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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts. Das Objekt
kann zum Beispiel eine Dekorierung, ein Trägerstrahl oder irgendein anderes
dreidimensionales Objekt sein.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Objekt, welches mit Hilfe des Verfahrens
gebildet ist.
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Verschiedene
Arten von Verbindungsverfahren sind bei sehr unterschiedlichen Aufgaben
gefordert. Beispiele umfassen z.B. Blockstrukturen, Dekorierungen
in Baukastenform, Gitterstrukturen und Spielzeuge. Zwei Teile können sehr
leicht durch Bilden von Aussparungen in ihnen, die ineinander passen,
zusammengefügt
werden, so dass die Teile in dem gewünschten Winkel verbunden werden
können.
Durch Erhöhen
der Anzahl von Aussparungen und Herstellen von komplizierteren Formen
können sogar
einige Teile miteinander verbunden werden. Je mehr Teile erforderlich
sind, desto komplizierter wird natürlich die Verbindung. Dies
wird zum Beispiel aus Verschachtelungspuzzeln deutlich, welche als
Rätsel (engl.
brain teasers) bekannt sind, deren Konstruktion äußerst kompliziert wird, wenn
die Anzahl von Teilen zunimmt. Beispiele für die Verbindungsverfahren treten
in den folgenden Veröffentlichungen
auf
FI 20000674 ,
US 4715503 ,
US 2977701 ,
US 4999383 und
US 5908342 .
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Die
US-A-5465961 offenbart ein Verfahren zum Bilden eines Basketballs,
aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines ersten Teils, welches
zwei Hälften
umfasst, welche über
einen Hals verbunden sind und durch einen Schlitz getrennt sind,
der sich nach innen von der äußeren Kantenoberfläche des
ersten Teils er streckt, eines zweiten Teils, welches zwei Hälften umfasst,
welche über
einen Hals verbunden sind und durch einen Schlitz getrennt sind,
der sich in Richtung nach innen von der äußeren Kantenoberfläche des
zweiten Teils erstreckt, und zweier nachfolgender Teile, bei welchen
es einen Schlitz gibt; und Verbinden des ersten, des zweiten und
der nachfolgenden Teile mittels der entsprechenden Schlitze.
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Eine
Schwäche
bei den bekannten Verbindungsverfahren ist, dass sie schlecht auf
unterschiedliche Arten von Strukturen anpassbar sind. Üblicherweise
wurden die verschiedenen Arten einer Verbindung für lediglich
eine einzige spezifische Anwendung entwickelt, derart, dass, wenn
sich die Anzahl von Teilen, die zu verbinden sind, ändert oder wenn
man es wünscht,
die Form oder den gegenseitigen Winkel der Teile zu variieren, verschiedene
Verbindungsverfahren verwendet werden müssen.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, ein Verbindungsverfahren zu erzeugen,
welches anpassbarer ist als die bekannten Verbindungsverfahren und
welches einfach implementiert werden kann.
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Insbesondere
ist die Erfindung dazu gedacht, ein Verbindungsverfahren zum Verbinden
von Teilen zu erzeugen, welche hauptsächlich eine plane bzw. ebene
Form aufweisen, um dreidimensionale Strukturen zu bilden.
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Die
Erfindung basiert darauf, dass zumindest drei Teile miteinander
verbunden werden und dass zumindest zwei der Teile zwei Hälften aufweisen, welche
durch einen Hals unterteilt sind, und zumindest zwei Schlitze, welche
auf der gleichen Linie zentriert sind. Diese Teile werden kreuzweise
an der Stelle der ersten Schlitze auf solch eine Art und Weise ineinandergepasst,
dass ihre Hälse
gegeneinanderliegen. Das dritte Teil weist einen Schlitz auf, welcher
in dem entsprechenden Winkel der Gitterstruktur auf solch eine Art
und Weise eingepasst werden kann, dass die Hälse der ersten und zweiten
Teile innerhalb des Schlitzes liegen.
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Die
Anzahl von Teilen, welche verbunden werden, kann durch Erhöhen der
Anzahl von Schlitzen leicht erhöht
werden.
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Noch
genauer ist das Verbindungsverfahren nach der Erfindung durch dasjenige
gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gesagt wird.
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Das
Objekt gemäß der Erfindung
ist wiederum durch dasjenige gekennzeichnet, was im kennzeichnenden
Teil von Anspruch 6 gesagt wird.
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Beträchtliche
Vorteile werden mit Hilfe der Erfindung erzielt.
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Mit
Hilfe der Erfindung ist es möglich,
die verschiedensten Formen herzustellen, was von lasttragenden Strukturen
bis zu dekorativen Objekten reicht. Ein Beispiel einer solchen lasttragenden Struktur
ist zum Beispiel eine Trägersäule, welche aus
Teilen hergestellt ist, die miteinander verbunden sind. Die Säule kann
leicht in einer flachen Form, auseinandergebaut in Teile, transportiert
werden, während
mit ihrer Hilfe eine dauerhafte Struktur erhalten wird, die leicht
einer seitlichen Last widerstehen wird. Strukturen von verschiedenen
Formen werden durch Verändern
der Form und des Volumens der miteinander zu verbindenden Teile
erzeugt. Die gegenseitigen Winkel der Teile, welche verbunden werden,
können
leicht verändert
werden durch lediglich Verändern
ihrer Abmessungen, während
die Grundidee der Struktur selbst unverändert bleibt. Wenn die Struktur
präzise
dimensioniert ist, so dass die Teile fest ineinander passen, sind
keine Befestigungselemente oder Verbindungsmittel erforderlich. Die
Struktur kann leicht auseinandergebaut werden, was es den Teilen
erlaubt, leicht transportiert und aufbewahrt zu werden. Die Erfindung
weist verschiedene Ausführungsformen
auf, durch welche Teile von verschiedenen Formen oder verschiedenen
oder variierenden Dicken oder gebogene Teile verwendet werden können. Mit
Hilfe der Erfindung ist es möglich,
Tragstrukturen oder sogar Möbel
zu implementieren, während
die Strukturen leicht auseinandergebaut werden können, und die Strukturen, welche
in Teile aus einandergebaut worden sind, können in Stapeln transportiert
werden, so dass sie nur einen geringen Raum einnehmen. Die Strukturen
nach der Erfindung sind einfach und schnell zu errichten, so dass sie
zum Irmplementieren verschiedener Strukturen verwendet werden können, welche
für eine
kurzzeitige Verwendung bestimmt sind, z.B. für große Publikumsveranstaltungen.
Weil die Teile hinsichtlich ihrer Verbindungen bzw. Verbindungsstellen ähnlich zueinander
sein können,
kann ein zerbrochenes Teil leicht ersetzt werden, und es gibt kein
Erfordernis für eine
große
Anzahl von Ersatzteilen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Zuhilfenahme von Beispielen und
mit Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen betrachtet werden.
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1 zeigt
ein Objekt nach der Erfindung in seinem montierten Zustand.
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2 zeigt
die Teile des Objekts der 1.
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3A–3D zeigen die Stufen der Montage des Objekts
der 1.
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4–6 zeigen
Formen, welche mit Hilfe der Erfindung implementiert sind.
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7 zeigt
noch eine andere Ausführungsform
der Erfindung.
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8 zeigt
ein Objekt nach der Erfindung in seinem montierten Zustand.
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9 zeigt
die Teile des Objekts der 8.
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10a–10d zeigen die Stufen der Montage des Objekts
der 8.
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Die 1 zeigt
ein kugelförmiges
dekoratives Objekt, welches auf die Art und Weise gemäß der Erfindung
montiert bzw. aufgebaut ist. Das Objekt besteht aus planen bzw.
ebenen Teilen, welche miteinander verbunden sind, und es weist eine
Schnur für sein
Aufhängen
auf. Das Objekt der 1 umfasst acht ebene Teile 1–8.
Bei diesen Teilen gibt es Schlitze zum Verbinden der Teile miteinander.
In der Mitte der Teile 1 und 2 ist ein Hals 10 vorgesehen,
welcher das Teil in zwei Hälften 14, 15 unterteilt.
Auf einer Seite des Halses 10 gibt es einen Schlitz 13,
wohingegen es an der gegenüberliegenden
Seite zwei aufeinanderfolgende Schlitze 11 und 12 gibt.
Alle diese Schlitze liegen in der gleichen Richtung und auf der gleichen
Mittellinie. Die Breite des inneren, zweiten Schlitzes 12,
welcher eine Fortsetzung des ersten Schlitzes 11, beginnend
von der äußeren Oberfläche des
Objekts, ist, entspricht der Dicke der einzelnen Teile 1–8.
Dieser erste und der dritte Schlitz 13 sind breiter als
er. Das Teil 2 ist ein Spiegelbild des Teils 1, und
der zweite Schlitz ist an dem Ende des dritten Schlitzes 13 vorgesehen.
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In
dem Teil 3 ist der zweite Schlitz 12, beginnend
von dem ersten Schlitz 11, breiter als der zweite Schlitz 12 der
Teile 1 und 2, wohingegen der erste und der dritte
Schlitz von der gleichen Breite sind wie die entsprechenden Schlitze
der Teile 1 und 2. In den Teilen 5 und 6 gibt
es überhaupt
keinen zweiten Schlitz. Der dritte Schlitz 11 startet von
der äußeren Oberfläche des
Teils und ist wiederum von der gleichen Breite wie die Dicke der
Teile, welche verbunden werden. In den Teilen 7 und 8 gibt
es keinen dritten Schlitz, während
sich der Hals 10 zu der äußeren Oberfläche des
Teils erstreckt. Wiederum ist die Breite des zweiten Schlitzes 12 die
gleiche wie die Dicke der Teile.
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Die 3A–3D zeigen die Montage des Objekts nach
der 1. Zunächst
werden die Teile 1 und 2 übereinandergedrückt, so
dass die zweiten Schlitze 12 angrenzend zueinander sind.
Die Schlitze 12 gehen dann zur Oberseite des Halses 10 des
gegenüberliegenden
Teils und bilden, wenn von der Oberseite gesehen, ein rechtwinkliges
Kreuz. Ein freier Raum, welcher durch die Schlitze eingegrenzt wird,
verbleibt an dem ersten Schlitz 11 und dem dritten Schlitz 13.
Als nächstes
können
die Teile 3 und 4 an Ort und Stelle gedrückt werden.
Der zweite Schlitz 12 kommt nun auf die Oberseite des durch
die Hälse 10 der
Teile 1 und 2 gebildeten Kreuzes, derart, dass die
Breite des Schlitzes so dimensioniert werden muss, dass er über dieses
Kreuz in einem Winkel passt. Die Passung ist vorzugsweise eng bzw.
fest, um die Fähigkeit
des Zusammenhaltens des Objekts zu verbessern. Als nächstes werden
die Teile 5 und 6 an Ort und Stelle gesetzt. Die
ersten Schlitze 11 kommen nun auf die Oberseite des Kreuzes,
das durch das erste und das zweite Teil gebildet ist, und den doppelten
Halsquerschnitt, so dass die Breite des Schlitzes größer sein
sollte. In den Teilen 7 und 8 sind die zweiten
Schlitze an dem Boden der ersten Schlitze 11 und kommen
gegen die dritten Schlitze 13, die sich zu dem äußeren Umfang
der Teile 5 und 6 erstrecken. Die Breite der ersten
Schlitze 11 in den Teilen 7 und 8 entspricht
derjenigen der Teile 5 und 6, und auch sie kommen
auf die Oberseite des doppelten Halskreuzes. Wenn weitere Teile
zu dem Objekt hinzugefügt
werden, wird die Struktur fester werden, weil die Kanten der größeren Anzahl
von Schlitzen die Struktur und die vorherigen Teile zusammenpressen.
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Alternativ
kann eine Montage erfolgen durch zunächst Verbinden der Teile 6 und 8,
dann der Teile 4 und 2 in dieser Reihenfolge mit
dem Kreuz, das gebildet worden ist, und danach Befestigen der Teile
mit ungerader Zahl in ihrer numerischen Reihenfolge.
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Bei
diesem Beispiel folgt die Anzahl von Teilen der mathematischen Reihe 2, 4, 8, 16, 32,
..., derart, dass beim Bilden einer Struktur aus Ebenen einer gleichen
Dicke, bei welcher der Winkel zwischen den angrenzenden Teilen der
gleiche ist, ein Verbindungskreuz bzw. eine Kreuzverbindung von
zwei Teilen als die Basis der Struktur verwendet werden kann. Die
Breite der engeren Schlitze 12 ist gleich der Dicke der
Teile, so dass die Teile in einem Winkel von 90° zueinander liegen, wohingegen
die breiteren Schlitze 11, 13 sicherstellen, dass
die gewünschte Anzahl
von Teilen an der Struktur befestigt werden kann. Die nächste Stufe
der Reihe, wenn die Anzahl von Teilen vier ist, wird erreicht, wenn
die Schlitze der nächsten
Teile gesetzt sind, um die Mitte der Verbindung zwischen zwei Teilen
zu stützen.
Die nächste Zahl
in der Reihe ist acht, d.h. auch sie wird erreicht durch Hinzufügen der
gleichen Anzahl von Teilen, wie sie schon in der Struktur vorhanden
ist, d.h. vier, um die Mitte der Verbindung zwischen den vorherigen Teilen
zu stützen.
Durch Verfolgen der Reihe kann die Breite der Schlitze entsprechend
der Dicke und der Anzahl der Teile festgelegt werden, so lange die Materialdicken
und die Dicke an der Verbindung jedes Teils, das derzeit hinzugefügt wird,
bekannt sind. Die Winkel zwischen den Teilen sind immer die Hälfte des
zuvor geformten Winkels, beginnend mit 90°. Wenn die Bemessung der Schlitze
verändert
wird und ihre Kanten abgefast werden, können selbstverständlich Win kel
erhalten werden, die von diesem unterschiedlich sind. In solch einer
Struktur wird jede Stufe gemäß der mathematischen
Reihe stabil sein. In dem Beispiel der 1 bilden
die Teile Paare mit einem identischen Kreuzungspunkt, welche auf
gegenüberliegenden
Seiten des Mittelpunkts der Struktur liegen, während ihre Hälse von
dem Mittelpunkt gleich beabstandet sein werden.
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Das
Material der Dekorierung nach der 1 kann Flugzeugsperrholz
mit einer Dicke von zum Beispiel 1 mm sein. In diesem Fall ist die
Dicke des Halses immer 1/8 des Durchmessers des
kreisförmigen
Teils, so dass die Hälse
einen vereinigten Träger über den
gesamten Durchmesser des Objektes bilden werden.
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Es
ist somit bevorzugt, die Montage des Objekts der 1 von
den zentralsten Teilen 1 und 2 her zu beginnen,
welche übereinander
geschlitzt sind, derart, dass ihre 1 × 10-mm-Schlitze, welche am nächsten zu
der Mitte bzw. dem Zentrum sind, übereinanderpassen werden, so
dass der Winkel zwischen den Teilen 90° sein wird. Die Teile 3 und 4 werden über und
unter dem durch die Teile 1 und 2 gebildeten Kreuz
derart befestigt, dass sie in einem Winkel von 90° zueinander
liegen und dass die 2,5 × 20-mm-Schlitze
einen Träger
für die
Kreuzung zwischen den Teilen 1 und 2 von vier
Richtungen bilden. Das Teil 5 ist zwischen die Teile 2 und 3 gesetzt
und das Teil 6 dementsprechend zwischen die Teile 2 und 4 von
der gegenüberliegenden
Seite, derart, dass die Schlitze der Teile 5 und 6 die
Struktur an der Kreuzung der zuvor befestigten Teile stützen. Die
finalen Teile 7 und 8 bilden ein Kreuz und werden
in einem Winkel von 90° zu
den Teilen 5 und 6 auf solch eine Art und Weise
gesetzt, dass die 1 × 10-mm-Schlitze einander überlappen.
Zuvor kann die Hängeschnur 9 zwischen
den Teilen 7 und 8 platziert werden. Mit Hilfe
einer präzisen
Dimensionierung und Reibung hält die
Struktur ohne Klebstoff oder andere Befestigungsmittel zusammen
und kann, wenn nötig,
leicht ohne ein Beschädigen
der Struktur auseinandergebaut werden. Es sollte verstanden werden,
dass die Stabilität
solch einer Struktur zunimmt, wenn die Anzahl von Teilen zunimmt,
weil der Druck in der zentralen Verbindungsstelle zunimmt, wenn
Teile bei immer mehr abnehmenden Winkeln hinzugefügt werden.
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Das
dekorative Objekt muss nicht notwendigerweise wie ein Rotationsobjekt
aussehen, sondern es ist auf die An und Weise nach der Erfindung
möglich,
zum Beispiel einen Vogel mit gespreizten Flügeln wie in der 4 herzustellen.
Der Vogel besteht aus zwei Körperteilen 17,
an welchen die Flügelteile 16 befestigt
werden. Die Schlitze der Teile können
in der oben beschriebenen An und Weise gebildet sein. Die 5 zeigt
ein kugelförmiges
Objekt mit individuellen Teilen. Beim Formen solch eines Objekts
kann die Verbreiterung der Teile ausgenutzt werden, und die Schlitzanordnung
nach der Erfindung wird nicht erforderlich sein, stattdessen können alle
Schlitze die gleiche Breite aufweisen. Das Objekt wird dann dank der
gegenseitigen Kompressionskräfte
zwischen den Hälften
der Teile intakt bleiben. Eine bessere Fähigkeit jedoch, um intakt bzw.
unversehrt zu bleiben, wird erreicht durch Bilden der Verbindung
in der Art und Weise nach der Erfindung. Die 6 zeigt
zum Beispiel eine Struktur, die für ein Verwenden als die Blätter eines
Ventilators oder als ein Schaufelrad geeignet ist. Um die Montage
zu erleichtern, können
die Teile in einem gewissen Abstand von der Verbindungsstelle erweitert
sein, derart, dass die Wände sich
anfänglich
stützen,
jedoch näher
zu den Kanten der Kontakt aufhört.
Des Weiteren können
die Teile von dem Verbindungspunkt zu einer Kante erweitert sein,
jedoch können
sie auf der anderen Seite dünner sein.
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Die 7 zeigt
ein Beispiel einer Gitterstruktur, welche mit Hilfe der Erfindung
implementiert ist. Um das Gitter zu bilden, müssen Teile hergestellt werden,
bei welchen es Verbindungspunkte 18, 19 für zumindest
zwei Verbindungsstellen gibt. Auf diese An und Weise können die
Verbindungspunkte miteinander verbunden werden, um sogar extensive
Strukturen zu bilden. Die aus vier Verbindungspunkten gebildete
Struktur, welche in der 7 gezeigt ist, würde zum
Beispiel, entweder in dieser Größe oder
unter Einschließen
von sogar mehr Verbindungsstellen, als eine Ausfüllung zwischen Verbundstrukturen
geeignet sein. Weil das Verbindungsverfahren nach der Erfindung
ein äußerst gutes
Objekt zum Tragen einer Last erzeugt, welche parallel zu der Verbindung
wirkt, und weil die Struktur leicht sein wird, wenn man dünne Teilplatten
verwendet, weist die Struktur offensichtlich Vorteile in Verbundkonstruktionen
auf.
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Die 8–10 zeigen
noch eine andere Ausführungsform
der Erfindung, welche fester ist und eine größere Fähigkeit hat, intakt zu verbleiben.
Bei dieser Lösung
sind drei Schlitze in jedem Teil 1–8 gebildet, und in
jedem Teil sind die Schlitze von verschiedenen Dicken. Dies erzeugt
eine kontinuierliche Verbindung über
den gesamten Durchmesser oder die gesamte Länge des Objekts, abhängig von
der Form des Objekts. Spiegelbilder der Teile werden durch einfaches
Umdrehen eines Teils erhalten. Des Weiteren kann die Montage des
Objekts begonnen werden durch miteinander Verbinden jedes parallelen
Paars von irgendwelchen Teilen, z.B. 1 und 2, 2 und 3, 5 und 6 usw.
Danach ist es möglich,
mit dem Hinzufügen
eines Teils in jeder abnehmenden oder aufsteigenden numerischen
Reihenfolge fortzufahren, bis das Objekt vollständig ist. In jedem Teil gibt es
zunächst
einmal den breitesten Schlitz 20, auf dessen gegenüberliegender
Seite es relativ zu der Kante des Teils zwei andere Schlitze 21, 22 und
einen Hals 10 gibt. Der Hals bewegt sich auf solch eine Art
und Weise von der Kante des Teils zu der Mitte, dass in dem ersten
Teil 1 der Hals an der Kante des Teils ist und die Breiten
der Schlitze 20–22 von
der breitesten zu der engsten verlaufen. In dem nächsten Teil
bewegt sich der Hals um einen Abstand gleich zu der Länge des
engsten Schlitzes 22 in Richtung zu der Mitte, welcher
sich selbst zu der Kante des Teils bewegt. In dem folgenden Teil
hat sich der Hals 10 um einen Abstand gleich zu der Länge des
mittleren Schlitzes 21 in Richtung zu der Mitte bewegt,
wohingegen der engste Schlitz 22 eine Fortsetzung des breitesten
Schlitzes ist. In dem finalen Teil 4 und in seinem Spiegelbild 5 sind
die engsten und mittleren Schlitze angrenzend zueinander, und der
Hals ist an dem Ende des breitesten Schlitzes. Das wesentliche Merkmal
bei diesem Aufbau ist, dass sich der Hals 10 zunächst um
die Länge
des engsten Schlitzes 22, dann um die Länge des mittleren Schlitzes
und dann um ihre kombinierte Länge
in Richtung zu dem Zentrumspunkt bzw. Mittelpunkt des Objekts bewegt.
Die Schlitze müssen
immer auf der gleichen Linie bleiben. Die Längen der Schlitze sind in solch
einer Art und Weise ausgewählt,
dass die Länge des
engsten Schlitzes 1/8 des Durchmessers des Teils
ist, die nächste 1/4 ist
und die breiteste 1/2 ist. Wenn eine andere Anzahl
von Teilen verwendet wird, müssen selbstverständlich die
Abmessungen verändert
werden. Die Breite der Schlitze wird wie oben beschrieben definiert.
Auf der anderen Seite kann die Länge der
Schlitze variieren, jedoch werden in diesem Fall die Leichtigkeit
der Montage und die Stärke
verringert werden. Wenn die Anzahl von Teilen der mathematischen
Reihe 2, 4, 8, 16, ... folgt,
dann kann die Regel, welche zum Bewerkstelligen der Anzahl von Schlitzen
verwendet wird, diejenige sein, dass die Anzahl von Schlitzen die
gleiche ist wie die Sequenzzahl der Anzahl von Teilen in der Reihe,
d.h. die Zahl 8 3 Schlitzen entspricht, die Zahl 16 4 Schlitzen
entspricht usw.
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Ausführungsformen
der Erfindung, welche sich von den oben offenbarten unterscheiden,
können
ebenso in Betracht gezogen werden. Bei allen Teilen der Struktur
kann die Breite des Halses die gleiche sein, oder sie kann variieren.