DE3320174C2 - Bauelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Bauelemente der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art.

In der kanadischen Patentschrift CA 10 86 344 ist ein solches quadratisches Legespiel oder Puzzle beschrieben, das aus zwölf Teilen besteht, von denen zwei kongruent sind und deren Außenkanten durch irrationale Zahlenwerte angegeben sind.

Bekannte Bauelemente dieser Art haben keine oder nur beschränkte Variierungsmöglichkeiten hinsichtlich der Form der Querschnittsflächen. Bei Bauelementsätzen, die aus ziegelsteinähnlichen Bauelementen bestehen, welche Seite an Seite aneinanderzusetzen sind, ist der Spielraum für Variationen so begrenzt, daß ihr pädagogischer Nutzen sehr gering oder gleich null ist, da kein ausreichender Schwierigkeitsgrad und keine Kombinationsmöglichkeiten gegeben sind. Konventionelle Legespiele, die einige gleiche oder einige verschiedenen Bauelemente enthalten, sind gewöhnlich so konzipiert, daß sie nur in einer bestimmten Weise zusammengefügt werden können und deswegen das Interesse daran verloren geht, nachdem sie einige Male zusammengesetzt worden sind.

Aus Martin Gardner: Mathematische Hexereien; Verlag Ullstein GmbH, 1979, S. 149-163, - ISBN 35 50 065 787 ist ein Legespiel mit 14 Bauelementen bekannt. Gemessen an der großen Anzahl von Bauelementen sind die Variationsmöglichkeiten gering, so daß das Spielinteresse an einem solchen Legespiel rasch nach läßt.

Aus DE-GM 71 33 338 ist ein Kombinationsspiel mit Bauelementen bekannt, das ebenfalls zahlreiche kongruente Bauelemente enthält.

Aus US 39 07 303 sind geometrische Legebausteine und ein Einlegebrett bekannt. Das Legespiel enthält sieben Steine, die zwei rechtwinkelige Dreiecke, zwei weitere, jedoch kleinere rechtwinkelige Dreiecke, ein Rechteck und zwei identische Rhomboide enthält. Durch die relativ große Zahl der kongruenten Bausteine ist der Spielwert des bekannten Spieles relativ gering.

Aus US 16 56 117 ist ein Puzzlespiel mit neun Bauelementen bekannt. Das Puzzlespiel enthält jedoch zahlreiche kongruente Bauelemente, weswegen sein Spielwert vergleichsweise gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde unter Verringerung der oben genannten Schwierigkeiten, eine Kombination von Bauelementen zu schaffen, die auf vielfältige Weise zusammensetzbar sind und für verschiedene Zwecke, wie beispielsweise Unterrichtszwecke, einschließlich pädagogischer und Testzwecke, zur Entspannung sowie bei rein technischen Anwendungen einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figu­ ren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Satz von neun Bauelementen gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines der drei­ eckförmigen Bauelemente aus Fig. 1.

Fig. 3 eine säulenförmige Konstruktion der Bauele­ mente gemäß Fig. 1.

Fig. 4 eine säulenförmige Konstruktion von Bauele­ menten gemäß Fig. 1, bei der der Querschnitt der Säule eine vom Querschnitt der in Fig. 3 dargestellten Säule abweichende Form aufweist.

Fig. 5 eine Schachtel im Querschnitt, die zusammen mit den Bauelementen gemäß der Erfindung ver­ wendbar ist,

Fig. 6 eine Ausführungsform einer Seite der in Fig. 5 gezeigten Schachtel, bei der die Seiten mit Ausnehmungen versehen sind, um die Endteile der Bauelemente aufzunehmen.

Fig. 7-11 verschiedene Vielecke, die mit den in Fig. 1 gezeigten Puzzlebausteinen herstellbar sind.

Fig. 1 zeigt eine zweidimensionale Ansicht eines Satzes von neun Bauelementen 1-9 mit zueinander passenden Seiten­ flächen, die entsprechend der Erfindung nichtkongruent sind, d. h. sie bedecken sich nicht gegenseitig vollstän­ dig, wenn ein Bauelement auf das andere gelegt wird. Drei der neun Bauelemente bestehen aus rechtwinklig gleich­ schenkligen Dreiecken 1, 2, 3, die in jeder Gruppe das Basiselement darstellen und die unterschiedliche Größen aufweisen, jedoch mathematisch in einer solchen Beziehung stehen, daß das kleinste Dreieck 1 eine Seite mit der Län­ ge a, das größte Dreieck 3 eine Seite mit einer Länge 2a aufweist, während das mittelgroße Dreieck eine Seite mit einer Länge hat, so daß die Hypotenusen jeweils , und 2a und die Flächen a²/2, 2a² und a² sind, wobei "a" eine vorgegebene Zahl oder ein vorgegebener Wert ist, der von der jeweiligen beabsichtigten Verwendung der Bau­ elemente abhängt, beispielsweise ist a gleich 2 cm für ein pädagogisches Legespiel. Die anderen Bauelemente 4 bis 9 haben unterschiedliche geometrische Formen, wie bei­ spielsweise die Form eines Rechtecks, eines Parallelogramms, eines Trapez und die Form symmetrischer Vielecke. Die letztere besteht aus zwei Trapezen, die spie­ gelbildlich zu beiden Seiten ihrer Symmetrielinie sind und bei denen die Länge der geraden Seiten eine Funktion von a und die Flächen ein Vielfaches einer Dreiecksflä­ che der Größe a²/2 sind, wie in Fig. 1 beschrieben. Auch sind Vielecke enthalten, die aus zwei zu einer Symmetrie­ linie spiegelbildlich angeordneten Parallelogrammen be­ stehen, bei denen die geraden Seiten ebenfalls eine Funk­ tion von a und ihre Fläche ein Vielfaches einer Dreiecksfläche der Größe a²/2 ist, wie in Fig. 1 be­ schrieben. Die in Fig. 1 dargestellten Bauelemente wei­ sen folglich die folgenden Flächen auf: a²/2 (1), a² (2), 2a² (3) , 2a² (4) , 3a² (5) , 3a² (6) , 2a² (7) , 5a²/2 (8) und 4a² (9).

Fig. 2 zeigt ein Bauelement in perspektivischer Dar­ stellung, das zwei sich gegenüberliegende, deckungsglei­ che, flache, parallele Endflächen 10 und 11 aufweist, in Übereinstimmung mit dem ersten in Fig. 1 dargestellten Dreieck. Das Bauelement weist des weiteren drei flache Seitenflächen 12, 13 und 14 auf, die sich zwischen den Endflächen senkrecht zu diesen erstrecken. Die Seiten­ flächen und somit das Bauelement haben eine vorgegebene Länge L, die von dem vorgesehenen Anwendungsgebiet ab­ hängt und die somit der Länge der Seitenkanten 15, 16 und 17 entspricht, an denen die benachbarten Seitenflächen an­ einanderstoßen. Die beiden Endflächen 10 und 11 sind dem­ nach kongruent und liegen übereinander. Die in dem Bausatz enthaltenen Bauelemente 1 bis 9 wei­ sen eine gemeinsame Abmessung, nämlich die Länge L auf.

Die Endflächen 10 und 11 entsprechen dem kleinsten in Fig. 1 dargestellten Dreieck und die zueinander senk­ rechten Seitenflächen 12 und 13 weisen eine Breite a auf, während die dritte Seitenfläche eine Breite aufweist.

Die Bauelemente weisen somit gerade Kanten auf, die in einer strikt mathematischen gegenseitigen Beziehung die nachstehende Folge bilden: a, , 2a und oder Viel­ fache davon.

Alle nichtkongruenten in dem Satz enthaltenen Bauelemente sind dazu bestimmt, zusammengefügt zu werden, um verschie­ dene Konstruktionen zu schaffen, die die gleiche Quer­ schnittsfläche, nämlich 20a² aufweisen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei unterschiedliche Konstruk­ tionen, die mit Hilfe der Bauelemente gemäß den Fig. 1 und 2 erstellt worden sind. Beide weisen die Form einer Säule auf, wobei die Säule der Fig. 3 ein durchgehendes Loch 18 und die Säule der Fig. 4 eine längliche Ausneh­ mung 19 aufweist. Die Bauelemente können längs der fla­ chen Seiten nur Flächenkontakt aufweisen, oder sie kön­ nen bei den Kontaktflächen beispielsweise mittels eines Klebers zusammenhaften. Abgesehen vom ästhetischen Ein­ druck der beiden Säulen, die in Lasten tragenden, sicht­ baren Baukonstruktionen verwendbar sind, kann das Loch 18 in der in Fig. 3 dargestellten Säule für die Durch­ führung verschiedener Kabel verwendet werden. Charak­ teristisch für den Satz der Bauelemente gemäß der Erfin­ dung ist, daß die Bauelemente zusammengefügt werden kön­ nen, um Konstruktionen zu erzeugen, die längs einer Ion­ gitudinalen Zentralebene 20 bzw. 21, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, symmetrisch sind.

Der Bauelementensatz gemäß der Erfindung kann auch für pädagogische Zwecke oder ähnliche Probleme verwendet wer­ den, wobei die in einem Puzzle enthaltenen Elemente an­ einander gefügt werden, um vorgegebene Konstruktionen­ beispielsweise die Form eines Herzens, die Zahl drei, Rechtecke usw. zu bilden, wobei die Querschnittsfläche stets die gleiche ist, nämlich 20a². Nach einer vorteil­ haften Ausführungsform enthält das System ebenfalls einen Baukasten oder einen ähnlichen Puzzleträger, der eine oder mehrere Räume und Ausnehmungen aufweist, die teilweise oder vollständig die Bauelemente aufnehmen. Ein solcher Anwendungsfall ist in den Fig. 5 und 6 illustriert. Fig. 5 zeigt dabei einen Baukasten 22 im Querschnitt, der zwei Vertiefungen 23 und 24 aufweist, die an gegen­ überliegenden Enden des Kastens zugänglich sind. Die Ver­ tiefungen haben gleiche Querschnitte, jedoch unterschied­ liche Formen und können durch sämtliche Bauelemente 1 bis 9 vollständig ausgefüllt werden, so daß einige ihrer Seitenflächen in der gleichen Ebene wie das Ende des Bau­ kastens liegen, wie für eine der beiden Lösungen darge­ stellt. Der Baukasten weist ebenfalls Ausnehmungen 25 in seinen vier Seitenabschnitten 28 auf, die sich im Umriß unterscheiden. Die unterschiedlich geformten Ausnehmungen weisen Querschnittsflächen (Bodenflächen) der gleichen Größe auf, die wiederum gleich sind der Querschnitts­ fläche aller Bauelemente zusammengenommen. Sie können so­ mit die Endabschnitte der Bauelemente aufnehmen, so daß sich außen Säulenkonstruktionen ergeben, die die vorbe­ stimmte Querschnittsfläche (20a²) aufweisen.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt der dort dargestell­ te Satz drei unterschiedliche Gruppen von Bauelementen, die Endflächen mit einer gemeinsamen Abmessung aufwei­ sen, nämlich eine erste Gruppe mit der Abmessung a, eine zweite Gruppe mit der Abmessung und eine dritte Grup­ pe mit der Abmessung 2a, welche Abmessung jeweils die Höhe der Endflächen wie in Fig. 1 dargestellt, ist.

Die zusammengesetzten Baukonstruktionen können Dank der mit den Bauelementen ein und desselben Satzes erziel­ baren Formenvielfalt auf verschiedene Arten verwendet werden, beispielsweise durch loses oder permanentes Zu­ sammensetzen der Elemente zu Säulen mit vorgegebenen Querschnitts- oder Endflächen, wie oben beschrieben, bei­ spielsweise für Schreinerarbeiten wie Gestelle, Lampen­ halter oder als, Säulen zur Druckaufnahme in Lasten tra­ genden Konstruktionen, bei denen die Querschnittsflächen aus Stabilitätsgründen konstant sein sollten, bei denen jedoch Abwechslungen in der Geometrie der Querschnitte zu funktionalen und/oder dekorativen Wirkungen führen. Ne­ ben den rein pädagogischen Anwendungen zur Lösung vorge­ gebener Konstruktionsprobleme, können die Bauelemente in Spielzeugen verwendet werden, beispielsweise als Teile eines Baukastens. Die Elemente können aus Holz, Kunst­ stoff oder jedem anderen geeigneten Material sein.

Die Wahl der Geometrie mit Modulbausteinen oder Bauele­ menten mit nichtkongruenten Querschnitts- oder End­ flächen ist das allgemeine Ergebnis eines Kompromisses zwischen dem Ziel einer größtmöglichen Kombinationsviel­ falt der Module zu symmetrischen Querschnitten zu errei­ chen und dem Ziel einer möglichst kleinen Anzahl von Schnittstellen in dem Querschnitt, zur Erreichung einer optimalen Wirtschaftlichkeit. Die Zahl der streifenför­ migen Bauelemente verschiedener Arten ist begrenzt und die Streifen können in großen Mengen nach Standardmus­ tern gefertigt werden. Die Einfachheit der Sätze der Bau­ elemente ermöglicht die Herstellung dieser Sätze in ein­ facher Weise und für verschiedene Zwecke, wodurch ein­ fache Produkte entstehen, die mit einfachen Erläuterungs­ figuren verwendet werden können, und die vom Verbraucher leicht selbst zusammengesetzt werden können. Auch können durch Kombinationen der Elemente asymmetrische Querschnitte erzielt werden, jedoch aus Stabilitätsgründen sind für Lasten tragende Konstruktionen symmetrische Querschnitte vorzuziehen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung bilden die neun oben beschriebenen Bauelemente Puzzlebausteine in einem Puzzle mit sich ändernden Außen­ konturen. Da die Puzzlebausteine nicht kongruent sind und stark zunehmende Flächen aufweisen, und sie außerdem bestimmte Winkel haben und in drei verschiedene Gruppen mit spezifischen geometrischen Figuren eines bestimmten Types eingeteilt sind, können die Puzzlebausteine zu zahl­ reichen verschiedenen Endformen zusammengefügt werden. Die Bedingungen sind vorher nicht bekannt und somit gibt es auch keine vorgeschriebenen Wege sie zusammenzusetzen. Das Ergebnis ist ein vollkommen originelles und einzig­ artiges Puzzle. Des weiteren weist das Puzzle mit den neun Bausteinen einen Außenumfang auf, dessen Abmessungen durch rationale Zahlen anzugeben sind, wodurch die Her­ stellung erleichtert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf Puzzlebausteine, die zu­ sammengefügt werden können, um eine Vielzahl von sym­ metrischen Figuren zu schaffen, die lediglich durch die Variierung der Kombination der neun definierten Puzzle­ bausteine gewonnen wird. Es ist so möglich ein regel­ mäßiges "St. Andrew Kreuz" oder "Griechisches Kreuz" zu bilden. In diesem Fall muß die Fläche gleichmäßig durch fünf teilbar sein, da das Kreuz als die Summe von fünf Quadraten gleicher Größe angesehen werden kann. Es ist ebenfalls möglich symmetrische Fünfecke, Sechsecke und Achtecke zu schaffen sowie zahlreiche symmetrische Fi­ guren mit oder ohne Hohlräume, was vordem mit einem Puzzle mit so wenigen Bausteinen ohne Abweichen von der Forderung der Nichtkongruenz und der Bedeckung einer Fläche von 20a² und den erlaubten Winkeln, nicht mög­ lich war. "a" ist dabei die Seitenlänge jeweils der kurzen Seiten im kleinsten Dreieck. Es versteht sich (ausgehend vom Wert 20a²), daß die Puzzlebausteine gemäß der Erfindung nicht zur Bildung eines Quadrates verwendet werden können.

Somit erfüllt die Erfindung den Zweck, eine möglichst große Fläche unter Variation der Größe und Form der Bausteine zu bedecken, um eine größtmögliche Kombina­ tionsvielfalt mit so wenig Steinen wie möglich zu er­ reichen. Das Ergebnis ist völlig überraschend und konn­ te keineswegs ausgehend von bekannten Puzzles vorher­ gesagt werden. Die erfindungsgemäß kombinierten und konstruierten Puzzlebausteine und die damit hergestell­ ten Puzzleformen unterscheiden sich somit von allen vor­ bekannten Bausätzen. Die Kombination der geometrischen Forderungen, strikte Seiten- und Winkelforderung, das serienförmige Ansteigen der Größe der Bausteine, die Nichtkongruenz, die rationalen Werte der Umfangsabmes­ sungen der Grundform und die Kombinationsmöglichkeiten zu einer Vielzahl von verschiedenen symmetrischen Bau­ konstruktionen oder Figuren mit wenigen Bausteinen, wie durch die erfindungsgemäße Lehre angegeben, macht die Erfindung vollkommen originell und einzigartig im Ver­ gleich mit bekannten Techniken. Wie aus den Fig. 7 bis 11 hervorgeht, können die Puzzlebausteine gemäß der Erfindung zu Vielecken mit 4, 5, 6, 7 oder 8 Ecken zu­ sammengesetzt werden, von denen alle sym­ metrisch sind, was ein weiterer Hinweis auf die Originali­ tät der Erfindung ist.

Claims (1)

1. Bauelemente vorgegebener Anzahl mit zueinander passenden Seitenflächen, die zum Erstellen von Konstruktionen unterschiedlicher Form aneinander anfügbar sind, welche Bauelemente die gleiche Länge (L) und jeweils zwei sich gegenüberliegende, flache, parallele Endflächen (10, 11) gleicher Form und mindestens drei flache, rechteckige Seitenflächen (12, 13, 14) aufweisen, die sich zwischen den Endflächen erstrecken, so daß die Seitenflächen verschiedener Bauelemente zueinander passen, welche Endflächen der Bauelemente (1-9) nichtkongruent sind und jeweils eine Größe haben, die ein Vielfaches einer Dreiecksfläche von der Größe a²/2 ist, wobei a ein vorgegebener Wert ist, und die Kanten der Endflächen (10, 11) proportionale Längen aus der Gruppe der Werte a, , 2a und oder Vielfachen davon aufweisen und proportionale Winkel aus der Gruppe der Werte 45°, 90°, 135° und 270° bilden, mit einer ersten Gruppe von Bauelementen (1, 4, 7) mit nichtkongruenten Endflächen, die ein rechtwinkeliges, gleichschenkeliges Dreieck (1) mit Schenkelänge a, ein Rechteck (7) mit den Seiten a und 2a und ein Parallelogramm (4) mit den Seiten und 2a enthält, mit einer zweiten Gruppe von Bauelementen (2, 5, 8) mit nichtkongruenten Endflächen, die ein rechtwinklig, gleichschenkliges Dreieck (2) mit der Schenkellänge ein Trapez (5) und ein symmetrisches Fünfeck (8) enthält, das sich in Bezug auf die Symmetrielinie aus zwei Trapezen zusammensetzt, mit einer dritten Gruppe von Bauelementen (3, 6, 9) mit nichtkongruenten Endflächen, die ein gleichschenklig, rechtwinkliges Dreieck (3) mit Schenkellänge 2a, ein symmetrisches Fünfeck (6), das sich bezogen auf die Symmetrielinie aus zwei Trapezen zusammensetzt und ein symmetrisches Sechseck (9) enthält, das sich bezogen auf die Symmetrielinie aus zwei Parallelogrammen zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt neun Bauelemente mit einer Gesamtgröße von 20a² vorhanden sind, daß das Trapez (5) der zweiten Gruppe von Bauelementen die Seiten und 2a sowie die Höhe aufweist, daß das symmetrische Fünfeck (8) der zweiten Gruppe der Bauelemente die Seiten a und sowie eine Höhe aufweist, daß das symmetrische Fünfeck (6) der dritten Gruppe die Seiten und 2a sowie eine Höhe von 2a aufweist und daß das symmetrische Sechseck (9) der dritten Gruppe die Seiten und 2a sowie eine Höhe von 2a aufweist.