WO2003042958A2 - Reversibel formveränderbare pop-up konstruktion und verwendung - Google Patents

Reversibel formveränderbare pop-up konstruktion und verwendung Download PDF

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WO2003042958A2
WO2003042958A2 PCT/EP2002/012584 EP0212584W WO03042958A2 WO 2003042958 A2 WO2003042958 A2 WO 2003042958A2 EP 0212584 W EP0212584 W EP 0212584W WO 03042958 A2 WO03042958 A2 WO 03042958A2
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pop
shape
changeable
construction
spokes
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PCT/EP2002/012584
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WO2003042958A3 (de
Inventor
Walter C. Reimann
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Reimann Walter C
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F1/00—Cardboard or like show-cards of foldable or flexible material
    • G09F1/04—Folded cards
    • G09F1/06—Folded cards to be erected in three dimensions

Definitions

  • the invention relates to a reversible shape-changeable pop-up construction, which assumes an n-square surface shape under pre-tensioning of an integrated spring tensioning device under external load and automatically springs up into a self-supporting spatial shape when the spring tensioning device relaxes, and uses thereof.
  • Pop-up constructions are known from everyday life in different areas.
  • the term "pop-up” has spread because it briefly and concisely describes its self-erecting function. This is an automatic popping-up (“pop-up") from the flat level into a stable spatial shape if it is from one hold down force.
  • the best-known pop-up designs include, for example, greeting cards, advertising devices, children's books, children's tents and shading for car windows. Automatic umbrellas can also be counted among the pop-up designs. Uses can be found in a wide variety of areas.
  • US Pat. No. 4,682,726 discloses a regular polyhedron made of 12 pentagonal surfaces, which consists of two star-shaped and pre-folded cardboards which can engage with one another via tabs and slots.
  • the cardboards lie on top of one another in the form of regular pentagons and are connected to one another by individual rivets.
  • a closed elastic band runs through the slots between the cardboards as an integrated spring tensioning device, which is pre-tensioned when the polyhedron is compressed. When relieved, the elastic band pulls the cardboard into one another with its tabs and slits, so that a stable, closed spatial form is created.
  • the known polyhedron can be used as an illustrative model, for example.
  • a collapsible, cylindrical kite which consists of a flexible covering between two rings and four spring wire spokes connecting the two rings together as an integrated spring tensioning device.
  • the kite can be folded flat by spiraling the spring wire spokes. When it is relieved, it automatically jumps into the cylindrical spatial shape. Other forms of space can also be realized.
  • a similar construction is known from shading for car windows. Here a shadow covering is surrounded by an all-round stenter frame as an integrated stenter.
  • the tenter frame can be folded flat and flat by twisting and jumps to a large area when unloaded.
  • smaller tents or other transportable devices are also designed, for example, which automatically raise themselves from the plane into a stable spatial shape via an integrated spring wire (cf. also US 5,249,592, US 5,809,592, US 6,109,282).
  • US Pat. No. 6,079,430 describes an automatic umbrella with a spring as an internal spring tensioning device, which is pretensioned when the umbrella is closed.
  • the flat shape of an umbrella does not form a plane, rather it is a construction that changes from an axial orientation to a curved spatial shape.
  • the known umbrella consists of a large number of radial, flexible spokes which are fixedly but movably connected to one another centrally in the umbrella axis, so that the spokes can fold downward to form a tip.
  • the flexible covering which is pulled over the spokes, has additional resilient elements in its edge between the individual spokes. These can be flexible steel straps half the width of a spoke spacing, which roll up spirally when relieved and thus cling to the Contribute clothing to the axial alignment. However, these elements do not contribute to the automatic erection of the screen.
  • a roll-up pop-up greeting card is described here, which essentially consists of two round cardboard disks in the form of an n-square surface (with n equal to infinity), which can be labeled with messages, and a polyhedron that connects them axially to form the spatial shape.
  • the polyhedron has a circumferential edge on which it can be folded flat while maintaining the cohesion of the individual surfaces.
  • Inside the polyhedron there is an integrated spring tensioning device in the form of diametrically tensioned rubber bands, which are pre-tensioned by laying the polyhedron flat.
  • the well-known pop-up greeting card is held down with a fixed envelope.
  • the rubber bands relax and erect the polyhedron in a self-supporting spatial shape.
  • the cardboard disks attached to the opposite sides of the polyhedron are thus aligned at a distance from one another to form a wheel.
  • the surprising effect for the user is therefore that the greeting card automatically stands up and rolls away when removed from the envelope.
  • the described reversibly changeable pop-up constructions with different complexity can be used for specific, different applications with more or less good usability.
  • the object for the present invention is to provide a further development which allows particularly diverse and also different configurations and applications.
  • the pop-up construction according to the invention should in particular have a reliably functioning, simple self-assembly mechanism, but nevertheless simple in its construction and thus in their implementation and handling, while at the same time striving for cost-effectiveness.
  • the solution according to the invention for this task in a generic reversible shape-changeable pop-up construction of the type described in the introduction, therefore provides that the polygonal surface shape is formed by means of flexible spokes emanating from a center, which are rigid and at least in the center their ends opposite the center are connected to one another by the spring tensioning device, the spatial shape being designed as a vault with curved spokes, the degree of curvature of which is determined by a balance of forces between the prestressing force of the spring tensioning device and the restoring force in the flexible spokes.
  • the pop-up construction according to the invention represents in the spatial form a universal arch structure, which is designed from a simple, flexible spoke construction in cooperation with an integrated spring tensioning device. It is reminiscent of the basic shape of an umbrella, but has the essential difference that it is formed from a flat disc as a surface shape. This, in turn, is known from the greeting card described, but here there is no arched spatial shape. Even the known polyhedron, like the pop-up construction according to the invention, cannot be converted from a simple disk shape into a uniform dome shape. The conversion into the surface shape is done by simply pressing down on the spoke center.
  • the self-erection in the invention is automatically regulated in a simple manner by the balance of forces between the righting force of the spring tensioning device and the restoring force of the flexible spoke construction. This principle is comparable to the parachute balance, the forms between the pulling down weight and the upright air mass.
  • the shape of the vault in particular enables the most varied of applications for the pop-up construction according to the invention. The range is further expanded by the pop-up mechanism that can be moved from the flat level into the room without additional tabs or slots.
  • the curvature is defined in the spatial shape.
  • This curvature can both be relatively flat, so that the spatial shape stands out only slightly from the surface shape, but it can also be very pronounced.
  • the spokes should only be pulled together up to an angle of maximum 90 ° to the plane, so as not to complicate the conversion into the surface shape.
  • a distinction can be made in the invention between rotationally symmetrical and axially symmetrical forms of curvature.
  • the flexible spokes start radially from a central point as the center and are connected to one another at the circumferential line of the angular surface shape by the spring tensioning device Vault is rotationally symmetrical, in particular as a hemisphere.
  • the flexible spokes start parallel from a central axis as the center and are connected in pairs diametrically through the n-angular surface shape through the spring tensioning device, the vault being axially symmetrical in the spatial shape, in particular as a half cylinder becomes.
  • the vault is formed as a combination of rotationally symmetrical and axially symmetrical vaults in the spatial shape.
  • any shape of curvature can be designed.
  • dome vaults as are known in architecture, for example from church buildings, can be realized.
  • the circumferential line of such domed vaults can be designed both as a circle (with an infinite number of corners) and in the form of other symmetrical geometries (square, triangle). While all spokes have the same length in the case of the circular dome arch, this should be chosen differently for square geometries.
  • the integrated spring tensioning device runs on the geometric circumference of the surface or spatial shape.
  • axially symmetrical vaults are characterized by a central axis as the center, from which the spokes extend in parallel.
  • the spokes in the longitudinal arches are rigidly connected to a central axis (ridge) and arranged parallel to each other.
  • the spring tensioning device connects the end points of opposite spokes diametrically through the arch.
  • a vault with the shape of a longitudinally halved cylinder can be formed in the longitudinal vault in the spatial form.
  • oval vaults with a central axis and an oval surface form also count among the longitudinal vaults.
  • Mixed forms can also be designed. These include, for example, crossed longitudinal arches with special, diagonally running spokes in the area of the intersection, comparable to a nave, or also longitudinal arches with half a dome arch at each end of the central axis, comparable to an iron construction at the end of the 19th century.
  • the pop-up construction on the circulating line with the circulating line of a second, Reversible shape-changeable pop-up construction to flexibly connect to form a closed spatial shape.
  • a closed spatial shape there is an oval spatial shape up to a spherical shape in the case of rotationally symmetrical vaults.
  • Axially symmetrical vaults result in oval to round cylinders or angular shapes, such as a double rhombus.
  • the two pop-up constructions can each have their own spring tensioning device on the circulation line or can be connected to one another by a common device.
  • various applications for example as a globe or atomic model, and for the cylindrical shape, for example as a miniaturized advertising column, can be realized.
  • An essential component of the simple pop-up construction according to the invention is the simple design with a spoke arrangement which is rigidly connected to one another centrally.
  • the term "rigid" is intended to express that in the spoke center only one bend and no kink (as in the case of an umbrella) occurs during self-assembly so as not to interrupt the curvature here, it is particularly advantageous if according to one Another development of the invention, the flexible spokes are formed from a one-piece spoke star or spoke grid, in particular from a flexible metal or plastic film. This can be, for example, a stamped part, so that a subsequent connection of the spokes in the center is not necessary.
  • the one-piece spoke star can be in the Solid in the middle or have an opening formed by a ring in which all spokes end .
  • the spoke grid has a connection of all parallel spokes at both ends, so that an additional stabilization of the grid is achieved can be real in the spoke grid be built so that a ridge results. However, this can also be an imaginary ridge line.
  • Corresponding coherent spoke structures can also be used in the combinations of rotationally and axially symmetrical vaults mentioned above.
  • the spring tensioning device is formed by a closed circumferential thread with an integrated elastic element, which is in each case through a hole on the End of each spoke is guided.
  • the thread can be formed from a stretchable rubber thread or a stretch-resistant nylon thread with an elastic section.
  • a rubber thread is easy to assemble and can easily be replaced in the event of aging.
  • the thread can be passed particularly easily through holes in the ends of the spokes.
  • eyelets or other guide elements can also be provided here.
  • the two pop-up constructions can be arranged with their spokes on the circumferential line at a gap from one another and connected to one another by a common rubber thread that passes through the spokes alternately.
  • a nylon thread slides particularly easily through the holes when the pop-up construction is actuated.
  • the change in length of the thread between the surface and the spatial shape can be achieved by an integrated piece of rubber thread as an elastic section.
  • the thread is a nylon thread, which is divided into sections and is stretchably stretched by elastic elements running diametrically through the pop-up construction, in particular in the form of rubber bands.
  • the pop-up construction is locked on the base plate by means of fixing elements, both in terms of the surface shape and in the shape of the space.
  • the fixing elements can be non-positive or positive elements, in particular in the form of Push buttons and / or locking lugs can be formed.
  • the slots in the base plate can be positioned appropriately for the spokes, through which the spokes reach and are connected to one another below the base plate by the spring tensioning device.
  • a dimensionally stable base plate not only ensures that the pop-up construction is finished in the form of a vault downwards, which makes it easier to handle, it also ensures additional stabilization of the construction in both forms.
  • Simple fixing elements for the erected state can be inward-facing locking lugs at the end of the spokes, which engage under the base plate or in a circumferential groove in the base plate and prevent the base plate from falling out downwards.
  • a push button arranged in the center of the spoke construction can be provided, which is pressed into its matching counterpart in the base plate for locking.
  • cross rungs are provided between the spokes, each of which is rigidly connected to a spoke at one end and into the spatial shape at the other end Detachably snap in the adjacent spoke. These connections can then be released again, for example, by means of a central unlocking mechanism before the pop-up construction is converted into the surface shape.
  • a vault is provided that can be folded flat if necessary.
  • the construction has elements on its inside and / or outside that can also be reversibly converted into a surface shape. Therefore, according to a next embodiment of the invention, it can be advantageous if one or more reversibly shape-changeable elements on the inside are firmly connected to the center of the spokes, which when the pop-up construction pops open be erected with.
  • the first include connections in an atomic model or stairs in a dome model. Artistic elements occur in particular when the pop-up construction according to the invention is used for advertising purposes.
  • the elements can be flexible so that they can be easily transferred to the surface without the application of additional forces. According to a next embodiment of the invention, however, they can also have a spiral or meandering shape, so that they can be converted into a circular or rectangular surface when folded.
  • a spiral-shaped element can, for example, be stairs that spiral around in a dome structure. The same applies to a staircase that runs around in angular geometry.
  • the construction elements in dome construction models can also include chimneys or other vertically oriented elements. Since these cannot be folded in a spiral or meandering shape, it is advantageous if, according to a next continuation of the inventive idea, it is provided that the reversibly changeable element consists of interconnected concentric boundaries which telescope apart when the pop-up construction opens to be pulled.
  • This principle known for example from camping mugs, enables simple integration of vertical elements into the pop-up construction.
  • the thickness of the surface shape will inevitably increase somewhat.
  • the increase in thickness is acceptable by minimizing the height of the concentric boundaries, which can be formed, for example, as thin rings or boxes.
  • the spokes have a shape that fills the spaces between the spokes Width are formed.
  • a solid, printed and translucent film can be used.
  • the conversion into the spatial form can be done via circumferential rubber rings as a spring tensioning device, which are arranged on at least two levels.
  • the spoke surfaces have the profile of the Merkator curve and the spatial shape is pressed together precisely by the rubber rings, which is why an exact surface dimensioning of the spokes is required.
  • the mercury curve limits an angle of 20 °, exactly 18 spokes of this type are required for a hemisphere, which are rigidly connected to one another in the center.
  • a flexible, folded or divided covering for filling the spaces between the spokes, provision can also be made for a flexible, folded or divided covering to be arranged between the spokes.
  • This can be used, for example, for imprints in the form of dome roofs or maps or for graphic designs with and without word designs.
  • the flexible covering In the collapsed state, the flexible covering is stretched, which must be taken into account when holding down and resetting and can lead to impairments of the surface designs.
  • this can also function as a spring tensioning device.
  • an inflexible covering can also be used, which then folds slightly when the pop-up construction is curved.
  • the spokes have wing-like flexible cover surfaces along their longitudinal edges, which are adapted to the curved space between the spokes and which fill the spaces between the spokes in the curved state of the pop-up construction.
  • the flexible cover surfaces that do not require additional forces are also flat in the plane.
  • each spoke can be provided to provide only one cover surface on each spoke to cover an entire spoke field or on both sides of each spoke a narrower cover surface, which in the arched state covers at least half the spoke field and interacts with the corresponding cover surface of the next spoke.
  • plastics and transparent plexiglass are suitable as materials for the flexible cover surfaces.
  • Future developments of inherently flexible glass with integrated plastic parts can also be used.
  • the flexible cover surfaces are formed by flexible glass strips, each consisting of narrow glass sections that are horizontally connected to one another with a flexible connecting compound. Comparable to the flexible cover of a secretary or a pull-out table top, this technique can be used in those.
  • strips of connecting compound for example silicone
  • strips of connecting compound form the fixing hinges, the spaces between the spokes are filled with glass. It is important to ensure that the elements are in front of the spokes and are supported by them.
  • tubes are inserted into the flexible connecting mass as guide elements for the spring tensioning device.
  • the spring tensioning device is well fixed in place, in particular in the embodiment of a plurality of circumferential rubber bands, and can transmit the tensioning force uniformly over the entire circumference of the pop-up construction.
  • the covering as a flexible element can form the spring tensioning device, the covering of the pop-up construction resting on the rib construction in a more tense form than the spatial form.
  • a regular shape can be achieved for the covering by appropriate pre-assembly of the covering.
  • this can be arranged on the outside of a reversibly shape-changeable element consisting of concentric rings or borders that reach to the center and are connected to one another via cord sections, which are also pulled open when the pop-up construction opens and between each of which flexible or folded covering segments are arranged in the width of the spaces between the spokes.
  • the rings or any edges adapted to the circumferential line span the erected dome, which are fixed at different heights according to their diameter.
  • the rings or borders the innermost of which is connected to the center of the spoke construction, are drawn up and positioned from the inside to the outside via the cord sections.
  • the covering segments can be flexible, then they are stretched when folded.
  • the rings or edges fix the spoke construction in the radial direction.
  • the largest ring or the largest border with the line of the arched base or the base plate ensures its precise basic shape by snapping in front of the spokes.
  • it can, if necessary, hinder the return of the curvature to the surface shape, in particular if the spokes end up at an angle of 90 ° or greater to the plane.
  • a rigging is provided both for the conversion into the surface shape and for the mounting of the concentric rings or borders together with the covering segments.
  • the bottom, largest ring / border is raised slightly above this, which is guided on the outside or in several spokes from the largest ring / border over the center into the interior of the arch and downwards in the middle, so that the arched spokes underneath it can be pushed outwards.
  • the pop-up construction is pulled over the rigging with a slight time delay caused, for example, by appropriately positioned stop knots.
  • the reversible shape-changeable pop-up construction according to the invention in particular also in connection with a graphic surface design.
  • the curvature can be used in particular with small dimensions as a dome model, illustrative model, greeting or postcard or advertising object, with medium dimensions as a lampshade, shell or mobile container or with larger dimensions as a protective net, pavilion or utility building. Applications in boat building and in space are also conceivable.
  • Figure 1a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the
  • FIG. 1b the pop-up construction according to FIG.
  • FIG. 2a shows an axisymmetric pop-up construction in the spatial form as a half cylinder
  • FIG. 2b shows the pop-up construction according to FIG.
  • FIG. 3a shows a combined pop-up construction with an axis in the spatial form
  • Figure 3b shows a combined pop-up construction with two orthogonal
  • FIG. 4a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the spatial form as a hemisphere with a base plate
  • FIG. 4b shows an axisymmetric pop-up construction in the spatial form as a half cylinder with a base plate
  • FIG. 5a shows two rotationally symmetrical pop-up
  • FIG. 5b the two interconnected pop-up constructions according to FIG. 5a in the surface form
  • FIG. 6a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the form of a space as a hemisphere with an inner reversible shape-changing element in the form of a spiral.
  • FIG. 6b shows the pop-up construction according to FIG. 6a in the flat shape.
  • FIG. 7a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the spatial form as a hemisphere with an inner element which can be reversibly changed in shape in the form of a funnel
  • FIG. 7b shows the pop-up construction according to FIG. 7a in the flat shape
  • FIG. 8a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the spatial form as a hemisphere with a vertically oriented, one-piece covering of the spaces between the spokes
  • FIG. 8b shows the pop-up construction according to FIG. 8a in the flat shape
  • FIG. 9a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the spatial form as a hemisphere with a vertically oriented, multi-piece covering of the interstices between the spokes,
  • FIG. 9b shows the pop-up construction according to FIG. 9a in the flat shape
  • 10a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the spatial form as a hemisphere with an outer covering
  • FIG. 10b shows the pop-up construction according to FIG. 10a in the flat shape
  • FIG. 11a shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the spatial form as a hemisphere with concentric rings
  • FIG. 11 b shows the pop-up construction according to FIG. 11 a in the surface shape
  • FIG. 12 a shows a covering segment for the concentric rings according to FIG. 11 a in the spatial form
  • FIG. 13 shows a rotationally symmetrical pop-up construction in the spatial form as a hemisphere with concentric rings according to FIG. 11a with a rigging.
  • FIG. 1 a shows a pop-up construction POP-UP that can be reversibly changed in shape according to the invention in the form of a rotationally symmetrical arch 2 as a spatial shape.
  • FIG. 1b which corresponds to FIG. 1a, shows the pop-up construction POP-UP as an n-angular surface shape 3, which is round for the arch 2 shown.
  • the double arrow between the two Figures 1a, 1b indicates the reversible transferability of the two forms into one another.
  • the round surface shape 3 according to FIG. 1b is formed by a large number of radially arranged, flexible spokes 4. These are rigidly connected to one another in a center 1 in the formation of a central point, in the exemplary embodiment represented by a ring 5.
  • the spokes 4 form with the ring 5 an integral spoke star 6, which is made, for example, of a flexible plastic film. This enables a continuous curvature of the spokes 4 in the center 1 and prevents their sharp-edged folding there.
  • a spring tensioning device 7 runs along the circumferential line 10 of the round surface shape 3. In the exemplary embodiment shown, this is a closed, stretchable rubber thread 8, which is threaded through a hole 9 at the end of each spoke 4. In the curved shape of the room there is a balance of forces between the biasing force of the spring tensioning device 7 and the Restoring force of the flexible spokes 4.
  • FIGS. 2a and 2b show a pop-up construction POP-UP in the form of an axially symmetrical arch 11 as a spatial shape, here in the form of a half cylinder.
  • the surface shape 12 is formed by a multiplicity of spokes 13 which start in parallel from a central axis 14 as the center 1.
  • a spoke grid 16 is formed by connections on the circulating line 15.
  • a spring tensioning device 17 consists of individual stretchable rubber threads 18, via which spokes 13 diametrically opposite each other through the surface shape 12 are flexibly connected to one another in pairs. The reversible transfer of this axisymmetric pop-up construction POP-UP from the surface to the spatial shape takes place in an analogous manner to the explanations in FIGS. 1a and 1b.
  • FIGS. 3a and 3b show spatial shapes of pop-up constructions POP-UP, which are composed of rotationally symmetrical arches 100 and axially symmetrical arches 110.
  • a rotationally symmetrical arch 100 in the form of a quarter ball is coupled to a central axis 111 of the axisymmetric arch 110 at each end.
  • the result is a cylindrical, arched longitudinal construction with semicircular ends.
  • FIG. 3b shows a pop-up construction POP-UP made of two crossed axially symmetrical arches 120, 130 with two central axes 121, 131 aligned orthogonally to one another.
  • the two longitudinal arches are 120, 130 again completed with quarter-turn rotationally symmetrical vaults 140.
  • the result is a longitudinal construction constructed like a cloister.
  • the already relatively complex pop-up constructions POP-UP shown in FIGS. 3a and 3b can be reversibly converted between surface and spatial shape in a simple manner in the manner described.
  • Other possible combinations in an even more complex training with the same mechanism of action can be easily designed.
  • FIGS. 4a and 4b show pop-up constructions POP-UP with a stabilizing base plate.
  • this is a round base plate 210 for a rotationally symmetrical vault 200.
  • the flexible spokes 220 have a fixing element 240 in the form of a push button at their central point 230. This is used to lock the pop-up construction POP-UP in the flat shape.
  • the base plate 210 has grooves in its edge into which the spokes 220 engage in the spatial shape (for details, see FIG. 4c), so that the spatial 220 prevents the spokes from slipping sideways.
  • the spring tensioning device 250 in the form of a circumferential rubber thread can also be guided in the groove in the groove in the edge of the base plate 210.
  • FIG. 4b shows a pop-up construction POP-UP with an axially symmetrical vault 300 in the spatial shape and a rectangular base plate 310.
  • the spokes 320 engage again in grooves in the edge of the base plate 310 (cf. FIG. 4c).
  • the spring tensioning device 330 in the form of individual rubber threads runs diametrically through the base plate 310 between paired spokes 320.
  • a fixing element for locking in the flat shape can be provided in the area of the central axis (not shown).
  • Further inner and outer elements of the pop-up construction POP-UP can be connected to the base plate 210, 310 for stabilization and to facilitate handling.
  • FIG. 4c shows in detail the possibility of engaging the spokes 220 (on the right in FIG. 4c for the rotationally symmetrical arch) or the spokes 320 (on the left in FIG. 4c for axially symmetrical arch).
  • Fixing elements in the form of locking lugs 400 each at the end of the spokes 220, 320 engage in the shape of the space in correspondingly shaped grooves 410. This prevents the spokes 220, 320 from slipping sideways. Their loosening by pulling up is also prevented. The conversion into the surface shape is not hindered. The respective course of the spring tensioning devices 250, 330 can be clearly seen.
  • FIGS. 5a and 5b show a pop-up construction POP-UP in the form of a hemisphere 21 (all other curved shapes are also possible), which have the circulating line 30 with the circulating line 30 a second pop-up construction POP-UP is flexibly connected. Since the second pop-up construction POP-UP also assumes a hemisphere 23 as a curvature shape, the interaction of the two pop-up constructions POP-UP results in a closed spatial shape 24 in the form of a sphere.
  • FIGS. 6a and 6b show an additional, reversibly changeable element 31 in the form of a spiral 32 in the interior of a pop-up construction POP-UP.
  • the spiral 32 is connected to the center 33 (central point) of a spoke star 35 formed by the spokes 34, so that it also straightens up when it transitions into the curved spatial shape (cf. FIG. 6a).
  • the spiral 32 also assumes a flat shape (cf. FIG. 6b).
  • the spiral 32 can be, for example, a modeled spiral staircase if the pop-up construction POP-UP is to be used to simulate a corresponding building dome.
  • FIGS. 7a and 7b show another reversible shape-changing element 41 inside a pop-up construction POP-UP.
  • This element 41 consists of a plurality of interconnected concentric borders 42, which are opened telescopically when the pop-up construction POP-UP opens (cf. FIG. 7a). In this case, hooking between the boundaries 42, which is not shown further, prevents their spreading apart.
  • the concentric boundaries 42 are rings in the exemplary embodiment shown. However, any polygons can also be realized. Thus, for example, the funnel-shaped mirror dome in the Reichstag dome can be modeled. In the surface shape, the concentric borders 42 are pushed into one another, so that there is a flat shape with the height of the borders 42, the height of which can be in the range of a few percent of the spoke length (cf. FIG. 7b).
  • FIGS. 8a and 8b show a pop-up construction POP-UP with wing-like, in the shape of the arched interstices 51 adapted, flexible cover surfaces 52. These are connected on one side to the spokes 53 and, under bending, completely fill the intermediate spaces 51 in the curved spatial shape (cf. FIG. 8a). In the surface shape, the cover surfaces 52 lie flat between the spokes 53 (see FIG. 8b).
  • FIGS. 9a and 9b show a pop-up construction POP-UP with an embodiment of the flexible cover surfaces 61 as rastered glass strips 62 which are carried by the spokes 63 (cf. FIG. 9a).
  • the rastered glass strips 62 are narrow glass sections 64 which are connected to each other horizontally, for example with silicone compound 65, so that flexible but sufficiently strong hinges are formed at the connection points.
  • the glass strips 62 lie uncurved between and on the spokes 63 (cf. FIG. 9b). With such an embodiment, for example, the glazing of the Reichstag dome can be reproduced well.
  • FIGS. 10a and 10b A pop-up construction POP-UP can be seen in FIGS. 10a and 10b, in which a circumferential flexible covering 71 is provided on the outside. This is connected to the center 72 and the circumferential line 73 of the spokes 74 and, when the pop-up construction POP-UP opens, spans it with the appropriate size dimensioning without creases (cf. FIG. 10a). In the surface shape, the covering 71 also lies wrinkle-free on the spokes 74 (cf. FIG. 10b). The tension in the covering 71 is greater in the surface shape than in the spatial shape, so that the restoring force that arises can be used to support or even replace the spring tensioning device.
  • FIGS. 11a and 11b show, on the outside of a pop-up construction POP-UP, a reversibly changeable element 81 in the form of a plurality of concentric rings 82. These are connected to one another and to the center 84 of the spokes 85 via cord sections 83. At the Popping up the pop-up construction POP-UP, the rings 82 are pulled up and apart over the cord sections 83 and are fixed in height in accordance with their diameters (cf. FIG. 11a). A lowermost ring 86, which can be flexibly attached to a base, fixes the circular shape of the pop-up construction POP-UP. In the compressed state, the concentric rings 82 lie loosely on the spokes 85 (cf. FIG. 11b).
  • FIGS. 12a and 12b a detail of a concertina-like, not flexible flexible covering segment 87 is shown, which is adapted to the width of the spoke spaces 88 and is firmly connected to the concentric rings 82 and is pulled together with them (see FIG. 12a).
  • the covering segment 87 lies in an orderly folded form on the spokes 85 (cf. FIG. 12b).
  • FIG. 13 shows a rigging 89 for the pop-up construction POP-UP according to FIGS. 11a to 12b, with the aid of which the largest ring 86, which fixes the circular shape, is initially raised somewhat and then the pop-up is Construction POP-UP can be drawn into the surface shape.
  • the rigging 89 is fixed outside at four points 90 on the largest ring 86.
  • the time delay is caused by correspondingly positioned nodes 91 which strike the center 92 of the pop-up construction POP-UP when the rigging 89 is actuated in the direction of the arrow.
  • the rigging 89 which can also run through the spokes 85, can be fixed accordingly in order to maintain this position.
  • the pop-up construction POP-UP then automatically jumps back into the curved spatial shape.

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Abstract

Von Grusskarten ist es bekannt, diese als Pop-Up-konstruktion zu gestalten, die sich durch eine integrierte Federspanneinrichtung selbsttätig entfalten, wenn man sie dem Briefumschlag entnimmt. Eine bekannte Grusskarte geht von einer runden Flächenform in eine radförmige Raumform über. Zur Erzielung von besonders vielfältigen und auch unterschiedlichen Ausgestaltungen und Anwendungen ist bei der Pop-Up-Konstruktion nach der Erfindung vorgesehen, dass eine n-eckige Flächenform (3) von von einem Zentrum (1) ausgehenden biegsamen Speichen (4) gebildet wird, die im Zentrum (1) starr und an ihren dem Zentrum (1) gegenüber liegenden Enden durch eine Federspanneinrichtung (7) miteinander verbunden sind. Als Raumform ist dann eine Wölbung (2) in rotations- und/oder achsensymmetrischer Ausprägung erreichbar, deren Wölbungsgrad durch das Kräftegleichgewicht zwischen Federspanneinrichtung (7) und biegsamen Speichen (4) bestimmt ist. Es können zusätzliche Elemente und Kuppelabdeckungen vorgesehen sein, die sich ebenfalls in eine Flächenform überführen lassen. Unterschiedlichste Gestaltungen in Form, Material und Grafik ermöglichen eine Vielzahl von Anwendungen. Insbesondere kann es sich hierbei um Kuppel- oder Anschauungsmodelle, Werbeobjekte oder Nutzbauten handeln.

Description

Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion und Verwendung
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion, die bei äußerer Belastung eine n-eckige Flächenform unter Vorspannung einer integrierten Federspanneinrichtung einnimmt und bei Entlastung selbsttätig unter zunehmender Entspannung der Federspanneinrichtung in eine selbsttragende Raumform aufspringt, und auf Verwendungen davon.
Pop-Up-Konstruktionen sind aus dem täglichen Leben aus unterschiedlichen Bereichen bekannt. Dabei hat sich der Begriff „Pop-Up" verbreitet, weil er kurz und prägnant deren selbsterrichtende Funktion beschreibt. Hierbei handelt es sich um ein selbsttätiges Aufspringen („Pop-Up") aus der flachen Ebene in eine stabile Raumform, wenn sie von einer niederhaltenden Kraft befreit werden. Zu den bekanntesten Pop-Up-Konstruktionen zählen beispielsweise Grußkarten, Werbevorrichtungen, Kinderbücher, Kinderzelte und Abschattungen für Autofenster. Auch Automatikschirme können zu den Pop-Up-Konstruktionen gezählt werden. Dabei sind Verwendungen in den unterschiedlichsten Gebieten zu finden.
Beispielsweise ist aus der US 4.682.726 ein regelmäßiger Polyeder aus 12 Fünfeckflächen bekannt, der aus zwei sternförmig ausgebildeten und vorge- falteten Pappen besteht, die über Laschen und Schlitze ineinander eingreifen können. Im flachen Zustand liegen die Pappen in der Form regelmäßiger Fünfecke aufeinander und sind durch einzelne Nieten miteinander verbunden. Zwischen den Pappen verläuft durch Schlitze ein geschlossenes Gummiband als integrierte Federspanneinrichtung, das beim Zusammendrücken des Polyeders vorgespannt wird. Beim Entlasten zieht das Gummiband die Pappen mit ihren Laschen und Schlitzen von Innen her ineinander, sodass eine stabile, geschlossene Raumform entsteht. Der bekannte Polyeder kann beispielsweise als Anschauungsmodell verwendet werden.
Aus der US 6.135.388 ist ein zusammenlegbarer, zylinderförmiger Drachen bekannt, der aus einer flexiblen Bespannung zwischen zwei Ringen und vier die beiden Ringe miteinander verbindenden Federdrahtspeichen als integrierte Federspanneinrichtung besteht. Durch spiralförmiges Zusammenwinden der Federdrahtspeichen kann der Drachen flach zusammengelegt werden. Bei Entlastung springt er selbsttätig in die zylindrische Raumform auf. Andere Raumformen sind ebenfalls realisierbar. Eine ähnliche Konstruktion ist von Abschattungen für Autofenster bekannt. Hier wird eine Schattenbespannung von einem umlaufenden Spannrahmen als integrierte Spanneinrichtung umgeben. Der Spannrahmen ist durch Verwinden kleinflächig und flach zusammenlegbar und springt bei Entlastung in eine großflächige Ebene auf. Nach demselben Prinzip werden beispielsweise auch kleinere Zelte oder andere transportable Vorrichtungen konzipiert, die sich selbsttätig über einen integrierten Federdraht aus der Ebene in eine stabile Raumform aufrichten (vgl. auch US 5.249.592, US 5.809.592, US 6.109.282).
In der US 6.079.430 wird ein Automatikschirm mit einer Feder als interner Federspanneinrichtung beschrieben, die beim Schließen des Schirms vorgespannt wird. Die flache Form eines Schirms bildet jedoch keine Ebene, vielmehr handelt es sich um eine Konstruktion, die von einer axialen Ausrichtung in eine gewölbte Raumform übergeht. Der bekannte Schirm besteht aus einer Vielzahl von radialen, biegsamen Speichen, die zentral in der Schirmachse fest, aber beweglich miteinander verbunden sind, sodass die Speichen unter Bildung einer Spitze nach unten abklappen können. Zur Verbesserung des Zusammenlegens weist die flexible Bespannung, die über die Speichen gezogen ist, in ihrem Rand zwischen den einzelnen Speichen zusätzliche federnde Elemente auf. Hierbei kann es sich um flexible Stahlbänder von der halben Breite eines Speichenabstandes handeln, die sich bei Entlastung spiralförmig aufrollen und so zu einer Anschmiegung der Bespannung an die axiale Ausrichtung beitragen. Zum automatischen Aufrichten des Schirmes tragen diese Elemente jedoch nicht bei.
Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird in der US 5.096.751 offenbart. Hier wird eine rollfähige Pop-Up-Grußkarte beschrieben, die im Wesentlichen aus zwei runden Pappscheiben als n-eckiger Flächenform (mit n gleich Unendlich), die mit Nachrichten beschriftet werden können, und einem diese axial verbindenden Polyeder zur Bildung der Raumform besteht. Der Polyeder weist eine umlaufende Kante auf, an der er unter Aufrechterhaltung des Zusammenhalts der Einzelflächen flach zusammenlegbar ist. Im Innern des Polyeders befindet sich eine integrierte Federspanneinrichtung in Form diametral gespannter Gummibänder, die durch das Flachlegen des Polyeders vorgespannt werden. Die Niederhaltung der bekannten Pop-Up-Grußkarte erfolgt durch einen festen Briefumschlag. Beim Entnehmen der Grußkarte entspannen sich die Gummibänder und richten den Polyeder in eine selbsttragende Raumform auf. Die an den gegenüberliegenden Seiten des Polyeders befestigten Pappscheiben werden so unter Bildung eines Rades in einem Abstand zueinander ausgerichtet. Der für den Benutzer überraschende Effekt besteht daher darin, dass sich die Grußkarte beim Herausnehmen aus dem Briefumschlag selbsttätig aufrichtet und wegrollt.
Die beschriebenen reversibel formveränderbaren Pop-Up-Konstruktionen mit unterschiedlicher Komplexität sind für jeweils spezielle, unterschiedliche Anwendungsfälle mit mehr oder weniger guter Gebrauchstauglichkeit verwendbar. Ausgehend von der zuletzt beschriebenen Konstruktion besteht daher die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine Weiterbildung anzugeben, die besonders vielfältige und auch unterschiedliche Ausgestaltungen und Anwendungen zulässt. Dabei soll die erfindungsgemäße Pop-Up-Konstruktion insbesondere einen zuverlässig funktionierenden, einfachen Selbsterrichtungsmechanismus aufweisen, jedoch trotzdem einfach in ihrem Aufbau und damit in ihrer Realisierung und Handhabung bei gleichzeitig anzustrebender Kostengünstigkeit sein.
Die erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe sieht bei einer gattungs- gemäßen reversibel formveränderbaren Pop-Up-Konstruktion der eingangs beschriebenen Art deshalb vor, dass die n-eckige Flächenform mittels von einem Zentrum ausgehender, biegsamer Speichen gebildet wird, die im Zentrum starr und zumindest an ihren dem Zentrum gegenüberliegenden Enden durch die Federspanneinrichtung untereineinender verbunden sind, wobei die Raumform als Gewölbe mit gebogenen Speichen ausgebildet wird, deren Wölbungsgrad durch ein sich beim Aufspringen einstellendes Kräftegleichgewicht zwischen der Vorspannkraft der Federspanneinrichtung und der Rückstellkraft in den biegsamen Speichen bestimmt ist.
Die erfindungsgemäße Pop-Up-Konstruktion stellt in der Raumform ein universelles Wölbungsgebilde dar, das aus einer einfachen, biegsamen Speichenkonstruktion im Zusammenwirken mit einer integrierten Federspanneinrichtung konzipiert ist. Damit erinnert es zwar an die Grundform eines Schirms, weist jedoch den wesentlichen Unterschied auf, dass es sich aus einer flachen Scheibe als Flächenform bildet. Diese wiederum ist zwar von der beschriebenen Grußkarte bekannt, hier aber ist keine gewölbte Raumform erreichbar. Auch der bekannte Polyeder kann nicht wie die erfindungsgemäße Pop-Up-Konstruktion aus einer einfachen Scheibenform in eine gleichmäßige Kuppelform überführt werden. Die Überführung in die Flächenform erfolgt durch einfaches Herunterdrücken des Speichenzentrums. Da bei exakt ebener Ausrichtung alle Kräfte ins Zentrum der Konstruktion weisen, ist die resultierende Gesamtkraft in Normalrichtung zur Ebene gleich null, wodurch nur eine minimale Kraft zur Aufrechterhaltung der Flächenform erforderlich ist. Die Selbsterrichtung wird bei der Erfindung in einfacher Weise durch das Kräftegleichgewicht zwischen der Aufrichtkraft der Federspanneinrichtung und der Rückstellkraft der biegsamen Speichenkonstruktion selbsttätig geregelt. Vergleichbar ist dieses Prinzip mit dem Gleichgewicht beim Fallschirm, das sich zwischen der nach unten ziehenden Gewichtskraft und der aufrichtenden Luftmasse ausbildet. Insbesondere die sich einstellende Gewölbeform ermöglicht die unterschiedlichsten Anwendungen für die erfindungsgemäße Pop-Up- Konstruktion. Dabei wird die Palette noch erweitert durch den ohne zusätzliche Laschen oder Schlitze auskommenden Pop-Up-Mechanismus mit der Überführbarkeit aus der flachen Ebene in den Raum.
Durch die Einstellung des Kräftegleichgewichts wird bei der erfindungsgemäßen Pop-Up-Konstruktion die Wölbung in der Raumform festgelegt. Diese Wölbung kann sowohl relativ flach ausgebildet sein, sodass sich die Raumform nur wenig aus der Flächenform heraushebt, sie kann aber auch sehr ausgeprägt sein. Hierbei sollte jedoch das Zusammenziehen der Speichen nur bis zu einem Winkel von maximal 90° zur Ebene erfolgen, um die Überführung in die Flächenform nicht zu erschweren. Grundsätzlich kann bei der Erfindung zwischen rotationssymmetrischen und achsensymmetrischen Wölbungsformen unterschieden werden. Nach einer entsprechenden Weiterbildungsform der erfindungsgemäßen Pop-Up-Konstruktion kann deshalb vorteilhaft vorgesehen sein, dass die biegsamen Speichen von einem zentralen Punkt als Zentrum radial ausgehen und an der Umlauflinie der n- eckigen Flächenform durch die Federspanneinrichtung miteinander verbunden sind, wobei in der Raumform das Gewölbe rotationssymmetrisch, insbesondere als Halbkugel, ausgebildet wird. Bei einer anderen Weiterbildungsform kann vorgesehen sein, dass die biegsamen Speichen von einer zentralen Achse als Zentrum parallel ausgehen und diametral durch die n-eckige Flächenform hindurch durch die Federspanneinrichtung paarweise miteinander verbunden sind, wobei in der Raumform das Gewölbe achsensymmetrisch, insbesondere als Halbzylinder, ausgebildet wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in der Raumform das Gewölbe als Kombination aus rotationssymmetrischen und achsensymmetrischen Gewölben ausgebildet wird.
Somit sind mit der Pop-Up-Konstruktion nach der Erfindung nahezu beliebige Wölbungsformen konzipierbar. Die rotationssymmetrischen Gewölbe zeichnen sich durch einen zentralen Punkt als Zentrum aus, von dem die Speichen radial ausgehen. Somit sind mit einer derartigen Konzeption Kuppelgewölbe, wie sie in der Architektur beispielsweise von Kirchenbauten her bekannt sind, realisierbar. Die Umlauflinie derartiger Kuppelgewölbe kann sowohl als Kreis (mit unendlich vielen Ecken) als auch in Form anderer symmetrischer Geometrien (Quadrat, Dreieck) ausgebildet sein. Während bei der kreisrunden Kuppelwölbung alle Speichen die gleiche Länge haben, ist diese bei eckigen Geometrien entsprechend unterschiedlich zu wählen. Bei allen rotationssymmetrischen Gewölben verläuft die integrierte Federspanneinrichtung auf der geometrischen Umlauflinie der Flächen- bzw. Raumform. Demgegenüber zeichnen sich achsensymmetrische Gewölbe durch eine zentrale Achse als Zentrum aus, von der die Speichen parallel ausgehen. In der Hauptsache ergeben sich Longitudinalgewölbe, beispielsweise in der Art der aus der Architektur bekannten Gewölbegänge. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Kuppelgewölben mit radial nach Außen weisenden und an der Umlauflinie verbundenen Speichen sind bei den Longitudinalgewölben die Speichen starr mit einer zentralen Achse (First) verbunden und parallel zueinander angeordnet. Die Federspanneinrichtung verbindet hierbei jeweils die Endpunkte gegenüberliegender Speichen diametral durch das Gewölbe hindurch. Analog zu der hochsymmetrischen Halbkugel als Kuppelgewölbe kann bei den Longitudinalgewölben in der Raumform ein Gewölbe mit der Form eines längs halbierten Zylinders gebildet werden. Auch die ovalen Gewölbe mit einer zentralen Achsen und einer ovalen Flächenform zählen zu den Longitudinalgewölben. Des Weiteren sind Mischformen konzipierbar. Hierzu zählen beispielsweise gekreuzte Longitudinalwolbungen mit besonderen, diagonal verlaufenden Speichen im Kreuzungsbereich, vergleichbar einem Kirchenschiff, oder auch Longitudinalwolbungen mit je einer halben Kuppelwölbung an jedem Ende der zentralen Achse, vergleichbar einem Gewächshaus als Eisenkonstruktion am Ende des 19. Jahrhunderts.
Gemäß einer nächsten Erfindungsweiterbildung besteht die Möglichkeit, die Pop-Up-Konstruktion an der Umlauflinie mit der Umlauflinie einer zweiten, reversibel formveränderbaren Pop-Up-Konstruktion zur Bildung einer geschlossenen Raumform flexibel zu verbinden. Je nach Wölbungsgrad entsteht bei rotationssymmetrischen Gewölben eine ovale Raumform bis hin zu einer Kugelform. Aus achsensymmetrischen Gewölben ergeben sich ovale bis runde Zylinder oder eckige Formen, wie beispielsweise ein Doppelrhombus. Die beiden Pop-Up-Konstruktionen können jeweils eine eigene Federspanneinrichtung an der Umlauflinie aufweisen oder durch eine gemeinsame Einrichtung miteinander verbunden sein. Insbesondere für die Konzeption einer Kugelform können verschiedene Anwendungen, beispielsweise als Globus oder Atommodell, und für die Zylinderform, beispielsweise als miniaturisierte Litfaßsäule, realisiert werden.
Wesentlicher Bestandteil der einfachen erfindungsgemäßen Pop-Up- Konstruktion ist die einfache Konzeption mit einer Speichenanordnung, die zentral starr miteinander verbunden sind. Dabei soll mit dem Begriff „starr" zum Ausdruck gebracht werden, dass im Speichenzentrum bei der Selbsterrichtung nur eine Biegung und keine Abknickung (wie bei einem Schirm) eintritt, um den Wölbungsverlauf hier nicht zu unterbrechen, besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn gemäß einer anderen Erfindungsfortbildung die biegsamen Speichen von einem einstückigen Speichenstern oder Speichengitter, insbesondere aus einer flexiblen Metall- oder Kunststofffolie, gebildet sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Stanzteil handeln, sodass eine nachträgliche Verbindung der Speichen im Zentrum entfällt. Der einstückige Speichenstern kann in der Mitte massiv sein oder auch eine Öffnung aufweisen, die von einem Ring gebildet wird, in dem alle Speichen enden.. Das Speichengitter weist eine Verbindung aller parallelen Speichen an ihren beiden Enden auf, sodass hier eine zusätzliche Stabilisierung des Gitters erreicht wird. Die zentrale Achse kann real in das Speichengitter eingebaut sein, sodass sich ein First ergibt. Es kann sich hierbei aber auch um eine gedachte Firstlinie handeln. Bei den weiter oben erwähnten Kombinationen von rotations- und achsensymmetrischen Gewölben können ebenfalls entsprechend zusammenhängende Speichengebilde verwendet werden. Lediglich eine zweite, ebenso einfache Komponente kommt zu der einfachen Speichenkonstruktion hinzu, wenn entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pop-Up-Konstruktion die Feder- spanneinrichtung von einem geschlossen umlaufenden Faden mit einem integrierten elastischen Element gebildet ist, der durch ein Loch jeweils am Ende jeder Speiche geführt ist. Weiterhin kann der Faden von einem dehnbaren Gummifaden oder einem dehnfesten Nylonfaden mit einem elastischen Abschnitt gebildet sein. Ein Gummifaden ist einfach zu montieren und kann im Alterungsfalle leicht ausgewechselt werden. Der Faden kann besonders einfach durch Bohrungen in den Speichenenden geführt werden. Es können hier aber auch Ösen oder andere Führungselemente vorgesehen sein. Zur Bildung einer geschlossenen Raumform können die beiden Pop-Up- Konstruktionen mit ihren Speichen an der Umlauflinie auf Lücke zueinander angeordnet sein und durch einen gemeinsamen Gummifaden, der die Speichen abwechselnd durchläuft, miteinander verbunden sein. Ein Nylonfaden gleitet besonders leicht durch die Bohrungen bei der Betätigung der Pop-Up-Konstruktion. Die Längenveränderung des Fadens zwischen der Flächen- und der Raumform kann durch ein integriertes Stück Gummifaden als elastischem Abschnitt erreicht werden. Nach einer anderen Erfindungsausgestaltung kann aber auch vorgesehen sein, dass der Faden ein Nylonfaden ist, der in Abschnitte aufgeteilt ist und durch diametral durch die Pop-Up- Konstruktion verlaufende elastische Elemente, insbesondere in Form von Gummibändern, dehnfähig gespannt wird. Beim Übergang der Pop-Up- Konstruktion von der Flächenform in die Raumform ziehen die Gummifäden dann die Nylonfäden in Schlaufen zur Mitte hin.
In einer weiteren Ausgestaltung der Pop-Up-Konstruktion nach der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Pop-Up-Konstruktion sowohl in der Flächenform als auch in der Raumform auf einer Grundplatte durch Fixierelemente arretiert wird. Dabei können die Fixierelemente als kraftschlüssige oder als formschlüssige Elemente, insbesondere in der Form von Druckknöpfen und/oder Rastnasen ausgebildet sein. Möglich sind auch den Speichen entsprechend positionierte Langschlitze in der Grundplatte, durch die die Speichen hindurchgreifen und unterhalb der Grundplatte durch die Federspanneinrichtung miteinander verbunden werden. Eine formstabile Grundplatte sorgt nicht nur für einen Abschluss der Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Gewölbe nach unten hin, wodurch dieses leichter handhabbar wird, es gewährleistet auch ein zusätzliche Stabilisierung der Konstruktion in beiden Erscheinungsformen. Einfache Fixierungselemente für den aufgerichteten Zustand können dabei nach innen weisende Rastnasen am Ende der Speichen sein, die unter die Grundplatte oder in eine umlaufende Nut in der Grundplatte greifen und ein Herausfallen der Grundplatte nach unten verhindern. Für den flachen Zustand der Pop-Up-Konstruktion kann beispielsweise ein im Zentrum des Speichenkonstruktion angeordneter Druckknopf vorgesehen werden, der zur Arretierung in sein passendes Gegenstück in der Grundplatte gedrückt wird. Zur weiteren Stabilisierung der Pop-Up-Konstruktion nach der Erfindung kann es gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn Quersprossen zwischen den Speichen vorgesehen sind, die jeweils an einem Ende starr mit einer Speiche verbunden sind und mit dem anderen Ende in der Raumform in die benachbarte Speiche lösbar einrasten. Diese Verbindungen können dann beispielsweise durch einen zentralen Entriegelungsmechanismus vor dem Überführen der Pop-Up-Konstruktion in die Flächenform wieder gelöst werden.
Mit der reversibel formveränderbaren Konstruktion nach der Erfindung wird ein Gewölbe zu Verfügung gestellt, das im Bedarfsfall flach zusammenlegbar ist. Auf verschiedene Anwendungsmöglichkeiten wurde bereits hingewiesen. In diesem Zusammenhang kann es sinnvoll sein, wenn die Konstruktion Elemente auf ihrer Innen- und/oder Außenseite aufweist, die ebenfalls reversibel in eine Flächenform überführbar sind. Deshalb kann es gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung von Vorteil sein, wenn auf der Innenseite eine oder mehrere reversibel formveränderbare Elemente mit dem Zentrum der Speichen fest verbunden sind, die beim Aufspringen der Pop-Up-Konstruktion mit aufgerichtet werden. Hierbei kann es sich sowohl um erforderliche Konstruktionselemente als auch um künstlerische Elemente handeln. Zu den ersten zählen beispielsweise Verbindungen in einem Atommodell oder Treppen in einem Kuppelbaumodell. Künstlerische Elemente treten insbeson- dere bei Anwendungen der erfindungsgemäßen Pop-Up-Konstruktion zu Werbezwecken auf. Die Elemente können flexibel sein, sodass sie einfach ohne Aufbringung von Zusatzkräften in die Fläche zu überführen sind. Sie können gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung aber auch spiral- oder mäanderförmig ausgebildet sein, sodass sie beim Zusammenlegen in eine Kreis- oder Rechteckfläche überführbar sind. Bei einem spiralförmig ausgebildeten Element kann es sich beispielsweise um spiralförmig in einem Kuppelbau umlaufende Treppen handeln. Gleiches gilt für ein Treppe, die in eckiger Geometrie umläuft. Zu den Konstruktionselementen können bei Kuppelbaumodellen beispielsweise auch Schornsteine oder andere vertikal ausgerichtete Elemente zählen. Da diese nicht spiral- oder mäanderförmig zusammenlegbar sind, ist es von Vorteil, wenn gemäß einer nächsten Fortführung der Erfindungsidee vorgesehen ist, dass das reversibel formveränderbare Element aus miteinander verbundenen konzentrischen Berandun- gen besteht, die beim Aufspringen der Pop-Up-Konstruktion teleskopartig auseinander gezogen werden. Dieses beispielsweise von Campingbechern her bekannte Prinzip ermöglich eine einfache Integration von vertikalen Elementen in die Pop-Up-Konstruktion. Dabei wird die Dicke der Flächenform zwangsläufig etwas zunehmen. Durch eine Minimierung der Höhe der konzentrischen Berandungen, die beispielsweise als dünne Ringe oder Kästen ausgebildet sein können, ist die Dickenvergrößerung jedoch akzeptierbar.
Bislang wurde das Gerüst der erfindungsgemäßen reversibel formveränderbaren Konstruktion und mögliche, ebenfalls formveränderbare Zusatzelemente im Innern der Konstruktion beschrieben. Wichtige Anwendungen der Erfindung betreffen Kuppelbaumodelle, Anschauungs- oder Werbeobjekte. Dazu kann gemäß einer anderen Fortführung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Speichen mit einer die Speichenzwischenräume in der Raumform ausfüllenden Breite ausgebildet sind. Bei dieser Art von Speichen als integrierte Deckflächenelemente kann eine feste, bedruckte und lichtdurchscheinende Folie verwendet werden. Die Überführung in die Raumform kann über umlaufende Gummiringe als Federspanneinrichtung erfolgen, die auf mindestens zwei Höhenetagen angeordnet sind. Die Speichenflächen haben das Profil der Merkatorkurve und werden in der Raumform genau auf Stoß von den Gummiringen zusammengedrückt, weshalb eine genaue Flächenbemessung der Speichen erforderlich ist. Bei einem Globus als Pop-Up-Konstruktion begrenzt die Merkatorkurve einen Winkel von 20°, es werden für eine Halbkugel genau 18 derartig geformte Speichen benötigt, die im Zentrum starr miteinander verbunden sind.
Für die Ausfüllung der Speichenzwischenräume kann gemäß einer nächsten Erfindungsweiterbildung auch vorgesehen sein, dass zwischen den Speichen eine flexible, gefaltete oder geteilte Bespannung angeordnet ist. Diese kann beispielsweise für Aufdrucke in Form von Kuppeldächern oder Landkarten oder für graphische Gestaltungen mit und ohne Wortgestaltungen verwendet werden. Im zusammengelegten Zustand wird die flexible Bespannung gedehnt, was bei der Niederhaltung und Rückstellung zu berücksichtigen ist und zu Beeinträchtigungen der Oberflächengestaltungen führen kann. Bei entsprechender Bemessung der Spannkraft der flexiblen Bespannung kann diese auch als Federspanneinrichtung fungieren. Andererseits kann auch eine unflexible Bespannung verwendet werden, die dann im gewölbten Zustand der Pop-Up-Konstruktion geringe Falten wirft. Eine starre Ausfüllung der Speichen- Zwischenräume ergibt sich, wenn gemäß der folgenden Erfindungsausgestaltung die Speichen entlang ihrer Längskanten flügelartige, dem gewölbten Speichenzwischenraum angepasste, flexible Deckflächen aufweisen, die im gewölbten Zustand der Pop-Up-Konstruktion die Speichenzwischenräume ausfüllen. In der Flächenform liegen die keine Zusatzkräfte erfordernden flexiblen Deckflächen ebenfalls flach in der Ebene. Es ergeben sich an der Umlauflinie entsprechend der Form des gewölbten Speichenzwischenraums unter- und entlang der Speichen Überdeckungen der flexiblen Deckflächen. Diese werden nicht gedehnt, sodass vielfältige Oberflächengestaltungen möglich sind. Es kann vorgesehen sein, an jeder Speiche nur eine Deckfläche zur Abdeckung eines gesamten Speichenfelds oder an beiden Seiten jeder Speiche eine schmalere Deckfläche vorzusehen, die im gewölbten Zustand zumindest das halbe Speichenfeld abdeckt und mit der entsprechenden Deckfläche der nächsten Speiche überdeckend zusammenwirkt. Als Materialien für die flexiblen Deckflächen bieten sich insbesondere Kunststoffe und transparentes Plexiglas an. Zukünftige Entwicklungen von in sich flexiblem Glas mit integrierten Kunststoffanteilen sind ebenfalls einsetzbar. Für einen insbesondere bei Kuppelmodellen besonders realitätsnahen Eindruck kann gemäß einer nächsten Erfindungsfortführung vorgesehen sein, dass die flexiblen Deckflächen von biegsamen Glasstreifen gebildet sind, die jeweils aus schmalen, horizontal mit einer flexiblen Verbindungsmasse miteinander verbundenen Glasabschnitten bestehen. Vergleichbar mit der flexiblen Abdeckung eines Sekretärs oder einer ausziehbaren Tischplatte können mit dieser Technik, bei denen . Streifen aus Verbindungsmasse, beispielsweise Silikon, die fixierenden Scharniere bilden, die Speichenzwischenräume mit Glas ausgefüllt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Elemente entsprechend vor den Speichen liegen und von diesen getragen werden. Nach einer weiteren Erfindungsfortführung kann dabei auch vorgesehen sein, dass in die flexible Verbindungsmasse Röhren als Führungselemente für die Federspanneinrichtung eingelegt sind. Durch diese ist die Federspanneinrichtung insbesondere in der Ausführungsform mehrerer umlaufender Gummibänder gut ortsfixiert und kann die Spannkraft gleichmäßig auf den gesamten Umfang der Pop-Up-Konstruktion übertragen.
Neben der Möglichkeit einer Ausfüllung der Speichenzwischenräume mit Deckflächen entlang der Speichenlänge besteht noch die andere Möglichkeit, eine hochziehbare Bedeckung des Gewölbes an dessen Umfang anzuordnen. Nach einer weiteren Fortführung der Erfindung kann deshalb vorgesehen sein, dass auf der Außenseite eine umlaufende, flexible oder gefaltete Bespannung mit dem Zentrum und der Umlauflinie der Speichen fest verbunden ist, die beim Aufspringen der Pop-Up-Konstruktion über diese gespannt wird. Der Vorteil einer solchen auf der Außenseite der Wölbung vorgesehenen Bedeckung ist ihre Geschlossenheit in Umfangsrichtung, sodass hierdurch die Rippenkonstruktion verdeckt und der Kuppelwölbung eine zusätzliche Stabilität und Gleichmäßigkeit verliehen wird. Auch hier kann die Bespannung als flexibles Element die Federspanneinrichtung bilden, wobei in der Flächenform der Pop-Up-Konstruktion die Bedeckung auf der Rippenkonstruktion in gespannterer Form aufliegt als in der Raumform. Des Weiteren kann bei der Bedeckung eine regelmäßige Form durch eine entsprechende Vorkonfektionie- rung der Bedeckung erzielt werden. Insbesondere kann es sich hierbei gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung darum handeln, dass auf der Außenseite ein reversibel formveränderbares Element aus bis zum Zentrum reichenden, miteinander über Schnurabschnitte verbundenen konzentrischen Ringen oder Berandungen angeordnet ist, die beim Aufspringen der Pop-Up- Konstruktion mitaufgezogen werden und zwischen denen jeweils flexible oder gefaltete Bespannungssegmente in der Breite der Speichenzwischenräume angeordnet sind. Die Ringe oder beliebig der Umlauflinie angepassten Berandungen umspannen die aufgerichtete Kuppel, wobei diese entsprechend ihrem Durchmesser auf unterschiedlichen Höhen fixiert sind. Beim Aufspringen der Kuppel werden die Ringe oder Berandungen, deren innerster mit dem Zentrum der Speichenkonstruktion verbunden ist, von innen nach außen über die Schnurabschnitte mit aufgezogen und positioniert. Durch das Aufziehen werden die Bespannungssegmente mit aufgezogen und bedecken die Speichenzwischenräume. Die Bespannungssegmente können flexibel sein, dann sind sie im zusammengelegten Zustand gespannt. Sie können aber auch wie ein Faltrollo gefaltet sein, wobei sich im zusammengelegten Zustand eine zulaufende Faltung vom äußersten zum innersten Ring/Berandung hin ergibt, die kürzer ist als der Radius der Umlauflinie der Speichenkonstruktion, da sie am größten Ring/Berandung endet, der dem Radius des gegenüber der Umlauflinie kleineren Wölbungsbodens entspricht. Die Ringe bzw. Berandungen fixieren die Speichenkonstruktion in radialer Richtung. Insbesondere der größte Ring bzw. die größte Berandung mit dem Linienverlauf des Wölbungsbodens oder der Grundplatte gewährleistet dessen präzise Grundform durch Einrasten vor den Speichen. Er kann jedoch gegebenenfalls die Rückführung der Wölbung in die Flächenform behindern, insbesondere wenn die Speichen am Ende unter einem Winkel von 90° oder größer zur Ebene aufsetzen. Deshalb ist es sinnvoll, in einer nächsten Erfindungsausgestaltung vorzusehen, dass eine Takelage sowohl zum Überführen in die Flächenform als auch zum Aufziehen der konzentrischen Ringe oder Berandungen zusammen mit den Bespannungssegmenten vorgesehen ist. Über diese, die außen an oder in mehreren Speichen vom größten Ring/Berandung über das Zentrum in das Innere der Wölbung und in der Mitte abwärts geführt wird, wird der unterste, größte Ring/Berandung als erstes etwas angehoben, sodass die gewölbten Speichen unter diesem nach außen gedrückt werden können. Danach wird über die Takelage mit einer beispielsweise durch entsprechend positionierte Anschlagknoten hervorgerufenen, geringen Zeitverzögerung die Pop-Up-Konstruktion in die Flächenform gezogen. .
Bei allen genannten Zusatzelementen für die erfindungsgemäße Pop-Up- Konstruktion ist es daneben sinnvoll, wenn gemäß einer anderen Erfindungsausgestaltung vorgesehen ist, dass reversibel formveränderbare Elemente sowie Abdeckungen und deren zugehörige Betätigungselemente mit der Grundplatte verbunden sind. Diese verleiht damit nicht nur der Pop-Up- Konstruktion zusätzliche Stabilität, sondern dient darüber hinaus auch der Befestigung und Stabilisierung der genannten Zusatzelemente. Außerdem dient sie deren Funktionsfähigkeit, wenn es sich um Elemente handelt, die zusammen mit der Pop-Up-Konstruktion reversibel von der Flächen- in die Raumform überführbar sein sollen.
Obwohl es an mehreren Beschreibungsstellen bereits angedeutet wurde, soll an dieser Stelle noch einmal explizit auf die vielfältige Verwendbarkeit der reversibel formveränderbaren Pop-Up-Konstruktion nach der Erfindung, insbesondere auch im Zusammenhang mit einer graphischen Oberflächengestaltung, hingewiesen werden. Die Wölbung kann insbesondere mit kleinen Abmessungen als Kuppelmodell, Anschauungsmodell, Gruß- oder Postkarte oder Werbeobjekt, mit mittleren Abmessungen als Lampenschirm, Schale oder mobiles Behältnis oder mit größeren Abmessungen als Schutznetz, Pavillon oder Nutzbau verwendet werden. Auch Anwendungen im Bootsbau und im Weltraum sind denkbar. Bei den meisten Anwendungen, bei denen auch im Recycling wiedergewonnene Materialien bei der Herstellung eingesetzt werden können, ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pop-Up-Konstruktion auf dieser und auf vorgesehenen, reversibel formveränderbaren Elementen graphische Gestaltungen vorgesehen sind. Dadurch sind insbesondere Kuppelmodelle, beispielsweise vom Berliner Reichstag oder vom Petersdom in Rom, realisierbar, die den Originalen sehr ähnlich sind. Den Anwendungs- und Gestaltungsmöglichkeiten sind damit kaum Grenzen gesetzt.
Einzelne Ausbildungsformen der Erfindung werden in Beispielen nachfolgend zum weiteren Verständnis der Erfindung anhand der schematischen Figuren in der Perspektive näher erläutert. Dabei zeigt :
Figur 1a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der
Raumform als Halbkugel, Figur 1b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 1 a in der Flächenform,
Figur 2a eine achsensymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbzylinder, Figur 2b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 2 a in der Flächenform,
Figur 3a eine kombinierte Pop-Up-Konstruktion mit einer Achse in der Raumform, Figur 3b eine kombinierte Pop-Up-Konstruktion mit zwei orthogonalen
Achsen in der Raumform,
Figur 4a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit einer Grundplatte, Figur 4b eine achsensymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbzylinder mit einer Grundplatte,
Figur 4c Fixierelemente gemäß Fig. 4a, 4b im perspektivischen Detail,
Figur 5a zwei miteinander verbundene, rotationssymmetrische Pop-Up-
Konstruktionen in der Raumform als Vollkugel, Figur 5b die beiden miteinander verbundenen Pop-Up-Konstruktionen gemäß Figur 5a in der Flächenform,
Figur 6a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit einem inneren reversibel formveränderbaren Element in Form einer Spirale Figur 6b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 6a in der Flächenform,
Figur 7a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit einem inneren reversibel formveränderbaren Element in Form eines Trichters,
Figur 7b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 7a in der Flächenform, Figur 8a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit einer vertikal ausgerichteten, einstückigen Bedeckung der Speichenzwischenräume,
Figur 8b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 8a in der Flächenform,
Figur 9a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit einer vertikal ausgerichteten mehrstückigen Bedeckung der Speichenzwischenräume,
Figur 9b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 9a in der Flächenform,
Figur 10a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit einer äußeren Bespannung,
Figur 10b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 10a in der Flächenform, Figur 11a eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit konzentrischen Ringen,
Figur 11 b die Pop-Up-Konstruktion gemäß Figur 11 a in der Flächenform,
Figur 12a ein Bespannungssegment für die konzentrischen Ringe gemäß Figur 11 a in der Raumform,
Figur 12b das Bespannungssegment gemäß Figur 12a in der Flächenform und
Figur 13 eine rotationssymmetrische Pop-Up-Konstruktion in der Raumform als Halbkugel mit konzentrischen Ringen gemäß Figur 11a mit einer Takelage.
In der Figur 1a ist eine reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion POP-UP nach der Erfindung in Form eines rotationssymmetrischen Gewölbes 2 als Raumform dargestellt. Die zu der Figur 1a korrespondierende Figur 1b zeigt die Pop-Up-Konstruktion POP-UP als n-eckige Flächenform 3, die für das dargestellte Gewölbe 2 rund ausgebildet ist. Der Doppelpfeil zwischen den beiden Figuren 1a, 1b deutet die reversible Überführbarkeit der beiden Formen ineinander an. Die runde Flächenform 3 gemäß Figur 1b wird von einer Vielzahl von radial angeordneten, biegsamen Speichen 4 gebildet. Diese sind in einem Zentrum 1 in der Ausbildung eines zentralen Punktes starr miteinander verbunden, im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Ring 5. Die Speichen 4 bilden mit dem Ring 5 einen einstückigen Speichenstern 6, der beispielsweise aus einer flexiblen Kunststofffolie hergestellt ist. Dieser ermöglicht eine kontinuierliche Krümmung der Speichen 4 im Zentrum 1 und verhindert dort deren scharfkantiges Abklappen. An der Umlauflinie 10 der runden Flächenform 3 verläuft eine Federspanneinrichtung 7. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um einen geschlossen umlaufenden, dehnbaren Gummifaden 8, der durch jeweils ein Loch 9 am Ende jeder Speiche 4 gefädelt ist. In der gewölbten Raumform besteht ein Kräftegleichgewicht zwischen der Vorspannkraft der Federspanneinrichtung 7 und der Rückstellkraft der biegsamen Speichen 4. In der ebenen Flächenform 3 wird lediglich eine geringe, externe Haltekraft im Zentrum 1 auf den Speichenstern 6 ausgeübt, sodass die biegsamen Speichen 4 keine Rückstellkraft mehr ausüben. Entfällt die externe Kraft, zieht die Federspanneinrichtung 7 die Pop- Up-Konstruktion POP-UP selbsttätig in die gewölbte Raumform bis zum Erreichen des Kräftegleichgewichts zurück.
In den Figuren 2a und 2b (analog zu den Figuren 1a und 1 b) ist eine Pop-Up- Konstruktion POP-UP in Form eines achsensymmetrischen Gewölbes 11 als Raumform, hier in Form eines Halbzylinders, dargestellt. Die zu der Figur 2a korrespondierende Figur 2b zeigt die zugehörige Flächenform 12 in der Form eines Rechtecks (n=4). Die Flächenform 12 wird von einer Vielzahl von Speichen 13 gebildet, die parallel von einer zentralen Achse 14 als Zentrum 1 ausgehen. Durch Verbindungen an der Umlauflinie 15 entsteht ein Speichen- gitter 16. Eine Federspanneinrichtung 17 besteht aus einzelnen dehnbaren Gummifäden 18, über die jeweils diametral durch die Flächenform 12 hindurch gegenüberliegende Speichen 13 paarweise flexibel miteinander verbunden sind. Die reversible Überführung dieser achsensymmetrischen Pop-Up- Konstruktion POP-UP von der Flächen- in die Raumform erfolgt in analoger Weise zu den Erläuterungen in den Figuren 1a und 1b.
Die Figuren 3a und 3b zeigen Raumformen von Pop-Up-Konstruktionen POP- UP, die aus rotationssymmetrischen Gewölben 100 und achsensymmetrischen Gewölben 110 zusammengesetzt sind. Bei der Pop-Up-Konstruktion POP-UP in der Figur 3a ist an einer zentralen Achse 111 des achsensymmetrischen Gewölbes 110 an jedes Ende ein rotationssymmetrisches Gewölbe 100 in Form einer Viertelkugel angekoppelt. Es ergibt sich eine zylindrisch gewölbte Longitudinalkonstruktion mit halbrunden Abschlüssen. In der Figur 3b ist eine Pop-Up-Konstruktion POP-UP aus zwei gekreuzten achsensymmetrischen Gewölben 120,130 mit zwei orthogonal zueinander ausgerichteten zentralen Achsen 121, 131 dargestellt. Die beiden longitudinalen Gewölbe 120,130 sind wiederum mit rotationssymmetrischen Gewölben 140 in Viertelausbildung abgeschlossen. Es ergibt sich eine kreuzgangartig ausgebildete Longitudinal- konstruktion. Die in den Figuren 3a und 3b dargestellten, bereits relativ komplexen Pop-Up-Konstruktionen POP-UP lassen sich ein einfacher Weise in der beschriebenen Art reversibel zwischen Flächen- und Raumform umwandeln. Weitere Kombinationsmöglichkeiten in noch komplexerer Ausbildung mit demselben Wirkmechanismus sind ohne Weiteres konzipierbar.
In den Figuren 4a und 4b sind Pop-Up-Konstruktionen POP-UP mit einer stabilisierenden Grundplatte gezeigt. In der Figur 4a handelt es sich hierbei für ein rotationssymmetrisches Gewölbe 200 um eine runde Grundplatte 210. Die flexiblen Speichen 220 weisen in ihrem zentralen Punkt 230 ein Fixierelement 240 in Form eines Druckknopfes auf. Dieser dient der Arretierung der Pop-Up- Konstruktion POP-UP in der Flächenform. Der Grundplatte 210 weist in ihrem Rand Nuten auf, in die die Speichen 220 in der Raumform einrasten (Detail vgl. Figur 4c), sodass ein seitliches Wegrutschen der Speichen 220 in der Raumform verhindert ist. Die Federspanneinrichtung 250 in Form eines umlaufenden Gummifadens kann in der Raumform ebenfalls in einer Nut im Rand der Grundplatte 210 geführt werden. In der Figur 4b ist eine Pop-Up- Konstruktion POP-UP mit einem achsensymmetrischen Gewölbe 300 in der Raumform und einer rechteckigen Grundplatte 310 gezeigt. Die Speichen 320 rasten im dargestellten Ausführungsbeispiel wieder in Nuten im Rand der Grundplatte 310 ein (vgl. Figur 4c). Die Federspanneinrichtung 330 in Form einzelner Gummifäden verläuft durch die Grundplatte 310 zwischen paarweise zugeordneten Speichen 320 diametral hindurch. Auch bei dieser Pop-Up- Konstruktion kann im Bereich der zentralen Achse ein Fixierelement zur Arretierung in der Flächenform vorgesehen sein (nicht dargestellt). Mit der Grundplatte 210, 310 können weitere, innere und äußere Elemente der Pop- Up-Konstruktion POP-UP zur Stabilisierung und zur Erleichterung der Handhabung verbunden sein. In der Figur 4c ist im Detail eine Einrastmöglichkeit der Speichen 220 (in der Figur 4c rechts für das rotationssymmetrische Gewölbe) oder der Speichen 320 (in der Figur 4c links für achsensymmetrisches Gewölbe) dargestellt. Fixierelemente in Form von Rastnasen 400 jeweils am Ende der Speichen 220, 320 greifen in der Raumform in entsprechend geformte Nuten 410 ein. Auf diese Weise wird ein seitliches Verrutschen der Speichen 220, 320 verhindert. Deren Lösen durch Hochziehen wird ebenfalls verhindert. Die Überführung in die Flächenform wird jedoch nicht behindert. Gut ist der jeweilige Verlauf der Federspanneinrichtungen 250, 330 zu erkennen.
Hinweis : Im Folgenden werden im Einzelnen weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Pop-Up-Konstruktion beschrieben. Dies erfolgt jeweils anhand einer rotationssymmetrischen Gewölbeform. Alle beschriebenen Varianten sind aber ohne Weiteres auch auf die achsensymmetrische Gewölbeform und auf Kombinationsformen beider Gewölbeformen übertrag- und anwendbar.
In den Figuren 5a und 5b (analog zu den Figuren 1a und 1b) ist eine Pop-Up- Konstruktion POP-UP in Form einer Halbkugel 21 (alle anderen gewölbten Formen sind ebenfalls möglich) dargestellt, die an ihrer Umlauflinie 20 mit der Umlauflinie 30 einer zweiten Pop-Up-Konstruktion POP-UP flexibel verbunden ist. Da die zweite Pop-Up-Konstruktion POP-UP ebenfalls eine Halbkugel 23 als Wölbungsform annimmt, ergibt sich aus dem Zusammenwirken der beiden Pop-Up-Konstruktionen POP-UP eine geschlossene Raumform 24 in der Form einer Kugel. Die Verbindung zwischen den beiden Pop-Up-Konstruktionen POP-UP wird durch eine gemeinsame Federspanneinrichtung 25 in Form eines Gummifadens 26 hergestellt, der abwechselnd durch Löcher 27 in den Speichen 28, 29 verläuft. Die von der Federspanneinrichtung 25 aufzubringende Vorspannkraft ist bei dieser Ausführungsform doppelt so groß wie bei einer einfachen Ausführung gemäß Figur 1a. In den Figuren 6a und 6b ist ein zusätzliches, reversibel formveränderbares Element 31 in Form einer Spirale 32 im Innern einer Pop-Up-Konstruktion POP-UP dargestellt. Die Spirale 32 ist mit dem Zentrum 33 (zentraler Punkt) eines von den Speichen 34 gebildeten Speichensterns 35 verbunden, sodass sie sich bei dessen Übergang in die gewölbte Raumform ebenfalls aufrichtet (vgl. Figur 6a). Eine Befestigung an einer stabilisierenden Grundplatte ist - ebenso wie auch für die Pop-Up-Konstruktion POP-UP allgemein - ohne Weiteres möglich, insbesondere auch in flexibler Weise, in den anderen Figuren aber nicht weiter dargestellt. In der ebenen Flächenform nimmt auch die Spirale 32 einen flächige Form an (vgl. Figur 6b). Bei der Spirale 32 kann es sich beispielsweise um eine nachempfundene Wendeltreppe handeln, wenn mit der Pop-Up-Konstruktion POP-UP eine entsprechende Gebäudekuppel nachgebildet werden soll.
In den Figuren 7a und 7b ist ein anderes reversibel formveränderbares Element 41 im Innern einer Pop-Up-Konstruktion POP-UP gezeigt. Dieses Element 41 besteht aus einer Vielzahl miteinander verbundener konzentrischer Berandungen 42, die beim Aufspringen der Pop-Up-Konstruktion POP-UP teleskopartig aufgezogen werden (vgl. Figur 7a). Dabei wird durch nicht weiter dargestellte Verhakungen zwischen den Berandungen 42 deren Auseinanderziehen verhindert. Bei den konzentrischen Berandungen 42 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um Ringe. Es können aber auch beliebige Vielecke realisiert werden. Somit kann beispielsweise der trichterförmige Spiegeldom in der Reichstagskuppel nachempfunden werden. In der Flächen- form werden die konzentrischen Berandungen 42 ineinander geschoben, sodass sich eine flächige Form mit der Höhe der Berandungen 42, deren Höhe im Bereich einiger Prozent der Speichenlänge liegen kann, ergibt (vgl. Figur 7b).
Die Figuren 8a und 8b zeigt eine Pop-Up-Konstruktion POP-UP mit flügelartigen, an die gewölbten Speichenzwischenräume 51 in der Form angepasste, flexible Deckflächen 52. Diese sind einseitig mit den Speichen 53 verbunden und füllen unter Biegung die Speichenzwischenräume 51 in der gewölbten Raumform vollständig aus (vgl. Figur 8a). In der Flächenform liegen die Deckflächen 52 flach zwischen den Speichen 53 (vgl. Figur 8b).
In den Figuren 9a und 9b ist eine Pop-Up-Konstruktion POP-UP mit einer Ausführungsform der flexiblen Deckflächen 61 als gerasterte Glasstreifen 62 dargestellt, die von den Speichen 63 getragen werden (vgl. Figur 9a). Bei den gerasterten Glasstreifen 62 handelt es sich um schmale Glasabschnitte 64, die horizontal beispielsweise mit Silikonmasse 65 miteinander verbunden sind, sodass an den Verbindungsstellen biegsame, aber ausreichend feste Scharniere gebildet werden. In der Flächenform liegen die Glasstreifen 62 ungekrümmt zwischen und auf den Speichen 63 (vgl. Figur 9b). Mit einer derartigen Ausführungsform kann beispielsweise die Verglasung der Reichstagskuppel gut wiedergegeben werden.
Den Figuren 10a und 10b ist eine Pop-Up-Konstruktion POP-UP zu entnehmen, bei der auf der Außenseite eine umlaufende flexible Bespannung 71 vorgesehen ist. Diese ist mit dem Zentrum 72 und der Umlauflinie 73 der Speichen 74 verbunden und überspannt beim Aufspringen der Pop-Up- Konstruktion POP-UP bei entsprechender Größenbemessung diese faltenfrei (vgl. Figur 10a). In der Flächenform liegt die Bespannung 71 ebenfalls faltenfrei auf den Speichen 74 auf (vgl. Figur 10b). Die Spannung in der Bespannung 71 ist in der Flächenform größer als in der Raumform, sodass die entstehende Rückstellkraft zur Unterstützung oder sogar zum Ersatz der Federspanneinrichtung genutzt werden kann.
Die Figuren 11a und 11b zeigen auf der Außenseite einer Pop-Up- Konstruktion POP-UP eine reversibel formveränderbares Element 81 in Form mehrerer konzentrischer Ringe 82. Diese sind über Schnurabschnitte 83 miteinander und mit dem Zentrum 84 der Speichen 85 verbunden. Beim Aufspringen der Pop-Up-Konstruktion POP-UP werden die Ringe 82 über die Schnurabschnitte 83 hoch- und auseinandergezogen und entsprechend ihrer Durchmesser höhenfixiert (vgl. Figur 11a). Ein unterster Ring 86, der flexibel an einer Unterlage befestigt sein kann, fixiert die Kreisform der Pop-Up- Konstruktion POP-UP. Im zusammengedrückten Zustand liegen die konzentrischen Ringe 82 lose auf den Speichen 85 auf (vgl. Figur 11b). In den zugehörigen Figuren 12a und 12b wird als Detailausschnitt ein ziehharmonikaartig gefaltetes, in sich nicht flexibles Bespannungssegment 87 gezeigt, das der Breite der Speichenzwischenräume 88 angepasst und mit den konzentrischen Ringen 82 fest verbunden ist und zusammen mit diesen aufgezogen wird (vgl. Figur 12a). In der Flächenform liegt das Bespannungssegment 87 in geordnet gefalteter Form auf den Speichen 85 auf (vgl. Figur 12b).
In der Figur 13 ist für die Pop-Up-Konstruktion POP-UP gemäß Figuren 11a bis 12b eine Takelage 89 dargestellt, mit deren Hilfe sowohl der größte Ring 86, der die Kreisform fixiert, zunächst etwas angehoben als auch anschließend die Pop-Up-Konstruktion POP-UP in die Flächenform gezogen werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Takelage 89 außen an vier Punkten 90 am größten Ring 86 fixiert. Die Zeitverzögerung wird durch entsprechend positionierte Knoten 91 hervorgerufen, die am Zentrum 92 der Pop-Up-Konstruktion POP-UP anschlagen, wenn die Takelage 89 in Pfeilrichtung betätigt wird. Ist die Flächenform mit den zusammengeschobenen konzentrischen Ringen 82 erreicht, kann zur Aufrechterhaltung dieser Position die Takelage 89, die auch durch die Speichen 85 verlaufen kann, entsprechend fixiert werden. Bei Lösen der Takelage 89 springt die Pop-Up- Konstruktion POP-UP dann wieder selbsttätig in die gewölbte Raumform auf.
In der vorangegangenen Beschreibung wurde ein kurzer Überblick über die Gestaltung und Funktionsweise der Pop-Up-Konstruktion nach der Erfindung in einzelnen Ausführungsbeispielen gegeben. Eine Anwendungsmöglichkeit, die vom Erfinder besonders bevorzugt wird, sieht eine Kombination verschiedener Ausführungsbeispiele zur Realisierung eines selbsterrichtenden Kuppelmodells des Berliner Reichstags vor. Ausgehend von einer Pop-Up-Konstruktion in Halbkugelform wären zwei Spiralen für die im Reichstag vorhandenen, gegenläufigen Wendeltreppen und eine trichterförmige Teleskopanordnung für den zentralen Spiegeldom vorzusehen. Die Gestaltung der Glasfassade könnte durch biegsame Glasstreifen mit Silikonverbindungen erfolgen. Alle genannten Elemente lassen sich ebenfalls reversibel in eine flächige Form überführen. Darüber hinaus könnte das Kuppelmodell entsprechend dem Aussehen der Reichstagskuppel graphisch gestaltet werden. Er ergibt sich somit ein realitätsgetreues Abbild der Reichstagskuppel in Form einer Pop-Up-Konstruktion. Dieses könnte in der Flächenform beispielsweise Informationsmaterial in Form von Büchern oder CDs über Berlin beigefügt werden. Für das Betrachten lässt man die Kuppel dann in die Raumform aufspringen, danach fügt man sie zusammengelegt wieder in das Buch oder die CD-Hülle.
Bezugszeichenliste
POP-UP Pop-Up-Konstruktion
1 Zentrum
2 rotationssymmetrisches Gewölbe (Raumform)
3 n-eckige Flächenform
4 Speiche
5 Ring
6 Speichenstern
Federspanneinrichtung
Gummifaden 9 Loch
10 Umlauflinie
11 achsensymmetrisches Gewölbe (Raumform)
12 Flächenform
13 Speiche
14 zentrale Achse
15 Umlauflinie
16 Speichengitter
17 Federspanneinrichtung
18 Gummifaden
20 Umlauflinie
21 Halbkugel
23 Halbkugel
24 geschlossene Raumform
25 Federspanneinrichtung
26 Gummifaden
27 Loch
28 Speiche
29 Speiche
30 Umlauflinie
31 reversibel formveränderbares Element
32 Spirale
33 Zentrum
34 Speiche
35 Speichenstern
41 reversibel formveränderbares Element
42 Berandung 51 Speichenzwischenraum
52 Deckfläche
53 Speiche
61 Deckfläche
62 Glasstreifen
63 Speiche
64 Glasabschnitt 65 Silikonmasse
71 Bespannung
72 Zentrum
73 Umlauflinie 74 Speiche
81 reversibel formveränderbares Element
82 konzentrische Ringe
83 Schnurabschnitt 84 Zentrum
85 Speiche
86 unterster Ring
87 Bespannungssegment
88 Speichenzwischenraum 89 Takelage
90 Punkt
91 Knoten
92 Zentrum
100 rotationssymmetrisches Gewölbe
110 achsensymmetrisches Gewölbe 111 zentrale Achse
120 achsensymmetrisches Gewölbe
121 zentrale Achse
130 achsensymmetrisches Gewölbe
131 zentrale Achse
140 rotationssymmetrisches Gewölbe
200 rotationssymmetrisches Gewölbe
210 runde Grundplatte
220 Speiche
230 zentraler Punkt
240 Fixierelement
250 Federspanneinrichtung
300 achsensymmetrisches Gewölbe
310 rechteckige Grundplatte
320 Speiche
330 Federspanneinrichtung
400 Rastnase
410 Nut

Claims

Patentansprüche
1. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion, die bei äußerer Belastung eine n-eckige Flächenform unter Vorspannung einer integrierten Federspanneinrichtung einnimmt und bei Entlastung selbsttätig unter zunehmender Entspannung der Federspanneinrichtung in eine selbsttragende Raumform aufspringt, dadurch gekennzeichnet, dass die n-eckige Flächenform (3) mittels von einem Zentrum (1 ) ausgehender, biegsamer Speichen (4) gebildet wird, die im Zentrum (1 ) starr und zumindest an ihren dem Zentrum (1) gegenüber liegenden Enden durch die Federspanneinrichtung (7) untereinander verbunden sind, wobei die Raumform als Gewölbe (2) mit gebogenen Speichen (4) ausgebildet wird, deren Wölbungsgrad durch ein sich beim Aufspringen einstellendes Kräftegleichgewicht zwischen der Vorspannkraft der Federspanneinrichtung (7) und der Rückstellkraft in den biegsamen Speichen (4) bestimmt ist.
2. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die biegsamen Speichen (4) von einem zentralen Punkt als Zentrum (1 ) radial ausgehen und an der Umlauflinie (10) der n-eckigen Flächenform (3) durch die Federspanneinrichtung (7) miteinander verbunden sind, wobei in der Raumform das Gewölbe (2) rotationssymmetrisch, insbesondere als Halbkugel, ausgebildet wird.
3. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die biegsamen Speichen (13) von einer zentralen Achse (14) als Zentrum (1 ) parallel ausgehen und diametral durch die n-eckige Flächenform hindurch durch die Federspanneinrichtung (17) paarweise miteinander verbunden sind, wobei in der Raumform das Gewölbe (11 ) achsensymmetrisch, insbesondere als Halbzylinder, ausgebildet wird.
4. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Raumform das Gewölbe als Kombination aus rotationssymmetrischen Gewölben (100; 140) und achsen- symmetrischen Gewölben (110; 120, 130) ausgebildet wird.
5. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pop-Up-Konstruktion (POP-UP, 21 ) an der Umlauflinie (20) mit der Umlauflinie (30) einer zweiten, reversibel formveränderbaren Pop-Up-Konstruktion (POP-UP, 23) zur Bildung einer geschlossenen Raumform (24) flexibel verbunden ist.
6. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die biegsamen Speichen (4; 34) von einem einstückigen Speichenstern (6; 35) oder Speichengitter (16), insbesondere aus einer flexiblen Metall- oder Kunststofffolie, gebildet sind.
7. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federspanneinrichtung (7) von einem umlaufenden Faden (8) mit einem integrierten elastischen Element gebildet ist, der durch ein Loch (9) jeweils am Ende jeder Speiche (4) geführt ist.
8. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (8) von einem dehnbaren Gummifaden oder einem dehnfesten Nylonfaden mit einem elastischen Zugelement gebildet ist.
9. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden ein Nylonfaden ist, der in Abschnitte aufgeteilt ist und durch diametral durch die Pop-Up-Konstruktion verlaufende elastische Elemente, insbesondere in Form von Gummibändern, dehnfähig gespannt wird.
10. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pop-Up-Konstruktion sowohl in der Flächenform als auch in der Raumform auf einer Grundplatte (210; 310).durch Fixierelemente (240; 400, 410) arretiert wird.
11. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (240; 400, 410) als kraftschlüssige oder als formschlüssige Elemente, insbesondere in der Form von Druckknöpfen (240) und/oder Rastnasen (400), ausgebildet sind.
12. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Quersprossen zwischen den Speichen vorgesehen sind, die jeweils an einem Ende starr mit einer Speiche verbunden sind und mit dem anderen Ende in der Raumform in die benachbarte Speiche lösbar einrasten.
13. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite ein oder mehrere reversibel formveränderbare Elemente (32) mit dem Zentrum (33) der Speichen (34) fest verbunden sind, die beim Aufspringen der Pop-Up- Konstruktion (POP-UP) mit aufgerichtet werden.
14. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das reversibel formveränderbare Element (32) spiral- oder mäanderförmig ausgebildet ist.
15. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das reversibel formveränderbare Element (41 ) aus miteinander verbundenen konzentrischen Berandungen (42) besteht, die beim Aufspringen der Pop-Up-Konstruktion (POP-UP) teleskopartig auseinander gezogen werden.
16. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen mit einer die Speichenzwischenräume in der Raumform ausfüllenden Breite ausgebildet sind.
17. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Speichen eine flexible, gefaltete oder geteilte Bespannung angeordnet ist.
18. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen (53) entlang ihrer Längskanten flügelartige, dem gewölbten Speichenzwischenraum (51 ) angepasste, flexible Deckflächen (52) aufweisen, die im gewölbten Zustand der Pop-Up-Konstruktion (POP-UP) die Speichenzwischenräume (51 ) ausfüllen.
19. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Deckflächen (61 ) von biegsamen Glasstreifen (62) gebildet sind, die jeweils aus schmalen, horizontal mit einer flexiblen Verbindungsmasse (65) miteinander verbundenen Glasabschnitten (64) bestehen.
20. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass in die flexible Verbindungsmasse Röhren als Führungselemente für die Feder- spanneinrichtung eingelegt sind.
21. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite eine umlaufende, flexible oder gefaltete Bespannung (71 ) mit dem Zentrum (72) und der Umlauflinie (73) der Speichen (74) fest verbunden ist, die beim Aufspringen der Pop-Up- Konstruktion (POP-UP) über diese gespannt wird.
22. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite ein reversibel formveränderbares Element (81) aus bis zum Zentrum reichenden, miteinander über Schnurabschnitte (83) verbundenen konzentrischen Ringen (82) oder Berandungen angeordnet ist, die beim Aufspringen der Pop-Up-Konstruktion (POP-UP) mitaufgezogen werden und zwischen denen jeweils flexible oder gefaltete Bespannungssegmente (87) in der Breite der Speichenzwischenräume (88) angeordnet sind.
23. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Takelage (89) sowohl zum Überführen in die Flächenform als auch zum Aufziehen der konzentrischen Ringe (82) oder Berandungen zusammen mit den Bespannungssegmenten (87) vorgesehen ist.
24. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass reversibel formveränderbare Elemente sowie Abdeckungen und deren zugehörige Betätigungselemente mit der Grundplatte verbunden sind.
25. Reversibel formveränderbare Pop-Up-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Pop-Up-Konstruktion (POP-UP) und auf vorhandenen, reversibel formveränderbaren Elementen graphische Gestaltungen vorgesehen sind.
26. Verwendung der reversibel formveränderbaren Pop-Up-Konstruktion, die bei äußerer Belastung eine n-eckige Flächenform unter Vorspannung einer integrierten Federspanneinrichtung einnimmt und bei Entlastung selbsttätig unter zunehmender Entspannung der Federspanneinrichtung in eine selbsttragende Raumform aufspringt, nach einem der Ansprüche 1 bis 25 mit kleinen Abmessungen als Kuppelmodell, Anschauungsmodell, Gruß- oder Postkarte oder Werbeobjekt, mit mittleren Abmessungen als Lampenschirm, Schale oder mobiles Behältnis oder mit größeren Abmessungen als Schutznetz, Pavillon oder Nutzbau.
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