DE102019121402A1 - Modellierungsvorrichtung zur Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche - Google Patents

Modellierungsvorrichtung zur Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Modellierungsvorrichtung (1) zur Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche (A) mit einer Mehrzahl von Modellierungselementen (5), welche in einer gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) jeweils unabhängig voneinander veränderlich positionierbar ausgebildet sind, wobei jedes Modellierungselement (5) wenigstens einen ersten Modellierungskörper (50) auf-weist, welche ausgebildet sind, gemeinsam die erste segmentierte Oberfläche (A) zu bilden. Die Modellierungsvorrichtung (1) ist gekennzeichnet durch wenigstens ein Antriebsmittel (15), welches ausgebildet ist, wenigstens zwei der Modellierungselemente (5) gemeinsam anzutreiben, und durch jeweils wenigstens ein Übertragungsmittel (2, 3, 4), welches im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmittel (15) und dem jeweiligen Modellierungselement (5) angeordnet und ausgebildet ist, eine Übertragung einer Kraft des Antriebsmittels (15) auf das jeweilige Modellierungselement (5) zuzulassen oder nicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Modellierungsvorrichtung zur Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Auf verschiedenen technischen sowie nicht-technischen Gebieten ist es wünschenswert, Informationen für einen Betrachter bzw. für einen Benutzer dreidimensional darstellen zu können. Beispielsweise können mathematische Funktionen, Messwerte bzw. Messwertauswertungen, Geschäftszahlen und dergleichen in einer dreidimensionalen Darstellung für den Betrachter direkter, einfacher und intuitiver verständlich sein als wenn der Betrachter zu einer zweidimensionalen Darstellung die dritte Dimension gedanklich hinzufügen muss. Letzteres kann auch zu fehlerhaften Interpretationen und Vorstellungen führen. Dies gilt ebenso z.B. für architektonische Entwürfe, insbesondere im Bereich der Raum- und Städteplanung, welche zweidimensional dargestellt kaum den gewünschten Eindruck vermitteln können und bisher den aufwendigen Bau von dreidimensionalen miniaturisierten Modellen erfordern können.
  • Daher wird auf verschiedene Arten und Weisen seit längerem versucht, dreidimensionale Informationen auch dreidimensional darzustellen. Dies geschieht seit längerem üblicherweise durch die zweidimensionale Darstellung der Informationen auf einem Monitor oder dergleichen, wobei die darzustellenden Informationen in eine scheinbar dreidimensionale Darstellung umgerechnet und erst dann dargestellt werden. Auch ist es mittlerweile bekannt, in eine scheinbar dreidimensionale Darstellung umgerechnete Informationen in einer sog. Virtual-Reality-Brille (VR-Brille) für einen Betrachter scheinbar dreidimensional darzustellen. Dies kann vergleichbar mittels einer sog. Augmented-Reality-Brille (AR-Brille) durch zweidimensionale Einblendung der in eine scheinbar dreidimensionale Darstellung umgerechneten Informationen in die tatsächliche dreidimensionale Umgebung des Betrachters erfolgen, welche er durch die AR-Brille wahrnimmt. Derartige Verfahren werden auch z.B. in der Architektur, in der Planung von Produktionsanlagen und Produktionsabläufen und dergleichen verwendet, um das Ergebnis möglichst realitätsnah betrachten und überprüfen zu können.
  • Nachteilig ist hierbei, dass es stets bei einer zweidimensionalen Darstellung der dreidimensionalen Informationen bleibt, welche lediglich aufgrund der in eine scheinbar dreidimensionale umgerechneten Darstellung einen gewissen dreidimensionalen Eindruck für den Betrachter erzeugen können. Dies kann zwar das Verständnis der dreidimensionalen Informationen für den Betrachter verbessern, reicht jedoch nicht an eine tatsächliche dreidimensionale Darstellung heran.
  • Seitens des „MIT Media Lab“ des „Massachusetts Institute of Technology (MIT)“ ist das Projekt „in-FORM“ bekannt. Wie in der US 2012/0293411 A1 beschrieben wird, kann mit einer Reihe von vertikal ausgerichteten Linearantrieben eine Modellierungsvorrichtung mit einer segmentierten horizontalen Oberfläche gebildet werden. Jeder Linearantrieb wird von einem Gleichstrommotor angetrieben, d.h. als Linearantriebe werden Linearmotoren verwendete. Die Oberfläche kann an eine Flachrelief-Skulptur erinnern. Ein Benutzer kann die Form der Oberfläche durch direkte Berührungsmanipulation oder durch bildlich erfasste Freihandbewegungen in einem Abstand von der Oberfläche steuern. So können beispielsweise die Freihandgesten Eingabehinweise zum Auswählen, Verschieben und Drehen der Form eines Objekts umfassen. Ein Projektor kann die gerenderten Formen durch Projektion von Grafiken auf die Oberfläche ergänzen.
  • Mittels einer derartigen segmentierten horizontalen Oberfläche, deren einzelne Segmente in der vertikalen Richtung unabhängig voneinander positionsveränderlich sind, kann eine in der Höhe dreidimensionale Darstellung von für diese Darstellungsart geeigneten dreidimensionalen Informationen erfolgen. Mit anderen Worten kann die horizontale segmentierte Oberfläche der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 tatsächlich in der vertikalen Richtung real physisch verändert werden, indem die einzelnen Segmente der horizontalen segmentierten Oberfläche innerhalb ihrer Bewegungsmöglichkeiten in der Höhe veränderlich positioniert werden. Hierdurch kann im Zusammenwirken der einzelnen Segmente eine tatsächliche dreidimensionale Darstellung dieser dreidimensionalen Informationen geschaffen werden.
  • Der Betrachter kann die dargestellten dreidimensionalen Informationen somit auch tatsächlich dreidimensional optisch sowie haptisch erfassen, so dass der Betrachter keine zusätzliche geistige Leistung dafür aufwenden muss, aus in eine scheinbar dreidimensionale Darstellung umgerechneten dreidimensionalen Informationen in seinem Geiste eine dreidimensionale Darstellung zu erzeugen. Vielmehr kann der Betrachter die dreidimensionalen Informationen direkt als solche optisch sowie haptisch wahrnehmen. Dies kann dem Betrachter die Wahrnehmung der dreidimensionalen Information erleichtern sowie Verständnisfehler vermeiden, welche bei einer Interpretation des Betrachters von in eine scheinbar dreidimensionale Darstellung umgerechneten dreidimensionalen Informationen entstehen können.
  • Nachteilig ist jedoch der hohe technische Aufwand, welcher für die Umsetzung der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 betrieben werden muss. So wird dort pro Segment ein Linearmotor verwendet, um das jeweilige Segment in der vertikalen Richtung veränderlich positionieren zu können. Dies bedeutet einen entsprechend hohen Aufwand hinsichtlich der Verkabelung aller Linearmotoren, um diese elektrisch versorgen sowie Daten wie z.B. Anweisungen zu den Linearmotoren hin und Daten wie z.B. Positionsmesswerte von den Linearmotoren weg übertragen zu können. Auch ist ein entsprechend großer Bauraum für diese Modellierungsvorrichtung erforderlich, um diese Verkabelung umsetzen zu können. Ferner ist eine entsprechend leistungsstarke und daher üblicherweise entsprechend große Steuerungseinheit der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 erforderlich, um die hohe Anzahl von Linearmotoren dieser Modellierungsvorrichtung ansteuern zu können.
  • Hinsichtlich des Energieverbrauchs dieser Modellierungsvorrichtung ist zu bedenken, dass der Energieverbrauch bei Linearmotoren, welche jeweils durch einen Gleichstrommotor angetrieben werden, aufgrund des Antriebsprinzips grundsätzlich vergleichsweise groß gegenüber anderen elektrischen Antrieben ist. Dies wirkt sich entsprechend bei einer hohen Anzahl von Linearmotoren aus. Dies kann somit auch für den Verbrauch elektrischer Energie seitens der Steuerungseinheit dieser Modellierungsvorrichtung gelten, welche aus der hohen Anzahl der zu steuernden Linearmotoren resultieren kann. Die Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 weist somit im Betrieb einen vergleichsweise hohen elektrischen Energieverbrauch auf, welcher mit der Anzahl der verwendeten Linearmotoren zunimmt.
  • Hinsichtlich des elektrischen Energieverbrauchs sowie der hierdurch erzeugten abzuführenden Wärme ist bei Linearmotoren zu bedenken, dass diese aufgrund ihres Antriebsprinzips nicht selbsthaltend sind, d.h. das vertikal bewegliche Segment jedes Linearmotors muss von diesem entgegen der Schwerkraft durchgehend in der gewünschten Position gehalten werden. Dies erfordert die durchgängige Bestromung jedes Linearmotors, dessen bewegliches Segment gegenüber einer untersten Position angehoben ist. Somit ist bei der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 im Betrieb eine dauerhafte Bestromung aller Linearmotoren jeweils mit einem Haltestrom erforderlich, deren vertikal bewegliches Segment gegenüber der untersten Position angehoben gehalten werden soll. Dies führt im Betrieb zu einem vergleichsweise hohen Verbrauch an elektrischer Energie.
  • Der vergleichsweise hohe Verbrauch elektrischer Energie seitens der Linearmotoren sowie der Steuerungseinheit dieser Modellierungsvorrichtung führt auch zu einer entsprechend starken Wärmeentwicklung im Betrieb durch Stromwärmeverluste. Da die Linearmotoren zur Reduzierung des Bauraums bei dieser Modellierungsvorrichtung horizontal direkt nebeneinander angeordnet werden, können die Linearmotoren ihre Wärme lediglich in der Höhe nach unten und nach oben abgeben, was unzureichend sein kann. Daher sind bei der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 zusätzliche Ventilatoren erforderlich, um die Wärmeabfuhr der Linearmotoren zu erhöhen. Diese Ventilatoren benötigen jedoch selbst elektrische Energie zum Betrieb sowie erzeugen zusätzliche Wärme. Auch erfordert dies weiteren Bauraum für die Ventilatoren selbst sowie deren Verkabelung. Ferner müssen die Ventilatoren ebenfalls angesteuert werden. Dies erhöht somit den entsprechenden Aufwand sowie führt zu zusätzlichen Kosten.
  • Hinsichtlich der Verwendung von Linearmotoren ist auch zu bedenken, dass diese aufgrund ihres Antriebsprinzips nur vergleichsweise geringe Kräfte aufbringen können. Somit sind das Gewicht und damit auch die Länge der Segmente bzw. deren vertikale Positionierbarkeit begrenzt, welche zur Umsetzung der segmentierten horizontalen Oberfläche dieser Modellierungsvorrichtung verwendet werden können.
  • Betrachtet man die Umsetzung der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 im Projekt „in-FORM“ des MIT Media Lab, so weisen die Linearmotoren in der Horizontalen betrachtet einen gewissen minimalen Bauraum auf. Sollen die Segmente in der Horizontalen betrachtet kleiner als die Linearmotoren ausgeführt werden, um feinere Darstellungen mittels der segmentierten Oberfläche dieser Modellierungsvorrichtung zu ermöglichen als dies mit Segmenten möglich ist, welche im Querschnitt der Größe des jeweiligen Linearmotors entsprechen, so muss eine Umlenkung der vertikalen Bewegung z.B. mittels sog. Linkages erfolgen, welche in diesem Fall als flexible Kunststoffstäbe ausgebildet sind. Dies vergrößert jedoch den Bauraum dieser Modellierungsvorrichtung in der vertikalen Richtung. Ferner wird die Größe der segmentierten Oberfläche dieser Modellierungsvorrichtung in der Horizontalen dadurch beschränkt, dass mittels der randseitig abgeordneten Linkages in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Höhe das Maß begrenzt ist, um welches eine Bewegungsübertragung erfolgen kann. Dies kann auch die Verwendung einer randseitigen Abdeckung der segmentierten Oberfläche dieser Modellierungsvorrichtung erforderlich machen. Somit wird die Größe der segmentierten horizontalen Oberfläche dieser Modellierungsvorrichtung eingeschränkt, wenn die Segmente kleiner als die jeweiligen Linearmotoren ausgebildet werden.
  • Gleichzeitig wird die Kraft begrenzt, welche von den Linearmotoren ausgeübt werden kann. Weden nämlich kleinere Linearmotoren verwendet, um kleinere Segmente zu Darstellung einer vergleichsweise fein untergliederten segmentierten horizontalen Oberfläche einsetzen zu können, reduziert sich die Kraft, welche von den Linearmotoren ausgeübt werden kann. Dies beschränkt das Gewicht und damit die Größe der Segmente, wodurch auch die Höhe reduziert wird, in welcher die Segmente positioniert werden können. Auch kann sich entsprechend die Dynamik reduzieren, mit der die Segmente in der Höhe verändert positioniert werden können, was den optischen Eindruck für den Benutzer beeinträchtigen kann.
  • All diese zuvor beschriebenen Eigenschaften der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 bzw. dessen Umsetzung im Projekt „inFORM“ führen auch dazu, dass diese Modellierungsvorrichtung vergleichsweise voluminös und schwer ist. Dies kann die Nutzung derartiger Modellierungsvorrichtungen für verschiedene Anwendungen unattraktiv und unflexibel machen. Auch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften zu vergleichsweise hohen Kosten in der Herstellung und insbesondere im Betrieb, insbesondere hinsichtlich des Verbrauchs von elektrischer Energie, führen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Modellierungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass die Nachteile der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 zumindest teilweise vermieden oder zumindest reduziert werden können. Insbesondere soll der Verbrauch elektrischer Energie und bzw. oder die Entstehung von Stromwärmeverlusten reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich soll der Bauraum und bzw. oder das Gewicht der Modellierungsvorrichtung reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich soll der Gestaltungsspielraum der Segmente der Modellierungsvorrichtung erhöht werden. Insbesondere sollen längere Segmente und bzw. oder mehr Segmente verwendet werden können als bisher bekannt. Zumindest soll eine Alternative zu der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 geschaffen werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Modellierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Modellierungsvorrichtung zur Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche mit einer Mehrzahl von Modellierungselementen, welche in einer gemeinsamen Bewegungsrichtung jeweils unabhängig voneinander veränderlich positionierbar ausgebildet sind, wobei jedes Modellierungselement wenigstens einen ersten Modellierungskörper aufweist, welche ausgebildet sind, gemeinsam die erste segmentierte Oberfläche zu bilden. Unter einer segmentierten Oberfläche ist eine Fläche zu verstehen, dessen für einen Betrachter optisch und bzw. oder haptisch erfassbare Form durch mehrere Segmente als einzelne Modellierungselemente gebildet wird. Die Modellierungselemente können hierzu parallel zueinander angeordnet sowie bewegt werden, um unterschiedliche Positionen entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung einzunehmen. Ein Beispiel einer derartigen segmentierten Oberfläche stellt die segmentierte horizontale Oberfläche der eingangs beschriebenen Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 dar.
  • Die erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch wenigstens ein Antriebsmittel, welches ausgebildet ist, wenigstens zwei der Modellierungselemente gemeinsam anzutreiben, und durch jeweils wenigstens ein Übertragungsmittel, welches im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmittel und dem jeweiligen Modellierungselement angeordnet und ausgebildet ist, eine Übertragung einer Kraft des Antriebsmittels auf das jeweilige Modellierungselement zuzulassen oder nicht. Mit anderen Worten kann von dem Antriebsmittel wie z.B. von einem Elektromotor eine Kraft als eine Antriebskraft bzw. als ein Antriebsmoment erzeugt werden, dessen Übertragung auf jedes der wenigstens zwei Modellierungselemente unabhängig voneinander zugelassen oder unterbrochen werden kann. Es können somit wenigstens zwei Modellierungselemente unabhängig voneinander in ihrer Positionierung entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung verändert werden, ohne dass jedes Modellierungselement einen eigenen Antrieb benötigt. Vielmehr kann das wenigstens eine Antriebsmittel dazu verwendet werden, wenigstens zwei Modellierungselemente unabhängig voneinander zu positionieren.
  • Die Kraftübertragung des Antriebsmittels auf die beiden Modellierungselemente kann dabei durch eine geeignete Ansteuerung des jeweiligen Übertragungsmittels derart zugelassen oder unterbunden werden, dass auch bei fortlaufendem Betrieb des wenigstens einen Antriebsmittels eine unabhängige Positionierung der wenigstens zwei Modellierungselemente erfolgen kann. Hierdurch kann eine Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche vergleichbar der segmentierten horizontalen Oberfläche der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 ermöglicht werden, dies jedoch mit einer verringerten Anzahl von Antriebselementen.
  • Die Verwendung wenigstens eines Antriebsmittels für wenigstens zwei Modellierungselemente kann die Kosten der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung reduzieren, da weniger Antriebsmittel sowie eine entsprechend reduzierte Verkabelung erforderlich sind. Auch kann sich dies vereinfachend auf die entsprechende Steuerung auswirken. Dies kann ferner den Verbrauch elektrischer Energie während des Betriebs der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung reduzieren, was sich insbesondere positiv auf die im Betrieb entstehende Wärme auswirken kann, welche somit reduziert werden kann. Des Weiteren kann der Bauraum der Modellierungsvorrichtung durch die verringerte Anzahl von Antriebsmitteln reduziert werden, was gleichzeitig auch die Vergrößerung der ersten segmentierten Oberfläche ermöglichen kann. Alternativ kann eine vergleichbare erste segmentierte Oberfläche wie bisher bekannt mit einer kleineren Modellierungsvorrichtung umgesetzt werden.
  • Dabei können wenigstens Paare von Modellierungselementen durch jeweils ein gemeinsames Antriebsmittel wie zuvor beschrieben betrieben werden, was die Anzahl der erforderlichen Antriebsmittel halbieren kann. Es können jedoch auch mehr als zwei Modellierungselemente von einem gemeinsamen Antriebsmittel wie zuvor beschrieben betrieben werden. Insbesondere kann eine Reihe von Modellierungselementen entlang einer kartesischen Raumrichtung von einem gemeinsamen Antriebsmittel betrieben werden. Besonders zu bevorzugen ist es dabei, alle Modellierungselemente mit einem gemeinsamen Antriebsmittel zu betreiben, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Dies kann jeweils die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile fördern.
  • Die zuvor beschriebene erste segmentierte Oberfläche kann dabei horizontal ausgerichtet sein, wie von der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 bekannt. Die erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung kann jedoch auch in eine andere Raumrichtung ausgerichtet sein, so dass die entsprechende erste segmentierte Oberfläche schräg oder senkrecht zu der horizontalen Ebene z.B. als Wand bzw. von einer Wand ausgehend ausgerichtet sein kann. Insbesondere kann die Ausbildung der ersten segmentierten Oberfläche in der Horizontalen auch entgegen der Richtung der Schwerkraft z.B. von einer Decke nach unten erfolgen. Hierdurch können die Gestaltungsmöglichkeiten erhöht werden, welche von der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung geboten werden können.
  • Erfindungsgemäß können die Oberflächen bzw. Konturen der Modellierungselemente gleich oder unterschiedlich gestaltet sein. Dies gilt entsprechend für die Modellierungselemente selbst bzw. für deren Modellierungskörper, welche jeweils eine der Oberflächen aufweisen, welche gemeinsam die erste segmentierte Oberfläche bilden. Diese Oberflächen können unterschiedliche flächige Erstreckungen aufweisen und beispielsweise quadratisch, rechteckig, dreieckig, fünfeckig und mehr, kreisrund, oval, trapezförmig, parallelogrammförmig und dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise fügen sich die Konturen der einzelnen Modellierungselemente möglichst nahtlos aneinander, unabhängig von deren Gestaltung, um einen optischen Eindruck einer möglichst geschlossenen ersten segmentierten Oberfläche zu erzeugen. Jedoch können sich aus den verwendeten Konturen der Modellierungselemente auch seitliche Abstände zueinander ergeben, welche optisch akzeptiert oder sogar gewünscht sein können. Auch kann eine Oberfläche eines Modellierungselements in sich eine feststehend dreidimensionale Gestalt aufweisen, beispielsweise durch Erhebungen und bzw. oder durch Senken sowie durch eine z.B. raue Oberflächengestaltung. Ebenso können die Oberflächen der Modellierungselemente farbig gestaltet sein. Des Weiteren können die Modellierungselemente bzw. deren Modellierungskörpers bzw. dessen Oberflächen unterschiedliche Materialien aufweisen bzw. hieraus bestehen, was ebenfalls den optischen Eindruck für den Benutzer bzw. für den Betrachter beeinflussen kann.
  • Die erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung kann dazu verwendet werden, eine dreidimensionale Information mittels der ersten segmentierten Oberfläche tatsächlich dreidimensional darzustellen, so dass auf eine scheinbar dreidimensionale Darstellung von dreidimensionalen Informationen, welche in eine scheinbar dreidimensionale Darstellung umgerechnet werden müssen, verzichtet werden kann. Unter einer dreidimensionalen Darstellung ist dabei eine räumliche Darstellung zu verstehen, welche in einem kartesischen Koordinatensystem, d.h. in einem orthogonalen Koordinatensystem, betrachtet zumindest abschnittsweise eine Erstreckung in jede der drei orthogonal zueinander angeordneten Raumrichtungen aufweisen. Dies kann die Wahrnehmung für den Benutzer bzw. Betrachter vereinfachen und insbesondere Fehlinterpretationen und Missverständnisse vermeiden. Dies kann die Qualität der dreidimensionalen Darstellung erhöhen.
  • Die erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung kann dabei eine Mehrzahl von Modellierungselementen aufweisen, welche gemeinsam die erste segmentierte Oberfläche ausbilden können. Die Modellierungselemente können hierzu Module der Modellierungsvorrichtung darstellen, welche miteinander kombiniert flexibel eingesetzt werden können, um die erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung mit einer gewünschten Anzahl von Modellierungselementen aufbauen zu können. Neben der Anzahl der modularen Modellierungselementen kann dabei auch deren Anordnung in der flächigen Erstreckung der Modellierungsvorrichtung flexibel verändert werden. Neben rechteckigen und insbesondere quadratischen ersten segmentierten Oberflächen können z.B. auch dreieckige, fünfeckige und mehr, kreisrunde, ovale, trapezförmige, parallelogrammförmige und dergleichen gestaltete erste segmentierte Oberflächen geschaffen werden. Dies kann im Vergleich zur Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 auch großflächiger möglich sein.
  • Eine derartige reale dreidimensionale Darstellungsmöglichkeit kann z.B. im Bereich der Lehre und Didaktik von Mathematik und Naturwissenschaften verwendet werden, um z.B. die dreidimensionalen Verläufe mathematischer Funktionen und dergleichen real darstellen zu können. Dies kann die Qualität der Lehre verbessern. Auch können mittels der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung Messdaten sowie auch Geschäftsdaten dreidimensional dargestellt und für den Betrachter einfacher verständlich gemacht werden.
  • Ebenso kann die erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung z.B. im Bereich der Architektur, Stadtplanung sowie Landschaftsplanung verwendet werden, um auch dort möglichst reale Abbildungen von Modellen bieten zu können. Dies kann auch dort die Qualität der Darstellung verbessern sowie die bisher bekannte erforderliche Erstellung von realen dreidimensionalen Modellen vermeiden, welche aufwendig hergestellt und lediglich für einen Zweck verwendet werden können. Mittels der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung kann vielmehr eine reale dreidimensionale Modelldarstellung z.B. eines Stadtviertels erfolgen, welche durch die Veränderung der Positionierung einzelner Modellierungselemente der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung schnell und einfach angepasst werden kann. Dies ist bei bisher bekannten Modellen in diesem Bereich nur durch aufwendige Nacharbeiten der erstellten Modelle sowie in eingeschränktem Maße möglich.
  • Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung auch im Bereich von Kunst und Kultur verwendet werden. Beispielsweise können über entsprechend große Modellierungselemente auch Bestandteile eines Bühnenbilds dargestellt werden. Insbesondere kann ein Bühnenbild mit z.B. Wänden, Stühlen, Tischen und dergleichen auch auf diese Art und Weise real dargestellt sowie einfach verändert und an verschiedene Szenen eines Bühnenstücks angepasst werden. Dies kann nicht nur die Veränderung des Bühnenbilds während der Darstellung vereinfachen und beschleunigen, sondern auch neue Gestaltungsmöglichkeiten im Bereich der Kunst schaffen.
  • Ebenso kann die optische Darstellung von Musik durch eine insbesondere hochdynamische Veränderung der Positionierung der Modellierungselemente unterstützt werden. Insbesondere derartige Darstellungen können durch farbiges Anleuchten der ersten segmentierten Oberfläche der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung unterstützt werden. Beispielsweise können Wellen und dergleichen erzeugt werden, welche zu einem Musikstück passend sind und dieses optisch untermalen können. Insbesondere sind derartige Installationen in Museen und im Bereich der Gastronomie, Diskotheken sowie Veranstaltungstechnik denkbar. Gerade in diesem Bereich können derartige Installationen einer erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung an einer Wand bzw. an einer Decke für den Betrachter optisch ansprechend sein und, wie zuvor beschrieben, mit Geräuschen, Musik sowie farbigem Licht zusammenwirken.
  • Auch kann es erfindungsgemäß ermöglicht werden, eine segmentierte Oberfläche einer erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung für blinde Menschen zu verwenden, welche die Oberfläche haptisch mit den Fingern erfassen können. Hierdurch kann eine einfach und schnell veränderliche Darstellung von dreidimensionalen haptisch erfassbaren Informationen insbesondere für blinde Menschen geschaffen werden. Dies kann auch die Darstellung von Blindenschrift betreffen. Hierdurch kann es einem blinden Menschen ermöglicht werden, über eine derartige segmentierte Oberfläche mit den Fingern zu streichen und die dort dreidimensional abgebildeten Informationen vergleichbar der Seite eines Buches zu erfassen. Entsprechend kann nach dem Erfassen dieser Informationen der dargestellte Inhalt verändert werden, wie es z.B. beim Umblättern auf eine nächste Buchseite üblich ist.
  • Ein weiteres Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung stellen Spiele wie z.B. Gesellschaftsspiele dar. So kann die segmentierte Oberfläche der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung als Spielbrett verwendet werden, so dass durch die veränderliche Positionierung einzelner Modellierungselemente Spielfiguren sowie deren Veränderung im Laufe des Spiels optisch dreidimensional dargestellt werden können. Dies kann auch dazu verwendet werden, Spieler an verschiedenen Orten über jeweils ein Spielbrett in Form der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung ein gemeinsames Spiel ausführen zu lassen, indem z.B. die Figuren der jeweils anderen Spielteilnehmer durch die Modellierungselemente gebildet werden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist wenigstens ein Übertragungsmittel ein Planetengetriebe auf, dessen Sonnenrad mit dem Antriebsmittel kraftübertragend verbunden ist, wobei der Planetenträger des Planetengetriebes ausgebildet ist, das entsprechende Modellierungselement in der gemeinsamen Bewegungsrichtung in wenigstens einer der beiden Richtungen zu bewegen, und mit wenigstens einer Bremseinheit, welche ausgebildet ist, eine Rotation des Hohlrads des Planetengetriebes zuzulassen oder nicht.
  • Unter einem Planetengetriebe ist ein Umlaufrädergetriebe zu verstehen, welches ein Zahnradgetriebe bzw. ein Reibradgetriebe darstellt, welches neben einer mittleren Welle auch Achsen aufweist, welche auf Kreisbahnen um die mittlere Welle umlaufen. Das radial innen liegende zentrale Zahnrad wird auch als Zentralrad bzw. als Sonnenrad bezeichnet. Um das Sonnenrad herum sind wenigstens zwei Umlaufräder bzw. Planetenräder angeordnet, welche mittels einer Verzahnung mit dem Sonnenrad zusammenwirken können. Vorzugsweise können drei Planetenräder verwendet werden. Um die Planetenräder herum ist radial außen liegend ein sogenanntes Hohlrad angeordnet, welches eine radial innen liegende Verzahnung aufweist, welche in die Verzahnung der Planetenräder eingreift. Zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern kann eine rotatorische Relativbewegung um die Mittelachse des Sonnenrads erfolgen, welche auch die Achse des Planetengetriebes selber darstellt. Ebenso kann eine Relativbewegung des Hohlrads gegenüber den Planetenrädern um die zentrale Achse erfolgen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Planetengetriebe für wenigstens ein Modellierungselement und vorzugsweise jeweils für jedes der Modellierungselemente eingesetzt, so dass das Sonnenrad rotatorisch mit dem Antriebsmittel verbunden ist. Dabei kann die Richtung der Bewegung des Modellierungselements durch die Rotationsrichtung des Sonnenrads bzw. des Antriebsmittels bestimmt werden. Wird somit das Antriebsmittel betrieben, wird dessen Kraft bzw. Moment z.B. über eine Welle auf das Sonnenrad übertragen, welches somit rotatorisch angetrieben werden kann. Diese rotatorische Antriebskraft kann über die Verzahnung des Sonnenrads auf die Planetenräder und damit deren Planetenträger übertragen werden. Ist in diesem Zustand das Hohlrad frei drehbar, so wird die Antriebskraft vom Sonnenrad über die Planetenräder jedoch auf das Hohlrad übertragen. Eine Bewegung des Modellierungselements in der gemeinsamen Bewegungsrichtung der Modellierungselemente wird in diesem Fall nicht bewirkt. In dieser Situation kann das Antriebsmittel somit betrieben werden, ohne dass es zu einer Kraftübertragung und damit zu einer Positionsveränderung des entsprechenden Modellierungselements kommt. Stattdessen wird eine „freie“ Rotation des Hohlrads bewirkt, welches sich somit um das Sonnenrad drehen kann.
  • Wird nun die Bremseinheit dazu verwendet, das Hohlrad abzubremsen bzw. festzuhalten, so wird eine Rotation des Hohlrads verhindert und die Antriebskraft des Antriebsmittels bzw. des Sonnenrads wird vollständig über die Planetenräder auf den Planetenträger übertragen. Dies führt zu einer Veränderung der Positionierung des entsprechenden Modellierungselements in der entsprechenden Rotationsrichtung des Antriebsmittels. Auf diese Art und Weise kann das Antriebsmittel durchgehend betrieben und es kann über den Einsatz der Bremseinheit vorbestimmt werden, ob das entsprechende Modellierungselement in der Position in der Rotationsrichtung des Antriebsmittels verändert werden soll oder nicht.
  • Hierdurch kann das Antriebsmittel zum Antreiben mehrerer Modellierungselemente der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung verwendet werden, ohne dass es zwangsläufig zu einer Positionsveränderung mehrerer oder sogar aller Modellierungselemente kommt. Vielmehr kann durch das Ansteuern der Bremseinheit entschieden werden, welches Modellierungselement von dem fortlaufenden betriebenen Antriebsmittel angetrieben und in der Position verändert wird oder nicht. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebene Besonderheiten und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung auf einfache Art und Weise umgesetzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das entsprechende Modellierungselement wenigstens ein Bewegungsübertragungselement auf, welches sich zumindest im Wesentlichen entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung erstreckt, wobei das Bewegungsübertragungselement zumindest abschnittsweise eine Verzahnung aufweist, welche ausgebildet ist, in der gemeinsamen Bewegungsrichtung mit einer korrespondierenden Verzahnung des Planetenträgers des jeweiligen Planetengetriebes kraftübertragend zusammenzuwirken.
  • Das Bewegungsübertragungselement erstreckt sich dabei vorzugsweise in länglicher Form in der Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung, so dass über das Bewegungsübertragungselement eine translatorische Bewegung des entsprechenden Modellierungselements in der gemeinsamen Bewegungsrichtung der Modellierungselemente erzeugt werden kann, welche durch die rotatorische Bewegung des Sonnenrads bzw. Planetenträgers hervorgerufen werden kann. Die entsprechende Kraftübertragung zwischen dem Planetenträger und dem Bewegungsübertragungselement kann über eine korrespondierende Verzahnung erfolgen. Auf diese Art und Weise kann eine einfache Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung erfolgen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die zwei Modellierungselemente derart angeordnet, so dass die Verzahnungen der Bewegungsübertragungselemente einander zugewandt ausgerichtet sind.
  • Hierdurch kann es ermöglicht werden, die Planetengetriebe der beiden betrachteten Modellierungselemente unterschiedlich ausgerichtet anzuordnen, was die Flexibilität in der Anordnung der Planetengetriebe sowie der entsprechenden Übertragungsmittel insgesamt erhöhen kann. Insbesondere können auf diese Art und Weise die beiden Planetengetriebe der beiden betrachteten Modellierungselemente in der vertikalen Richtung bzw. in der gemeinsamen Bewegungsrichtung übereinander angeordnet werden, so dass eine kompaktere Anordnung der Planetengetriebe ermöglicht werden kann. Dies kann den Bauraum verringern, welcher für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung erforderlich ist.
  • Insbesondere können kleinere Modellierungselemente verwendet werden, relativ zur Größe des entsprechenden Planetengetriebes betrachtet, so dass eine vergleichsweise fein gegliederte erste segmentierte Oberfläche geschaffen werden kann. Ebenso können bei gleichbleibender Größe der Modellierungselemente größere Planetengetriebe verwendet werden, so dass höhere Kräfte übertragen werden können. Dies kann es ermöglichen, schwerere Modellierungselemente zu verwenden, z.B. um ein anderes Material zu verwenden bzw. um die Länge der Modellierungselemente in der gemeinsamen Bewegungsrichtung zu erhöhen. Dies kann entsprechend den Hub entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung erhöhen, um den die segmentierte Oberfläche gestaltet werden kann. In jedem Fall kann der Gestaltungsspielraum der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung hierdurch erhöht werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Bewegungsübertragungselemente der zwei Modellierungselemente an den jeweiligen ersten Modellierungskörpern jeweils zu dessen Mitte von einander weg versetzt, vorzugsweise randseitig, angeordnet.
  • Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Zusammenwirken der Verzahnungen des Planetenträgers mit dem entsprechenden Bewegungsübertragungselement des betrachteten Modellierungselements jeweils randseitig am Planetengetriebe erfolgen kann. Insofern kann die Anordnung des Modellierungselements unmittelbar in der gemeinsamen Bewegungsrichtung oberhalb des Planetengetriebes dadurch begünstigt werden, dass das Bewegungsübertragungselement zumindest zur Mitte des Modellierungselements versetzt und insbesondere randseitig am Modellierungselement angeordnet ist und sich somit seitlich am entsprechenden Planetengetriebe entlang erstrecken kann. Hierdurch kann die zuvor beschriebene Wirkung zwischen Planetengetriebe und Modellierungselement bzw. dessen Bewegungsübertragungselement begünstigt werden.
  • Insbesondere kann es ermöglicht werden, ein Modellierungselement im Wesentlichen direkt oberhalb in der gemeinsamen Bewegungsrichtung über dem entsprechenden Planetengetriebe anzuordnen. Gleichzeitig können, wie zuvor beschrieben, zwei derartige Planetengetriebe übereinander angeordnet und die jeweiligen Modellierungselemente oberhalb des oberen Planetengetriebes in der gemeinsamen Bewegungsrichtung angeordnet werden, da das jeweilige Bewegungsübertragungselement für das obere Modellierungselement auf der einen Seite und für das andere Modellierungselement auf der gegenüberliegenden Seite des oberen Planetengetriebes vorbei bzw. entlang geführt werden kann. Dies kann eine besonders kompakte Anordnung von wenigstens zwei Modellierungselementen nebeneinander ermöglichen, welche jeweils signifikant kleiner ausgebildet sind als das jeweilige Planetengetriebe.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das entsprechende Modellierungselement ein flexibles Verbindungselement auf, welches ausgebildet ist, in der gemeinsamen Bewegungsrichtung von einem Rollelement des Planetenträgers des Planetengetriebes auf- und abgerollt zu werden.
  • Als ein flexibles Verbindungselement kann ein flexibler Plastikstab verwendet werden, wie er beispielsweise aus der Modellierungsvorrichtung der US 2012/0293411 A1 bekannt ist und dort als Linkage bezeichnet wird. Dies kann es ermöglichen, das Planetengetriebe eines Modellierungselements nicht unmittelbar entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung unterhalb des Modellierungselements anordnen zu müssen, da durch die Flexibilität des Verbindungselements eine gewisse Umlenkung entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung ermöglicht werden kann. Dies kann die Anordnung von Modellierungselementen zu Planetengetrieben flexibler gestalten und insbesondere auch eine Anordnung von wenigstens zwei Planetengetrieben entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung übereinander ermöglichen. Auch auf diese Art und Weise kann eine Positionsveränderung eines Modellierungselements, wie zuvor beschrieben, erfolgen. Gleichzeitig kann auch auf diese Art und Weise eine vergleichsweise kompakte Anordnung mehrerer Modellierungselemente ermöglicht werden, welche insbesondere kleiner als das jeweilige Planetengetriebe ausgebildet sein können.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Modellierungsvorrichtung wenigstens eine Verbindungselementführung auf, welche ausgebildet ist, das flexible Verbindungselement zumindest abschnittweise in seiner länglichen Erstreckungsrichtung zu führen.
  • Eine derartige Verbindungselementführung kann z.B. in Form eines Schlauchelements ausgeführt sein, durch welches das flexible Verbindungselement hindurchgeführt wird. Die Verbindungselementführung in Form des Schlauchs kann dabei an einem feststehenden Gestellteil der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung angeordnet sein. Auf diese Art und Weise kann eine Führung des flexiblen Verbindungselements entlang seiner länglichen Erstreckungsrichtung bzw. in der gemeinsamen Bewegungsrichtung der Modellierungselemente erfolgen. Dies kann es begünstigen, dass die Bewegung des flexiblen Verbindungselements in der gewünschten Richtung ausgeführt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das entsprechende Modellierungselement ein Gewindeelement auf, welches ausgebildet ist, in der gemeinsamen Bewegungsrichtung mit einem Gewindeelement des Planetenträgers des Planetengetriebes zusammenzuwirken.
  • Alternativ zu den zuvor beschriebenen Möglichkeiten der Positionsveränderung eines Modellierungselements kann auch wenigstens ein Modellierungselement der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung dazu ausgebildet sein, entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung ein Gewindeelement aufzuweisen, welches in der gemeinsamen Bewegungsrichtung mit einem korrespondierenden Gewindeelement des Planetenträgers des entsprechenden Planetengetriebes zusammenwirken kann. Dabei kann das Gewindeelement das Modellierungselement als Außengewinde und das Gewindeelement des Planetenträgers als Innengewinde ausgebildet sein, oder umgekehrt. In beiden Fällen kann durch eine Schraubbewegung der beiden Gewindeelemente relativ zueinander eine rotatorische Bewegung des Planetenträgers des Planetengetriebes, wie zuvor beschrieben, in eine translatorische Bewegung des Modellierungselements in der gemeinsamen Bewegungsrichtung in der einen oder in der anderen Richtung umgewandelt werden. Auch auf diese Art und Weise kann die zuvor beschriebene Positionsveränderung der Modellierungselemente ausgeführt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen das Sonnenrad, die Planetenräder und das Hohlrad jeweils eine zueinander korrespondierende Pfeilverzahnung auf. Unter einer Pfeilverzahnung eines Zahnrads ist wird eine Schrägverzahnung verstanden, bei der nicht nur eine nicht zur Rotationsachse parallele Anordnung der Zähne erfolgt, sondern pro Zahn des Zahnrads eine linkssteigende und eine rechtssteigende Hälfte des Zahns miteinander kombiniert werden, so dass ein pfeilförmiges Profil entsteht. Hierdurch kann eine Schrägverzahnung verwendet werden, ohne dass axiale Kräfte entlang der Welle auftreten können, da diese durch die Pfeilverzahnung kompensiert werden. Gleichzeitig können die Vorteile von Schrägverzahnungen genutzt werden, wie z.B. eine höhere Laufruhe und eine geringere Geräuschentwicklung im Betrieb.
  • Die Verwendung einer Pfeilverzahnung für die Elemente des Planetengetriebes wenigstens eines Übertragungsmittels kann insbesondere bei der vorliegenden Erfindung vorteilhaft sein, weil auf diese Art und Weise die Planetenräder samt Planetenträger sowie das Hohlrad in der axialen Richtung auf dem Sonnenrad fixiert werden können, ohne dass hierzu sonstige Maßnahmen erforderlich sind. Dies kann eine besonders einfache, kostengünstige und bzw. oder kompakte Umsetzung der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung ermöglichen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Bremseinheit wenigstens ein Bremselement auf, welches ausgebildet ist, mittels eines Halteelements, vorzugsweise mittels eines Elektromagneten, der Bremseinheit eine Rotation des Hohlrads, vorzugsweise des zumindest radial außenseitig metallischen Hohlrads, des Planetengetriebes zuzulassen oder nicht.
  • Mit anderen Worten kann die Umsetzung der zuvor beschriebenen Bremseinheit in der Form erfolgen, dass die Bremseinheit wenigstens ein Bremselement aufweist, welches durch Betätigung von radial außen auf das Hohlrad des Planetengetriebes wirken und dieses festsetzen kann. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass von dem Halteelement des Bremselements ein entsprechender radialer Druck bzw. Kraft auf das Hohlrad des Planetengetriebes ausgeübt wird, so dass dessen freie Drehung aufgrund von Reibkräften verhindert werden kann. Alternativ kann das Hohlrad auch eine radial nach außen gerichtete Verzahnung aufweisen, in welche seitens der Bremseinheit ein Bremselement z.B. in Form einer Sperrklinke eingreifen kann, um das Hohlrad in dessen Rotationsrichtung formschlüssig zu blockieren. Durch das Lösen des Halteelements kann dieser Zustand entsprechend aufgehoben und die freie Drehung des Hohlrads, wie zuvor beschrieben, wieder zugelassen werden.
  • Dies kann vorzugsweise in Form eines Elektromagneten als Halteelement umgesetzt werden, welcher mit einem radial außenseitig metallisch ausgebildeten Hohlrad zusammenwirken kann. Mit anderen Worten kann durch die Bestromung des Elektromagneten der Bremseinheit das Hohlrad des Planetengetriebes ausreichend angezogen werden, um dessen freie Drehung zu verhindern. Wird der Elektromagnet nicht bestromt, so kann dieser Zustand wieder aufgehoben werden. Dies kann eine besonders einfache und schnell sowie zuverlässig wirkende Bremsung des Hohlrads des Planetengetriebes ermöglichen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Modellierungsvorrichtung wenigstens ein Federelement, vorzugsweise wenigstens eine Schraubenfeder, auf, welches mit dem entsprechenden Modellierungselement kraftübertragend verbunden und ausgebildet ist, eine Bewegung des Modellierungselements in der gemeinsamen Bewegungsrichtung in einer Richtung zu unterstützen und in der entgegengesetzten Richtung entgegenzuwirken.
  • Mit anderen Worten kann durch das Federelement eine Kraft in einer Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung ausgeübt werden, welche der Antriebskraft entgegenwirken kann, welche, wie zuvor beschrieben, von dem Antriebsmittel über das Übertragungsmittel auf das entsprechende Modellierungselement ausgeübt werden kann. Somit kann eine Bewegung bzw. Positionsveränderung eines Modellierungselements in der gemeinsamen Bewegungsrichtung in der einen Richtung durch die Antriebskraft des Antriebsmittels erfolgen, wenn dies durch das entsprechende Übertragungsmittel, wie zuvor beschrieben, zugelassen wird. In der entgegengesetzten Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung kann die Kraft des Federelements rückstellend wirken, so dass eine Richtungsumkehr des Antriebsmittels nicht erforderlich ist, um das Modellierungselement in der entgegengesetzten Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung zu bewegen. Auf diese Art und Weise kann das Antriebsmittel durchgehend in einer Antriebsrichtung betrieben werden, um bei Bedarf ein Modellierungselement, wie zuvor beschrieben, in der entsprechenden Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung in der Position zu verändern. In der entgegengesetzten Richtung kann dies durch die Kraft des Federelements erfolgen, welche der Positionsveränderung des Antriebsmittels entgegenwirken kann. Dies kann die Ausbildung und insbesondere den Betrieb des Antriebsmittels vereinfachen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das entsprechende Übertragungsmittel wenigstens eine Sperreinheit auf, welche ausgebildet ist, eine Bewegung des entsprechenden Modellierungselements, vorzugsweise eine Rotation des Planetenträgers des Planetengetriebes, zuzulassen oder nicht.
  • Mittels einer entsprechenden Sperreinheit kann die Bewegung eines Modellierungselements verhindert oder zugelassen werden. Beispielsweise kann die Sperreinheit hierzu ein Sperrelement, z.B. in Form einer Sperrklinke bzw. eines Sperrhebels, aufweisen, welche in die Verzahnung des Planetenträgers des Planetengetriebes oder aber auch in eine Verzahnung eines Bewegungsübertragungselements des Modellierungselements eingreifen kann. Alternativ könnte dies auch durch eine entsprechende Reibkraft erfolgen, wie zuvor hinsichtlich der Bremseinheit beschrieben.
  • In jedem Fall kann die entsprechende Beweglichkeit hierdurch blockiert werden, so dass die aktuell eingenommene Positionierung des entsprechenden Modellierungselements bei Betätigung der Sperreinheit gehalten werden kann. Soll die Positionierung verändert werden, kann die Beweglichkeit des Modellierungselements entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung durch das Lösen z.B. der Sperrklinke bzw. des Sperrhebels von der Sperreinheit wieder freigegeben werden. Hierdurch kann die eingenommene Positionierung des Modellierungselements sichergestellt werden. Auch kann es hierdurch ermöglicht werden, wie zuvor beschrieben, eine Positionsveränderung in der einen Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung durch das Antriebsmittel und in der entgegengesetzten Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung durch ein Federelement durchzuführen. Um dennoch eine stabile Positionierung erreichen zu können, kann die entsprechende Sperreinheit betätigt werden.
  • Die Umsetzung einer derartigen Sperreinheit kann auch dadurch erfolgen, dass das Sperrelement ein Federelement wie z.B. ein Federstahlblech aufweist, welches in die Verzahnung des Planetenträgers des Planetengetriebes oder aber auch in eine Verzahnung eines Bewegungsübertragungselements des Modellierungselements eingreifen kann. Die Federkraft des Federelements kann dabei derart bemessen sein, dass der Planetenträger und das Modellierungselement in Position gehalten werden können, falls das Hohlrad freidrehend ist und keine Kräfte von dem Sonnenrad auf den Planetenträger übertragen werden. Hierzu kann wenigstens die Gewichtskraft des Planetenträgers und insbesondere des Modellierungselements von dem Federelement gehalten werden. Eine Bewegung des entsprechenden Modellierungselements kann in diesem Zustand von der Sperreinheit verhindert bzw. nicht zugelassen werden.
  • Gleichzeitig kann die Federkraft des Federelements ausreichend gering bemessen sein, um von der Antriebskraft des Antriebsmittels überwunden zu werden, falls das Hohlrad feststehend gehalten und die Antriebskraft von dem Sonnenrad auf den Planetenträger übertragen wird. In diesem Zustand kann eine Bewegung des entsprechenden Modellierungselements von der Sperreinheit zugelassen werden.
  • Diese Umsetzung einer derartigen Sperreinheit kann zwar zu einem durchgängigen Eingriff des Sperrelements in die Verzahnung des Planetenträgers führen, was im Betrieb in einer zusätzlichen Geräuschentwicklung resultieren kann. Jedoch kann hierdurch der Aufwand der Umsetzung der Sperreinheit reduziert werden, da diese nicht aktiv betrieben und angesteuert werden muss sondern als sozusagen passives mechanisches Element umgesetzt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Sperreinheit wenigstens ein Sperrelement auf, welches angeordnet und ausgebildet ist, in eine Verzahnung des Planetenträgers einzugreifen oder nicht, wobei vorzugsweise das Sperrelement ausgebildet ist, von einem Betätigungselement, vorzugsweise von einem Hubmagneten, der Sperreinheit zwischen einer eingreifenden Stellung und einer nicht-eingreifenden Stellung bewegt zu werden.
  • Auch bei der zuvor beschriebenen Sperreinheit kann, wie zuvor hinsichtlich der Bremseinheit beschrieben, eine Umsetzung der Betätigung bzw. der Freigabe durch einen Elektromagneten erfolgen. Hierdurch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile auch bei der Sperreinheit umgesetzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Übertragungsmittel, vorzugsweise die Sonnenräder der Planetengetriebe, wenigstens zweier Modellierungselemente mittels einer gemeinsamen Welle mit dem Antriebsmittel verbunden.
  • Auf diese Art und Weise können zwei Modellierungselemente mittels einer gemeinsamen Welle von dem Antriebsmittel betrieben werden, was die Übertragung der Kraft bzw. des Moments des Antriebsmittels auf die entsprechenden Modellierungselemente vereinfachen kann. Insbesondere können die entsprechenden beiden Modellierungselemente entlang der gemeinsamen Welle nah beieinander angeordnet werden, was einen kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung bzw. eine kompakte und möglichst lückenlose Ausbildung der ersten segmentierten Oberfläche ermöglichen bzw. begünstigen kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Übertragungsmittel, vorzugsweise die Sonnenräder der Planetengetriebe, wenigstens zweier Modellierungselemente jeweils mittels unterschiedlicher Wellen mit dem Antriebsmittel verbunden, wobei vorzugsweise die beiden Wellen untereinander, vorzugsweise mittels wenigstens zweier korrespondierender Zahnräder oder mittels eines Antriebsriemens, vorzugsweise mittels eines Zahnriemens, kraftübertragend miteinander verbunden sind.
  • Dies kann es ermöglichen, mehrere Modellierungselemente in einer Erstreckungsrichtung nebeneinander anzuordnen, welche senkrecht zur Erstreckungsrichtung einer der Wellen ist. Mit anderen Worten können die beiden Wellen parallel zueinander angeordnet und kraftübertragend miteinander verbunden betrieben werden. Hierzu einen Antriebsriemen und insbesondere einen Zahnriemen zu verwenden, kann eine besonders einfache und verlässliche Art und Weise der Kraftübertragung zwischen den beiden Wellen ermöglichen.
  • Hierdurch kann insbesondere eine Anordnung der betrachteten zwei Modellierungselemente in einer kartesischen Raumrichtung senkrecht zu Modellierungselementen erfolgen, welche entlang einer der beiden Wellen angeordnet sind. Mit anderen Worten kann ein Antriebsmittel auf diese Art und Weise verwendet werden, eine flächige Anordnung von Modellierungselementen gemeinsam, wie zuvor beschrieben, zu betreiben. Auf diese Art und Weise kann wenigstens eine 2 x 2 Matrix von Modellierungselementen geschaffen werden, welche von einem Antriebsmittel gemeinsam betrieben werden können.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Welle in ihrem Verlauf wenigstens ein Gelenk auf.
  • Mit anderen Worten kann eine Welle in ihrer länglichen Erstreckungsrichtung durch ein Gelenk unterbrochen bzw. wenigstens zweigeteilt werden. Auch können mehrere Gelenke entlang einer Welle verwendet werden. Ein derartiges Gelenk kann insbesondere kardanisch ausgeführt sein, so dass eine derartige Welle auch als Kardanwelle bezeichnet werden kann.
  • Auf diese Art und Weise ist eine Übertragung einer rotatorischen Bewegung der Welle als geknickter Verlauf der Welle bzw. als geknickter Wellenstrang möglich. Dies kann den Gestaltungsspielraum der ersten segmentierten Oberfläche erhöhen. Insbesondere kann eine erste segmentierte Oberfläche z.B. um eine zylindrische Oberfläche herum ausgebildet und, wie zuvor beschrieben, betrieben werden. Dies kann es beispielsweise ermöglichen, die zylindrische Oberfläche einer Litfaßsäule oder dergleichen mit einer erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung zu versehen und zur optischen Darstellung von insbesondere Werbeinformationen und dergleichen zu verwenden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen wenigstens zwei Modellierungselemente jeweils einen zweiten Modellierungskörper auf, welche jeweils dem ersten Modellierungskörper in der gemeinsamen Bewegungsrichtung gegenüberliegend angeordnet und ausgebildet sind, gemeinsam eine zweite segmentierte Oberfläche zu bilden, welche parallel zur ersten segmentierten Oberfläche angeordnet ist.
  • Mit anderen Worten weisen die entsprechenden Modellierungselemente an ihren beiden Enden entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung jeweils einen Modellierungskörper auf, so dass zwei segmentierte Oberflächen geschaffen werden können, welche parallel zueinander angeordnet und ausgerichtet sind. Die Bewegung der ersten segmentierten Oberfläche ist dabei direkt mit der Darstellung der zweiten segmentierten Oberfläche verknüpft, so dass sozusagen eine positive Darstellung der ersten segmentierten Oberfläche sich in einem Negativ der zweiten segmentierten Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung darstellt. Insbesondere kann hierdurch eine Fläche in Form einer Wand oder dergleichen, d.h. senkrecht zur Horizontalen, geschaffen werden, welche beidseitig zur Darstellung einer segmentierten Oberfläche genutzt werden kann. Eine derartige Wand kann beispielsweise als Raumteiler oder dergleichen zu Darstellungs- und insbesondere Werbezwecken verwendet werden.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
    • 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Übertragungsmittels mit Modellierungselement gemäß einem ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung;
    • 2 eine perspektivische schematische Darstellung der 1 aus einer entgegengesetzten Perspektive;
    • 3 eine perspektivische schematische Darstellung mehrerer Übertragungsmittel mit Modellierungselementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit zwei Modellierungselementen, zwei Wellen und vier Planetengetrieben;
    • 4 eine perspektivische schematische Darstellung mehrerer Übertragungsmittel mit Modellierungselementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit vier Modellierungselementen, zwei Wellen und vier Planetengetrieben;
    • 5 eine perspektivische schematische Darstellung der 4 aus einer entgegengesetzten Perspektive;
    • 6 eine perspektivische schematische Darstellung mehrerer Übertragungsmittel mit Modellierungselementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit neun Modellierungselementen, vier Wellen, neu Planetengetrieben und einem Antriebsmittel;
    • 7 eine perspektivische schematische Darstellung mehrerer Übertragungsmittel mit Modellierungselementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit 100 Modellierungselementen, zehn Wellen, 100 Planetengetrieben und einem Antriebsmittel;
    • 8 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Übertragungsmittels mit Modellierungselement gemäß einem zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung;
    • 9 eine perspektivische schematische Darstellung der 8 aus einer entgegengesetzten Perspektive;
    • 10 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Übertragungsmittels mit Modellierungselement gemäß einem dritten Ausführung der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung;
    • 11 eine perspektivische schematische Darstellung mehrerer Übertragungsmittel mit Modellierungselementen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel mit 16 Modellierungselementen und 16 Planetengetrieben; und
    • 12 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Übertragungsmittels mit Modellierungselement gemäß einem vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung.
  • Die o.g. Figuren werden in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X oder als Länge X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Querrichtung Y, welche auch als Breite Y bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y erstreckt sich eine vertikale Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann. Die Längsrichtung X und die Querrichtung Y bilden gemeinsam die Horizontale X, Y, welche auch als horizontale Ebene X, Y bezeichnet werden kann.
  • Eine erfindungsgemäße Modellierungsvorrichtung 1 zur Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche A, vgl. 7, besteht aus einer Mehrzahl von vergleichbar aufgebauten und gleichartig betriebenen Übertragungsmitteln 2, 3, 4. Ein erstes Ausführungsbeispiel eines derartigen Übertragungsmittels 2, 3, 4 mit einem Modellierungselement 5 in den 1 bis 6 dargestellt. Das erfindungsgemäße Übertragungsmittel 2, 3, 4 mit dem Modellierungselement 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist ein Planetengetriebe 2, welches auch als Umlaufrädergetriebe 2 bezeichnet werden kann, eine Bremseinheit 3 sowie eine Sperreinheit 4 auf. Mittels eines derartigen Übertragungsmittels 2, 3, 4 wird ein Antriebsmittel 15 in Form eines Elektromotors 15 kraftübertragen mit jeweils einem Modellierungselement 5 verbunden, welches auch als Segment 5, als Stift 5 oder als Pin 5 bezeichnet werden kann.
  • Das Planetengetriebe 2 weist ein Sonnenrad 20 auf, welches feststehend mit einer Welle 14 verbunden ist. Die Welle 14 wird an wenigstens zwei Stellen entlang ihrer länglichen Erstreckungsrichtung über jeweils eine Wellenlagerung 13, z.B. in Form eines Kugellagers 13, an einem Gestellelement 12 der Modellierungsvorrichtung 1 gelagert. Die Gestellelemente 12 sind zumindest teilweise direkt auf einem Boden 10 der Modellierungsvorrichtung 1 in der vertikalen Richtung Z von oben angeordnet, vgl. 7.
  • Das Sonnenrad 20 des Planetengetriebes 2 ist radial außenseitig mit einer Verzahnung (nicht bezeichnet) versehen, welche mit der jeweiligen Verzahnung (nicht bezeichnet) eines von drei Planetenrädern 22 zusammenwirkt, welche in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet radial außen um das Sonnenrad 20 herum angeordnet sind. Über das Zusammenwirken der Verzahnungen kann die rotatorische Bewegung eines Sonnenrads 20 auf die drei Planetenräder 22 übertragen werden, siehe z.B. 2. Die drei Planetenräder sind rotierbar an einem Planetenträger 21 angeordnet, welcher entlang der länglichen Erstreckungsrichtung der Welle 14 unmittelbar neben dem Sonnenrad 20 positioniert ist. Der Planetenträger 21 weist dabei eine Wellendurchgangsöffnung 24 auf, durch welche hindurch die Welle 14 geführt wird. Die Wellenträgerdurchgangsöffnung 24 ist dabei derart groß bemessen, dass ein Kontakt der Welle 14 zu dem Planetenträger 21 vermieden werden kann. Mit anderen Worten kann der Planetenträger 21 frei um die Welle 14 herum drehen. Der Planetenträger 21 weist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine radial außenseitig angeordnete Verzahnung 25 auf. Ferner weist das Planetengetriebe 20 ein Hohlrad 23 auf, welches radial außen um die drei Planetenräder 22 herum angeordnet ist und eine korrespondierende Verzahnung (nicht bezeichnet) aufweist, mit der das Hohlrad 23 mit den Planetenrädern 22 zusammenwirken kann.
  • Zu dem Übertragungsmittel 2, 3, 4 gehört ferner eine Bremseinheit 3, welche feststehend an einem weiteren Gestellelement 12 der Modellierungsvorrichtung 1 feststehend angeordnet ist, siehe z.B. 1 und 2. Die Bremseinheit 3 weist ein Bremselement 30 auf, welches ein Halteelement 31 in Form eines Elektromagneten 31 betätigen kann. Das Halteelement 31 ist dabei von radial außen auf die radiale Außenfläche des Hohlrads 23 ausgerichtet. Wird das Halteelement 31 von dem Bremselement 30 radial zu dem Hohlrad 23 hin bewegt, um durch Kontakt einen kraftschlüssigen Halt gegenüber dem Hohlrad 23 auszuüben, kann auf diese Art und Weise eine kraftschlüssige Bremswirkung des Hohlrads 23 erreicht werden. Ist das Halteelement 31 als Elektromagnet 31 ausgeführt, so ist das Hohlrad 23 zumindest radial außenseitig metallisch ausgeführt, so dass durch eine Betätigung des Elektromagneten 31 bzw. durch dessen Bestromung eine magnetische Haltekraft gegenüber dem Hohlrad 23 erreicht werden kann. In jedem Fall kann durch ein Betätigen der Bremseinheit 3 eine Drehbarkeit des Hohlrads 23 in dessen Umfangsrichtung bzw. um die Welle 14 in einer Drehrichtung C herum zugelassen oder verhindert werden, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
  • Das Übertragungsmittel 2, 3, 4 weist ferner eine Sperreinheit 4 auf, siehe z.B. 1, welche ein Sperrelement 40 in Form einer Sperrklinke 40 aufweist. Mittels eines Betätigungselements 41 in Form eines Hubmagneten 41 kann die Sperrklinke 40 radial auf den äußeren Umfang des Planetenträgers 21 zu bewegt bzw. von diesem weg bewegt werden. Die Sperrklinke 40 ist dabei derart ausgebildet, dass sie in die Verzahnung 25 des Planetenträgers 21 formschlüssig eingreifen kann. Durch ein Betätigen der Sperreinheit 4 ist es somit möglich, eine rotatorische Bewegung des Planetenträgers 21 zuzulassen oder zu blockieren, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
  • Das bereits erwähnte Segment 5 weist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen ersten Modellierungskörper 50 auf, welcher auch als erster Segmentkörper 50 oder als erster Stiftkörper 50 bezeichnet werden kann. In der Darstellung der 1 bis 12 erstreckt sich der erste Segmentkörper 50 dabei im Wesentlichen quaderförmig in der vertikalen Richtung Z und schließt an seinem oberen Ende mit einer horizontalen Modellierungsfläche 50a ab. In der vertikalen Richtung Z unterhalb des ersten Segmentkörpers 50 erstreckt sich das Segment 5 mit einem Bewegungsübertragungselement 52, welches dem Planetenträger 21 zugewandt eine Verzahnung 53 aufweist, welche mit der Verzahnung 25 des Planetenträgers 21 korrespondiert. Das Bewegungsübertragungselement 52 ist dabei in Form eines länglichen Stabes ausgeführt, welcher einen deutlich geringeren Querschnitt als der erste Segmentkörper 50 aufweist. Das Bewegungsübertragungselement 52 ist in der Querrichtung Y randseitig sowie in der Längsrichtung X mittig an einer Kante bzw. an einem Rand des ersten Segmentkörpers 50 angeordnet, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
  • An seinem dem ersten Segmentkörper 50 gegenüberliegenden Ende weist das Bewegungsübertragungselement 52 ein Federelement 54 in Form einer Schraubenfeder 54 auf, welche an ihrem gegenüberliegenden Ende mit dem Boden 10 oder einem Gestellelement 12 der Modellierungsvorrichtung 1 feststehend verbunden ist, siehe z.B. 1 und 2. Auf diese Art und Weise kann seitens der Schraubenfeder 54 eine Kraft in der vertikalen Richtung Z auf das Bewegungsübertragungselement 52 des Segments 5 ausgeübt werden, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
  • Die Welle 14 weist an ihrem einen Ende z.B. in den Darstellungen der 1, 2 und 6 eine Scheibe 18 in Form einer Zahnscheibe 18 auf, welche mittels eines Antriebsriemens 17 in Form eines Zahnriemens 17 von einer korrespondierenden Scheibe 18 bzw. Zahnscheibe 18 des Elektromotors 15 angetrieben werden kann, siehe 6. Die Welle 14 kann jedoch auch ein Zahnrad 16 aufweisen, über welches die Welle 14 mit dem korrespondierenden Zahnrad 16 einer in der Längsrichtung X oder in der Querrichtung Y benachbarten Welle 14 kraftübertragend verbunden sein kann, siehe z.B. 3 bis 6.
  • Eine Mehrzahl von Segmenten 5, wie zuvor beschrieben, bildet gemeinsam die erste segmentierte Oberfläche A der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung 1, vgl. z.B. 7. Die Segmente 5 sind dabei parallel zueinander in Form einer Matrix angeordnet und können, wie im Folgenden noch näher beschrieben werden wird, durch jeweils ein Übertragungsmittel 2, 3, 4 von dem gemeinsamen Elektromotor 15 in der vertikalen Richtung Z bewegt sowie positioniert werden. Hierdurch stellt die vertikale Richtung Z die gemeinsame Bewegungsrichtung B der Segmente 5 dar, entlang derer eine Bewegung in beide Richtungen, d.h. sowohl hoch als auch runter, erfolgen kann.
  • Es sei nun zunächst ein einzelnes Segment 5 mit einem Übertragungsmittel 2, 3, 4 mit dem Modellierungselement 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie z.B. in den 1 und 2 dargestellt, betrachtet. Eine rotatorische Antriebskraft des Elektromotors 15 kann über dessen Zahnscheibe 18 mittels eines Zahnriemens 17 auf die Zahnscheibe 18 der Welle 14 übertragen werden, vgl. 6 und 1 sowie 2. Diese kontinuierliche rotatorische Bewegung des Elektromotors 15 führt zu einer entsprechenden kontinuierlichen Drehbewegung des Sonnenrads 20 in der Drehrichtung C. Hierdurch werden die drei Planetenräder 22 entsprechend rotatorisch vom Sonnenrad 20 angetrieben.
  • Ist nun die Sperrklinke 40 der Sperreinheit 40 gelöst sowie der Elektromagnet 31 der Bremseinheit 3 stromlos, d.h. nicht betätigt, so überträgt sich die rotatorische Bewegung der Planetenräder 22 auf das Hohlrad 23, welches frei beweglich ist. Der Planetenträger 21 des Planetengetriebes 2 wird somit in dieser Situation nicht angetrieben, so dass sich die Position bzw. Höhe des Segments 5 nicht verändert. Dies gilt in dieser Form insbesondere für eine horizontale Ausrichtung der Segmente 5, z.B. bei einer Modellierungsvorrichtung 1, welche als Wand oder dergleichen verwendet wird.
  • Bei der in der 7 dargestellten Anwendung der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung 1 in horizontalen Erstreckung der ersten segmentierten Oberfläche A wirkt jedoch die Gewichtskraft auf das Segment 5, so dass in dem zuvor beschriebenen Zustand das Segment 5 bei einem frei beweglichen Hohlrad 23 von dem Planetenträger 21 nicht sicher in der vertikalen Richtung Z in der Position gehalten werden kann. Daher ist es in diesem Fall zweckmäßig, die Sperrklinke 40 der Sperreinheit 4 zu betätigen und den Planetenträger 21 hierdurch an einer rotatorischen Bewegung zu hindern. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, dass das Segment 5 in diesem Zustand des frei drehenden Hohlrads 23 seine Höhe in der vertikalen Richtung Z halten kann.
  • Wird nun die Bremseinheit 3 betätigt und der Elektromagnet 31 hält das Hohlrad 23 fest, so dass dessen freie rotatorische Bewegung unterbrochen wird, wird nun die anhaltende rotatorische Bewegung der Welle 14 in der Drehrichtung C von dem mitdrehenden Sonnenrad 20 über die Planetenräder 22 auf den Planetenträger 21 übertragen, welcher seinerseits in der Drehrichtung C zu drehen beginnt. Hierzu kann zeitgleich die Sperreinheit 4 gelöst werden, um dies nicht zu behindern. Somit erfolgt jetzt eine Übertragung dieser rotatorischen Bewegung über die Verzahnung 25 des Planetenträgers 21 auf die Verzahnung 53 des Bewegungsübertragungselements 52, woraus eine translatorische Bewegung des ersten Segmentkörpers 50 in einer Richtung entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung B der Segmente 5 resultiert.
  • Ist eine gewünschte Höhe bzw. Position des Segments 5 erreicht, kann zum einen die Sperrklinke 40 der Sperreinheit 4 erneut betätigt werden. Gleichzeitig kann die Betätigung der Bremseinheit 3 aufgehoben werden, so dass die rotatorische freie Drehbewegung des Hohlrads 23 wieder zugelassen werden kann. Hierdurch kann eine weitere Bewegung des Segments 5 verhindert und die aktuell eingenommene Positionierung des Segments 5 beibehalten werden.
  • Somit kann es bei fortlaufendem Betrieb des Elektromotors 15 durch die Betätigung von Bremseinheit 3 und gegebenenfalls Sperreinheit 4 für das jeweilige Segment 5 zu einer gewünschten Positionsänderung in wenigstens einer Richtung entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung B der Segmente 5 kommen. Ebenso kann die gewünschte Position gehalten werden, ohne dass der Betrieb des Elektromotors 15 hierzu geändert oder unterbrochen werden muss.
  • Um nun die Position des zuvor betrachteten Segments 5 in der entgegengesetzten Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung B der Segmente 5 zu verändern, könnte der Elektromotor 15 in der entgegengesetzten Richtung betrieben werden und das zuvor beschriebene Vorgehen erneut in der entgegengesetzten Drehrichtung C durchgeführt werden.
  • Da dies jedoch Auswirkungen auf alle mit dem Elektromotor 15 verbundenen Segmente 5 hat, d.h. alle Segmente 5 gleichzeitig lediglich in einer Richtung in der Position verändert werden könnten, kann die Nutzung der zuvor beschriebenen Schraubenfeder 54 vorteilhafter sein. Zur Ausführung dieser Bewegung kann nämlich die Bremseinheit 3 unbetätigt bleiben, so dass das Hohlrad 23 weiter in der Drehrichtung C der Welle 14 frei drehen kann. Gleichzeitig kann die Sperreinheit 4 ihre Sperrklinke 40 lösen und hierdurch die Federkraft der Schraubenfeder 54 in der entgegengesetzten Richtung auf das Segment 5 wirken lassen. Auf diese Art und Weise kann ohne eine aktive Bewegung sowie ohne Mitwirkung des Elektromotors 15 das Segment 5 in der entgegengesetzten Richtung entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung B der Segmente 5 bewegt werden, indem hierzu die in der Schraubenfeder 54 gespeicherte Federkraft bzw. Federenergie verwendet wird. Die gewünschte Position kann dann fixiert werden, indem in diesem Moment die Sperrklinke 40 der Sperreinheit 4 erneut betätigt wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass unterschiedliche Segmente 5 der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung 1 gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung B der Modellierungselemente 5 bzw. Segmente 5 bewegt und positioniert werden.
  • Um Segmente 5 verwenden zu können, welche eine geringere Fläche 50a aufweisen als das jeweilige Planetengetriebe 2 einnimmt, können erfindungsgemäß zwei Planetengetriebe 2 in der vertikalen Richtung Z übereinander angeordnet werden. Dabei sind die Anordnungen der Elemente des Übertragungsmittels 2, 3, 4, d.h. des Planetengetriebes 2, der Bremseinheit 3 sowie der Sperreinheit 4, bei den beiden übereinander angeordneten Übertragungsmitteln 2, 3, 4 entlang der Erstreckungsrichtung der jeweiligen Welle 14 gegenteilig angeordnet und ausgerichtet, vgl. z.B. 3. Gleichzeitig sind die jeweiligen Segmente 5 derart entgegengesetzt zueinander angeordnet, so dass die Bewegungsübertragungselemente 52 jeweils auf einer Seite in der Querrichtung Y an dem jeweils anderen Planetengetriebe 2 bzw. Übertragungsmittel 2, 3, 4 vorbeilaufen, siehe z.B. 4 und 5. Dies kann eine deutlich kompaktere Anordnung der Übertragungsmittel 2, 3, 4 ermöglichen. Gleichzeitig können die Segmente 5 vergleichsweise kleinflächig ausgebildet werden. Dies kann zu einer vergleichsweise fein gegliederten ersten segmentierten Oberfläche A führen.
  • In diesem Fall der übereinander angeordneten Wellen 14 kann eine Übertragung der rotatorischen Bewegung zwischen den jeweiligen übereinanderliegenden Wellen 14 durch randseitig angeordnete Zahnräder 16 erfolgen, wie bereits erwähnt. Von Welle 14 zu Welle 14 ergibt sich dabei eine Umkehr der jeweiligen Rotationsrichtung bzw. Drehrichtungen C, welche jedoch mit der zuvor beschriebenen gegenseitig wechselnden Anordnung der Übertragungsmittel 2, 3, 4 korrespondiert, so dass durch die Rotationsbewegung des Elektromotors 15 alle Segmente 5 dennoch in der gemeinsamen Bewegungsrichtung B angetrieben werden können. Die zuvor beschriebene selbstständige bzw. durch die Schraubenfeder 54 unterstützte Rückstellung für alle Segmente 5 erfolgt jeweils gemeinsam in der entgegengesetzten Richtung der gemeinsamen Bewegungsrichtung B.
  • Das Ergebnis ist beispielsweise eine 10 x 10 Matrix von Segmenten 5, welche eine gemeinsame erste segmentierte Oberfläche A der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung 1 bilden, siehe z.B. 7. In diesem Fall kann auch eine Übertragung der Rotationsbewegung des Elektromotors 15 über ein Zahnrad 16 auf die Zahnräder 16 der Wellen 14 erfolgen, wie zuvor beschrieben. Eine alternative Möglichkeit dieser Kraftübertragung stellt die zuvor beschriebene Verwendung von Zahnriemen 17 und Zahnscheibe 18 dar, wie z.B. in der 6 dargestellt.
  • Die zuvor beschriebenen Gestellelemente 12 können dabei über Stützelemente 19, siehe 6, auf dem bereits erwähnten Boden 10 der Modellierungsvorrichtung 1 aufgesetzt sein. Die gesamte Anordnung kann, bis auf eine Aussparung im Bereich der Segmente 5, vollständig von einem Gehäuse 11 umgeben sein, welches in der 7 transparent dargestellt angedeutet ist.
  • Auf diese Art und Weise kann unter Verwendung eines einzigen Elektromotors 15 das Anheben sowie Absenken von 100 Segmenten 5 erfolgen, um eine erste segmentierte Oberfläche A zu bilden und zu verändern. Die Angaben, welche Positionierung von welchem Segment 5 eingenommen werden soll, kann seitens einer gemeinsamen Steuerungseinrichtung (nicht dargestellt) erfolgen, welche hierzu mittels jeweils eines Positionssensors (nicht dargestellt) erfasste Positionsdaten eines jeden Segments 5 erhalten kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Position jedes Segments 5 auch aus einem Modell bestimmt werden, welches auf der Kinematik sowie der in der Vergangenheit durchgeführten Bewegungen beruht. Dies kann den Aufwand der Positionssensoren vermeiden, jedoch zu Ungenauigkeiten führen.
  • Mittels dieser ersten segmentierten Oberfläche A können Informationen im Raster der Segmente 5 flächig dargestellt werden. Dies kann für verschiedene Anwendungen, wie z.B. die Lehre von mathematischen Funktionen sowie die Darstellung architektonischer sowie städteplanerischer Entwürfe, vorteilhaft und nützlich sein. Insbesondere kann dies das Verständnis der Darstellung für den Benutzer bzw. Betrachter vereinfachen. Auch kann eine schnelle und flexible Anpassung der segmentierten ersten Oberfläche A erfolgen. Insbesondere aufgrund der Verwendung eines einzigen Elektromotors 15 kann der Aufwand für die Ansteuerung sehr gering gehalten werden. Ferner können Stromwärmeverluste und Stromverbrauch minimiert werden, da für 100 Segmente 5 lediglich ein Elektromotor 15 verwendet werden muss. Die Positionserhöhungen bzw. Positionsvorgaben können seitens der Steuerungseinrichtung entsprechend erfolgen, indem bei durchgehend laufendem Elektromotor 15 die Bremseinheiten 3 sowie die Sperreinheiten 4 eines jeden Segments 5 entsprechend angesteuert werden, um die zuvor beschriebenen Beweglichkeiten freizugeben oder zu blockieren.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des Übertragungsmittels 2, 3, 4 mit dem Modellierungselement 5 ist an dem Planetenträger 21 ein Rollelement 26 angeordnet, welches ein flexibles Verbindungselement 55 in Form eines flexiblen Kunststoffstabs 55 wickelnd aufnimmt, welcher auch als Linkage 55 bezeichnet werden kann. Der Verlauf bzw. die Bewegungsrichtung des flexiblen Verbindungselements 55 kann dabei über eine Verbindungselementführung 56 in einem gewissen Maße beeinflusst werden, welches an einem Gestellelement 12 (nicht dargestellt) feststehend angeordnet sein kann. Auf diese Art und Weise kann eine vergleichbare Anordnung von wenigstens zwei Segmenten 5 über zwei in der vertikalen Richtung Z übereinander angeordneten Planetengetriebe 2 erfolgen. Es kann durch ein Ab- und Aufwickeln eine Positionierbarkeit vergleichbar dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel auf andere Art und Weise von dem Planetengetriebe 2 auf das Segment 5 übertragen werden.
  • Eine dritte Ausführungsform des Übertragungsmittels 2, 3, 4 mit dem Modellierungselement 5 zeigt die 10. In diesem Fall kann über eine Welle 14 lediglich ein Sonnenrad 20 angetrieben werden, da auf dessen der Welle 14 gegenüberliegenden Seite der Planetenträger 21 mit einem Gewindeelement 27 abschließt. Das Gewindeelement 27 ist dabei als Innengewinde vergleichbar einer Schraube angeordnet, welche eine rotatorische Bewegung in einer Drehrichtung D ausführen kann. Das Segment 5 weist am Ende seines Bewegungsübertragungselements 52 ein korrespondierendes Gewindeelement 57 auf, welches als Außengewinde das Innengewinde des Gewindeelements 27 des Planetenträgers 21 umschließt.
  • Auf diese Art und Weise kann durch eine schraubenartige Bewegung ein Anheben bzw. Absenken des Segments 5 in der gemeinsamen Bewegungsrichtung B erzeugt werden. Auf die zuvor beschriebene Sperreinheit sowie die Schraubenfeder 54 kann in diesem Fall verzichtet werden, was den Aufbau vereinfachen kann. Nachteiligerweise jedoch kann, wie zuvor erwähnt, lediglich ein Segment 5 von einer Welle 14 angetrieben werden. Dennoch kann der Gestaltungsspielraum zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Modellierungsvorrichtung durch diese Übertragungsmittel 2, 3, 4 mit dem Modellierungselement 5 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erhöht werden.
  • Basierend auf dem ersten Ausführungsbeispiel des Übertragungsmittels 2, 3, 4 mit dem Modellierungselement 5 zeigt die 12 ein viertes Ausführungsbeispiel des Übertragungsmittels 2, 3, 4, mit dem Modellierungselement 5, bei dem auch an dem dem ersten Segmentkörper 50 gegenüberliegenden Ende des Bewegungsübertragungselements 52 ein zweiter Modellierungskörper 51 angeordnet ist, welcher auch als zweiter Segmentkörper 51 bzw. als zweiter Stiftkörper 51 bezeichnet werden kann. Der zweite Segmentkörper 51 ist dabei identisch dem ersten Segmentkörper 50 ausgebildet, jedoch in der gegenüberliegenden Richtung entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung B ausgerichtet. Entsprechend weist der zweite Segmentkörper 51 eine in der Darstellung der 12 in der vertikalen Richtung Z nach unten ausgerichtete Modellierungsfläche 51a auf.
  • Werden mehrere Segmente 50 gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel des Übertragungsmittels 2, 3, 4 mit dem Modellierungselement 5 nebeneinander angeordnet, wie zuvor beschrieben, kann durch die Modellierungsflächen 51a der zweiten Modellierungskörper 51 bzw. der zweiten Segmentkörper 51 eine zweite segmentierte Oberfläche A' ausgebildet werden, welche parallel zur ersten segmentierten Oberfläche A verläuft. Durch die gemeinsame Bewegung der ersten Segmentkörper 50 mit den zweiten Segmentkörpern 50 kann sozusagen ein Negativ der Darstellung der ersten segmentierten Oberfläche A ausbildet werden. Eine derartige Verwendung kann insbesondere für Modellierungsvorrichtungen 1 verwendet werden, welche als Wand angeordnet sind, so dass zu beiden Seiten hin gleichzeitig jeweils eine segmentierte Oberfläche A, A' ausgebildet werden kann. Auch dies kann den Gestaltungsspielraum erhöhen.
  • Bezugszeichenliste
    • A
    erste segmentierte Oberfläche
    A'
    zweite segmentierte Oberfläche
    B
    gemeinsame Bewegungsrichtung der Modellierungselemente 5
    C
    Drehrichtungen der Wellen 14
    D
    Drehrichtungen der Gewindeelemente 27, 57
    X
    Längsrichtung; Tiefe; Länge
    Y
    Querrichtung; Breite
    Z
    vertikale Richtung; Höhe
    X, Y
    Horizontale; horizontale Ebene
    1
    Modellierungsvorrichtung
    10
    Boden
    11
    Gehäuse
    12
    Gestellelemente
    13
    Wellenlagerungen; Kugellager
    14
    Wellen
    15
    Antriebsmittel; Elektromotor
    16
    Zahnräder
    17
    Antriebsriemen; Zahnriemen
    18
    Scheibe; Zahnscheibe
    19
    Stützelemente
    2, 3, 4
    Übertragungsmittel
    2
    Planetengetriebe; Umlaufrädergetriebe
    20
    Sonnenräder
    21
    Planetenträger
    22
    Planetenräder
    23
    Hohlräder
    24
    Wellendurchgangsöffnungen
    25
    Verzahnung der Planetenträger 21
    26
    Rollelement der Planetenträger 21
    27
    Gewindeelement der Planetenträger 21
    3
    Bremseinheiten
    30
    Bremselemente
    31
    Halteelemente; Elektromagnete
    4
    Sperreinheiten
    40
    Sperrelemente; Sperrklinken
    41
    Betätigungselemente; Hubmagnete
    5
    Modellierungselemente; Segmente; Stifte; Pins
    50
    erste Modellierungskörper; erste Segmentkörper; erste Stiftkörper
    50a
    Modellierungsfläche des ersten Modellierungskörpers 50
    51
    zweite Modellierungskörper; zweite Segmentkörper; zweite Stiftkörper
    51a
    Modellierungsfläche des zweiten Modellierungskörpers 51
    52
    Bewegungsübertragungselemente
    53
    Verzahnungen
    54
    Federelemente; Schraubenfedern
    55
    flexible Verbindungselemente; flexible Kunststoffstäbe; Linkages
    56
    Verbindungselementführungen
    57
    Gewindeelemente
  • 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
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Claims (17)

  1. Modellierungsvorrichtung (1) zur Ausbildung wenigstens einer ersten segmentierten Oberfläche (A) mit einer Mehrzahl von Modellierungselementen (5), welche in einer gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) jeweils unabhängig voneinander veränderlich positionierbar ausgebildet sind, wobei jedes Modellierungselement (5) wenigstens einen ersten Modellierungskörper (50) aufweist, welche ausgebildet sind, gemeinsam die erste segmentierte Oberfläche (A) zu bilden, gekennzeichnet durch wenigstens ein Antriebsmittel (15), welches ausgebildet ist, wenigstens zwei der Modellierungselemente (5) gemeinsam anzutreiben, und durch jeweils wenigstens ein Übertragungsmittel (2, 3, 4), welches im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmittel (15) und dem jeweiligen Modellierungselement (5) angeordnet und ausgebildet ist, eine Übertragung einer Kraft des Antriebsmittels (15) auf das jeweilige Modellierungselement (5) zuzulassen oder nicht.
  2. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Übertragungsmittel (2, 3, 4) ein Planetengetriebe (2) aufweist, dessen Sonnenrad (20) mit dem Antriebsmittel (15) kraftübertragend verbunden ist, wobei der Planetenträger (21) des Planetengetriebes (2) ausgebildet ist, das entsprechende Modellierungselement (5) in der gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) in wenigstens einer der beiden Richtungen zu bewegen, und mit wenigstens einer Bremseinheit (3), welche ausgebildet ist, eine Rotation des Hohlrads (23) des Planetengetriebes (2) zuzulassen oder nicht.
  3. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das entsprechende Modellierungselement (5) wenigstens ein Bewegungsübertragungselement (52) aufweist, welches sich zumindest im Wesentlichen entlang der gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) erstreckt, wobei das Bewegungsübertragungselement (52) zumindest abschnittsweise eine Verzahnung (53) aufweist, welche ausgebildet ist, in der gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) mit einer korrespondierenden Verzahnung (25) des Planetenträgers (21) des jeweiligen Planetengetriebes (2) kraftübertragend zusammenzuwirken.
  4. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Modellierungselemente (5) derart angeordnet sind, so dass die Verzahnungen (53) der Bewegungsübertragungselemente (52) einander zugewandt ausgerichtet sind.
  5. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsübertragungselemente (52) der zwei Modellierungselemente (5) an den jeweiligen ersten Modellierungskörpern (50) jeweils zu dessen Mitte von einander weg versetzt, vorzugsweise randseitig, angeordnet sind.
  6. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das entsprechende Modellierungselement (5) ein flexibles Verbindungselement (55) aufweist, welches ausgebildet ist, in der gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) von einem Rollelement (26) des Planetenträgers (21) des Planetengetriebes (2) auf- und abgerollt zu werden.
  7. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens eine Verbindungselementführung (56), welche ausgebildet ist, das flexible Verbindungselement (55) zumindest abschnittweise in seiner länglichen Erstreckungsrichtung zu führen.
  8. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das entsprechende Modellierungselement (5) ein Gewindeelement (57) aufweist, welches ausgebildet ist, in der gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) mit einem Gewindeelement (27) des Planetenträgers (21) des Planetengetriebes (2) zusammenzuwirken.
  9. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (20), die Planetenräder (22) und das Hohlrad (23) jeweils eine zueinander korrespondierende Pfeilverzahnung aufweisen.
  10. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (3) wenigstens ein Bremselement (30) aufweist, welches ausgebildet ist, mittels eines Halteelements (31), vorzugsweise mittels eines Elektromagneten (31), der Bremseinheit (3) eine Rotation des Hohlrads (23), vorzugsweise des zumindest radial außenseitig metallischen Hohlrads (23), des Planetengetriebes (2) zuzulassen oder nicht.
  11. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Federelement (54), vorzugsweise wenigstens eine Schraubenfeder (54), welches mit dem entsprechenden Modellierungselement (5) kraftübertragend verbunden und ausgebildet ist, eine Bewegung des Modellierungselements (5) in der gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) in einer Richtung zu unterstützen und in der entgegengesetzten Richtung entgegenzuwirken.
  12. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das entsprechende Übertragungsmittel (2, 3, 4) wenigstens eine Sperreinheit (4) aufweist, welche ausgebildet ist, eine Bewegung des entsprechenden Modellierungselements (5), vorzugsweise eine Rotation des Planetenträgers (21) des Planetengetriebes (2), zuzulassen oder nicht.
  13. Modellierungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (4) wenigstens ein Sperrelement (40) aufweist, welches angeordnet und ausgebildet ist, in eine Verzahnung (25) des Planetenträgers (21) einzugreifen oder nicht, wobei vorzugsweise das Sperrelement (40) ausgebildet ist, von einem Betätigungselement (41), vorzugsweise von einem Hubmagneten (41), der Sperreinheit (4) zwischen einer eingreifenden Stellung und einer nicht-eingreifenden Stellung bewegt zu werden.
  14. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel (2, 3, 4), vorzugsweise die Sonnenräder (20) der Planetengetriebe (2), wenigstens zweier Modellierungselemente (5) mittels einer gemeinsamen Welle (14) mit dem Antriebsmittel (15) verbunden sind.
  15. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel (2, 3, 4), vorzugsweise die Sonnenräder (20) der Planetengetriebe (2), wenigstens zweier Modellierungselemente (5) jeweils mittels unterschiedlicher Wellen (14) mit dem Antriebsmittel (15) verbunden sind, wobei vorzugsweise die beiden Wellen (14) untereinander, vorzugsweise mittels wenigstens zweier korrespondierender Zahnräder (16) oder mittels eines Antriebsriemens (17), vorzugsweise mittels eines Zahnriemens (17), kraftübertragend miteinander verbunden sind.
  16. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (14) in ihrem Verlauf wenigstens ein Gelenk aufweist.
  17. Modellierungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Modellierungselemente (5) jeweils einen zweiten Modellierungskörper (51) aufweisen, welche jeweils dem ersten Modellierungskörper (50) in der gemeinsamen Bewegungsrichtung (B) gegenüberliegend angeordnet und ausgebildet sind, gemeinsam eine zweite segmentierte Oberfläche (A') zu bilden, welche parallel zur ersten segmentierten Oberfläche (A) angeordnet ist.
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