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Die Erfindung betrifft einen Bausatz mit mehreren Bauelementen und Verriegelungselementen, durch die jeweils zwei der Bauelemente formschlüssig miteinander verriegelbar sind, wobei die Bauelemente und die Verriegelungselemente jeweilige kreisbogenförmig verlaufende Eingriffsstrukturen aufweisen, die, wenn die Bauelemente verbunden werden, auf eine gemeinsame Achse zentriert sind und sich durch relative Verdrehung miteinander in Eingriff bringen lassen.
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Ein Bausatz dieser Art ist aus
WO 2014/041197 A1 bekannt. Das Verbindungssystem, nach dem die Bauelemente miteinander verbunden werden, weist die Besonderheit auf, dass sie es erlauben, ein Bauelement zwischen zwei angrenzenden Bauelementen einzufügen und formschlüssig zu verriegeln, ohne dass dabei die beiden angrenzenden Bauelemente in ihrer Position verändert werden müssen.
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Vergleichbare Verbindungssysteme mit dieser Eigenschaft werden auch in
EP 2 273 048 B1 ,
WO 2010/106069 und
WO 2009/062618 beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bausatz mit einem Verbindungssystem dieser Art zu schaffen, mit dem sich je zwei Bauteile längs einer Kante stabil miteinander verbinden lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jedes Bauelement längs mindestens einer Kante eine Folge von Zinken aufweist, zwischen denen Lücken gebildet sind, in welche die Verriegelungselemente eingreifen, und dass die Eingriffstrukturen an den die Lücken begrenzenden Stirnflächen der Zinken sowie an den daran angrenzenden Enden der Verriegelungselemente ausgebildet sind.
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Bei diesem Bausatz lassen sich die Bauteile durch eine Art Zinkung miteinander verbinden, wobei die Zinken jeweils in die Lücken des anderen Bauteils eingreifen. Jede Lücke nimmt dabei ein Verriegelungselement auf, dessen Eingriffsstrukturen die kreisbogenförmigen Eingriffstrukturen an den Zinken so verlängern, dass Kreisbögen mit einem größeren Bogenwinkel oder Vollkreise gebildet werden. Die formschlüssige Verriegelung kann dadurch erreicht werden, dass die Bauelemente gegeneinander verschwenkt werden, wobei die Eingriffsstrukturen ineinander eingedreht werden, bis jeder Zinken mit einem Zinken des anderen Bauelements und auch mit dem zugehörigen Verriegelungselement in Eingriff steht. Die Bauelemente können dann wahlweise in ihrer Winkelstellung fixiert werden, so dass eine starre Verbindung geschaffen wird, oder sie können relativ zueinander schwenkbar bleiben, so dass eine scharnierartige Verbindung geschaffen wird. Wahlweise ist es jedoch auch möglich, die Bauelemente so aneinander anzusetzen, dass Zinken auf Zinken trifft und Lücke auf Lücke, wobei die Verriegelung dann durch die in den Lücken aufgenommenen Verriegelungselemente erreicht wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Zinken, die Lücken zwischen ihnen und die Verriegelungselemente so aneinander angepasst, dass die beiden oben beschriebenen Verbindungsweisen sich mit denselben Bauelementen verwirklichen lassen.
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Die Eingriffsstrukturen werden typischerweise durch zueinander komplementäre konvexe und konkave Eingriffsstrukturen wie beispielsweise Nuten und Federn gebildet. Dabei können die Nuten jeweils an einem Ende jedes Zinkens und die Federn am entgegengesetzten Ende ausgebildet sein, so dass längs der Kante, auf der die Zinken angeordnet sind, eine bestimmte Richtung ausgezeichnet wird und die Bauteile sich nur dann miteinander verbinden lassen, wenn diese Richtungen für beiden Bauelemente übereinstimmen. Es ist jedoch auch möglich, die Eingriffsstrukturen symmetrisch auszubilden, so dass beispielsweise an beiden Enden jedes Zinkens Federn vorgesehen sind und die dazu komplementären Nuten in den Enden der Verriegelungselemente oder umgekehrt. Ebenso ist es möglich, dass die Zinken eines Bauelements nur Federn und die Zinken des anderen Bauelements nur die dazu komplementären Nuten aufweisen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht zweier miteinander verbundener plattenförmiger Bauelemente;
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2 eine Ansicht der Bauelemente nach 1, bei der Verriegelungselemente im Bereich der Verbindung fortgelassen sind;
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3 eine Ansicht eines der Bauelemente nach 1 und 2 mit zugehörigen Verriegelungselementen in einem Zustand vor Herstellung der Verbindung;
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4 eine alternative Verbindungsweise für die beiden Bauelemente nach 1;
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5 eine schematische Stirnansicht zweier Bauelemente gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel;
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6 eines Explosions-Grundrissdarstellung zweier Bauelemente mit zugehörigen Verriegelungselementen;
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7 die Bauelemente nach 6 im verbundenen Zustand;
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8 eine andere Verbindungsweise für die Bauelemente nach 6 und 7;
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9 eine Explosions-Grundrissdarstellung zweier Bauelemente und zugehöriger Verriegelungselemente gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel;
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10 die Bauelemente nach 9 im verbundenen Zustand;
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11 eine andere Verbindungsweise für die Bauelemente nach 9; und
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12 ein Beispiel eines Mehrfachgelenkes.
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In 1 sind zwei plattenförmige Bauelemente 10, 12 gezeigt, die längs einer Kante miteinander verbunden sind. Jedes Bauelement weist längs dieser Kante eine Serie von vorspringenden Zinken 10a bzw. 12a auf, die in Lücken 12b bzw. 10b zwischen den Zinken des jeweiligen anderen Bauelements eingreifen. Jeder Zinken wird durch ein Verriegelungselement 14 komplettiert.
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An den Enden der Zinken 10a, 12a und der Verriegelungselemente 14 sind kreisbogenförmig verlaufende Eingriffstrukturen 16 ausgebildet. In dem in 1 gezeigten, verbundenen Zustand der Bauelemente 10, 12 sind diese kreisbogenförmigen Eingriffsstrukturen sämtlicher Zinken und Verriegelungselemente auf eine gemeinsame Achse A zentriert.
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In 2 sind die Verriegelungselemente 14 fortgelassen, so dass man die Eingriffstrukturen 16 an den Zinken deutlicher erkennen kann. Im gezeigten Beispiel werden die Eingriffsstrukturen 16 durch zueinander komplementäre, konzentrisch verlaufende Nuten 18 und Federn 20 gebildet, die sich jeweils über einen Bogenwinkel von 180° erstrecken, sich wahlweise jedoch auch über einen kleineren oder größeren Bogenwinkel erstrecken können der kleiner ist als 360°.
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Im gezeigten Beispiel weisen die Nuten 18 und die Federn 20 jeweils ein Schwalbenschwanzprofil auf. Dies ist jedoch nicht zwingend, es können auch Rechteckprofile oder sonstige Profilformen verwendet werden.
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Die Eingriffsstrukturen an den Verriegelungselementen 14 korrespondieren mit den Eingriffsstrukturen an den Zinken in der Weise, dass sich die Nuten 18 der Zinken in entsprechenden Nuten der Verriegelungselemente fortsetzen und sich entsprechend auch die Federn 20 der Zinken in entsprechenden Federn der Verriegelungselemente fortsetzen. Im gezeigten Beispiel ergänzen sich die Nuten und die Federn jeweils zu Vollkreisen.
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Die Nuten und Federn jedes Zinkens enden in einer Begrenzungsfläche 22 dieses Zinkens, die die gemeinsame Achse A enthält. Dasselbe gilt für die Eingriffstrukturen der Verriegelungselemente 14.
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In 3 sind das Bauelement 10 und die zugehörigen Verriegelungselemente 14 in einer Stellung gezeigt, in der die Begrenzungsflächen 22 sämtlicher Verriegelungselemente 14 mit den entsprechenden Begrenzungsflächen 22 der Zinken in einer gemeinsamen Ebene liegen. Um diesen Zustand herzustellen, werden die Verriegelungselemente 14 so in die Lücken zwischen den Zinken eingedreht, dass ihre Federn von der Begrenzungsfläche 22 her in die Nuten des Zinkens eintreten und entsprechend die Federn des Zinkens in die Nuten des Verriegelungselements eintreten, bis die Nuten und Federn auf der gesamten Länge des 180°-Bogens miteinander in Eingriff stehen.
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Wenn die Verriegelungselemente für das andere Bauelement 12 in entsprechender Weise an dem Bauelement 12 angeordnet werden, lassen sich die Bauelemente 10, 12 mit ihren Begrenzungsflächen 22 auf Stoß aneinander anlegen, so dass die beiden plattenförmigen Bauelemente 10, 12 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Wenn dann das Bauelement 12 um 90° um die Achse A geschwenkt wird, erhält man den in 1 gezeigten Zustand. Beim Schwenken des Bauelements 12 werden die in die Lücken 10b des Bauelements 10 liegenden Verriegelungselemente 14 mitgedreht, da sie satt an den Begrenzungsflächen der Zinken 12a anliegen. Umgekehrt bleiben die Verriegelungselemente 14, die in den Lücken 12b des Bauelements 12 liegen, an den Begrenzungsflächen der Zinken 10a in Anlage, so dass sie ihre Winkelstellung behalten und nicht an der Schwenkbewegung des Bauelements 12 teilnehmen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die halbkreisförmigen Eingriffstrukturen 16 jedes Zinkens und jedes Verriegelungselements je zur Hälfte in die Eingriffsstrukturen des benachbarten Zinkens des anderen Bauelements und die Eingriffsstrukturen des zugehörigen Verriegelungselements eingreifen, so dass alle Zinken und Verriegelungselemente formschlüssig miteinander in Eingriff gehalten werden.
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In dem in 1 gezeigten Zustand lassen sich die Bauelemente 10, 12 um die Achse A relativ zueinander verschwenken, innerhalb eines Schwenkbereiches, der durch die Tiefe und Form der Lücken 10b, 12b bestimmt wird. Wenn jedoch das Bauelement 12 wieder in die Ebene des Bauelements 10 geschwenkt wird, so ist wieder der in 3 gezeigte Zustand hergestellt, und die beiden plattenförmigen Bauelemente können auseinanderfallen. Wenn man dies verhindern will, ist es jedoch möglich, die Verriegelungselemente jeweils durch Kleben, Schrauben oder sonstige Verbindungsmittel fest mit dem Zinken zu verbinden, an den sie angesetzt sind.
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Ebenso ist es möglich, die beiden Bauelemente 10, 12 in einer gewünschten Winkelstellung relativ zueinander zu fixieren, indem geeignet geformte Füllklötze (nicht gezeigt) in die Freiräume eingesteckt werden, die jeweils zwischen dem Grund der Lücke 10b, 12b und dem in dieser Lücke aufgenommenen Verriegelungselement 14 verbleiben.
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Wenn man beispielsweise in dem in 1 gezeigten Zustand quaderförmige Füllklötze in diese Freiräume einsteckt, so werden die Platten rechtwinklig zueinander fixiert.
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Das hier beschriebene Beispiel weist außerdem die Besonderheit auf, dass die längs der Achse A gemessene Länge der Zinken 10a, 12a (ohne die Eingriffsstrukturen 16) jeweils mit der Länge der Lücken 10b, 12b zwischen ihnen übereinstimmt und auch die Länge der Verriegelungselemente 14 mit der Länge der Zinken und der Lücken übereinstimmt. Wie in 4 gezeigt ist, ergibt sich daraus die interessante Möglichkeit, die beiden Bauelemente 10, 12 in einer um die Länge einer Zinkens gegeneinander versetzten Position miteinander zu verbinden, in der die Zinken 10a, 12a einander gegenüber liegen und ebenso die Lücken 10b und 12b.
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Beim Herstellen der Verbindung gemäß 4 geht man ebenso vor wie beim Herstellen der Verbindung gemäß 1, d.h., die Verriegelungselemente 14 werden so in die Lücken eingesetzt, wie in 3 gezeigt ist. Wenn dann die Bauelemente 10, 12 aneinander angesetzt werden, liegen nun allerdings die Zinken 10a, 12a mit ihren Begrenzungsflächen 22 aneinander an, so dass sich die beiden Platten nicht gegeneinander verschwenken lassen. Die Verriegelungselemente 14 liegen einander paarweise gegenüber und liegen ebenfalls mit ihren Begrenzungsflächen 22 aneinander an, können aber gemeinsam relativ zu den Bauelementen 10, 12 um die Achse A verschwenkt werden, um die Verriegelung herzustellen, wie in 4 gezeigt ist.
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Auf diese Weise erhält man eine starre Verbindung der plattenförmigen Bauelemente 10, 12, bei der die Bauelemente jedoch durch die Verriegelungselemente 14 auf der gesamten Länge der gemeinsamen Kante fest miteinander verriegelt werden.
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Mit der Verbindungsart gemäß 4 lassen sich die Bauelemente jedoch nicht nur in einer gemeinsamen Ebene miteinander verbinden, sondern im Prinzip unter jedem gewünschten Winkel, in dem die aneinander anliegenden Begrenzungsflächen 22 der Zinken geeignet angeschrägt werden, wie schematisch in 5 gezeigt ist.
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Um das Verdrehen der Verriegelungselemente 14 zu erleichtern, können geeignete Handhaben, Werkzeuge und/oder Getriebe vorgesehen sein. Beispielsweise können in den Verriegelungselementen 14 Löcher gebildet werden, in die dann ein Stift eingesteckt wird, der als Hebel dient, mit dem die Verriegelungselemente um die Achse A gedreht werden.
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Die Erfindung ist nicht auf Bauelemente beschränkt, die in Richtung der Achse A relativ große Abmessungen haben. Sie ist beispielsweise auch bei scheibenförmigen Bauelementen anwendbar, bei denen die Achse A in Richtung der Dicke der Scheiben verläuft, wobei dann die Zinken ebenfalls die Form von Scheiben haben, deren Dicke jeweils nur einen Bruchteil der Gesamtdicke des Bauelements in Richtung der Achse A beträgt.
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6 zeigt eine Explosionsdarstellung zweier plattenförmiger Bauelemente 10', 12' und der zugehörigen Verriegelungselemente 14. Die Bauelemente 10', 12' haben jeweils einen quadratischen Grundriss, und das Bauelement 12' weist zusätzliche Zinken 12c an einer weiteren Kante auf, die rechtwinklig zu der Kante verläuft, die dem Bauelement 10' zugewandt ist. 7 zeigt die Bauelemente 10', 12' in einem verbundenen Zustand, der der Verbindungsart gemäß 1 entspricht. Wenn nun die Verbindungsart gemäß 4 gewünscht ist, so lässt sich dies nicht nur durch einen Versatz der Bauelemente längs der gemeinsamen Kante erreichen, sondern in diesem Beispiel auch dadurch, dass das Bauelement 12' um 90° gedreht wird, so dass die zusätzlichen Zinken 12c dem Bauelement 10' zugewandt sind. 8 zeigt die Bauelemente 10', 12' im verbundenen Zustand mit der Verbindungsart gemäß 4, wobei die Zinken 10a und 12c auf Stoß aneinander anliegen und die Winkelstellung der Platten bestimmen, während die frei drehbaren Verriegelungselemente 14 die Verriegelung bewirken.
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In Erweiterung dieses Prinzips lässt sich ein Bausatz schaffen, bei dem alle plattenförmigen Bauelemente an mehreren oder sämtlichen Kanten mit unterschiedlichen Anordnungen von Zinken bestückt sind, die jedoch zumindest paarweise miteinander kompatibel sind, so dass je nach Wahl der Orientierung der Platten die eine oder andere Verbindungsart gewählt werden kann. So kann beispielsweise mit schwenkbaren Verbindungen gemäß 1 zunächst ein flaches Netz eines Körpers, beispielsweise eines Würfels gebildet werden, und die einzelnen Bauelemente lassen sich dann so gegeneinander verschwenken, dass sie die Seitenflächen des räumlichen Würfels bilden, wobei die Verbindungen an den bisher nicht verbundenen Kanten auch als starre Verbindungen analog zu 4 gestaltet werden können.
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Wenn die Eingriffsstrukturen nicht halbkreisförmig ausgebildet sind, sondern sich über einen kleineren Bogenwinkel erstrecken, beispielsweise über 60°, ist es auch möglich, drei oder mehr Bauelemente sternförmig an einer gemeinsamen Kante miteinander zu verbinden. Außerdem können die Bauelemente auch zusätzliche Zinkenreihen aufweisen, deren Zinken rechtwinklig zur Plattenebene vorspringen. Auf dieses Weise lassen sich beliebig komplexe Raumfachwerke und Strukturen erstellen.
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In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen weisen sämtliche Zinken und sämtliche Verriegelungselemente jeweils an einem Ende Eingriffstrukturen einer ersten Art (z.B. Federn 20) und am entgegengesetzten Ende Eingriffstrukturen der dazu komplementären zweiten Art (z.B. Nuten 18) auf. Dadurch erhält jede mit Zinken bestückte Kante eine gewisse Orientierung, die beim Herstellen der Verbindung beachtet werden muss. In dem in 6 gezeigten Beispiel wäre es deshalb nicht möglich, die Bauelemente in einem Zustand zu verbinden, in dem das Bauelement 12 gewendet ist, so dass die bisher die dem Betrachter zugewandte Seite vom Betrachter abgewandt ist.
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9 bis 11 zeigen dagegen Beispiele für Bauelemente 10'', 12'', bei denen die Eingriffstrukturen symmetrisch ausgebildet sind. Lediglich als Beispiel illustriert 9 den Fall, dass die Federn 20 an beiden Enden aller Zinken ausgebildet sind, während die Nuten 18 in beiden Enden der Verriegelungselemente 14 ausgebildet sind.
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10 illustriert den verbundenen Zustand analog zu 4. Diese Verbindung ließe sich ebenso herstellen, wenn beispielsweise das Bauelement 12'' gewendet wurde. Außerdem besteht auch hier die Möglichkeit, beispielsweise das Bauelement 12'' um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene zu drehen und dadurch die Zinken 12c für eine Verbindung analog zu 1 zu verwenden, wie in 11 gezeigt ist.
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Selbstverständlich ist es in einer anderen Ausführungsform auch möglich, dass an den Verriegelungselementen 14 nur Federn und an den Zinken nur Nuten ausgebildet sind. Ebenso sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Zinken des einen Bauelements Federn und die Zinken des anderen Bauelements die zugehörigen Nuten aufweisen.
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Weitere Gestaltungsmöglichkeiten werden dadurch eröffnet, dass man in jeder Lücke nicht nur ein paar zusammengehöriger Verriegelungselemente 14 unterbringt, sondern mehrere solcher Paare, die in Richtung der Achse A aufeinanderfolgen und ihrerseits über Eingriffstrukturen 16 miteinander in Eingriff stehen können. In dem Fall ist es auch möglich, dass die Zinken beispielsweise nur halb so lang sind wie die Lücken zwischen ihnen. Es lassen sich dann auch Verbindungen herstellen, bei denen in die Lücke des einen Bauelements ein Zinken des anderen Bauelements sowie außerdem ein Verriegelungselement eingreift.
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Durch geeignete Wahl der Orientierung und/oder Symmetrie der Eingriffsstrukturen an den verschiedenen Kanten der Bauelemente lässt sich zu einem gewissen Grad vorbestimmen, in welcher Weise die Bauelemente miteinander verbunden werden sollen oder müssen.
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Das Verbindungsprinzip lässt sich auch auf Mehrfachgelenke verallgemeinern. 12 zeigt eine Art Dreifachgelenk. Von zwei plattenförmigen Bauelementen sind hier nur die Zinken 10a und 12a gezeigt, die jedoch nicht unmittelbar ineinandergreifen, sondern deren Eingriffsstrukturen 16 auf zwei parallele Achsen B und C zentriert sind. Die (gelenkige) Verbindung erfolgt mittelbar über ineinandergreifende Zinken 24, 26, deren Eingriffstrukturen eine dritte Achse A definieren.
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Die Zinken 10a und 24 liegen aneinander an und sind durch die drehbaren Paare von Verriegelungselementen 14 starr aber lösbar verbunden. Das gleiche gilt für die Zinken 12a und 26.
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Als Beispiel soll angenommen werden, dass die beiden Bauelemente zwei Seiten eines Polyeders bilden und das eine Seite, etwa die mit den Zinken 12, herausgenommen werden soll, ohne dass die übrigen Seiten des Polyeders in ihrer Position verändert werden.
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Um die Verbindung an der Achse A zu lösen, müsste man die Zinken 24 und 26 verschwenken, bis sie in derselben Ebene liegen. Das wäre aber nicht möglich wenn diese Zinken unmittelbar an den Seiten des Polyeders säßen, denn dann müsste man diese Seiten mit verschwenken, was aber nicht möglich ist, wenn die übrigen Kanten dieser Seiten noch mit anderen Seiten des Polyeders verbunden sind. Es ist aber möglich die Verbindungen an den Achsen B und C zu lösen, da dazu nur die Verriegelungselemente 14 gedreht zu werden brauchen. So gelingt es, eine einzelne Seite des Polyeders zu entnehmen (wonach dann auch die Verbindung an der Achse A gelöst werden kann).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/041197 A1 [0002]
- EP 2273048 B1 [0003]
- WO 2010/106069 [0003]
- WO 2009/062618 [0003]
