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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein faltbares Flächenmaterial mit einer Mehrzahl entlang geradliniger Kanten faltbar oder gelenkig verbundener, steifer Teilflächen, wobei eine gerade primäre Kante sich von einem ersten Punkt auf dem Rand des Flächenmaterials zu einem beabstandeten zweiten Punkt auf dem Rand des Flächenmaterials erstreckt.
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Unter dem Begriff „Origami“ wird die Kunst verstanden, eine Vielzahl von Formen durch Falten beispielsweise von Papier, herzustellen. Gefaltet wird aber nicht nur Flächenmaterial in Form von Papier, sondern auch flächige Anordnungen beispielsweise für Transport und Lagerung von flächigen Gegenständen.
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Stand der Technik
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US 5,842,630 offenbart ein quadratisches Flächenmaterial, welches zu einer Pyramide gefaltet wird.
WO 2005/044414 A2 offenbart eine Origami-Bastelvorlage.
JP 07068059A offenbart ein Computerprogramm zum Illustrieren von Faltkanten und Faltreihenfolge beim Origami.
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Das Falten von flächigem Material kann technischen Zwecken dienen. So offenbart
DE 20 2019 005 447 U1 beispielsweise ein Abschattungsmaterial für Kraftfahrzeuge, welches aus einer zwischen zwei Längsrändern gefalteten Materialbahn besteht.
WO 2020/201374 A1 offenbart eine flexible Struktur mit einem Verstellmechanismus, der aus einer Mehrzahl von Faltelementen gebildet ist. Eine solche Struktur kann für Fahrzeugsitze verwendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Flächenmaterial der eingangs genannten Art zu schaffen, welches besonders schnell und einfach zusammengefaltet werden kann, ohne dass das Material belastet wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
- (a) eine sekundäre Kante sich von einem dritten Punkt auf dem Rand des Flächenmaterials bis zu einem von der primären Kante beabstandeten Mittenpunkt erstreckt;
- (b) eine tertiäre Kante sich von dem ersten Punkt bis zum Mittenpunkt erstreckt; und
- (c) eine quartäre Kante sich vom zweiten Punkt zum Mittenpunkt erstreckt;
- (d) wobei die sekundäre, die tertiäre und die quartäre Kante sich beim Zusammenfalten in der gleichen Richtung aus der Ebene des Flächenmaterials erheben.
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Eine Kante bildet die Begrenzung einer Teilfläche und kann entweder von einem Rand des Flächenmaterials oder von einer Faltkante gebildet sein, an welcher eine benachbarte Teilfläche angelenkt ist. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht das Zusammenfalten eines Flächenelements ohne dass die Teilflächen gedehnt, verbogen oder auf andere Weise beansprucht werden. Dies ermöglicht die Verwendung von empfindlichen und/oder steifen Materialien. Die Kanten verlaufen nicht parallel, sondern bilden beispielsweise ein Dreiecksgitter.
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Die primäre Kante erstreckt sich über die gesamte Fläche von zwei Punkten auf dem Rand der Fläche. Die primäre Kante kann entlang eines geradlinigen Randes verlaufen. Sie kann aber auch beispielsweise von einer Faltkante entlang einer Diagonalen in einem Rechteck gebildet sein. Es versteht sich, dass die Fläche auch eine andere Form haben kann, etwa einen gekrümmten Rand.
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Bei einem beispielsweise quadratischen Flächenmaterial kann die sekundäre Kante senkrecht zur primären Kante verlaufen. Dabei ist vorgesehen, dass sich die sekundäre nicht bis zur primären Kante erstreckt sondern nur bis zu einem Mittenpunkt von dem auch die tertiäre und die quartäre Kante ausgehen. Beim Zusammenfalten des Flächenmaterials bewegt sich der Mittenpunkt aus der Ebene heraus und die Oberflächen der von den Kanten gebildeten Dreiecke werden aufeinander zubewegt, bis sie aneinander liegen.
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In vollständig gefaltetem Zustand wird die Oberfläche nur von der Teilfläche gebildet, die von primären, tertiären und quarternären Kanten gebildet ist. Wenn weitere Teilflächen in der nachstehend beschriebenen Weise hinzugefügt werden, bleibt die Form des gefalteten Materials die gleiche. Die bewirkt bei einigen Ausführungsbeispielen ein hohes Faltverhältnis, welches definiert ist als das Verhältnis von ungefalteter zu gefalteter Oberfläche. Ein hohes Faltverhältnis ist ein angestrebtes Merkmal für viele Anwendungen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
- (a) der erste Punkt, der zweite Punkt und der dritte Punkt ein Dreieck mit den zugehörigen Innenwinkeln bilden;
- (b) die sekundäre, tertiäre und quarternäre Kante die Winkelhalbierenden dieser Innenwinkel sind; und
- (c) diese Winkelhalbierenden im Mittenpunkt kreuzen und dadurch den Mittelpunkt des Dreiecks definieren.
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Beim Zusammenfalten der Anordnung nimmt also jeder der gebildeten Teilflächen die gleiche Höhe ein und steht nicht vor.
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Das Flächenmaterial kann zwischen dem zweiten und dem dritten Punkt einen Rand aufweisen, der nicht gerade verläuft, sondern beispielsweise dreieckig ausgeschnitten ist. Es kann aber auch ein gerader Rand vorgesehen sein. Dann ist vorgesehen, dass eine weitere Kante vorgesehen ist und die weitere Kante in die zur sekundären, zur tertiären und zur quarternären Kante entgegengesetzten Richtung faltbar ist. Die weitere Kante erstreckt sich von einem Punkt, der zwischen dem zweiten und dem dritten Punkt auf dem Rand des Flächenmaterials angeordnet ist, zum Mittenpunkt.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Flächenmaterial aus Quadraten, bei denen jede primäre Kante eine Diagonale des Quadrats bildet und jede sekundäre Kante endet an einer Ecke des Quadrats außerhalb dieser Diagonalen.
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Eine solche Anordnung von Kanten ermöglicht insbesondere die Verwendung eines Flächenmaterials, das aus einem oder mehreren Quadraten besteht in denen jeweils eine primäre Kante eine Diagonale bildet und jede sekundäre Kante an einer Ecke außerhalb der Diagonale endet. Eine Ecke, an der die sekundäre Kante endet, ist dabei die Ecke, an der keine primäre Kante, also keine Diagonale endet. Insbesondere können Flächenmaterialien verwendet werden, bei denen zwei Quadrate verwendet werden, deren primären Kanten rechtwinklig zueinander verlaufen.
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Vorzugsweise sind Verstärkungsleisten entlang wenigstens eines Teils der Ränder vorgesehen. Solche Verstärkungsleisten können entlang der gesamten Länge des Randes vorgesehen sein. Es gibt auch Ausführungsbeispiele, bei denen eine Verstärkungsleiste und an einem oder mehreren Punkten am Rand befestigt sind, während eine andere Verstärkungsleiste entlang der gesamten Länge oder eines Teils des Randes befestigt sein kann.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Punkt des Flächenmaterials mittels eines Befestigungselements an einem Träger befestigt ist. Der Träger kann vorzugsweise von einem langgestreckten, steifen Material gebildet sein. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Punkt des Flächenmaterials mit einer unteren Verstärkungsleiste verbunden, die mit einem zweiten Befestigungselement mit dem Träger verbunden ist. Ein Aktuator kann zum Bewegen wenigstens eines der Befestigungselemente oder des Trägers vorgesehen sein. Durch Änderung des Abstands zwischen den Befestigungselementen und/oder Rotation wenigstens eines der Befestigungselemente oder des Trägers kann das Flächenmaterial zusammengefaltet und wieder auseinandergefaltet werden.
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Der Abstand kann beispielsweise durch einen teleskopartig zusammenschiebbaren oder einen verbiegbaren Träger verändert werden. Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Träger aus einem langgestreckten, steifen Material gebildet ist und wenigstens eins der Befestigungselemente auf dem Träger verschieblich geführt ist. Der Aktuator kann über eine Steuerung angesteuert werden. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass das Flächenmaterial quasi automatisch auseinander und wieder zusammengefaltet werden kann. Es ist keine manuelle Tätigkeit erforderlich. Die Steuerung kann mit Signalen von Sensoren beaufschlagt sein oder den Aktuator bei Vorliegen bestimmter Bedingungen betätigen. Es kann auch eine manuelle Steuerung des Aktuators über ein geeignetes Interface vorgesehen sein.
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Eine besonders hohe Stabilität kann mit Verstärkungsleisten sowohl im zusammengefalteten, als auch im ganz oder teilweise entfalteten Zustand des Flächenmaterials erreicht werden. Insbesondere ermöglicht die Verwendung von Verstärkungsleisten das Falten und Entfalten des Flächenmaterials durch einfache Rotation der Leisten um eine Rotationsachse an den zugehörigen Befestigungselementen und die Bewegung wenigstens eines Befestigungselements entlang des Trägers.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind weitere Kanten vorgesehen, von denen jede einer der Kanten entspricht, die an der primären Kante gespiegelt ist und wobei die primäre Kante in der entgegengesetzten Richtung faltbar ist, wie die sekundären, tertiären und quartären Kanten. Entsprechend gibt es zwei Mittenpunkte, zwei sekundäre Kanten und zwei tertiäre Kanten. Diese sind an der primären Kante gespiegelt. Die primäre Kante wird nicht von einem Rand sondern von einer Faltkante gebildet. Wenn beispielsweise eine primäre Kante von der Diagonalen eines Quadrats gebildet wird, bilden die beiden sekundären Kanten Teile der orthogonalen Diagonale in einem solchen Rechteck. Die tertiären Kanten wiederum erstrecken sich vom Mittenpunkt zum Endpunkt der primären Kante. Weitere Vergrößerungen können in ähnlicher Weise hinzugefügt werden, wie nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Insbesondere ein solches größeres Flächenmaterial kann eine obere Verstärkungsleiste aufweisen, die sich entlang des oberen Randes zwischen dem ersten Punkt und dem Punkt, der durch Spiegelung des dritten Punkts an der primären Kante definiert ist, erstreckt, und wobei der Aktuator derart ausgebildet ist, dass er die obere Verstärkungsleiste um den ersten Punkt rotiert, wodurch die Faltung des gespiegelten Teils des Flächenmaterials erreicht wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Flächenmaterial kann die Oberfläche oder ein darin enthaltenes Material in beliebiger Weise einer Strahlung, chemischen Lösung oder einem Fluid gezielt ausgesetzt werden. Beispiele für Verwendungen sind
- • Fluid kinetische Antriebssysteme für Segelboote, Windmühlen, Wassermühlen und Generatoren
- • Flugzeuge mit faltbaren Flügeln
- • MEMS-Anordnungen zur Kontrolle von Sensoren und deren Beaufschlagung in Richtung der vertikalen Achse
- • Faltbare Solarzellen
- • Faltbare Möbel und Zelte
- • Transformation von Formen
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Die Automatisierung des Falt- und Entfaltprozesses ist reversibel und kann beliebig häufig wiederholt werden.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Definitionen
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In dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen haben alle Begriffe eine dem Fachmann geläufige Bedeutung, welche der Fachliteratur, Normen und den einschlägigen Internetseiten und Publikationen, insbesondere lexikalischer Art, beispielsweise www.Wikipedia.de, www.wissen.de oder der Wettbewerber, forschenden Institute, Universitäten und Verbände, dargelegt sind. Insbesondere haben die verwendeten Begriffe nicht die gegenteilige Bedeutung dessen, was der Fachmann den obigen Publikationen entnimmt.
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Figurenliste
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- 1A ist eine schematische Darstellung eines faltbaren, quadratischen Flächenmaterials entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 1B ist eine Seitenansicht des Materials aus 1A.
- 2A zeigt das Flächenmaterial aus 1A in teilweise zusammengefaltetem Zustand aus einer ersten Perspektive.
- 2B zeigt das Flächenmaterial aus 1A in teilweise zusammengefaltetem Zustand aus einer zweiten Perspektive.
- 3A zeigt das Flächenmaterial des ersten Ausführungsbeispiels aus 1 in vollständig zusammengefalteten Zustand.
- 3B ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels in gefaltetem Zustand mit einem Träger.
- 3C ist eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels in gefaltetem Zustand mit zwei parallelen Trägern.
- 4A illustriert eine Teilfläche im Detail, wobei die lose Verbindung zwischen der Teilfläche und der Verstärkungsleiste gezeigt wird.
- 4B illustriert eine Seitenansicht der Teilfläche aus 4A, wobei eine lose Verbindung mit einem Begrenzungsband gezeigt wird.
- 4C illustriert eine Seitenansicht der Teilfläche aus 4A, wobei eine lose Verbindung mit einem Begrenzungsriemen gezeigt wird.
- 5A ist eine schematische Vorderansicht eines faltbaren, dreieckigen Flächenmaterials entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5B ist eine schematische Vorderansicht eines faltbaren, dreieckigen Flächenmaterials entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5C ist eine schematische Vorderansicht eines faltbaren, dreieckigen Flächenmaterials entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5D ist eine schematische Vorderansicht eines faltbaren, dreieckigen Flächenmaterials entsprechend einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 6 illustriert ein Mittel zum Bewegen eines Gleitelements mit einem Gewinde zum Falten eines faltbaren Flächenmaterials entsprechend einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 7 illustriert ein Mittel zum Bewegen eines Gleitelements mit Zugschnüren entsprechend einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 8A ist eine schematische Vorderansicht eines faltbaren, rechteckigen Flächenmaterials entsprechend einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 8B illustriert das faltbare Flächenmaterial aus 8A im teilweise gefalteten Zustand.
- 8C illustriert das faltbare Flächenmaterial aus 8A im vollständig gefalteten Zustand aus einer ersten Perspektive.
- 8D illustriert das faltbare Flächenmaterial aus 8A im vollständig gefalteten Zustand aus einer zweiten Perspektive.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1A, 1B, 2A, 2B und 3A zeigen ein faltbares Flächenmaterial, das allgemein mit 10 bezeichnet ist. Das Flächenmaterial 10 im ersten Ausführungsbeispiel ist quadratisch. Es versteht sich aber, dass das Material auch eine andere, beispielsweise gekrümmte oder unsymmetrische äußere Form haben kann. Das Flächenmaterial 10 besteht aus Teilflächen 12, die an Kanten 14 miteinander verbunden sind.
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Die Teilflächen 12 rotieren um eine entlang der zugehörigen Kante verlaufende Rotationsachse. Die Verbindung der Teilflächen 12 kann durch das Flächenmaterial selber erfolgen. Dann wird das Flächenmaterial 10 entlang der Faltkanten gefaltet. Es ist aber auch möglich, die Teilflächen 12 gelenkig zu verbinden, etwa mit Scharnieren oder dergleichen. Dabei ist jede Art der gelenkigen Verbindung denkbar und möglich, die für Art und Gewicht des Flächenmaterials geeignet ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine primäre Faltkante 16 vorgesehen, die sich durchgängig von einer Ecke 18 diagonal zur gegenüberliegenden Ecke 20 erstreckt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Faltkante 16, die beidseitig mit Teilflächen 12 verbunden ist. Es ist aber auch denkbar, dass die Kante 16 einen Rand bildet und nur an einer Seite an eine Teilfläche 12 angrenzt, wie im vierten Ausführungsbeispiel in 5A dargestellt. Die Ecke 18 bildet einen ersten Punkt auf dem Rand des Flächenmaterials 10. Die Ecke 20 bildet einen zweiten Punkt auf dem Rand des Flächenmaterials 10.
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Jeweils eine sekundäre Faltkante 22 erstreckt sich von den beiden freien Ecken 24 bis zu einem Mittenpunkt 26, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Mittelpunkt des aus den Punkten 18, 20 und 24 gebildeten Dreiecks bildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mittelpunkt der Kreuzungspunkt der Winkelhalbierenden dieses Dreiecks. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mittenpunkt 26 derart ausgewählt, dass der den Mittelpunkt des Dreiecks bildet, das von dem ersten, zweiten und dritten Punkt auf den Rändern definiert wird. Da das Flächenmaterial im vorliegenden Ausführungsbeispiel quadratisch ist, kreuzt die Verlängerung 28 der sekundären Faltkante 22 die primäre Faltkante 16 unter einem rechten Winkel 30.
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Jeweils eine tertiäre Kante 32 erstreckt sich von dem ersten Punkt, d.h. von der Ecke 18 bis zum zugehörigen Mittenpunkt 26. Eine quartäre Kante 34 erstreckt sich jeweils vom zweiten Punkt, d.h. der Ecke 20 zum Mittenpunkt 26. Die von den Punkten 20, 24 und 26 begrenzte Teilfläche 36 kann ausgeschnitten sein. Wenn die Teilfläche 36 vorhanden ist, ist eine weitere Kante 38 erforderlich.
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Das von den Punkten 18, 20 und 24 gebildete Dreieck ist an der primären Kante 16 gespiegelt, so dass das Flächenmaterial 10 insgesamt eine quadratische Fläche bildet. Zu jeder der Kanten 22, 32, 34 und 38 korrespondiert eine zugehörige gespiegelte Kante auf der anderen Seite der primären Kante 16. Zu jedem der Punkte 24 und 26 gehört ein zugehöriger, gespiegelter Punkt auf der anderen Seite der primären Kante 16.
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Das Flächenmaterial 10 kann zusammengefaltet werden. Die sekundäre Kante 22, die tertiäre Kante 32 und die quartäre Kante 34 erheben sich beim Zusammenfalten in der gleichen Richtung aus der Ebene des Flächenmaterials 10. Der Mittenpunkt 26 wird also aus der Ebene herausgehoben. Die primäre Kante 16 und, soweit vorhanden, die weitere Kante 38 werden in der anderen Richtung gefaltet. Beispielsweise bilden die sekundäre Kante 22, die tertiäre Kante 32 und die quartäre Kante 34 eine Hervorhebung, während die Kanten 16 und 18 Täler bilden. Es versteht sich, dass auch in der anderen Richtung gefaltet werden kann und die Kanten 16 und 18 Hervorhebungen bilden und die Kanten 22, 32 und 34 Täler bilden, die am Mittenpunkt zusammenlaufen. Die gespiegelten Kanten werden gleichzeitig in korrespondierender Richtung zusammengefaltet.
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Das Zusammenfalten kann von Hand durch Ergreifen von Teilflächen und Zusammenschieben erfolgen. Das Zusammenfalten kann aber auch automatisiert erfolgen. Hierzu sind Befestigungselemente 40 und 42 an den Punkten 18 und 24 vorgesehen. Die Befestigungselement 40 und 42 sind an einem Träger 44 befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Träger 44 eine langgestreckte Stange mit kreisrundem Querschnitt. Es versteht sich, dass auch andere Formen möglich sind. Das Befestigungselement 42 ist auf dem Träger verschieblich geführt.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in 3C dargestellt ist, ist ein Befestigungselement 41 verschieblich auf dem ersten Träger 43 und ein zweites Befestigungselement 47 verschieblich auf einem zweiten, zum ersten Träger 43 parallelen Träger 45 geführt.
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Solange der relative Abstand zwischen den Befestigungselementen 40 und 42 oder 41 und 47 jeweils geändert wird, kann es den Teil des Flächenmaterials 10 unterhalb der primären Kante falten und entfalten. Jeweils ein Motor 60 oder 61, kann zum Bewegen der Befestigungselemente eingesetzt werden.
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Zwei Verstärkungselemente, beispielsweise Verstärkungsleisten 46 und 48 sind an gegenüberliegenden Rändern des Flächenmaterials 10 angeordnet. Die Verstärkungsleiste 48 ist in 2A gestrichelt dargestellt. Im ersten Ausführungsbeispiel (2A) ist die Verstärkungsleiste 46 über seine gesamte Länge am oberen Rand und die Verstärkungsleiste 48 wenigstens am Punkt 20 am unteren Rand des Flächenmaterials 10 befestigt.
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Die Verstärkungsleiste 48 ist nicht über die gesamte Breite des Flächenmaterials 10, sondern maximal vom Punkt 20 bis zum Kreuzungspunkt 50 der Kante 38 mit dem Rand verbunden. Der Bereich 52 zwischen dem Kreuzungspunkt 50 der weiteren Kante 38 mit dem unteren Rand ist nicht mit dem Flächenmaterial 10 verbunden.
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Die Verstärkungsleiste 46 ist am Punkt 18 um eine Achse senkrecht zur Darstellungsebene drehbar an dem Befestigungselement 40 angelenkt. Die Verstärkungsleiste 48 ist an das Befestigungselement 42 am einem Punkt 25 angelenkt, der ebenfalls um eine Achse rotiert, die senkrecht zur Darstellungsebene verläuft. Durch Drehen der Verstärkungsleisten 46 und 48 um diese Achse und leichtes Verringern des Abstands zwischen den zugehörigen Befestigungselementen 40 und 42 wird das Flächenmaterial 10 zusammengefaltet. Dies ist in 2A und 2B illustriert. Im vorliegenden, symmetrischen Ausführungsbeispiel bleiben die Verstärkungsleisten 46 und 48 parallel beim Rotieren während des Zusammenfaltens des Materials 10. In einigen Fällen bleiben sie jedoch nicht genau parallel beim Rotieren, da in einem Übergang eine der Leisten die Rotation früher als die andere beginnen kann.
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Die Verstärkungsleiste 48 löst sich dabei im Bereich 52 von dem Flächenmaterial 10. Dies ist in 2A gut zu erkennen. Das Befestigungselement 42 wird in Richtung des Befestigungselements 40 verschoben, so dass der Abstand zwischen den Befestigungselementen 40 und 42 verringert wird. 3A und 3B zeigen den vollständig zusammengefalteten Zustand der Anordnung. 3C zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit zwei Trägern 43 und 45, jeweils einer für ein Gleitelement 41 und 47.
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Zum Zusammenfalten kann ein einfacher Aktuator, beispielsweise ein Elektromotor 60 (3A und 3B) oder ein Motor 61 (3C) verwendet werden, welcher eine Welle um den Punkt 18 dreht. Die Verstärkungsleiste 46 kann mit der Welle verbunden sein, so dass diese nach unten rotiert werden kann, wie dies in den Figuren illustriert ist. Es versteht sich, dass auch eine Hydraulik oder Pneumatik vorgesehen sein kann. Zusätzlich oder statt dieser Rotation kann auch eine lineare Bewegung des beweglichen Befestigungselements 42 zum Zusammenfalten eines Teils des Flächenmaterials 10 unterhalb der ersten Kante 16 eingesetzt werden.
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6 illustriert ein achtes Ausführungsbeispiel bei dem der Träger 44 mit einem Winkelgewinde 70 versehen ist. Das Befestigungselement 42 ist auf das Gewinde 70 aufgeschraubt. Eine Bewegung des Befestigungselements 42 nach unten in Richtung des Pfeils 75 wird durch Drehung des Trägers 44 im Uhrzeigersinn, entsprechend Pfeil 73 erreicht. Eine Bewegung des Befestigungselements 42 nach oben in Richtung des Pfeils 74 wird durch Drehung des Trägers 44 entgegen dem Uhrzeigersinn entsprechend Pfeil 72 erreicht.
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7 illustriert ein neuntes Ausführungsbeispiel bei dem Schnüre 76 und 77 mit dem Befestigungselement 42 verbunden sind. Diese können es in Richtung des Pfeils 74 nach oben und in Richtung des Pfeils 75 nach unten bewegen.
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Das Flächenmaterial 10 kann eine Vielzahl von verschiedenen Funktionen ausüben. Die Verwendung kann beispielsweise erfolgen für
- • Fluid kinetische Antriebssysteme für Segelboote, Windmühlen, Wassermühlen und Generatoren;
- • Flugzeuge mit faltbaren Flügeln;
- • MEMS-Anordnungen zur Kontrolle von Sensoren und deren Beaufschlagung in Richtung der vertikalen Achse;
- • Faltbare Solarzellen;
- • Faltbare Möbel und Zelte;
- • Transformation von Formen.
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4A zeigt eine Teilfläche 13 im Detail. Die Teilfläche 13 ist mit einer Verstärkungsleiste 48 am Punkt 20 verbunden. Alternativ kann die Teilfläche 13 steif oder lose mit der Verstärkungsleiste 48 verbunden sein. Sie ist entlang des gesamten Randes 39 verbunden und nicht nur am Punkt 20. Die zusätzliche Verbindung stellt sicher, dass die Kante 39 durch die Zwischenzustände geführt wird und ermöglicht ein glattes Falten der Kante 38, während ein Steckenbleiben des Materials während der Zwischenzustände vermieden wird.
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4B und 4C zeigen zwei mögliche Implementierungen einer losen Verbindung der Teilfläche 13 mit der Verstärkungsleiste 48. Die Implementierung in 4B verwendet ein Begrenzungsband 62, während die Implementierung in 4C eine Begrenzungsleine 64 verwendet. Eine solche lose Verbindung stellt sicher, dass die Seite 39 während des gesamten Übergangs im Bereich der Verstärkungsleiste 48 bleibt. Die Begrenzung ist durch das Begrenzungsband 62 im Ausführungsbeispiel nach 4B, und alternativ durch die Begrenzung 68 im Ausführungsbeispiel in 4C definiert. Diese Art loser Verbindung ermöglicht einen Freiheitsgrad der Verstärkungsleiste 48 vom Rand 39. Es hilft bei der Überwindung eines übergangsweisen Fehlausrichtung von etwa 5-10 Grad. Es zwingt außerdem den Rand 39 dazu, sich mit der Verstärkungsleiste 48 zu bewegen, wenn diese Begrenzungen überschritten werden und zwingt das Material zum Zusammenfalten oder Entfalten.
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In der horizontalen Ebene liegt die Oberfläche des Materials 10 in einem vollständig entfalteten Zustand. Die übergangsweise Fehlausrichtung des Randes 39 von der horizontalen Ebene erfolgt, wenn der Rand 39 beginnt sich während des Übergangs wie in 2A und 2B dargestellt zu bewegen. Er „verlässt“ diese horizontale Ebene, wo ein Punkt 50 dieses Randes am meisten von der horizontalen Ebene abweicht. Eine solche horizontale Ebene ist, wie in 2B erkennbar, durch den Rand 31 dargestellt. Er kehrt dann am Ende des Übergangs zurück zur Oberfläche. Während des Übergangs kann der Winkel des Randes 39 mit der horizontalen Ebene, oben als übergangsweise Fehlausrichtung bezeichnet, etwa 5-10 Grad erreichen.
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In den Zeichnungen bezeichnet 39 einen Teil des Randes, d.h. die Kante der Teilfläche 13. Mit 62 ist ein Begrenzungsband bezeichnet, das die Verstärkungsleiste 48 und ihren Bereich 52 begrenzt. Das Begrenzungsband kann aus einem Gewebe oder vergleichbarem Material sein. 64 bezeichnet eine Begrenzungsleine 64, die ebenfalls ein Gewebe sein kann. 66 bezeichnet einen Punkt auf der Oberfläche der Teilfläche 13, an welchem die Begrenzungsleine 64 festgebunden oder fixiert ist. 68 bezeichnet einen Begrenzungsbereich, in dem sich die Verstärkungsleiste 48 und ihr Bereich 52 sich befinden können. 69 bezeichnet den Punkt, an dem das Begrenzungsband 62 an der Teilfläche 13 befestigt ist, wobei das andere Ende des Bandes am Rand 39 befestigt ist. 166 bezeichnet die Linie auf der Teilfläche 13, auf der andere Punkte, die zum Punkt 66 vergleichbar sind, angeordnet sein können. 169 bezeichnet eine Linie auf der Teilfläche 13, wo andere, ähnliche Punkte 69 angeordnet sein können.
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Die obige Erfindung kann vielfach variiert werden:
- 5A, 5B, 5C und 5D zeigen weitere Ausführungsbeispiele in Abhängigkeit von unterschiedlichen Kombinationen der Verstärkungsleisten und zugehörigen Teilflächen und primären Kanten. Durch vergrößern der Teilflächen und der Anzahl der Verstärkungsleisten kann das Faltverhältnis vergrößert werden. Beispielsweise ist das Faltverhältnis in 5A 2,4, das Faltverhältnis in 5B ist 4,8, das Faltverhältnis in 5C ist 7,2 und das Faltverhältnis in 5D ist etwa 9,6. 8A, 8B und 8C sind Vorderansichten. 8D ist eine Seitenansicht eines rechteckigen Flächenmaterials 210 entsprechend einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet ein wohl bekanntes Verbindungssystem, das bei einigen Rechenschirm-Mechanismen verwendet wird. Es dreht die Verstärkungsleisten um eine zur Darstellungsebene senkrechten Achse, die wiederum das Material falten und entfalten. Die Drehung der Verstärkungsleisten wird durch das Verbindungssystem bewirkt, indem ein weiteres Befestigungselement auf dem Träger verschoben wird. Das Verbindungssystem wird durch Verbindungselemente definiert, die mit den Verstärkungsleisten, den Befestigungselementen und jedem anderen Verbindungspunkt verbunden sind. Die Verbindungselemente können um diese Verbindungspunkte rotieren. Die Verbindungselemente 230 und 247 sind untereinander an Punkt 222 verbunden. Das Verbindungselement 230 ist weiterhin mit der vorderen Verbindungsleiste 147 am Punkt 221 verbunden und mit dem Befestigungselement 240 am Punkt 219. Das Verbindungselement 247 ist mit der vorderen Verstärkungsleiste 146 über eine Verlängerung 246 am Punkt 218 verbunden. Die Verstärkungsleiste 147 ist mit der Verstärkungsleiste 146 am Punkt 118 verbunden und mit dem Befestigungselement am Punkt 119.
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Das beschriebenen Verbindungssystem arbeitet dergestalt, dass eine Veränderung des Abstands zwischen den Befestigungselementen 240 und 140, durch beispielsweise einen Aktuator, der sie entlang des Trägers 144 bewegt, die Verstärkungsleisten 146 und 147 gleichzeitig um den Punkt 118 rotiert werden. Der gleiche Ansatz wird zum gleichzeitigen Drehen der rückwärtigen Verstärkungsleisten 148 und 149 um den Punkt 124 eingesetzt. In diesem Fall werden weitere Befestigungselemente 142 und 242 verwendet, welche entlang des Trägers 145 verschoben werden können. Der Träger 145 verläuft parallel zum Träger 144.
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Mit dem beschriebenen Verbindungssystem für die vorderen und rückwärtigen Verstärkungsleisten, kann der Prozess des Faltens und Entfaltens des Materials nur durch Verschieben der Befestigungselemente entlang der Träger 144 und 145 ausgeführt werden. Dies ist eine besonders einfache Verwirklichung des erfindungsgemäßen Mechanismus und reduziert die erforderlichen Bewegungen zum Falten und Entfalten auf das einfache Verschieben der Befestigungselemente entlang der Träger.
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Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Illustration der in den Ansprüchen beanspruchten Erfindung. Merkmale, welche gemeinsam mit anderen Merkmalen offenbart sind, können in der Regel auch alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen, die im Text oder in den Zeichnungen explizit oder implizit in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, verwendet werden. Maße und Größen sind nur beispielhaft angegeben. Dem Fachmann ergeben sich geeignete Bereiche aus seinem Fachwissen und brauchen hier daher nicht näher erläutert werden. Die Offenbarung einer konkreten Ausgestaltung eines Merkmals bedeutet nicht, dass die Erfindung auf diese konkrete Ausgestaltung beschränkt werden soll. Vielmehr kann ein solches Merkmal durch eine Vielzahl anderer, dem Fachmann geläufigen Ausgestaltungen verwirklicht werden. Die Erfindung kann daher nicht nur in Form der erläuterten Ausgestaltungen verwirklicht werden, sondern durch alle Ausgestaltungen, welche vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abgedeckt sind.
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Die Begriffe „oben“, „unten“, „rechts“ und „links“ beziehen sich ausschließlich auf die beigefügten Zeichnungen. Es versteht sich, dass beanspruchte Vorrichtungen auch eine andere Orientierung annehmen können. Der Begriff „enthaltend“ und der Begriff „umfassend“ bedeuten, dass weitere, nicht-genannte Komponenten vorgesehen sein können. Unter dem Begriff „im Wesentlichen“, „vorwiegend“ und „überwiegend“ fallen alle Merkmale, die eine Eigenschaft oder einen Gehalt mehrheitlich, d.h. mehr als alle anderen genannten Komponenten oder Eigenschaften des Merkmals aufweisen, also bei zwei Komponenten beispielsweise mehr als 50%.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5842630 [0003]
- WO 2005044414 A2 [0003]
- JP 07068059 A [0003]
- DE 202019005447 U1 [0004]
- WO 2020201374 A1 [0004]
