DE202013009720U1

DE202013009720U1 - Modell für die Darstellung verschiedener ebener und räumlicher Strukturen

Info

Publication number: DE202013009720U1
Application number: DE201320009720
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Chang Jen-Hui Dr De
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2023-11-30

Abstract

Modell für die Darstellung verschiedener ebener oder räumlicher Strukturen, bestehend aus Kantenelementen (K1–Kn) und Eckpunkten (E1–En), dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der ebenen oder räumlichen Struktur aus Kantenelementen mit Längsbohrung (K1–Kn) erfolgt, die mittels durch die Längsbohrung verlaufenden Faden (F1, F2) strukturbildend fixiert sind, wobei die strukturbildende Fixierung erfolgt, indem der Faden (F1, F2) auf dem kürzesten kontinuierlichen Pfad mit der notwendigen Anzahl die Kantenelemente mit Längsbohrung (K1–Kn) durchläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modell für die Darstellung verschiedener ebener und räumlicher Strukturen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Modelle sind geeignet für mathematische, konstruktive und naturwissenschaftliche Anwendungen sowie für Dekorationszwecke. Die Modelle dienen der Veranschaulichung räumlicher Zusammenhänge und Veränderungen von Strukturen für lehrende, wissenschaftliche und technische Zwecke. Sie ermöglichen ein besseres Verständnis und/oder sogar die Entdeckung noch unbekannter struktureller Phänomene.
Modelle für die Darstellung verschiedenster Raumkörper aus einzelnen Elementen sind für unterschiedliche Anwendungsgebiete bekannt. Der Aufbau dieser Modelle erfolgt dabei aus stabförmigen Elementen, die mittels Verbindungselementen konstruktiv aneinander gesetzt werden. Dabei sind Verbindungselemente in Form von Kugeln oder Quadern ( DE 37 31 411 A1 ), von Steckern ( G 93 02 923.3 ) und Klebeverbindungen ( G 90 01 603.3 ) bekannt.
Handelsübliche Molekülbaukästen für den Zusammenbau von Strukturen sind aus Stäben mit Bohrung oder Stecknasen und Kugeln mit festgelegten Stecknasen zusammengesetzt. Der Aufbau der Strukturen ist hierbei durch die vorgefertigten Bauteile stark begrenzt, da die Stabelemente nur in definierten Winkeln zwischen den Kugeln angebracht werden können. Alternativ müsste eine große Anzahl von Verbindungselementen mit unterschiedlichsten Fixiermöglichkeiten produziert und vorgehalten werden.
Es existieren weiterhin Gelenkbauteile, welche eine gesteigerte Winkelvielfalt zwischen Bindungen und Kugeln gewährleisten. Bei diesen Gelenkbauteilen sind die Winkel in einer Ebene begrenzt einstellbar.
Eine andere Variante sind Bauteile aus Magnetstäben und Metallkugeln. Modelle aus Magnetstäben und Metallkugeln sind flexibel gestaltbar. Der Nachteil besteht in dem hohen Gewicht der Bauteile.
Die Strukturen sind sehr instabil, da die Bauelemente nur durch magnetische Kraft miteinander verbunden sind. Außerdem kann nur eine begrenzte Anzahl von Stäben an einer Kugel, je nach Verhältnis von Kugelgröße und Durchmesser der Stäbe, fixiert werden.
Alle aufgezeigten Varianten ermöglichen keine Beweglichkeit und Veränderbarkeit des Modells bei Beibehaltung der ursprünglichen Modellstruktur. Des Weiteren sind komplizierte Modelle nur sehr kostenintensiv zu realisieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Modelle für mathematische, konstruktive und naturwissenschaftliche Anwendungen zu schaffen, die eine flexible und reversible Veränderung der Modellstruktur ermöglichen, ohne dabei den Grundaufbau auflösen zu müssen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Modell für die Darstellung verschiedener ebener oder räumlicher Strukturen aus Kantenelementen und Eckpunkten besteht, wobei der Aufbau aus Kantenelementen mit Längsbohrung erfolgt, die durch einen durch die Längsbohrung verlaufenden Faden strukturbildend verbunden sind.
Vorteilhaft erfolgt die Strukturbildung indem der Faden auf dem kürzesten kontinuierlichen Pfad mit der notwendigen Anzahl die Kantenelemente mit Längsbohrung durchläuft.
Weiterhin vorteilhaft werden die Eckpunkte der ebenen oder räumlichen Struktur durch aneinanderstoßende, durch den Faden fixierte Kantenelemente mit Längsbohrung gebildet.
Vorteilhaft werden die Kantenelement mit Längsbohrung als Röhren ausgeführt, womit eine hohe Beweglichkeit des Modells erreicht wird.
Vorteilhaft bestehen die Röhren aus Kunststoff, Textil, Glas, Holz, Kohlenfaser, Metall oder dergleichen. Grundsätzlich eignen sich alle Materialien, die eine ausreichenden Festigkeit für einen dauerhaften Gebrauch aufweisen.
Ebenfalls vorteilhaft besitzen die Kantenelemente entlang ihrer Längsachse einen variierenden Außendurchmesser. Damit lassen sich unterschiedliche chemische Strukturen darstellen oder es kann die Beweglichkeit des Modells beeinflusst werden.
Weiterhin vorteilhaft sind Fäden, die in der Fadendicke, der Zug- und Biegesteifigkeit und den elastischen Eigenschaften variiert, um Einfluss auf die Beweglichkeit des Modells zu nehmen. Bei einem Faden aus Gummi ist ein Positionswechsel des Kantenelementes in der räumlichen Struktur möglich. Ein solcher Positionswechsel eignet sich beispielsweise zur Demonstration chemischer Strukturumwandlungsprozesse.
Weiterhin können zur Erzielung eines Eckpunktes mit eingeschränkter Beweglichkeit die Kantenelemente in Olivenform, Kugelform oder Oval-Form ausgeführt werden.
Vorteilhaft sind die Kantenelemente mit Längsbohrung farblich gestaltet, um chemische Strukturen eindeutig bzw. zweckdienlich darzustellen oder einen spielerischen Effekt bzw. Dekorationszweck zu erzielen.
Mit der Erfindung lassen sich beliebige Modelle ohne großen maschinellen oder technischen Aufwand herstellen. Diese Modelle gestatten u. a. Untersuchungen und Darstellungen/Veranschaulichung von Kristallstrukturumwandlungen, Kristallstrukturbeziehungen und struktureller Flexibilität, sowie die topologische Analyse von Geometrie, Gerüst oder Strukturen im Allgemeinen. Die Möglichkeiten der Darstellung reichen vom einfachen Tetraeder bis zum komplizierten kondensierten Polyeder. Bei der flexiblen und reversiblen Veränderung bleibt der konstruktive Aufbau aus Kantenelementen und Eckpunkten erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Tetraeders,
2–5 eine erfindungsgemäße Erzeugung eines Tetraeders,
6–12 eine Konstruktion eines Oktaeders in erfindungsgemäßer Form und
13–15 die Darstellung von Kantenelemente in verschiedenen Formen.
Die Modelle lassen sich mit Hilfe der mathematischen Schlegeldiagramme mit beliebigem Fadenmaterial und als Röhren ausgeführte Kantenelemente herstellen. Die Prozedur zur Modellherstellung soll im Folgenden beispielhaft anhand des Tetraeders entsprechend der Darstellung in 1 erläutert werden.
Zur Bildung eines ersten Dreiecks D1 (2) werden drei Röhren K1, K2, K3 auf einen Faden aufgezogen. Dabei werden beide Fadenenden, im Folgenden Ende F1 und F2, gegenläufig durch die Röhre K3 (durchgezogene Linie F1, gestrichelte Linie F2) gezogen. Anschließend wird das gesamte Dreieck zur Mitte des Fadens ausgerichtet. Um das zweite Dreieck (D2) zu bilden, werden entsprechend 3 zwei weitere Röhren (K4, K5) auf das Ende F1 gefädelt, wobei anschließend Rohr K5 von F2 gegenläufig durchzogen wird. Nun wird Ende F1 durch Röhre K2 gefädelt. Für das dritte Dreieck D3 entsprechend 4 wird Rohr K6 angefügt indem man es mit beiden Enden F1 und F2 gegenläufig durchzieht. Zur Bildung des vierten Dreiecks des Tetraeders wird entsprechend 5 K1, K4 noch einmal das Ende F2 durchgefädelt, so dass F1 und F2 an der gleichen Position liegen.
Die Konstruktion des Oktaeders gemäß der Darstellung in 6 erfolgt entsprechend der Ausführungen zu 1. Diese Prozedur ist für alle Polyeder anwendbar.
Zur Minderung der Beweglichkeit werden Kantenelemente (K1–Kn) in Olivenform (13), oder mit variierendem Außendurchmesser verwendet, um einen Winkel w zwischen den Bauelementen definiert einzustellen bzw. zu fixieren (14, 15).
Bezugszeichenliste

K1–Kn:

Kantenelement

F1, F2:

Faden

E1–En:

Eckpunkt

D1–Dn:

Dreiecksfläche

w:

Winkel

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

DE 3731411 A1 [0002]
DE 9302923 U [0002]
DE 9001603 U [0002]

Claims

Modell für die Darstellung verschiedener ebener oder räumlicher Strukturen, bestehend aus Kantenelementen (K1–Kn) und Eckpunkten (E1–En), dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der ebenen oder räumlichen Struktur aus Kantenelementen mit Längsbohrung (K1–Kn) erfolgt, die mittels durch die Längsbohrung verlaufenden Faden (F1, F2) strukturbildend fixiert sind, wobei die strukturbildende Fixierung erfolgt, indem der Faden (F1, F2) auf dem kürzesten kontinuierlichen Pfad mit der notwendigen Anzahl die Kantenelemente mit Längsbohrung (K1–Kn) durchläuft.
Modell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckpunkte (E1–En) der ebenen oder räumlichen Struktur durch aneinanderstoßende, durch den Faden (F1, F2) fixierte Kantenelemente mit Längsbohrung (K1–Kn) gebildet sind.
Modell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenelemente mit Längsbohrung (K1–Kn) Röhren sind.
Modell nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren aus Kunststoff, Textil, Glas, Holz, Kohlenfaser, Metall oder dergleichen bestehen.
Modell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenelemente entlang ihrer Längsachse (K1–Kn) einen variierenden Außendurchmesser aufweisen.
Modell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (F1, F2) in der Fadendicke, der Zug- und Biegesteifigkeit und den elastischen Eigenschaften variiert.
Modell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (F1, F2) ein elastischer Faden ist, der durch seine Elastizität Positionswechsel von Kantenelementen in der ebenen oder räumlichen Struktur ermöglicht.
Modell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenelement mit Längsbohrung (K1–Kn) in Olivenform ausgebildet sind.
Modell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenelemente mit Längsbohrung (K1–Kn) eine farbliche Gestaltung aufweisen.