DE202014008653U1

DE202014008653U1 - Building block for building elastic elements

Info

Publication number: DE202014008653U1
Application number: DE202014008653.2U
Authority: DE
Original assignee: Marcel Pasternak
Current assignee: BIONICTOYS GMBH, DE
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2024-10-14

Abstract

Baustein (1) zum Aufbau einer elastischen Struktur (2), aufweisend – eine Mehrzahl von mindestens drei aufeinanderfolgenden kettengliedartigen Einzelgliedern (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (5) zwischen den einzelnen Einzelgliedern (4) eine geringere Rückstellkraft in Bezug auf eine Biegeelastizität (Schubmodul) aufweist als die Rückstellkraft in Bezug auf eine Zugelastizität (Elastizitätsmodul).Component (1) for constructing an elastic structure (2), comprising - a plurality of at least three successive chain link-like individual members (4), characterized in that the connection (5) between the individual members (4) has a lower restoring force with respect to a Bending elasticity (shear modulus) has as the restoring force with respect to a tensile elasticity (modulus of elasticity).

Description

Die Erfindung betrifft einen Baustein zum Aufbau einer elastischen Struktur, aufweisend eine Mehrzahl von mindestens drei aufeinanderfolgenden kettengliedartigen Einzelgliedern.The invention relates to a building block for constructing an elastic structure, comprising a plurality of at least three successive chain link-like individual members.

Zum Aufbau von Greifern und bewegten Elementen sind aus der Bionik andere Grundelemente bekannt als diese aus der klassischen Mechanik bekannt sind. Statt gelagerten Achsen und sich drehbar gelagerten Elementen ist es aus der Beobachtung der Natur bekannt, flexible und starre Elemente in besonderer Anordnung zu kombinieren, um Bewegungen über gelenkgetriebeähnliche Strukturen ineinander zu überführen. Ein Beispiel hierfür sind flossen- oder flügelähnliche Strukturen, die auf eine Scherbewegung durch eine Flossen- oder Flügeldeformation reagieren, die durch die Formveränderung eine veränderte Anströmung erzeugen und so der Scherkraft entgegenwirken. Im Stand der Technik wird diese Technologie für Segelschiffe sowohl im Unterwasser- als auch im Oberwasserschiff verwendet. Im Fachjargon wird häufig der Begriff Fin Ray Prinzip^® verwendet, um auf die allgemeine Strukturähnlichkeit solcher bionischen Bauelemente hinzuweisen.For the construction of grippers and moving elements other basic elements are known from bionics as these are known from classical mechanics. Instead of mounted axes and rotatably mounted elements, it is known from the observation of nature to combine flexible and rigid elements in a special arrangement to transfer movements via joint-like structures similar to each other. An example of this are fin or wing-like structures that respond to a shearing motion by a fin or wing deformation that produce a change in flow due to the change in shape and thus counteract the shear force. In the prior art, this technology is used for sailing ships in both underwater and in the upper waterway. In technical jargon, the term Fin Ray Principle ^® is often used to indicate the general structural similarity of such bionic components.

Die Bionik ist im Gegenteil zur Mechanik ein vergleichsweise junger Forschungs- und Technologiezweig. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches Bauelement zur Verfügung zu stellen, mit dem sich die Prinzipien der Bionik einfach aufbauen und studieren lassen.Bionics, in contrast to mechanics, is a comparatively young branch of research and technology. The object of the invention is therefore to provide a simple component with which the principles of bionics can be easily constructed and studied.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Verbindung zwischen den einzelnen Einzelgliedern eine geringere Rückstellkraft in Bezug auf eine Biegeelastizität (Schubmodul) aufweist als die Rückstellkraft in Bezug auf eine Zugelastizität (Elastizitätsmodul). Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.The object of the invention is achieved in that the connection between the individual elements has a lower restoring force with respect to a bending elasticity (shear modulus) than the restoring force with respect to a tensile elasticity (modulus of elasticity). Further advantageous embodiments are specified in the subclaims to claim 1.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass ein kettenähnliches Element eine geringere Rückstellkraft in Bezug auf eine Scher- oder Biegebeanspruchung aufweist als auf eine Zugbeanspruchung. Das Wesentliche an dem Bauteil ist, dass es eine gewisse Eigenstabilität aufweist, gleichwohl aber elastisch verformbar bleibt, wobei die elastische Verformbarkeit in drei zueinander senkrechten Richtungen unterschiedlich ausgeprägt ist. Eine Kette weist drei Vorzugsrichtungen auf. Eine zur geraden Kettenlinie kollineare Richtung und zwei dazu senkrechte Richtungen. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegeelastizität in die beiden zur Kettenlinie senkrechten Richtungen unterschiedlich stark ausgeprägt ist. Existieren also drei verschiedene Elastizitäten in drei verschiedene Raumrichtungen, so ist zwangsläufig eine der Elastizitäten am geringsten ausgeprägt und zwangsläufig eine andere Elastizität am höchsten ausgeprägt. Die höchste Elastizität mit dem größten Schubmodul weist das Bauelement senkrecht zu der zur geraden Kettenlinie senkrechten Richtung auf. Die geringste Elastizität weist das Bauelement in der zur geraden Kettenlinie kollinearen Richtung auf.According to the invention, it is therefore provided that a chain-like element has a lower restoring force with respect to a shear or bending stress than a tensile stress. The essence of the component is that it has a certain intrinsic stability, but nevertheless remains elastically deformable, wherein the elastic deformability is different pronounced in three mutually perpendicular directions. A chain has three preferred directions. A collinear direction to the straight chain line and two directions perpendicular thereto. In a particular embodiment of the invention, it is provided that the bending elasticity is pronounced to different degrees in the two directions perpendicular to the chain line. Thus, if three different elasticities exist in three different spatial directions, one of the elasticities is inevitably least pronounced, and inevitably another elasticity is most pronounced. The highest elasticity with the largest shear modulus has the device perpendicular to the direction perpendicular to the straight chain line direction. The least elasticity has the component in the direction collinear to the straight chain line.

Für einen vielseitigen Einsatz in einem Baukastensystem ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Einzelglieder mindestens eine Vorrichtung, bevorzugt in Ausgestaltung einer Ausnehmung, aufweist zur Verbindung mit einem anderen starren Baustein oder einer anderen starren Achse. Die nach dem bionischen Prinzip aufgebauten Flossen- oder Flügelelemente können auch als Greifelemente oder als Hebelgetriebe eingesetzt werden. Um einen Greifer, eine flossenähnliche Struktur oder einen Hebelgetriebe in besonders einfacher Weise aufbauen zu können, werden Starrachsen oder starre Elemente als Verbindungselemente eingesetzt, welche das hier vorgestellte Bauelement zu einem in verschiedene Raumrichtungen unterschiedlich auf Scherbewegung reagierende Struktur werden zu lassen.For a versatile use in a modular system is provided in an advantageous embodiment of the invention, the individual members at least one device, preferably in the form of a recess, for connection to another rigid block or another rigid axis. The constructed according to the bionic principle fin or wing elements can also be used as gripping elements or as a lever mechanism. In order to be able to build a gripper, a fin-like structure or a lever mechanism in a particularly simple manner, rigid axles or rigid elements are used as connecting elements, which will allow the device presented here to be in different directions in space responsive to shearing motion structure.

Je nach Art und Weise der aufzubauenden Struktur kann es notwendig sein, in das elastische Bauelement ein Drehmoment zu übertragen oder davon abzuleiten. Dafür ist in dem Bauelement in vorteilhafter Weise die Ausnehmung quer zur Achse der Ausnehmung profiliert. Zur Aufnahme von einem weiteren starren Element kann das Bauelement eine einfache Ausnehmung in Form einer zylindrischen Bohrung aufweisen. Es ist aber auch möglich, eine von der Zylinderform abweichende Struktur in Form einer regelmäßigen oder unregelmäßigen polygonaler Struktur, eine Schlitzstruktur oder gar eine kreuzförmige Struktur vorzusehen, um ein Drehmoment sicher in das Bauteil zu übertragen oder davon abzuleiten.Depending on the manner of the structure to be constructed, it may be necessary to transmit or derive a torque in the elastic member. For this purpose, the recess is profiled transversely to the axis of the recess in the component in an advantageous manner. For receiving a further rigid element, the component may have a simple recess in the form of a cylindrical bore. But it is also possible to provide a deviating from the cylindrical shape structure in the form of a regular or irregular polygonal structure, a slot structure or even a cross-shaped structure to transmit a torque safely in the component or derived therefrom.

Für einen möglichst breiten Einsatz ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand der einzelnen Einzelglieder etwa gleich groß ist wie die Größe eines Einzelglieds, gemessen als mittlerer Durchmesser. Dadurch die Anzahl der möglichen Verknüpfungspunkte mit weiteren, anderen Bauelemente besonders groß und daher flexibel gestaltbar.For the widest possible use of the invention is provided in an advantageous embodiment that the distance between the individual elements is about the same size as the size of a single member, measured as the average diameter. As a result, the number of possible connection points with other, other components particularly large and therefore flexible designable.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einzelglieder ein starres Zentrum aufweisen. Diese, auch von der Erfindung umfasste Ausführungsform ist angedacht für solche Aufbauten, in denen ein besonders starkes Drehmoment auf das Bauteil ausgeübt oder von diesem abgeleitet werden soll. Typische Anwendungen für diese besondere Ausführungsform der Erfindung sind Aufbauten, in denen eine Sprunggelenkstruktur oder allgemein eine Struktur aufgebaut werden soll, in welcher die hohe Energie eines auf Zug belasteten Bauteils in ein Drehmoment, beispielsweise nach Art eines sich mit Kraft öffnenden Gelenks überführt, werden soll.In a particular embodiment of the invention, it is provided that the individual members have a rigid center. This embodiment, which is also encompassed by the invention, is intended for such constructions in which a particularly strong torque is to be exerted on or derived from the component. Typical applications for this particular embodiment of the invention are abutments in which an ankle structure or in general, a structure is to be constructed in which the high energy of a loaded on train component in a torque, for example in the manner of a force-opening joint, should be.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Bauteils kann je nach bevorzugter Einsatzart sehr unterschiedlich sein. In einfacher Ausgestaltung der Erfindung ist eine einteilige Struktur aus einem einzigen Material vorgesehen. Das Bauteil kann durch Spritzguss hergestellt sein oder aus dem Vollmaterial geschnitten sein. Eine weitere Möglichkeit der Herstellung besteht in dem Aufbau durch ein 3D-Druck-Verfahren. Um die elastischen Eigenschaften bei der Herstellung durch 3D-Druck kontrollieren zu können, wird dies am besten durch ein schichtweise Legen eines elastischen Filaments oder eines elastische Fadens erreicht, der thermoplastisch verformbar oder klebbar ist. Zum Aufbau werden dabei Grundkörper gelegt und diese sodann mit einem Faden aus identischem Material umwickelt. Es ist somit in Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens vorgesehen, dass eine mehrteilige Form vorgesehen ist, in welcher die Einzelglieder aus einem spulenkörperartigen Element bestehen, welches mit weiteren spulenartigen Elementen benachbart ist, wobei die einzelnen spulenartigen Elemente durch eine mäanderförmige Wicklung miteinander verbunden sind. Zum Aufbau durch 3D-Druck können dabei Filamente aus unterschiedlichem Material für die spulenartigen Grundkörper und der mäanderförmigen Wicklung verwendet werden oder es ist auch möglich, die gesamte Struktur aus ein- und demselben Filament ohne Unterbrechung des Materialflusses zu legen.The structure of the component according to the invention can be very different depending on the preferred application. In a simple embodiment of the invention, a one-piece structure of a single material is provided. The component can be produced by injection molding or cut from the solid material. Another possibility of production consists in the structure by a 3D printing process. In order to control the elastic properties in the production by 3D printing, this is best achieved by a layered laying of an elastic filament or an elastic thread that is thermoplastically deformable or adhesive. To build base body are placed and then wrapped with a thread of identical material. It is thus provided in an embodiment of the manufacturing method, that a multi-part mold is provided in which the individual members consist of a bobbin-like element which is adjacent to other coil-like elements, wherein the individual coil-like elements are connected by a meandering winding with each other. To build by 3D printing while filaments of different material for the coil-like body and the meandering winding can be used or it is also possible to lay the entire structure of the same filament without interrupting the flow of material.

Je nach erforderlicher Stabilität und Resistenz gegen Staub, Schmutz, Schweiß, und chemischen Subtanzen kann für das Bauteil vorgesehen sein, dass die Gesamtheit der Einzelglieder in einem Elastomer, in Silikon und/oder einem Kunstkautschuk vergossen ist.Depending on the required stability and resistance to dust, dirt, sweat, and chemical substances, it may be provided for the component that the entirety of the individual members is cast in an elastomer, in silicone and / or an artificial rubber.

Für eine sichere Verbindung des Bauelements mit einem weiteren Element kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Einzelelemente über ein Rastelement, eine elastische Lippe, eine Keilform und/oder ein Gewinde verfügen, über welche die Einzelelemente, bevorzugt mit einem weiteren, starren Baustein verbindbar sind.For a secure connection of the component with a further element may further be provided that the individual elements have a locking element, an elastic lip, a wedge shape and / or a thread, via which the individual elements, preferably with another, rigid block can be connected ,

Um die elastischen Eigenschaften des Bauelements in die verschiedenen Raumrichtungen zu kontrollieren, kann vorgesehen sein, dass die Verbindung zweier Einzelelemente tailliert ist. Durch den Taillenschnitt oder durch die Taillierung kann die Elastizität in Bezug auf eine Scherbewegung kontrolliert werden.In order to control the elastic properties of the component in the different spatial directions, it can be provided that the connection of two individual elements is fitted. The waist cut or sidecut allows the elasticity to be controlled with respect to a shearing motion.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:

1 Eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Bauteil, 1 A top view of a component according to the invention,

2 das Bauteil aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, 2 the component off 1 in a perspective view,

3 eine Skizze zur Verdeutlichung des bionischen Flossenprinzips, 3 a sketch to illustrate the bionic fin principle,

4 eine weitere Skizze zur Verdeutlichung der Verformungseigenschaften des Bauelements, 4 a further sketch to illustrate the deformation properties of the component,

5 eine Skizze zur Verdeutlichung des Aufbaus eines alternativen Aufbaus des erfindungsgemäßen Bauelements, 5 a sketch to illustrate the structure of an alternative construction of the device according to the invention,

6 eine zur 5 äquivalente Skizze mit perspektivischer Ansicht, 6 one to 5 equivalent sketch with perspective view,

7 eine Ausschnittsvergrößerung zur Verdeutlichung der inneren Strukturoptionen. 7 an enlarged detail to illustrate the internal structure options.

In 1 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 dargestellt, welches mehrere Einzelglieder 4 in einer kettenähnlichen Struktur aufweist. Dabei sind die Einzelglieder 4 durch Verbindungen 5 miteinander verbunden. Die Art und der Aufbau der Kettenstruktur verleihen dem Bauteil 1 unterschiedliche Elastizitäten bzw. Rückstellkräfte in unterschiedliche Raumrichtungen. Damit das Bauelement mit weiteren, anderen Bauelementen eines Baukastensystems verbunden werden kann, weist das Bauelement 1 auch Vorrichtungen 6 zur Verbindung auf, welche im einfachsten Fall eine einfache Ausnehmung sein kann, um dort ein anderes formschlüssiges Bauteil einzustecken. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 6 zum Verbinden eine profilierte Ausnehmung ist und wie im gezeigten Beispiel die Form hat, die an ein Medaillenkreuz erinnert. Es sind weitere Formen der Vorrichtung 6 zum Verbinden denkbar, wie eine schlitzförmige Ausnehmung oder eine kreuzförmige Ausnehmung mit Lippen zur Erhöhung der Reibung. In 1 ist das in Richtung der linearen Kettenlinie wirkende Elastizitätsmodul E wie auch das zur linearen Kettenlinie senkrecht wirkende Schubmodul G dargestellt. Es ist vorgesehen, dass die Rückstellkraft in Richtung des Schubmoduls G deutlich geringer ist als die Rückstellkraft in Richtung des Elastizitätsmoduls E. Der in der Kette eingezeichnete, ovalförmige Ausschnitt A ist unterhalb der Kettenlinie als Ausschnittsvergrößerung A dargestellt. Die Einzelglieder 4 weisen einen mittleren Durchmesser 10 auf und einen wiederkehrenden Abstand 9. In bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils ist vorgesehen, dass der mittlere Durchmesser 10 eines Einzelglieds 4 etwa so groß ist wie der wiederkehrende Abstand 9 zweier, benachbarter Einzelglieder 4. Die Verbindung 5 zwischen zwei Einzelgliedern 4 ist dabei eingeschnürt oder tailliert zumindest aber weist sie ein deutlich geringeres Materialumfangsvolumen auf als die Einzelglieder 4 selbst, wobei das Materialumfangsvolumen das Volumen der Ausnehmung 7 mit einschließt. Durch die Art und Form der Taillierung ist das unterschiedliche Elastizitätsverhältnis in den verschiedenen Raumrichtungen kobntrollierbar.In 1 is a plan view of an inventive component 1 shown, which has several single members 4 having a chain-like structure. Here are the individual members 4 through connections 5 connected with each other. The type and structure of the chain structure give the component 1 different elasticities or restoring forces in different spatial directions. So that the device can be connected to other, other components of a modular system, the device has 1 also devices 6 for connection, which may be a simple recess in the simplest case, there to insert another form-fitting component. But it can also be provided that the device 6 for connecting a profiled recess and as in the example shown has the shape that is reminiscent of a medal cross. There are other forms of the device 6 conceivable for connecting, such as a slot-shaped recess or a cross-shaped recess with lips to increase the friction. In 1 is the elastic modulus E acting in the direction of the linear chain line as well as the shear modulus G acting perpendicularly to the linear chain line. It is provided that the restoring force in the direction of the shear modulus G is significantly lower than the restoring force in the direction of the modulus of elasticity E. The chain-shaped, oval-shaped cutout A is shown below the chain line as a detail enlargement A. The single members 4 have a mean diameter 10 on and a recurring distance 9 , In a preferred embodiment of the component according to the invention it is provided that the average diameter 10 of a single member 4 about as big as that recurring distance 9 two adjacent single members 4 , The connection 5 between two individual members 4 is constricted or waisted at least but it has a much lower volume of material volume than the individual links 4 itself, wherein the volume of material volume is the volume of the recess 7 includes. Due to the nature and shape of the sidecut the different elasticity ratio in the different spatial directions can be controlled kobntrollierbar.

In 2 ist das erfindungsgemäße Bauteil 1 aus 1 in einer perspektivischen Darstellung skizziert. Die Einzelglieder 4 weisen eine im wesentlichen zylindrische Außenform auf, die durch einen Steg als Verbindung 5 miteinander verbunden sind. Das Höhen-Breitenverhältnis eines Einzelglied 4 entspricht etwa einer kubischen Raumform, wobei die Breite geringfügig kleiner ist als die Höhe, um dem Steg als Verbindung 5 Raum zu geben. In der perspektivischen Skizze ist das Maß angegeben, welches dem Abstand 9 entspricht und die auf das Bauteil 1 bezogenen Raumrichtungen sind eingezeichnet. Dabei entspricht die eingangs erwähnte Richtung in der linearen Kettenlinie der Raumrichtung des Elastizitätsmoduls E, eine erste zur linearen Kettenlinie senkrechte Richtung ist die Richtung des Schubmoduls G und eine zweite zur linearen Kettenlinie senkrechte Richtung ist die Richtung des Schubmoduls G'. Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Rückstellkraft entlang des Elastizitätsmoduls E die höchste ist, gefolgt von der Rückstellkraft in Richtung des Schubmoduls G' und diese gefolgt von der Rückstellkraft des Schubmoduls G.In 2 is the component according to the invention 1 out 1 sketched in a perspective view. The single members 4 have a substantially cylindrical outer shape through a web as a connection 5 connected to each other. The height-width ratio of a single member 4 corresponds approximately to a cubic spatial form, wherein the width is slightly smaller than the height to the web as a connection 5 To give room. In the perspective sketch, the dimension is given, which is the distance 9 matches and that on the component 1 referenced spatial directions are shown. The direction mentioned above in the linear chain line corresponds to the spatial direction of the elastic modulus E, a first direction perpendicular to the linear chain line is the direction of the shear modulus G and a second direction perpendicular to the linear chain line is the direction of the shear modulus G '. It is provided according to the invention that the restoring force along the elastic modulus E is the highest, followed by the restoring force in the direction of the shear modulus G 'and this followed by the restoring force of the shear modulus G.

Um den Effekt zu demonstrieren, der durch das erfindungsgemäße Bauteil erreichbar ist, ist in 3 ein Aufbau aus einem erfindungsgemäßen Bauteil 1 dargestellt, das hier zur Vereinfachung als Kugelkette dargestellt ist. Für diesen beispielhaften Aufbau sind zwei im wesentlichen identische Bauelemente 1 in einer Dreiecksform durch 4 Querstreben QS1, QS2, QS3 und QS4 miteinanderverbunden. Für den bionischen Flosseneffekt genügt es, dass eine seitliche Scherbeanspruchung, wie durch Richtungspfeil S angedeutet, die von unten angeströmte Flosse, wie durch den Richtungspfeil V angedeutet, verformt. In diesem bionischen Flosseneffekt wirkt die Verformung in Richtung des Pfeils V also als antagonistische Bewegung. Es ist mit dem bionischen Flossenprinzip nicht nur möglich, antagonistische Anströmungsbewegungen durchzuführen, sondern auch, sehr behutsame Greifvorrichtungen aufzubauen, wenn diese als zwei- oder mehrgliedrige Zange ausgebildet werden. Dabei bildet je eine hier als Flosse dargestellte Struktur ein Zangenglied, das ein zu greifendes Element, beispielsweise einen Apfel oder ein Ei um greift. Die Form des empfindlichen Objektes, der Apfel oder das Ei, führt zu einer behutsamen, aber durchaus festen Umschließung des gegriffenen Objektes, wodurch sich das erfindungsgemäße Bauteil auch dazu eignet, einen bionischen Robotergreifer aufzubauen.In order to demonstrate the effect achievable by the component according to the invention, is in 3 a structure of a component according to the invention 1 shown, which is shown here for simplicity as a ball chain. For this exemplary construction, two are essentially identical components 1 in a triangular form 4 Cross struts QS1, QS2, QS3 and QS4 interconnected. For the bionic fin effect, it is sufficient that a lateral shear stress, as indicated by directional arrow S, deforms the fin flowing in from below, as indicated by the directional arrow V. In this bionic fin effect, the deformation in the direction of the arrow V thus acts as an antagonistic movement. It is not only possible with the bionic fins principle to perform antagonistic flow movements, but also to build very cautious gripping devices when they are designed as two- or multi-membered pliers. In this case, each one here shown as a fin structure forms a forceps member that engages an element to be gripped, such as an apple or an egg. The shape of the sensitive object, the apple or the egg, leads to a cautious but quite firm enclosure of the gripped object, whereby the component according to the invention is also suitable for constructing a bionic robot gripper.

Die Besonderheiten des erfindungsgemäßen Bauteils 1 wirken wie in 4 erläutert wird.The peculiarities of the component according to the invention 1 work like in 4 is explained.

In 4 ist dargestellt, wie sich das erfindungsgemäße Bauteil 1, hier repräsentiert durch drei Einzelelemente 4 bei einer Scherbeanspruchung verhält. Die Länge des Kettenauszuges drei Einzelelemente 4 erfährt durch die Art der Biegung der Stege als Verbindung 5 zwischen den Einzelelementen 4 eine scheinbare Verkürzung. Statt der vollständigen Bogenlänge BL, die der Länge L der drei Einzelglieder 4 entspricht, scheint sich bei einer Scherbeanspruchung die tatsächliche Bogenlänge BL' zu verkürzen. Dies kommt dadurch zustande, weil sich die Stege als Verbindungen 5 deutlich stärker krümmen als es der Verformung eines gleichmäßig geformten Bauelements entsprechen würde. Dadurch werden die Mittelpunkte der Einzelelemente, die selbst der Verformung kaum folgen, näher aneinander gerückt. Diese Verkürzung führt dazu, dass die Dreiecksform in 3 die eingezeichnete Stellung einnimmt, weil die in 3 auf der rechten Seite vorliegende Kettenlinie nicht die Verformung einnimmt, sondern ihre Gesamtlänge behält. Die einzige geometrische Ausweichform ist die in 3 eingezeichnete Form des verformten Dreiecks. Ein isotrop geformtes und isotrop elastisches Bauelement würde dazu führen, dass sowohl die in 3 linke Kette als auch die in 4 rechte Kette als eine seitliche Eindellung erfahren, so dass die Dreiecksform bis auf die seitliche Eindellung erhalten bliebe. Erst die anisotrope Verformbarkeit des Bauteils 1 führt zu dem bionischen Flossenprinzip.In 4 is shown how the component according to the invention 1 , represented here by three individual elements 4 behaves at a shear stress. The length of the chain extension three individual elements 4 Experienced by the type of bending of the webs as a connection 5 between the individual elements 4 an apparent shortening. Instead of the complete arc length BL, the length L of the three individual links 4 corresponds to a shearing stress, the actual arc length BL 'seems to be shortened. This is due to the fact that the webs as connections 5 bend much more than would correspond to the deformation of a uniformly shaped device. As a result, the centers of the individual elements, which hardly follow even the deformation, moved closer to each other. This shortening causes the triangle shape in 3 takes the position shown, because the in 3 On the right side chain line does not take the deformation, but retains its overall length. The only geometric alternative is the in 3 drawn shape of the deformed triangle. An isotropically shaped and isotropically elastic component would cause both the in 3 left chain as well as the in 4 Right chain as a lateral dents experience, so that the triangular shape would be retained except for the lateral dents. First the anisotropic deformability of the component 1 leads to the bionic fins principle.

Das Bauteil 1 kann aus dem Vollen geschnitten, durch Laserablation erstellt oder in größerer Serie im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Für sehr besondere Anwendungen kann das Bauteil 1 aus verschiedenen Elementen, die aus demselben oder aus verschiedenen Materialien bestehen, gefertigt werden. Bei der Herstellung durch ein 3D-Druck-Verfahren kann vorgesehen sein, dass ein thermoplastisches Material mit elastischen Eigenschaften als Filament gelegt wird. Das Filament wird zu verschiedenen spulenförmigen Einzelelementen 4 gelegt und dabei thermoplastisch geringfügig unter Sinterung oder Verschmelzung verformt. Um die elastischen Eigenschaften durch das 3D-Druck-Verfahren zu kontrollieren, wird das Filament für den 3D-Druck in zwei mäanderförmigen Wicklungen 13 und 13' um die Einzelelemente 4 gelegt wie es in 5 dargestellt ist. Die Lage des 3D-Druck-Filaments als mäanderförmige Wicklung 13 und 13' wird in 6 perspektivisch gezeigt. Die Einzelelemente 4 weisen eine Ausnehmung 7 auf, hier in Form einer sternförmigen Aushöhlung und werden durch zwei gegenläufig, mäanderförmige Wicklungen umwickelt. Bei dem 3D-Druck-Verfahren verschmelzen die Filamente miteinander, so dass sich am Ende des Herstellungsverfahrens das Bauteil ergibt, wie es in 2 dargestellt ist. Da das Filament für den 3D-Druck als gerecktes Material vorbestimmte Elastizitäten in Filamentrichtung und Quer dazu aufweist, ist durch dieses Legen des Filaments gewährt, dass die vorbestimmten Eigenschaften des Filaments auch gezielt eingesetzt werden können.The component 1 can be cut from solid, laser ablated or mass-produced by injection molding. For very special applications, the component 1 made of different elements, which consist of the same or different materials. In the production by a 3D printing method, it may be provided that a thermoplastic material having elastic properties is laid as a filament. The filament becomes different coil-shaped individual elements 4 placed and thereby thermoplastically slightly deformed under sintering or fusion. In order to control the elastic properties by the 3D printing process, the filament for the 3D printing in two meandering windings 13 and 13 ' around the individual elements 4 laid like it is in 5 is shown. The position of the 3D printing filament as a meandering winding 13 and 13 ' is in 6 shown in perspective. The individual elements 4 have a recess 7 on, here in the form of a star-shaped cavity and are wrapped by two opposite, meandering windings. In the 3D printing process, the filaments fuse together, so that at the end of the manufacturing process results in the component, as in 2 is shown. Since the filament for the 3D printing as the stretched material has predetermined elasticities in the filament direction and transverse thereto, by this laying of the filament, it is allowed that the predetermined properties of the filament can also be selectively employed.

In 7 ist schließlich dargestellt, dass in der Ausnehmung 7 Lippen 14 zur Erhöhung der Reibung vorgesehen sein können, welche ein anderes Bauelement darin festhalten können. Auch ist ein optionales Gewinde 15 darin dargestellt, dass ähnlich den Gewindefragmenten eines an sich bekannten Gewindeschneiders ausgebildet ist. In der hier vorliegenden Form ist das Gewinde 15 aber nicht als schneidendes Gewinde, sondern als eine korrespondierende Schraube aufnehmendes Gewinde gedacht, um ein weiteres, anderes Bauelement darin zu befestigen.In 7 is finally shown that in the recess 7 lips 14 may be provided to increase the friction, which can hold another component in it. Also is an optional thread 15 represented in that similar to the thread fragments of a known thread cutter is formed. In the present form is the thread 15 but not as a cutting thread, but as a corresponding screw receiving thread thought to attach another, other component in it.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bausteinbuilding block
22: elastische Strukturelastic structure
44: EinzelgliedSingle link
55: Verbindungconnection
66: Vorrichtung zur VerbindungDevice for connection
77: Ausnehmungrecess
88th: Achseaxis
99: Abstanddistance
1010: Durchmesserdiameter
1111: Zentrumcenter
1212: spulenkörperartiges Elementbobbin-like element
1313: Wicklungwinding
13'13 ': Wicklungwinding
1414: Lippelip
1515: Gewindethread
AA: Ausschnittneckline
BLBL: Bogenlängearc length
BL'BL ': scheinbare Bogenlängeapparent arc length
LL: Länge, AbstandLength, distance
QS1QS1: Querstrebecrossmember
QS2QS2: Querstrebecrossmember
QS3QS3: Querstrebecrossmember
QS4QS4: Querstrebecrossmember
SS: ScherkraftrichtungShear direction
VV: Verformungsrichtungdeforming direction

Claims

Building block ( 1 ) for constructing an elastic structure ( 2 ), comprising - a plurality of at least three consecutive chain link-like individual links ( 4 ), characterized in that the compound ( 5 ) between the individual members ( 4 ) has a lower restoring force with respect to a bending elasticity (shear modulus) than the restoring force with respect to a tensile elasticity (elastic modulus).

Module according to Claim 1, characterized in that the individual elements ( 4 ) at least one device ( 6 ), preferably in an embodiment of a recess ( 7 ) for connection to another rigid building block or other rigid axis.

Component according to Claim 2, characterized in that the recess ( 7 ) transverse to the axis ( 8th ) of the recess ( 7 ) is profiled.

Component according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the distance ( 9 ) of the individual members ( 4 ) is about the same size as the size as average diameter ( 10 ) of a single member ( 4 ).

Component according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the individual elements ( 4 ) a rigid center ( 11 ) exhibit.

Block according to one of claims 1 to 5, characterized in that a one-piece and made of a single material shape is provided.

Component according to one of claims 1 to 6, characterized in that a multi-part mold is provided, in which the individual members ( 4 ) from a bobbin-like element ( 12 ), which with other coil-like elements ( 12 ), the individual coil-like elements ( 12 ) by a meandering winding ( 13 ) are interconnected.

Building block according to Claim 7, characterized in that the totality of the individual elements ( 4 ) is encapsulated in an elastomer, in silicone and / or a synthetic rubber.

Component according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the individual elements ( 4 ) via a latching element, an elastic lip ( 14 ), a wedge shape and / or a thread ( 15 ), over which the individual elements ( 4 ), preferably with another, rigid block are connectable.

Building block according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the compound ( 5 ) of two individual elements ( 4 ) is fitted.