system according to the invention under the action of external forces; and

11: eine schematische perspektivische Ansicht der Krafteinwirkung äußerer Biegung auf ein dreidimensionales Element der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems. 11 FIG. 2: a schematic perspective view of the force of external bending on a three-dimensional element of the second embodiment of a system according to the invention. FIG.

In den 1 bis 9 sind schematische perspektivische Ansichten von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems dargestellt. In the 1 to 9 schematic perspective views of embodiments of the system according to the invention are shown.

In 1 sind dabei rechteckige flächige Strukturelemente 1 gezeigt, die mittels Verbindungselementen 2 miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäßen dreidimensionalen Elemente werden dabei durch zwei durch Kopplungselemente 3 in einem ersten Abstand A beabstandet angeordnete flächige Strukturelemente 1 gebildet. In 1 are rectangular flat structural elements 1 shown by means of fasteners 2 connected to each other. The three-dimensional elements according to the invention are characterized by two by coupling elements 3 spaced at a first distance A arranged planar structural elements 1 educated.

Wie in den Figuren gezeigt, weist das erfindungsgemäße System dabei sich wiederholende Anordnungen von dreidimensionalen Elementen auf, die jeweils mindestens zwei voneinander im ersten Abstand angeordnete flächige Strukturelemente umfassen. As shown in the figures, the system according to the invention comprises repeating arrangements of three-dimensional elements which each comprise at least two planar structural elements arranged at a first distance from one another.

Die untereinander verbundenen flächigen Strukturelemente 1 der dreidimensionalen Elemente können dabei Dehnungen aus Zug und Druck in Flächenebene durch Umlagerung derselben in innere Biegung in den Verbindungselementen und durch Verdrehen der flächigen Strukturelemente relativ zueinander und die Hochachse aufnehmen. The interconnected planar structural elements 1 The three-dimensional elements can absorb strains of tension and pressure in surface plane by rearrangement of the same in the inner bend in the connecting elements and by rotating the sheet-like structural elements relative to each other and the vertical axis.

In den Figuren ist dabei die erfindungsgemäße Anordnung der Anschlusspunkte der flächigen Strukturelemente 1 zu den jeweils benachbarten flächigen Strukturelementen 1 eines benachbarten dreidimensionalen Elements in chiraler Anordnung gezeigt. Die Anschlusspunkte der Verbindungselemente 2 zweier flächiger Strukturelemente 1 zweier benachbart angeordneter dreidimensionaler Elemente können in Dickenrichtung kopiert oder gespiegelt angeordnet werden, je nachdem, welche Steifigkeiten beeinflusst werden soll.In the figures, the arrangement according to the invention of the connection points of the planar structural elements 1 to the respective adjacent planar structural elements 1 of an adjacent three-dimensional element in a chiral arrangement. The connection points of the connecting elements 2 two planar structural elements 1 two adjacently arranged three-dimensional elements can be copied or mirrored in the thickness direction, depending on which stiffnesses are to be influenced.

In 2 ist eine Variante der Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems gemäß 1 gezeigt, bei dem die Verbindungselement 2 derart ausgebildet sind, dass dreidimensionalen Elemente in einem Ausgangszustand zueinander um einen Winkel α zueinander um die jeweiligen Hochachsen der dreidimensionalen Elemente verdreht zueinander angeordnet sind. In 2 is a variant of the embodiment of a system according to the invention according to 1 shown in which the connecting element 2 are formed such that three-dimensional elements are arranged in an initial state to each other by an angle α to each other about the respective vertical axes of the three-dimensional elements twisted to each other.

3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem die flächigen Strukturelemente 1 in Form von Dreiecken ausgebildet sind. 3 shows an embodiment of a system according to the invention, in which the flat structural elements 1 are formed in the form of triangles.

4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, bei der die ersten und die zweiten flächigen Strukturelemente 1a, 1b jedes der dreidimensionalen Elemente eine jeweils identische Geometrie aufweisen, wobei zwei dreidimensionalen Elemente umfassend unterschiedliche Geometrien der flächigen Strukturelemente 1a, 1b alternierend zueinander angeordnet sind. 4 shows an embodiment of a system according to the invention, in which the first and the second planar structural elements 1a . 1b each of the three-dimensional elements each having an identical geometry, wherein two three-dimensional elements comprising different geometries of the planar structural elements 1a . 1b are arranged alternately to each other.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems, bei dem zusätzlich zu den Kopplungselemente 3 weitere Versteifungselemente in Form von diagonalen Streben, zur Verbindung der flächigen Strukturelemente der dreidimensionalen Elemente umfasst sind. Des Weiteren ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 das flächige Strukturelement 1 nicht vollflächig, sondern mit Unterbrechungen und Aussparungen ausgebildet. 5 shows a further embodiment of the system according to the invention, in which in addition to the coupling elements 3 further stiffening elements in the form of diagonal struts, for connecting the flat structural elements of the three-dimensional elements are included. Furthermore, in the embodiment according to 5 the planar structural element 1 not over the entire surface, but formed with interruptions and recesses.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist eine Variante eines erfindungsgemäßen Systems gezeigt, bei dem die Kopplungselemente und die flächigen Strukturelemente in einem ausgebildet sind. Die dreidimensionalen Elemente sind dabei als Vollkörper ausgebildet, in die die Verbindungselemente 2 eingebettet sind,. In the embodiment according to 6 a variant of a system according to the invention is shown, in which the coupling elements and the planar structural elements are formed in one. The three-dimensional elements are designed as a solid body, in which the fasteners 2 are embedded.

7 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem die Verbindungselemente 2 die Kopplungselemente 1 umschließen und die flächigen Strukturelemente sich aus dem Verbund dieser beiden Elemente ergeben. 7 shows an embodiment of a system according to the invention, in which the connecting elements 2 the coupling elements 1 enclose and the sheet-like structural elements arise from the combination of these two elements.

Des weiteren kann es, wie 8 zeigt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die flächigen Strukturelemente nicht flächig ausgebildet sind, sondern ausschließlich durch die oberen Kanten der Kopplungselemente gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform bilden die flächigen Verbindungselemente 3 gleichsam die flächigen Strukturelemente 1 mit aus. Hierbei kann es, wie dargestellt, vorteilhaft sein, wenn die Verbindungselemente 3 bzw. die flächigen Strukturelemente 1 an ihren jeweiligen Schnittbereichen Verstärkungen ausbilden. Furthermore, it may, like 8th shows, be provided according to an embodiment of the present invention that the flat structural elements are not formed flat, but are formed exclusively by the upper edges of the coupling elements. In this embodiment, the flat connecting elements form 3 as it were the two-dimensional structural elements 1 with out. This may, as shown, be advantageous if the connecting elements 3 or the planar structural elements 1 Form reinforcements at their respective intersection regions.

In 9 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der Verbindungselemente 2 in jeweils gleicher Wirkrichtung an den flächigen Strukturelementen 1 versetzt zueinander, also in jeweils entgegengesetzter Versatzrichtung exzentrisch zur zentralen Hochachse des dreidimensionales Elements, angeordnet sind. Hierdurch wird es möglich, die Steifigkeiten des erfindungsgemäßen Systems umgekehrt zu den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 8 zu beeinflussen. Gemäß dieser Ausführungsform wird das erfindungsgemäße System steif gegen tangentiale Kräfte und weich gegen Biegung. In 9 an embodiment of the present invention is shown in the fasteners 2 in each case the same direction of action on the planar structural elements 1 offset from each other, ie in each opposite direction offset eccentric to the central vertical axis of the three-dimensional element, are arranged. This makes it possible, the stiffness of the system according to the invention inversely to the embodiments according to the 1 to 8th to influence. According to this embodiment, the system according to the invention becomes stiff against tangential forces and soft against bending.

10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Änderung der Form der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems unter Einwirkung äußerer tangentialer Kräfte. Dabei ist zu sehen, wie in einem erfindungsgemäßen System eine gegenläufige Rotation jeweils chiral zueinander angeordneter benachbarter dreidimensionalen Elemente erreicht wird. 10 shows a schematic perspective view of a change in the shape of the second embodiment of a system according to the invention under the action of external tangential forces. It can be seen how in a system according to the invention an opposite rotation of each chirally arranged adjacent to each other three-dimensional elements is achieved.

In 11 werden für die zweite Ausführungsform am Beispiel eines dreidimensionalen Elements unter Darstellung überhöhter Verformung die Orientierungen der Einwirkungen an den Verbindungselementen unter äußerer Biegung im System dargestellt: die untere Lage steht unter Zugkräften, die obere unter Druckkräften. Die Rotation der flächigen Strukturelemente um die Hochachse des dreidimensionalen Elements ist gegenläufig. Das Kopplungselement widersteht einer Torsionsbeanspruchung, was versteifend wirkt.In 11 For example, in the case of the second embodiment, the orientation of the actions on the connecting elements under external bending in the system is shown using the example of a three-dimensional element with the representation of excessive deformation: the lower layer is under tensile forces, the upper one under compressive forces. The rotation of the planar structural elements about the vertical axis of the three-dimensional element is opposite. The coupling element resists torsional stress, which has a stiffening effect.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 20110059291 [0014]

Claims

A system of interconnected by means of fasteners three-dimensional elements, wherein each of the three-dimensional elements has at least a first planar structural element and at least one second planar structural element opposite the second planar structural element, which are spaced apart at a first distance by means of at least one coupling element, and wherein the connecting elements at its connection point on the three-dimensional element frictionally along circle tangents around circles whose circle centers lie in the vicinity and / or on the central vertical axis of the respective three-dimensional element, and wherein the connection points of a connecting element for connecting two juxtaposed three-dimensional elements eccentric to their central vertical axis, in particular at or adjacent to directly opposite corners of side ends of two of the three-dimensional Ele are arranged.

System according to claim 1, characterized in that the connecting elements are rod-shaped or one or more connecting elements are formed by a flat connecting element whose width is less than its length or height, wherein the planar connecting element comprises at least one, in particular circular or ellipsoidal, recess ,

System according to claim 2, characterized in that the connecting elements of a three-dimensional element are arranged in pairs and rectified to each other in the same offset direction eccentric to its central axis on at least two opposing planar structural elements, in particular on or adjacent to two opposite corners of two planar structural elements of the three-dimensional element.

System according to claim 2, characterized in that the connecting elements of the same effective direction of a three-dimensional element are arranged in mutually opposite offset direction eccentric to its central axis on opposite planar structural elements, in particular on or adjacent to two opposite corners of two planar structural elements of the three-dimensional element.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the height and / or the width of the connecting elements is smaller than the first distance and / or the edge length of the planar structural elements.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second planar structural elements of one of the three-dimensional elements, in particular all of the three-dimensional elements, and / or the rod-shaped elements have an identical or mirror-symmetrical geometry.

System according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first and the second planar structural elements of each of the three-dimensional elements have an identical geometry, the three-dimensional elements themselves have a different geometry, in particular only two different geometries, the three-dimensional elements of different Geometries are arranged alternately to each other.

System according to one of the preceding claims, characterized in that on one side, in particular on or adjacent to each corner of the planar structural elements of a three-dimensional element, the connecting elements extend exclusively in a direction of the circular tangents of each of the side ends of the planar structural elements.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting elements along preferably by 360 / n, with n = 3, 4, 5, 6, in particular with n = 3 or 4, arranged offset circle tangent to one or more circles whose Circle centers are close to the vertical axis of the respective three-dimensional element, are arranged to each other.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the planar structural elements, the coupling elements and / or the connecting elements each have the same strength and rigidity.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the bending resistance and in particular the smallest curvature of the system is adjustable or adjusted by the first distance of the planar structural elements.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the rigidity of the system by the edge length of the planar structural elements, the rigidity of the planar structural elements, the distance between the three-dimensional elements, the stiffness of the coupling elements, the number of connecting elements, the length of the connecting elements and / or the stiffness of the connecting elements is adjustable or adjusted.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the rigidity of the coupling elements is at least greater than or equal to 100 times, in particular 1000 times, the rigidity of the connecting elements.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting elements are formed such that three-dimensional elements are arranged in an initial state to each other at an angle α to each other about the respective axes of the three-dimensional elements twisted to each other, in particular with an angle α greater than or equal 0 ° and less than or equal to 60 °.

Molding device for producing a three-dimensional interpolation surface comprising a system according to one of the preceding claims.

Use of a system according to one of claims 1 to 14 or of a forming device according to claim 15 for forming thermosetting or cold-curing, compressible or aggregate state changing substances, in particular concrete, glass, acrylic glass, fiber reinforced composite materials, sand, foams or liquids.