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Einschlägige Anmeldungen
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Es wird die Priorität der am
11. Dezember 1995 eingereichten vorläufigen Patentanmeldung mit der
Serien-Nrummer 60/011,609 beansprucht.
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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft Konstruktionssysteme, genauer
gesagt Konstruktionssysteme mit einzelnen Konstruktionselementen
mit Ball- und Klemmbacke-Verbindungen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es existiert eine große Vielfalt
von Konstruktionssystemen, insbesondere auf dem Gebiet von Spielzeugen,
die auf dem Markt verfügbar
sind und in Patentanmeldungen in den Vereinigten Staaten und im
Ausland beschrieben sind, siehe z. B. DE-A-23 56 930 oder BG-A-2258821.
Derartige Konstruktionssysteme verfügen im Allgemeinen über Elemente
mit einer eingreifenden Kopplungseinrichtung und einer aufnehmenden
Kopplungseinrichtung, um die Elemente miteinander zu verbinden.
Obwohl eine Gruppe derartiger Konstruktionselemente im Allgemeinen mit
einer Vielzahl von Arten verbunden werden kann, bestehen bei derartigen
Systemen im Allgemeinen eine Anzahl von Einschränkungen, zu denen die folgenden
gehören:
- (i) eine Kopplungseinrichtung eines Typs kann nicht
mit einer Kopplungseinrichtung desselben Typs koppeln;
- (ii) es ist nur ein Typ wechselseitiger eingreifender/aufnehmender
Verbindung möglich;
- (iii) eine eingreifende/aufnehmende Verbindung verfügt über nur
eine Winkelausrichtung oder einen begrenzten Bereich von Winkelausrichtungen;
- (iv) einige Flächen
eines Konstruktionselements können
beim Herstellen einer Verbindung nicht verwendet werden;
- (v) zur Verbindungsherstellung ist nur eine Größenskala
von Elementen verfügbar;
- (vi) die Elemente bestehen aus einem elastomeren Material und
sind daher nicht flexibel;
- (vii) eine Umkonfiguration von miteinander verbundenen Elementen
wird nicht durch Klangeffekte wie Klick- oder Ratschenklänge hervorgehoben;
- (viii) die Elemente haben keine Ähnlichkeiten mit biologischen
Formen, und sie können
daher keine biologischen sowie andere organische und anorganische
Systeme, Strukturen oder Wechselwirkungen nachbilden;
- (ix) wenn das Spielzeug Ball-Fassung-Verbindungen enthält, arretieren
diese nicht in bestimmten Ausrichtungen;
- (x) die Elemente beinhalten keine Einrichtungen für kleine,
genaue und reproduzierbare Neuausrichtungen;
- (xi) es kann keine kleine Anzahl von Elementen miteinander verbunden
werden, um eine geschlossene Schleife zu bilden;
- (xii) die Elemente sind nicht so ausgebildet, dass Verbindungen
unter Verwendung eines Hebels aufgebrochen werden können; und
- (xiii) die Elemente sind nicht so ausgebildet, dass Verbindungen
leicht vorgenommen werden können.
- (xiv) Wenn sich zwei Teile in Ball-Klemmbacke-Verbindung befinden,
kann der Ball nicht innerhalb der Klemmbacke lediglich durch Ausüben einer
wechselseitigen Kraft von einer Arretierposition in eine andere
bewegt werden.
- (xv) Es fehlt eine dynamische Bewegung, die eine ergonomische
Bewegung sowie Platonsche und archimedische Geometrien nachahmt.
- (xvi) Es fehlt eine Ähnlichkeit
hinsichtlich biomechanischer Bewegung, Wachstum und Formen.
- (xvii) Am Umfang einer Klemmbacke oder einer Fassung existieren
keine Lippen zum Aufnehmen eines Balls und eines Schafts und um
für ein
Becken mit Anziehung zu sorgen, so dass ein Teil auf einem Ende
stehen könnte,
und um für
eine zusätzliche
Oberfläche
für eine
Kopplungseinrichtung zu sorgen, durch die ein Typ einer Kopplungseinrichtung
mit einer Einrichtung vom selben Typ koppelt.
- (xviii) Keine andere Ball-Klemmbacke-Verbindung verwendet sowohl
Reibung als auch einen "Arretier"mechanismus gleichzeitig,
um die Positionierung miteinander verbundener Elemente zu steuern.
- (xix) Dieselbe Anzahl von Teilen kann ein geschlossenes System
erzeugen und kann jeden beliebigen Punkt innerhalb einer imaginären Kugel
berühren.
- (xx) Als System erlauben andere Spielzeuge keine komplexe Form
und Bewegung innerhalb eines kleinen Raums.
- (xxi) Als System erlauben keine anderen Spielzeuge die Nachbildung
komplexen Wachstums und Verzweigens.
- (xxii) Es können
nicht nur zwei Elemente in über zehn
verschiedenen Arten verbunden werden.
- (xxiii) Es sind keine einzigartigen Verbindungen enthalten,
die auch als Übergangsverbindungen zu
anderen einzigartigen Verbindungen wirken.
- (xxiv) Es existiert kein System mit offenem Design.
- (xxv) Es existieren keine drei Teile, die ein Dreieck bilden.
- (xxvi) Es existiert kein Dreieck, das zwar stabil ist, sich
aber dennoch dreht.
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Demgemäß besteht Bedarf an einem Konstruktionssystem,
das die Einschränkungen
bekannter Systeme überwindet,
einfach zusammenbaubar ist und billig herstellbar ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Erfindung ist auf ein Konstruktionssystem
mit einzelnen Konstruktionselementen gerichtet, die durch mindestens
eine Ball-Fassung-Verbindung oder eine Fassung-Fassung-Verbindung
miteinander verbunden werden können.
Ein Grund-Konstruktionselement
verfügt über einen
Körper
mit einem Ball an einem Ende und einer Fassung am anderen Ende oder
mit Bällen
an beiden Enden oder mit Fassungen an beiden Enden. Es werden andere
Konstruktionselemente in Betracht gezogen, die über mehr oder weniger als zwei
Verbinder für
ein einzelnes Element verfügen
können.
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Ein Ball eines Konstruktionselements
kann wegnehmbar in die Fassung eines anderen Elements eingesetzt
werden. Die Fassung, die auch als Klemmbacke bezeichnet wird, verfügt über mindestens
zwei blumenblattförmige
Elemente, die durch Öffnungen
an jeder Seite derselben getrennt sind. Die Ball-Fassung-Verbindung "arretiert" unter Ausrichtungen, wenn mindestens
eine Arretiervorrichtung im Inneren der Fassung in mindestens eine
von mehreren Einbuchtungen am Ball eindringt. Dank der Kontur der
blumenblattförmigen
Elemente der Klemmbacke beträgt
der verfügbare
Bereich von Ausrichtungen bei einer Ball-Fassung-Verbindung mindestens
2π sterad.
Ein regelmäßiges Muster
von Einbuchtungen auf dem Ball erlaubt es, kleine, gut kontrollierte
und reproduzierbare Neuausrichtungen der Verbindung vorzunehmen.
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Die Elemente können auch auf viele Arten miteinander
verbunden werden, wie z. B. zwei Typen von Fassung-Fassung-Verbindungen, bei
denen die Längsachsen
der miteinander verbundenen Elemente kolinear sind. Bei einer Fassung-Fassung-Verbindung
sind die blumenblattförmigen
Elemente eines Elements mit den blumenblattförmigen Elementen eines zweiten
Elements verbunden. Ein dritter Typ von Fassung-Fassung-Verbindung erlaubt es, dass
die Elemente eine Kette bilden, bei der die Längsachsen der Elemente parallel
und koplanar und rechtwinklig zur Kettenrichtung liegen. Die Elemente
können
auch dadurch miteinander verbunden werden, dass die Fassung eines
ersten Elements den Körper
eines zweiten Elements erfasst. Bei einer Fassung-Körper-Verbindung verlaufen
die Längsachsen
der zwei Elemente orthogonal, und der Winkel zwischen der Symmetrieebene
des ersten Elements und der Längsachse
des zweiten Elements ist über
360° kontinuierlich
einstellbar. Bei der Fassung-Körper- Verbindung kann ein
geschlossenes System durch Verbinden dreier Elemente hergestellt
werden. Der Konstruktionssatz kann Elemente verschiedener Größenskalen
und Elemente mit Verbindern von mehr als einer Größenskala
beinhalten.
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Obwohl die Erfindung vorzugsweise
zur Verwendung als Konstruktionssatz im Bereich von Kinderspielzeugen
konzipiert wurde, sind die Grundmerkmale der Erfindung an eine große Vielfalt
von Endanwendungen anpassbar. Auf dem Gebiet von Spielzeugen wird
ein Konstruktionssatz gemäß der Erfindung
zur Verwendung beim Aufbauen von Spielzeugen wie Actionfiguren,
Plüschspielzeugen,
Puppen, Spielen und Vorschulanwendungen in Betracht gezogen. Auch
wird es in Betracht gezogen, dass die Erfindung eine Plattform für andere
Spielzeuge bilden kann, wie für
Actionfiguren, Plüschspielzeug
und Puppen, wobei die Technologie gemäß der Erfindung in diese Spielzeuge
eingebettet ist, anstatt dass sie als System zum Aufbauen der Spielzeuge
verwendet würde.
Zu anderen Verwendungen der Erfindung gehört die Herstellung von Möbeln und
Haushaltswaren. Bei Möbelanwendungen
könnten
die Konstruktionselemente in großem Maßstab aus einem geeigneten
Material hergestellt werden und entweder in einer Fabrik oder durch
einen Kunden zu einem Möbelstück zusammengebaut
werden. Außerdem
könnte die
Erfindung als Verbinder zur Verwendung bei Zusammenbaumöbeln verwendet
werden. Die Ball-Fassung-Verbindung könnte dazu verwendet werden,
bewegliche Möbel
herzustellen, wie einen Schaukelstuhl. Zu anderen in Betracht gezogenen Verwendungen
gehört
zeitweilige Architektur wie Gerüste
und Büroteiler.
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Die Systeme können für wissenschaftliche Modellbildung
verwendet werden, z. B. Molekülnachbau,
ergonomische und anatomische sowie künstlerische Modellbildung einschließlich Figuren
in Pose und Beschlägen.
Das System könnte
für Schaustellungseinrichtungen
verwendet werden, wie in einem Geschäft, einem Museum oder bei Auslageeinrichtungen
in einem Büro,
einschließlich
Wandhalterungen und Regalen. Das System könnte zum Schaffen von Schaufensterpuppen
in der Bekleidungsindustrie verwendet werden. Das System könnte auch
bei Spielplatzanlagen im Freien, Sportgeräten sowie für Schmuck oder andere Bekleidungsaccessoirs
verwendet werden.
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Zu anderen in Betracht gezogenen
Verwendungen gehören
Prothesen sowie Roboter und Computeranwendungen. Auf dem Computergebiet
kann Software entwickelt werden, wodurch das System bei computerunterstützter Modellbildung
verwendet werden könnte.
Es wird in Betracht gezogen, dass das System dazu verwendet werden
könnte,
ein Modell aufzubauen, das mit einem Computer verbunden werden könnte, der
seinerseits eine virtuelle 3D-Version des Modells erzeugen würde. Gemäß dem System
hergestellte Modelle könnten
mit einem Computer verbunden werden und dann manipuliert werden, um
eine Echtzeitanimation der virtuellen Version einer entsprechenden
computererzeugten Form, wie bei einem elektronischen Puppenspiel,
zu erzeugen. Es wird eine Bewegungsstopp-Animation in Betracht gezogen, bei der
das System dazu verwendet werden kann, Armaturen zu erzeugen, auf
denen Häute, Ton
oder anderes Material platziert werden könnte, um Charaktere zu schaffen.
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Daher ist es eine allgemeine Aufgabe
der Erfindung, ein Konstruktionssystem mit Elementen zu schaffen,
die für
eine Vielzahl von Verbindungstypen sorgen.
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Daher ist es eine andere allgemeine
Aufgabe der Erfindung, ein Konstruktionssystem mit Elementen zu
schaffen, die über
Verbindungen verfügen,
die einen großen
Bereich von Ausrichtungen erlauben.
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Es ist eine. Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem mit Elementen mit einer Kopplungseinrichtung
zu schaffen, die es erlaubt, die Ausrichtung zwischen Elementen
einzustellen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem mit Elementen zu schaffen, die eine eingreifende/eingreifende
Verbindung erlauben.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem mit Elementen zu schaffen, die mehrere Typen
von eingreifenden/eingreifenden Verbindungen erlauben.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem mit Elementen zu schaffen, die für eine eingreifende/aufnehmende
Verbindung mit einer Winkelausrichtung sorgen, die kontinuierlich
und fließend
einstellbar ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem mit Elementen zu schaffen, die für eine eingreifende/aufnehmende
Verbindung sorgen, bei der der verfügbare Bereich von Ausrichtungen mindestens
2π sterad
beträgt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem so zu schaffen, dass drei Elemente verbunden
werden können,
um eine geschlossene Schleife zu bilden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem mit Elementen zu schaffen, die eine Maßnahme zum
Verbinden der eingreifenden Verbindungseinrichtung eines Elements
mit dem Bereich zwischen der eingreifenden und der aufnehmenden Verbindungseinrichtung
des anderen Elements bilden, wobei diese Verbindung über einen
Ausrichtungsbereich einstellbar ist oder hinsichlich der Ausrichtung
fixiert ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem mit Elementen zu schaffen, die eine Skalenänderung
erzeugen können.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Konstruktionssystem zu schaffen, bei dem Elemente über eine
Einrichtung zum Erzeugen von Klängen, wenn
verbundene Elemente neu ausgerichtet werden, verfügen.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden durch Berücksichtigen
der Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
Diese verschiedenen Ausführungsformen und
ihre Abwandlungen werden in der detaillierten Beschreibung detaillierter
angesprochen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die beigefügten Zeichnungen, die in die
vorliegende Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil derselben
bilden, veranschaulichen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen, gemeinsam mit der detaillierten Beschreibung,
dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Konstruktionselements.
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1A ist
eine Seitenansicht eines Ballverbinders, um eine aufgeraute Oberfläche zu veranschaulichen.
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1B ist
eine Seitenansicht eines Ballverbinders, um konkave Einbuchtungen
zu veranschaulichen.
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1C ist
eine Seitenansicht eines Ballverbinders, um konvexe Höcker zu
veranschaulichen.
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1D ist
eine Seitenansicht eines Ballverbinders, um eine facettierte Fläche zu veranschaulichen.
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1E ist
eine Seitenansicht eines Ballverbinders, um Kugelrippen zu veranschaulichen.
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1F ist
eine Seitenansicht eines Ballverbinders, um Verbindungskugeln mit
offenem Ende zu veranschaulichen.
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1G ist
eine Seitenansicht eines Ballverbinders, um spiralförmige Arretiervorrichtungen
zu veranschaulichen.
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1H ist
eine Seitenansicht eines perforierten Ballverbinders.
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1I ist
eine Seitenansicht eines eiförmigen
Ballverbinders.
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1J ist
eine Seitenansicht eines gekerbten Ballverbinders.
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2 zeigt
eine erste Schnittansicht des erfindungsgemäßen Konstruktionselements.
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2A ist
eine Vorderansicht eines perforierten blumenblattförmigen Verbinders.
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2B ist
eine Vorderansicht eines gitterförmigen
blumenblattförmigen
Verbinders.
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2C ist
eine Vorderansicht eines offenen blumenblattförmigen Verbinders.
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2D ist
eine Vorderansicht eines blumenblattförmigen Verbinders, der aus
mehreren Fingerelementen besteht.
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3 zeigt
eine zweite Schnittansicht des erfindungsgemäßen Konstruktionselements.
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3A ist
eine Draufsicht einer Fassung zum Veranschaulichen einer Arretiervorrichtung
mit einem Rotationsbegrenzer.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht zweier Konstruktionselemente gemäß einem
ersten Typ einer Fassung-Fassung-Verbindung.
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5A zeigt
eine perspektivische Ansicht zweier Konstruktionselemente bei einer
Ball-Fassung-Verbindung, wobei die Längsachsen unter ungefähr 120° zueinander
ausgerichtet sind, und wobei der verjüngte Teil eines Elements an
den Innenabschnitt der Lippe des anderen Elements anliegt.
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5B zeigt
eine perspektivische Ansicht zweier Konstruktionselemente bei einer
Ball-Fassung-Verbindung, wobei die Längsachsen unter ungefähr 120° zueinander
ausgerichtet sind, und wobei der verjüngte Teil eines Elements am
Becken am Vorderrand der Lippe des anderen Elements anliegt.
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6 zeigt
eine Kette von Konstruktionselementen mit Ball-Fassung-Verbindungen.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht zweier Konstruktionselemente mit Fassung-Körper-Verbindung.
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7A ist
eine schematische Teilansicht einer alternativen Körperkonstruktion.
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7B ist
eine schematische Teilansicht einer zweiten alternativen Körperkonstruktion.
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7C ist
eine schematische Teilansicht einer dritten alternativen Körperkonstruktion.
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8 zeigt
eine perspektivische Ansicht zweier Konstruktionselemente bei einem
zweiten Typ einer Fassung-Fassung-Verbindung.
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9 zeigt
eine Draufsicht einer Kette von Konstruktionselementen bei einem
dritten Typ einer Fassung-Fassung-Verbindung,
wobei die Längsachsen
der Elemente koplanar sind und quer zur Kettenrichtung verlaufen.
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9A zeigt
eine Draufsicht einer Fassung-Fassung-Pendelverbindung.
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10 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Konstruktionselements.
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11 zeigt
eine erste Schnittansicht des Konstruktionselements der 10.
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12 zeigt
eine zweite Schnittansicht des Konstruktionselements der 10.
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13 zeigt
einen Teilschnitt einer alternativen Ausführungsform einer meniskusförmigen Halskonstruktion.
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14 ist
eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung mit
einem gekerbten Körper.
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14A ist
eine Draufsicht von miteinander verbundenen Konstruktionselementen
mit gekerbten Körpern.
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15A ist
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements in
Form einer quadratischen Platte.
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15B ist
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements in
Form einer Dreiecksplatte.
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15C ist
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements in
Form einer Kreisplatte.
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16A ist
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Skalierungselements.
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16B ist
eine Draufsicht eines alternativen Skalierungselements.
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16C ist
eine Draufsicht eines zweiten alternativen Skalierungselements.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein Grund-Konstruktionselement 100 gemäß der Erfindung
ist in der 1 in Perspektive
und in den 2 und 3 im Querschnitt dargestellt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
besteht das Konstruktionselement 100 aus einer elastomeren
Verbindung. Das Konstruktionselement 100 verfügt über einen langgestreckten,
im Wesentlichen zylindrischen Körperabschnitt 120,
wobei ein im Wesentlichen kugelförmiger
Ball 110 an einem Ende über
einen engen Hals 150 am Körper 120 befestigt
ist und sich am entgegengesetzten Ende eine Fassung oder eine Klemmbacke 130 vom
Körper 120 aus
erstreckt. Der Hals 150 kann kreisförmig, oval, rechteckig oder
von anderer Querschnittsform sein. Zum Beispiel würde ein
Ball mit einem Durchmesser von 0,75 Zoll über einen Hals mit einem Durchmesser
von 0,2 Zoll, einen Körper
mit einem Durchmesser von 0,548 Zoll und eine Klemmbacke mit einer Öffnung von
0,54 Zoll zwischen blumenblattförmigen
Elementen der Klemmbacke verfügen.
An der Basis des Halses befindet sich eine Rippe, um die Festigkeit
zu verbessern. Der Ball 110 verfügt über mehrere kleine Einbuchtungen 112,
die um seine Oberfläche
herum beabstandet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform existieren für Bälle 110 mit
einem Durchmesser von ungefähr
3/8'' 62 Einbuchtungen 112,
die als Ikosaedermuster (12 Ecken, 20 Zentren, 30 Mittelpunkte)
angeordnet sind, die mit einer Ecke auf einer Längsachse ausgerichtet sind.
Für Bälle 110 mit
einem Durchmesser von ungefähr
3/4'' existieren einhundertzweiundzwanzig
Einbuchtungen 112, die auf den Zentren von Flächen und
in der Mitte entlang Rändern
eines "Bucky Ball" liegen (Festkörper mit
12 Fünfeckflächen, 20
Sechseckflächen
und 90 Kanten), wobei die normalen Ränder von zwei Sechseckflächen mit
der Längsachse
des Körpers 120 ausgerichtet
sind.
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Bei der Bucky-Ball-Anordnung sind
die Einbuchtungen so angeordnet, dass 32 im Zentrum und 90 auf einem
Mittelpunkt liegen. Die Bucky-Ball-Anordnung erlaubt eine außerordentlich
genaue und umfassende wissenschaftliche sowie mechanische Modellbildung.
Die Einbuchtungen verfügen über zwei
getrennte Durchmesser (größer für Mittelpunkte und
kleiner für
Zentrumsstellen), die verschiedene Klicktöne, Feelings und Arretierstärken erzeugen, wenn
sie in der Klemmbacke verdreht werden. Jedoch könnten die Einbuchtungen alle
dieselbe Form, denselben Durchmesser und dieselbe Tiefe aufweisen.
Es sei darauf hingewiesen, dass für diese beiden Anordnungen
von Einbuchtungen Einbuchtungen entlang Äquatorlinien auf dem Ball existieren. Anwendungsabhängig können auch
andere Anordnungen von Mustern und Geometrien von Einbuchtungen
verwendet werden. Zum Beispiel kann zur Modellbildung von Atomstrukturen
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems die Anordnung von Einbuchtungen
so gewählt
werden, dass sie den Ausrichtungen von Elektronenwolken um einen Atomkern
herum entspricht.
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Als nicht beschränkendes Beispiel zeigen die 1A bis 1J verschiedene Oberflächenanordnungen
des Balls 110. In der 1A ist
die Außenfläche 114 des
Balls 110 eine unregelmäßig geformte, aufgeraute
Fläche.
In der 1B verfügt die Kugel 110 über konkave,
Kuchenform-förmige Einbuchtungen 112 mit
Durchmessern und Tiefen verschiedener Größen. Die flachen Einbuchtungen
halten den Ball am Ort, während
die tieferen Einbuchtungen eine Drehung des Balls innerhalb einer
Fassung auf der Arretiervorrichtung erlauben. Es ist auch zu beachten,
dass die Anordnung der Einbuchtung ein unregelmäßiges oder ein regelmäßiges Muster
um die Oberfläche
des Balls herum bilden kann. Die 1C veranschaulicht
einen Ball 110 mit konvexen Höckern 113, die über gleichmäßige oder
variierende Durchmesser und Höhen
verfügen.
Die 1C veranschaulicht
einen Ball 110, dessen Oberfläche über eine Anzahl von Facetten 115, ähnlich einem
Fußballaufbau,
verfügt.
Es ist zu beachten, dass die Facette 117 zwar als Sechseck
dargestellt ist, dass jedoch andere geometrische Formen die Facette
bilden können.
In der 1E ist die Oberfläche des
Balls 110 mit Rippen 116 in der Breiten- und der
Längsrichtung gerippt,
wodurch ein globusartiges Muster gebildet ist. Die Rippen können mit
einem sinusförmigen
Muster ausgebildet sein, das sich parallel, rechtwinklig oder kreuzweise
erstreckt, um eine dreidimensionale Zahnung zu bilden. Die 1F veranschaulicht noch eine
andere alternative Anordnung, bei der die Oberfläche des Balls 110 über eine
einzelne Kugel 117 mit offenem Ende am Ende des Balls verfügt. Wie
es in der 1G dargestellt
ist, ist um den Umfang des Balls herum ein Spiralmuster 111 ausgebildet. Ähnliche
Bälle 110 können massiv
oder hohl sein. In der 1H können in
der Oberfläche
des hohlen Balls 110 ausgebildete Einbuchtungen 112 entweder
konkave Einbuchtungen in der Oberfläche des Balls bilden, oder
sie können
durch die Wand des Balls 110 verlaufen, um Löcher zu
bilden.
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In den 1I und 1J sind andere Variationen des
Balls 110 dargestellt. Obwohl die bevorzugte Form des Balls 110 eine
Kugel ist, werden andere Formen in Betracht gezogen, wie die in
der 1I dargestellte
Eiform. Wie es in der 1J dargestellt ist,
kann der Ball 110 aufgeteilt sein, oder er kann über eine
Kerbe 118 verfügen,
so dass eine Platte in die durch die Kerbe gebildete Öffnung eingeführt werden
kann. Eine Platte sorgt für
zusätzliche
Flächen
für die
Verbindung mit zusätzlichen
Konstruktionselementen, um verschiedene Muster zu bilden. Obwohl
es bevorzugt ist, dass der Ball 110 über ein Oberflächenmuster
in der beschriebenen Art verfügt, wird
es bei einer weniger bevorzugten Ausführungsform in Betracht gezogen,
dass der Ball über
eine glatte Oberfläche
verfügt.
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Wie es ebenfalls aus den 2 und 3 erkennbar ist, verfügt die Fassung 130 oder
die Klemmbacke über
zwei einander gegenüber
stehende blumenblattförmige
Elemente 140 mit einer Innen- und einer Außenfläche, die
im Wesentlichen kugelförmig sind.
Die Innenfläche 131 der
blumenblattförmigen Elemente 140 bildet
die Wand eines Hohlraums 144 mit einem Durchmesser, der
ungefähr
demjenigen des Balls 110 entspricht. Eine sich um den Umfang der
blumenblattförmigen
Elemente 140 erstreckende Lippe 142 verfügt über ein
zentrales Becken 132 am Ende jedes blumenblattförmigen Elements 140,
mit Scheiteln 134 auf jeder Seite des Beckens 132 am Ende
jedes blumenblattförmigen
Elements 140 sowie Höckern 136 entlang
der Lippe 142 zwischen den blumenblattförmigen Elementen 140.
Die Lippe bildet den Umfang jedes blumenblattförmigen Elements sowie den Umfang
von Öffnungen
auf jeder Seite derselben. Der Umfang der Öffnung ist das Umkehrbild der
blumenblattförmigen
Elemente. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der "äußere" Teil der Lippe 142 denjenigen
Teil, der sich zwischen den Scheiteln 134 einer Lippe 142 erstreckt.
In ähnlicher
Weise bedeutet in der vorliegenden Beschreibung der "innere" Teil der Lippe 142 denjenigen
Teil, der die Höcker 136 beinhaltet
und sich zu den Scheiteln 134 erstreckt. Die Kontur des äußeren Teils
der Lippe 142 ist komplementär zur Kontur des inneren Teils
derselben, d. h., dass zwei blumenblattförmige Elemente 140 zweier
Konstruktionselemente 100 so ineinander greifen können, wie
es in der 4 dargestellt
ist (und unten detaillierter erörtert
ist), um eine vollständige
Kugel zu bilden, stark entsprechend den Hälften eines Tennisballs auf
entgegengesetzten Seiten der Nahtform einer Kugel. Daher ist das
Becken 132 relativ zu den Scheiteln 134 um denselben
Abstand vertieft ausgebildet, gemäß dem sich die Höcker 136 nach
außen
erstrecken. Das Becken 132 in den Lippen 142 der
Fassung 130 sorgt für
einen Durchgang zum inneren Hohlraum 144 der Fassung 130 mit
einer Weite, die näher
an der Weite des Balls 110 liegt, als dies vorläge, wenn
die Lippen 142 eine die Scheitel 134 verbindende
gerade Linie bilden würden,
was dazu beiträgt,
die Freiheitsgrade für
den Eintritt des Balls zu beschränken.
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Die Lippe erhöht die Oberfläche für eine Fassung-Fassung-Verbindung und sie
kann auch zwischen dem Ende des Körpers und der Basis eines Balls
(entlang dem Hals) verkeilt werden, d. h. gemäß einem Presssitz, um für zusätzliche
Festigkeit beim einseitigen Einspannen von Teilen zu sorgen, wenn eine
Verbindung mit einer Ball-Fassung-Verbindung erfolgt. Wenn ein Ball 110 mittels
der Becken 132 in den Hohlraum 144 einzusetzen
ist, wird der größte Teil
des Reibungswiderstands durch die Scheitel 134 aufgebracht.
Wenn einmal der Mittelpunkt des Balls 110 jenseits der
durch die vier Scheitel 134 definierten Ebene liegt, schnappt
der Ball 110 in die Fassung 130 ein. In ähnlicher
Weise wird, wenn ein Ball 110 über die Becken 132 aus
dem Hohlraum 144 heraus gezogen wird, der größte Teil
des Reibungswiderstands durch die Scheitel 134 aufgebracht,
und wenn sich einmal der Mittelpunkt des Balls 110 jenseits
der durch die vier Scheitel 134 definierten Ebene befindet,
schnappt der Ball 110 aus der Fassung 130 heraus.
Es sei darauf hingewiesen, dass, da die Enden der Scheitel 134 koplanar
sind, dafür
gesorgt werden kann, dass das Element 110 so auf den Scheiteln 134 steht,
dass die Längsachse
des Elements 100 vertikal orientiert ist. Es sei auch darauf
hingewiesen, dass bei einer Ball-Fassung-Verbindung der Ball 110 an
anderer Stelle in der vorliegenden Beschreibung als eingreifende
Komponente der Verbindung bezeichnet wird und die Fassung 130 als
aufnehmende Komponente derselben bezeichnet wird.
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Die Kontur der Lippen 142 zur
Innenseite der Scheitel 134 hin, gesehen von derjenigen
Seite, wie sie in der Schnittansicht der 2 dargestellt ist, entspricht näherungsweise
einem Kreisbogen mit einem Durchmesser, der grob demjenigen des
Körpers 120 entspricht.
Dies ermöglicht
eine Fassung-Körper-Verbindung,
wie sie unten detaillierter in Zuordnung zur 7 beschrieben ist.
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Obwohl das bevorzugte Design des
blumenblattförmigen
Elements dasjenige von blumenblattförmigen Elementen mit gleichmäßiger, durchgehender
Fläche
ist, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, werden
Variationen des Designs des blumenblattförmigen Elements in Betracht
gezogen, wie sie in den 2A bis 2D dargestellt sind. In der 2A kann das blumenblattförmige Element
dadurch perforiert sein, dass es über mehrere es durchsetzende Öffnungen 141 verfügt. In der 2B ist das blumenblattförmige Element 140 dadurch
gitterförmig
ausgebildet, dass es über
mehrere Spalten 143 und Zeilen 145 verfügt, die
es bilden. In der 2C besteht das
blumenblattförmige
Element 140 aus einem Bund 147, der sich um einen
Umfang herum erstreckt, wodurch ein offener Zentrumsabschnitt vorliegt.
Das in der 2D dargestellte
blumenblattförmige
Element 140 besteht aus mehreren vertikal ausgerichteten
Fingerelementen 149.
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Es ist zu beachten, dass zwar das
bevorzugte Klemmbackendesign über
blumenblattförmige
Elemente mit gleichmäßiger Oberfläche verfügt, die
50% eines Balls abdecken, wenn er in die Klemmbacke eingesetzt ist,
jedoch ist zu beachten, dass unabhängig davon, ob die blumenblattförmigen Elemente durchgehend
und gleichmäßig sind,
wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, oder ob
andere, nicht durchgehende Designs vorliegen, wie sie in den 2A bis 2D dargestellt sind, davon auszugehen ist,
dass die Klemmbacken 50% eines in die Fassung eingesetzten Balls
bedecken. Bei einer weniger bevorzugten Anordnung können die
blumenblattförmigen
Elemente weniger als 50% eines Balls bedecken. Die bevorzugte Ausrichtung
der Klemmbacke auf einem Konstruktionselement ist diejenige, dass die Öffnungen
zu jeder Seite eines blumenblattförmigen Elements rechtwinklig
zur Ebene der Bälle
verlaufen (wenn mehr als ein Ball an einem Element vorhanden ist),
um für
eine 90°+– Stärkung zu
sorgen und eine stabile Sockelbildung zu ermöglichen. Die Klemmbacke kann
um 90° gedreht
werden, jedoch ist dies nicht bevorzugt.
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Innerhalb der Fassung 130 befindet
sich entlang der zentralen Längsachse
des Körpers 120 eine vorstehende
Arretiervorrichtung 138. Die Arretiervorrichtung 138 steht
mit ungefähr
demselben Weg, wie er der Tiefe der Einbuchtungen 112 auf
dem Ball 110 entspricht, in den kugelförmigen Hohlraum 144 der Fassung 130 vor.
Daher ist, wie es in der 5A dargestellt
ist, wenn der Ball 110a eines ersten Konstruktionselements 110a in
die Fassung 130b eines zweiten Konstruktionselements 100b eingesetzt
ist, und wenn die Arretiervorrichtung (in der 5A nicht dargestellt) des zweiten Elements 100b in
eine Einbuchtung 112a im Ball 110a des ersten
Elements 100a vorsteht, der Winkel zwischen den Längsachsen
des ersten und des zweiten Elements 100a und 100b arretiert
oder "verriegelt".
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Da bei dieser Ausführungsform
nur eine einzelne Arretiervorrichtung vorhanden ist, die entlang der
Längsachse
liegt, kann sich das erste Element 100a um die Längsachse
des zweiten Elements 100b drehen. Die Geometrie und die
Konstruktion des Balls 110a und der Fassung 130b sind
dergestalt, dass eine von Hand ausgeübte Kraft die Arretiervorrichtung
des zweiten Konstruktionselements 100b aus der Einbuchtung 112a des
ersten Konstruktionselements 100a austreten lassen kann
und die Längsachse
des ersten Konstruktionselements 100a relativ zur Längsachse
des zweiten Konstruktionselements 100b verdrehen kann.
Wegen des Musters der Einbuchtungen 112a auf dem Ball 110a des
ersten Konstruktionselements 100a verriegeln die zwei Konstruktionselemente 100a und 100b mit
Winkelintervallen.
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Obwohl eine einzelne Arretiervorrichtung 138 bevorzugt
ist, können
mehr als eine Arretiervorrichtung, wie z. B. zwei, entlang der Innenfläche 131 innerhalb
des Hohlraums 144 positioniert sein. Wenn sich z. B. zwei
Arretiervorrichtungen an einer beliebigen Position befinden, an
der sie um 180° voneinander
getrennt sind, wobei sie durch das Zentrum der Kugel hindurch ausgerichtet
sind, kann der Ball an derselben Anzahl von Positionen arretiert
werden wie dann, wenn nur eine Einbuchtung vorhanden ist. Wenn jedoch
die zwei Arretiervorrichtungen nicht um 180° voneinander getrennt sind,
oder wenn mehr als zwei Arretiervorrichtungen vorliegen, ist die
Anzahl der Positionen, in denen die Arretiervorrichtungen gleichzeitig
ausgerichtet sein können,
stark auf zwölf verringert.
Zwölf ist
die Anzahl eindeutiger Symmetriepositionen, wenn geometrische Festkörper als
Lösungen
angesehen werden.
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Die Arretiervorrichtung ist vorzugsweise
so konzipiert, dass sie über
eine kreisförmige
Basis mit einer flachen Oberseite und abgewinkelten Seiten verfügt, um eine
massive Verriegelung mit den Einbuchtungen im Ball zu ermöglichen.
Wie es für
die Einbuchtungen gilt, können
die Arretiervorrichtungen von verschiedenen Größen und Formen für verschiedene
Feelings, Klänge
und Arretiereigenschaften sein. Es können Fassungen mehrerer verschiedener Größen an einem
einzelnen Konstruktionselement existieren, um einen charakteristischen
Klang und eine Tonvariation und ein Feeling zum Unterscheiden zwischen
verschiedenen Arretiervorrichtungen zu erzeugen.
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Bei Konfigurationen, bei denen der
Ball über Höcker statt über Einbuchtungen
verfügt,
wäre die Arretiervorrichtung 138 mit
einer konkaven Oberseite konzipiert, wie es in der 3A dargestellt ist. Bei diesem Design
würde die
Arretiervorrichtung über
ein Loch im Zentrum verfügen,
in das der Höcker
eingreifen könnte.
Bei einer einzelnen Arretiervorrichtung könnten sich eine Ball-Fassung-Verbindung
in axialer Ausrichtung um 360° um
die Achse der Konstruktionselemente drehen. Die Arretiervorrichtung 138 kann
mit einem Antirotationsabschnitt 139 konstruiert sein,
um es zu verhindern, dass sich zwei benachbarte Konstruktionselemente
um die Achse drehen. Der Abschnitt 139 enthält eine Öffnung zum
Aufnehmen eines benachbarten Höckers,
um eine Drehung zu verhindern. Ein Antirotationsabschnitt könnte auch über Bälle mit
Einbuchtungen verfügen,
und er würde einen
Vorsprung aufweisen.
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In der 5A ist
die Längsachse
des ersten Konstruktionselements 100a ungefähr 120° entfernt von
der Längsachse
des zweiten Konstruktionselements 100b ausgerichtet, und
der Hals 150a des ersten Konstruktionselements 100a liegt
in der Lippe 142b des zweiten Konstruktionselements 100b an
einem Höcker 136b an.
Aufgrund des Kontakts zwischen dem Hals des ersten Konstruktionselements 100a und
dem Höcker
des zweiten Konstruktionselements 100b kann der Winkel
zwischen den zwei Elementen 100a und 100b nicht
durch eine Drehung in der Ebene der zwei Elemente 100a und 100b vergrößert werden.
Jedoch kann eine Kraft, die dazu angelegt wird, um den Druck zwischen
dem Höcker
des zweiten Konstruktionselements 100b und dem Hals des
ersten Konstruktionselements 100a zu erhöhen, dazu
verwendet werden, den Ball 100a aus der Fassung
130b zu
entfernen. Durch Herausziehen der Arretiervorrichtung aus einer
Reihe von Einbuchtungen 112a kann das erste Konstruktionselement 100a in der
Ebene der zwei Konstruktionselemente 100a und 100b ausgehend
von der in der 5A dargestellten Position
um ungefähr
240° an
eine Position gedreht werden, in der der Hals des ersten Konstruktionselements 100a am
anderen Höcker 139b in
der Lippe 142b des zweiten Konstruktionselements 100b anliegt.
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In der 5B ist
die Längsachse
des ersten Konstruktionselements 100a' unter ungefähr 30° gegenüber der Längsachse des zweiten Konstruktionselements 100b' ausgerichtet,
und der Hals 150a' des ersten
Konstruktionselements 100a' liegt
am Becken 132b' in
der Lippe 142b' des
zweiten Konstruktionselements 100b' an. Aufgrund des Kontakts zwischen dem
Hals 150a' des
ersten Konstruktionselements 100a' und dem Becken 132b' des zweiten
Konstruktionselements 100b' kann
der Winkel zwischen den zwei Elementen 100a' und 100b' nicht durch Drehung in der Ebene
dieser zwei Elemente erhöht
werden. Durch Auslenken der Arretiervorrichtung des zweiten Konstruktionselements 100b' aus einer Reihe
von Einbuchtungen 112' im
ersten Konstruktionselement 100a' kann dieses um ungefähr 90° in der Ebene
der zwei Konstruktionselemente 100a' und 100b' gedreht werden, so dass der Hals 150a' des ersten
Konstruktionselements 100a' am
anderen Becken (nicht sichtbar) in der Lippe 142b' des zweiten Konstruktionselements 100b' anliegt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der
verfügbare
Raumwinkel zum Ausrichten der Elemente bei einer Ball-Fassung-Verbindung
bei der Erfindung mindestens 2π sterad
beträgt,
d. h., dass ein Element mit einem in einer Fassung gehaltenen Ball
so ausgerichtet werden kann, dass es auf ungefähr 50% der Fläche einer
Kugel zentrisch um den Ball zeigt. Dies ist hervorragend für den Raumwinkel,
der durch eine beliebige Fassung mit planarer Lippenkontur verfügbar gemacht
wird, da zum Festhalten eines Balls zumindest einige Querschnitte
der Fassung einen Bogen von einem Winkel über 180° abdecken müssen. Es sei auch darauf hingewiesen,
dass dann, wenn sich der vom Rand des Halses 150 bis zu
seinem Zentrum (gesehen vom Zentrum eines Balls 110 aus) erstreckende
Bogen kleiner als der Bogen ist, der sich von der Arretiervorrichtung 138 bis
zum nächstliegenden
Rand der Lippe 142 erstreckt (wie ausgehend vom Zentrum
der Fassung 144 gesehen), sich das Muster der Einbuchtungen 112 auf
dem Ball 110 nicht über
den ganzen Weg bis zum Hals 150 erstrecken muss.
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Die 6 zeigt
eine Kette 300 von Fassungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 und 370 (zusammengefasst
durch die Bezugszahl 310+ bezeichnet), von denen einige über flexible
Hälse 328, 338, 348, 349, 358 und 368 verfügen (deren
Geometrie und Funktion unten detailliert erläutert wird), die durch den
in den 5A und 5B dargestellten Typ einer Ball-Fassung-Verbindung verbunden
sind. Wie es in der 6 dargestellt
ist, verfügen
die Konstruktionselemente 310+ über
Körperabschnitte
variabler Längen.
Das Konstruktionselement 360 verfügt über einen Körper 364, der länger als
der Körper 354 des Konstruktionselements 350 ist,
der wiederum länger als
der Körper 344 des
Konstruktionselements 340 ist. Die Konstruktionselemente 320 und 310 verfügen über Körper 324 und 314,
die dieselbe Größe aufweisen,
jedoch kleiner als die Körper 344, 354, 364 und 374 der
Konstruktionselemente 340, 350, 360 und 370 mit
größeren Durchmessern
sind. Die Konstruktionselemente 310 und 320 verfügen über Bälle 312 und 322 sowie
Fassungen 316 und 326 mit kleinerem Durchmesser
als dem der Bälle 342, 343, 352 und 362 und
der Fassungen 356, 366 und 376 der Konstruktionselemente 340, 350, 360 und 370.
Das Konstruktionselement 340 verfügt an den beiden Enden des
Körpers 344 über Bälle 342 und 343.
(In ähnlicher
Weise kann ein Konstruktionselement an beiden Enden des Körperabschnitts
Fassungen aufweisen, und die Klemmbacken der Fassungen können ausgerichtet
sein, um 90° versetzt
sein oder um irgendeinen Zwischenwinkel versetzt sein.) Das Konstruktionselement 330 verfügt über eine
Fassung 336 mit einem Hohlraumdurchmesser, der größer als
der Durchmesser des Balls 332 des Konstruktionselements 330 ist,
so dass er dahingehend fungieren kann, die "Skala" der Kette von Elementen 310+ zu ändern. Der
Körper 344 des "Skalenänderungs"-Konstruktionselements 330 verfügt über eine Länge, die
so kurz ist, dass sie beinahe fehlt. Obwohl in der 2 Skaliergrößen dargestellt sind, kann
ein Konstruktionssatz Elemente mit anderen Skaliergrößen enthalten,
und er kann über
Skalaänderungselemente
zum Verbinden von Elementen benachbarter oder nicht benachbarter
Skalierungsgrößen verfügen.
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Da die Kontur der Lippen 142C,
gesehen von der Seite her, wie in der 7,
näherungsweise
einem Kreis mit einem Durchmesser entspricht, der ungefähr dem des
Körpers 120D gleich
ist, ist eine andere mögliche
Verbindung zwischen Konstruktionselementen eine Fassung-Körper-Verbindung,
bei der die Fassung 130C eines ersten Konstruktionselements 100C den
Körper 120D eines
zweiten Konstruktionselements 100D ergreift. Wegen der
Zylindersymmetrie des Körpers 120D des
zweiten Konstruktionselements 100D kann die Längsachse
des Körpers 120C des
ersten Elements 100C unter jedem beliebigen Winkel relativ
zur Ebene in der Mitte zwischen den blumenblattförmigen Elementen 140D des
zweiten Elements 100D ausgerichtet werden. Außerdem erlaubt
es das Becken 132C, die Fassung 130C mit einem
Körper 120D unter
einem Winkel gegenüber
der Mittelachse des Körpers
zu verbinden, so dass drei Konstruktionselemente eine geschlossene
Schleife von drei Fassung-Körper-Verbindungen
bilden können.
Außerdem
kann ein Element über eine
ausgezackte Schulter verfügen,
die den Höcker 136 positioniert
hält, um
dadurch das Dreieck zu stabilisieren. Alternativ kann, wenn der
Körper 120D des zweiten
Konstruktionselements 100D Längsrippen (nicht dargestellt)
aufweist, die Längsachse
des Körpers 120C des
ersten Elements 100C an festen Ausrichtungen relativ zur
Ebene in der Mitte zwischen den blumenblattförmigen Elementen 140D des
zweiten Elements 100D arretieren.
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Das bevorzugte Design für den Körper 120 ist
zylindrisch, wie es in der 7 dargestellt
ist. Es werden auch andere Designs für den Körper in Betracht gezogen, wie
dies in den 7A bis 7C veranschaulicht ist. Gemäß einem
nicht beschränkenden Beispiel
ist der Körper 120 in
der 7A perforiert. In der 7B verfügt der Körper 120 über die
Konfiguration eines I-Trägers.
In der 7C verfügt der Körper 120 über parallele
Zylinder 151 und 153 verschiedener Durchmesser,
die mit den Skalen des Systems in Beziehung stehen, so dass drei
verschiedene Skalierungs-Klemmbacken gleichzeitig am Körper angreifen
können.
In ähnlicher
Weise kann die Schulter 160, siehe die 1, des Körpers über verschiedene Konfigurationen
verfügen.
Die Schulter 160 ist vorzugsweise abgerundet, jedoch werden
andere Designs in Betracht gezogen, wie eine in der 13 dargestellte Meniskusform 1221.
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Wie oben angegeben, sind bei der
in der 4 dargestellten
Fassung-Fassung-Verbindung die Konturen der Außenteile der Lippen 142e der
blumenblattförmigen
Elemente 140e eines ersten Elements 100e komplementär zu den
Konturen der inneren Teile der Lippen 142f eines zweiten
Elements 100f, und umgekehrt, so dass die blumenblattförmigen Elemente 140e und 140f der
zwei Konstruktionselemente 100e und 100f mit einem
charakteristischen Knallgeräusch
ineinander greifen können,
um eine vollständige
Kugel zu bilden, stark in der Art, gemäß der die Hälften eines Tennisballs auf
entgegengesetzten Seiten der Naht eine Kugel bilden. Bei dieser
Fassung-Fassung-Verbindung
sind die Längsachsen
der Körper 120e und 120f der
Elemente 100e und 100f kolinear, und die Ebenen
zwischen den blumenblattförmigen
Elementen 140e und 140f der zwei Elemente 100e und 100f sind
orthogonal. Es ist keine Einstellung der Ausrichtung zwischen den
Elementen 100e und 100f möglich. Die Elemente 100e und 100f können durch
eine von Hand ausgeübte
Kraft zusammengesetzt und auseinander genommen werden.
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Bei einem anderen Typ einer Fassung-Fassung-Verbindung,
der in der 8 dargestellt
ist, liegen die Innenränder
der Lippen 142g und 142h der blumenblattförmigen Elemente 140g und 140h der zwei
Verbindungselemente 100g und 100h aneinander an,
und die Außenränder der
Lippen 142g und 142h der blumenblattförmigen Elemente 140g und 140h jedes
Elements 100g und 100h ergreifen die Körper 120h und 120g entgegengesetzter
Elemente 100h und 100g. Bei dieser Verbindung
sind die Längsachsen
der Körper 120g und 120h der
Elemente 100g und 100h kolinear, und die Ebenen
zwischen den blumenblattförmigen
Elementen 140g und 140h der zwei Elemente 100g und 100h sind
orthogonal. Die Ausrichtung zwischen den Elementen 100g und 100h kann
durch Wegziehen dieser Elemente etwas eingestellt werden, wobei
auf ein Element 100g oder 100h ein Drehmoment
ausgeübt
wird, um es um seine Längsachse
zu verdrehen, oder eine Kraft zum Verdrehen der Längsachse
eines Elements 100g oder 100h ausgeübt wird,
so dass es nicht mehr kolinear mit dem anderen Element 100h oder 100g ist. Die
Elemente 100g und 100h können durch eine von Hand ausgeübte Kraft
zusammengesetzt oder auseinander genommen werden. Auch kann eine
Bewegung zwischen den Verbindungen der 4 und 8 erfolgen,
ohne dass die Elemente voneinander weg gezogen werden.
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Bei einem dritten Typ einer Fassung-Fassung-Verbindung,
wie sie in der 9 dargestellt
ist, bilden die Elemente 410, 420, 430, 440, 450 und 460 eine
Kette 400, wobei die Längsachsen
der Elemente 410, 420, 430, 440, 450 und 460 koplanar
und orthogonal zur Richtung 401 der Kette 400 sind.
Dieser Typ einer Fassung-Fassung-Verbindung 400 wird dadurch erzielt,
dass ein erstes blumenblattförmiges Element
eines ersten Elements und ein zweites blumenblattförmiges Element
eines zweiten Elements zwischen den blumenblattförmigen Elementen eines dritten
Elements platziert werden. Zum Beispiel werden, wie es in der 9 dargestellt ist, das rechte blumenblattförmige Element 412 des
Elements 410 und das linke blumenblattförmige Element 431 des Elements 430 so
zwischen den blumenblattförmigen Elementen 421 und 422 des
Elements 420 platziert, dass die Außenflächen der blumenblattförmigen Elemente 412 und 431 in
Kontakt stehen, die Außenränder der
blumenblattförmigen
Elemente 412 und 431 mit der Wand des Hohlraums 425 des
Elements 420 in Kontakt stehen, und die Außenränder der
blumenblattförmigen
Elemente 421 und 422 mit den Wänden der Hohlräume 415 bzw. 435 der
Elemente 410 bzw. 430 in Kontakt stehen. In ähnlicher
Weise werden das rechte blumenblattförmige Element 422 des
Elements 420 und das linke blumenblattförmige Element 441 des
Elements 440 so zwischen den blumenblattförmigen Elementen 431 und 432 des
Elements 430 platziert, dass die Außenflächen der blumenblattförmigen Elemente 422 und 441 in
Kontakt stehen, die Außenränder der
blumenblattförmigen
Elemente 422 und 441 mit der Wand des Hohlraums 435 des
Elements 430 in Kontakt stehen, und die Außenränder der
blumenblattförmigen
Elemente 431 und 432 mit den Wänden der Hohlräume 425 bzw. 445 der
Elemente 420 bzw. 440 in Kontakt stehen. Dieser
Typ von Kontakt zwischen blumenblattförmigen Elementen setzt die
Länge der
Kette 400 fort, so dass es deutlich ist, dass diese unendlich
verlängert
werden kann. Die Geometrie der blumenblattförmigen Elemente 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, 442, 451, 452, 461 und 462 (die
gemeinsam mit der Bezugszahl 411+ bezeichnet werden) ist dergestalt,
dass die Scheitel (die in der 9 nicht
mit Bezugszahlen markiert sind) an den Vorderrändern der blumenblattförmigen Elemente
411+ innerhalb der Fassungshohlräume 415, 425, 435, 445, 455 und 465 liegen. Diese
Kettenkonfiguration 400 erlaubt eine gewisse Drehung der
Elemente 410, 420, 430, 440, 450 und 460 rechtwinklig
zur Ebene derselben sowie eine gewisse Drehung in der Ebene derselben.
Bei einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung stabilisieren Arretiervorrichtungen an den Kontaktpunkten
der Außenflächen der
blumenblattförmigen
Elemente 412 und 431, 432 und 451, 422 und 441 sowie 442 und 461 die
Kettenkonfiguration 400.
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In der 9A ist
noch ein vierter Typ einer Fassung-Fassung-Verbindung dargestellt. In der 9A sind Konstruktionselemente 510 und 520 mit einem
Konstruktionselement 530 verbunden. Bei dieser Konfiguration
ist eine Klemmbacke 540 des Elements 510 am blumenblattförmigen Element 550 des Elements 530 angebracht.
In ähnlicher
Weise ist die Klemmbacke 560 des Elements 520 mit
dem blumenblattförmigen
Element 570 des Elements 530 verbunden. Bei dieser
Konfiguration liegt das blumenblattförmige Element 550 zwischen
den blumenblattförmigen
Elementen der Klemmbacke 540, und das blumenblattförmige Element 570 liegt
zwischen den blumenblattförmigen
Elementen der Klemmbacke 560. Diese Verbindung wird als
Pendelverbindung bezeichnet, da die Elemente 510 und 520 frei
wie ein Pendel um die blumenblattförmigen Elemente 550 und 570 schwingen.
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Eine alternative Ausführungsform
des Grund-Konstruktionselements 1100 der
Erfindung ist perspektivisch in der 10 und
im Schnitt in den 11 und 12 dargestellt. Dieses Konstruktionselement 1100 hat
dasselbe Design wie das in den 1, 2 und 3 dargestellte Konstruktionselement 100,
jedoch mit der Ausnahme, dass das Konstruktionselement 1100 der 10, 11 und 12 über einen "flexiblen Hals" 1150 verfügt, der
zwischen dem Ball 1110 und dem Körper 1120 liegt, wobei
sich im Inneren der Fassung 1130 entweder eine einzelne
Arretiervorrichtung 1138 oder zwei Arretiervorrichtungen 1139 befinden.
Der flexible Hals 1150 verfügt über einen zentralen Ring 1155,
der um die Längsachse des Körpers symmetrisch
ist und durch enge Hälse 1157 und 1153 mit
dem Ball 1110 bzw. dem Körper 1120 verbunden
ist. Die engen Hälse 1157 und 1153 (oder möglicherweise
das gesamte Konstruktionselement 1100) bestehen aus einem
flexiblen Material, wie Kunstkautschuk, so dass dann, wenn ein zweites Element 1100 dieses
Typs durch eine Ball-Fassung-Verbindung
mit dem ersten Konstruktionselement 1100 verbunden wird,
die Ausrichtung des zweiten Elements selbst dann etwas einstellbar
ist, wenn die Arretiervorrichtungen 1138 und 1139 in
der Fassung 1130 des zweiten Elements 1100 in
Einbuchtungen 1112 im Ball 1110 des ersten Konstruktionselements 1100 verbleiben.
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Da das Design der Konstruktionselemente 100 und 1100 mit
Ausnahme des flexiblen Halses 1150 und der zusätzlichen
Arretiervorrichtungen 1139 dasselbe ist, können alle
oben erörterten
und in den 4–9 dargestellten Verbindungstypen
unter Verwendung der alternativen bevorzugten Ausführungsform
des Konstruktionselements 1100 der 10–12 ebenfalls verwendet werden.
Die Kontur des Halses 1157 zwischen dem Ring 1155 und
dem Ball 1110, ist dergestalt, dass dann, wenn Elemente 1100 durch
eine Ball-Fassung-Verbindung
verbunden werden, die Lippe 1142 einer Fassung 1130 zwischen
dem Ring 1155 und dem Ball 1110 positioniert werden
kann, um für
zusätzliche
Stabilität
der Verbindung zu sorgen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform,
die in der 13 im Schnitt
dargestellt ist, erstreckt sich zwischen der Meniskusschulter 1221 des
Körpers 1220 und
des Balls 1210 ein Hals 1250. Wie bei der Ausführungsform
der 10–13 kann, wenn der Ball 1210 dieser
alternativen Ausführungsform
mit einer Fassung 130 oder 1130 verbunden wird,
die Lippe 142 oder 1142 der Fassung 130 oder 1130 im
Spalt 1252 zwischen der Schulter 1221 des Körpers 1220 und
den Ball 1210 positioniert werden, um für zusätzliche Stabilität der Verbindung
zu sorgen.
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Als Teil zum Herstellen eines Systems
für die Konstruktionselemente
kann der zylindrische Körper über einen
Hohlraum 2000 verfügen,
der entlang seiner Länge
ausgebildet ist, wie es in den 14 und 14A dargestellt ist. Der
Hohlraum 2000 bildet ein im Wesentlichen U-förmiges Gehäuse mit
Lippen 2010 und 2220 zum Aufnehmen zweier Konstruktionselemente 2030 und 2040,
wie es in der 14A dargestellt
ist. Der Hohlraum 2000 kann bei jedem Konstruktionselementtyp
ausgebildet sein, wie bei einem solchen mit zwei Fassungen 2050 und 2060 (14), zwei Bällen 2070, 2080 oder
einem Ball 2090 und einer Fassung 2100, wie es
aus der 14A erkennbar
ist.
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Als Teil zum Bereitstellen eines
vollständigen Bausatzes
oder für
Nachbildungszwecke werden durch die Erfindung andere Systemkomponenten
in Betracht gezogen, wie dies in den 15A bis 15C dargestellt ist. In der 15A ist ein quadratisches Element 2500 mit
Bällen 2510, 2520, 2530 und 2540 veranschaulicht,
die an jeder Ecke des Quadrats positioniert sind. Zwischen jedem
benachbarten Paar von Bällen
ist ein halbkreisförmiger
Bund 2550 positioniert, um für eine weitere Verbindung für eine Klemmbacke
eines anderen Konstruktionselements (nicht dargestellt) zu sorgen.
Die 15B veranschaulicht
ein Dreieckselement 2600 mit Bällen 2610, 2620 und 2630,
die an jeder Ecke desselben positioniert sind. In ähnlicher
Weise ist ein halbkreisförmiger
Bundabschnitt 2640 zwischen jedem benachbarten Paar von
Bällen
positioniert, um für
eine zusätzliche
Verbindungsstelle für
die Fassung eines zusätzlichen
Konstruktionselements (nicht dargestellt) zu sorgen. Das Dreieckselement 2600 und
das quadratische Element 2500 können so konzipiert werden,
dass ein Ball eines anderen Konstruktionselements zwischen den Bällen an
den Ecken der Elemente 2500 und 2600 angeschlossen werden
kann. Die 15C zeigt
ein kreisförmiges
Konstruktionselement 2700 mit einem kreisförmigen Bund 2800,
der um den Umfang des kreisförmigen
Elements positioniert ist und für
einen durchgehenden Anschlussort für eine Fassung zusätzlicher
Konstruktionselemente (nicht dargestellt) sorgt. Neben Quadraten,
Dreiecken und Kreisen werden andere Formen in Betracht gezogen.
Die in den 15A bis 15C dargestellten Platten
können
alternativ über
Kerben auf der Seite verfügen,
was es ermöglicht,
Bälle einzusetzen,
und es kann im Zentrum ein Loch zum Einsetzen eines Balls vorhanden
sein.
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Zusätzlich kann das System mit
einem Reduzierelement skaliert werden, wie es in den 16A bis 16C dargestellt ist. Die 16A zeigt ein Reduzierelement 3000.
mit Bällen 3100 und 3200 verschiedener
Abmessungen. Die 16C zeigt
ein Reduzierelement 3300 mit Fassungen 3400 und 3500 verschiedener
Abmessungen, und die 16C zeigt
ein Reduzierelement 3600 mit einem Ball 3700 und
einer Fassung 3800 verschiedener Abmessungen. Das bevorzugte
Skalierungsverhältnis
ist die Fibonacci-Progression (goldener Mittelwert = 1,618x), wobei
drei Maßstäbe bevorzugt
sind. Wenn die Fibonacci-Progression auf dem Volumen eines Balls
beruht, ist das Wachstum x3, wenn sie jedoch
auf der Elementlänge
beruht, ist das Wachstum x2. Daher kann eine Anzahl von Maßstäben vorliegen,
und das Verhältnis
zwischen diesen könnte
zufällig,
kartesisch, gemäß der Wurzel
des Mittelwerts oder harmonisch, für verschiedene Nachbildungszwecke,
verlaufen.
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Konstruktionselemente existieren
in Polarkoordinaten, die ganzzahlige oder kleinere Änderungen des
Wachstums des Systems und des 3-dimensionalen Raums anzeigen. Diese
Polarbeziehungen werden dann realisiert, wenn sich die Teile in
Bewegung befinden. Demgemäß können drei
Teile gleicher Längge,
wenn sie in einer Linie (Ball-Fassung-Verbindung) verbunden sind,
so bewegt werden, dass das Zentrum des Balls am Ende der drei verbundenen
Teile einen beliebigen Punkt innerhalb einer imaginären Kugel
berühren
kann, deren Radius dem Abstand zwischen dem Zentrum des Balls und
dem Zentrum der Fassung entspricht (das Zentrum der Fassung ist
durch das Zentrum eines in ihr platzierten imaginären Balls
bestimmt). Auch verfügen
Verzweigungsteile (Teile mit mindestens drei Bällen, Klemmbacken oder einer
beliebigen Kombination hiervon) über
einen zentralen, radialsymmetrischen Punkt/Bahn, wodurch alle Bälle auf
einer Umlaufbahn platziert werden, die von einem Ursprungspunkt
herrührt.
Innerhalb eines speziellen Maßstabs sind
die Teile so konzipiert, dass sie ein kartesisches Gitter (1, 2,
3, 4 ...) auslegen. Zum Beispiel können die Teile mit einem Ball
und einer Fassung verschiedene Längen
aufweisen, jedoch beruhen diese Längen auf einem einfachen kartesischen
Verhältnis. Dies
erlaubt das Errichten künstlicher
Konstruktionen wie eines Würfels
oder eines Hauses sowie anderer organischer Strukturen. Andere Ausführungsformen der
Erfindung könnten
die Teile in verschiedenen Gittern auslegen, wie bei einer harmonischen,
einer die Wurzel des Mittelwerts bildenden und einer Fibonacci-Reihe.
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Die Konstruktionselemente werden
vorzugsweise mit zwei hohlen Hälften
hergestellt, die durch Ultraschall verschweißt werden. Hohlelemente erlauben
das Einbringen von Flüssigkeiten,
Licht, Tonchips usw. in einzelne Konstruktionselemente. Alle Konstruktionselemente
können
aus mehreren zusammengebauten Teilen bestehen, und sie können durch
Zusammensetzen in einem Formwerkzeug als einzelnes Teil hergestellt
werden. Das Zusammensetzen in einem Formwerkzeug erlaubt mehrere
Farben und mehrere Materialien pro Teil. Es erlaubt auch bewegliche
Teile wie einen sich drehenden Ball oder Teleskopkörper.
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Obwohl die Konstruktionselemente
der Erfindung vorzugsweise so dargestellt wurden, dass sie über zylindrische
Körper
verfügen,
können
die Körper
der Elemente auch so geformt oder dekoriert sein, dass sie Pflanzen,
Tieren, künstlichen
Objekten oder dergleichen ähneln,
oder sie können
aus beinahe jedem beliebigem Material bestehen, wie Kautschuk, Metall,
Schaumstoff oder Plüsch.
Alternativ können
die Körper über die
Formen von Knochen, Zweigen, Bambusabschnitten, Ziegeln, Elektronenwolken
von Atombindungen usw. verfügen.
Dies veranschaulicht das offene Design des Systems, das es erlaubt,
dass beinahe jedes Material oder Design die Stelle des zylindrischen
Körpers
einnimmt, was es u. a. erlaubt, das System als Plattformspielzeug
zum Integrieren lizenzierter Eigenschaften zu verwenden und es in
Form anderer Spielzeuge als eines Bauspielzeugs zu vermarkten. Die
Konstruktionselemente der Erfindung können zu Architektur- oder Ingenieurzwecken
oder zum Aufbauen vorübergehender, halb
dauerhafter oder dauerhafter Konstruktionen verwendet werden. Außerdem kann
der Fassungsabschnitt so dekoriert werden, dass er dem Kopf eines
Tiers ähnelt,
dadurch, dass z. B. ein Paar Augen auf eine Seite der Klemmbacke
gemalt wird oder dort eingeformt wird; oder der Ball könnte durch
einen Kopf oder ein anderes Objekt ersetzt werden.
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Obwohl die obige Beschreibung viele
spezielle Angaben enthält,
sind diese nicht so auszulegen, dass sie den Schutzumfang der Erfindung
einschränken
würden,
sondern sie bilden lediglich Veranschaulichungen einiger der bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung. Es sind viele Variationen möglich und innerhalb des Schutzumfangs
der Erfindung in Betracht zu ziehen. Zum Beispiel muss der Körper der
Konstruktionselemente nicht langgestreckt oder zylindrisch sein.
Die Bälle
müssen
nicht über
Einbuchtungen verfügen
und/oder die Fassung muss über
keine Arretiervorrichtung verfügen,
so dass die Beziehung zweier Elemente, die durch eine Ball-Fassung-Verbindung
verbunden sind, kontinuierlich einstellbar ist; eine Fassung kann
nur über
zwei Arretiervorrichtungen verfügen,
wobei z. B. eine Arretiervorrichtung an jedem blumenblattförmigen Element
vorhanden ist; eine Fassung kann über mehr als drei Arretiervorrichtungen
verfügen;
die Einbuchtungen an einem Ball müssen nicht so angeordnet sein,
wie es oben spezifiziert ist; die Einbuchtungen können sehr eng
beabstandet sein, so dass kleine, gut kontrollierbare Neuausrichtungen
einer Ball-Fassung-Verbindung vorgenommen werden können; eine
Fassung kann über
einen federbelasteten Stift zum Arretieren der Ausrichtung eines
Balls verfügen;
zum Arretieren eines Balls an seiner Stelle in einer Fassung kann
ein Splint verwendet werden; es kann eine Einrichtung vorhanden
sein, um eine nach innen wirkende Kraft auf die blumenblattförmigen Elemente
einer Fassung auszuüben,
um die Ausrichtung eines Balls innerhalb der Fassung zu fixieren;
für Elemente,
die durch irgendeine der oben beschriebenen Fassung-Fassung-Verbindungen
miteinander verbunden sind, kann die Beziehung zwischen Elementen
einstellbar sein; der Körper
eines Elements kann über
Längsrippen
verfügen,
so dass dann, wenn ein anderes Element mit ihm durch eine Fassung-Körper-Verbindung verbunden
wird, die Ausrichtung des anderen Elements unter mehreren diskreten
Winkeln arretiert werden kann; der Körper eines ersten Elements
kann über
Längsrippen
verfügen,
und er kann frei relativ zum Ball und zur Fassung verdrehbar sein,
so dass dann, wenn ein oder mehrere zusätzliche Elemente durch Fassung-Körper-Verbindungen
mit dem ersten Element verbunden werden, die Ausrichtung der zusätzlichen
Elemente an mehreren diskreten Winkeln relativ zueinander arretiert,
wobei die zusätzlichen Elemente
um die Symmetrieachse des Körpers
des ersten Elements gedreht werden können; der Körper eines Elements kann an.
jedem Ende über
eine Querrippe verfügen,
so dass dann, wenn ein anderes Element mit ihm durch eine Fassung-Körper-Verbindung
verbunden wird, das andere Element nicht von den Enden des Körpers abrutschen
kann; der Hals, der den Ball mit dem Körper verbindet, kann über elliptischen
oder einen anderen Querschnitt als einen kreisförmigen Querschnitt verfügen, und
die Hauptachse der Ellipse kann eine Länge aufweisen, die dem Abstand
zwischen Becken an entgegengesetzten blumenblattförmigen Elementen
einer Fassung entspricht, so dass der Hals zwischen den Klemmbacken
platziert werden kann; der Hals zwischen dem Ball und dem Körper eines
Elements kann über
andere Querschnittsformen verfügen,
wie quadratisch, dreieckig, rechteckig, sternförmig oder sternchenförmig; die
Konstruktion muss keine Elemente von mehr als einer Größenskala
enthalten, und sie muss keine Elemente mit Verbindern von mehr als
einer Größenskala
enthalten; Konstruktionselemente können über Durchgangsbohrungen verfügen, um
ihr Gewicht zu senken, und/oder sie können Aufnehmer für Elemente
eines kleineren Maßstabs
bilden; Elemente können über eine
Längsbohrung
verfügen,
so dass eine Kette von Elementen, die stirnseitig verbunden sein, eine
Leitung für
Fluide, Pulver, Drähte,
Murmeln usw. bilden können;
Elemente können
zur Verwendung als Fachwerk oder dergleichen aus Metall aufgebaut werden;
Elemente können
aus einem nicht flexiblen Material wie Metall hergestellt werden,
und sie können
entlang einer Ebene, die durch die Mitte der Längsachse verläuft und
in der Mitte zwischen den Klemmbacken liegt, halbiert sein, so dass
dann, wenn zwischen den Klemmbacken eines Elements ein Metallball
platziert wird und die zwei Hälften
des Elements aneinander befestigt werden, der Ball nicht heraus
genommen werden kann; es kann ein Klickgeräusch erzeugt werden, wenn ein
Ball neu in einer Fassung ausgerichtet wird; Elemente können so
ausgerichtet werden, dass sie als Pfeife, Blasinstrument, Tasteninstrument
und/oder Schlagzeug wirken; der Satz von Konstruktionselementen
kann an die Verwendung als Animationsobjekt oder Animationsskelett
angepasst werden; die Elemente können
ein Zusatzsystem von Verbindern, wie Magnetverbindern, enthalten;
der Satz von Konstruktionselementen kann über Flügel, Räder und Achsen verfügen; große Konstruktionselemente
können
durch Blasen geformt werden, um die Gewichte der Elemente innerhalb vernünftiger
Grenzen zu halten; die Bälle
können
facettiert sein, anstatt dass es sich um Bälle mit Einbuchtungen handelt;
der Körper
und die Klemmbacke können
gesondert hergestellt werden und dann auf Grundlage von Verbrauchererfordernissen
zusammen gesetzt und wieder auseinander genommen werden; usw.
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Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind
auch viele andere Variationen in Betracht zu ziehen. So soll der
Schutzumfang der Erfindung nicht nur durch die hier angegebenen
Beispiele bestimmt sein, sondern vielmehr durch die beigefügten Ansprüche und
deren Äquivalente.