WO2001039853A1 - Polyhedral mechanism and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a polyhedral mechanism, comprising substantially rigid bodies which are linked in an articulated manner and nodes which are fixed to said bodies; and to a method for producing the same. When the polyhedral mechanism moves, said nodes move in such a way as to form planes of movement which are each formed by polyhedral surfaces that are delimited by edges of a polyhedral. Sub-structures which are allocated to adjacent planes of movement respectively and which contain the bodies, are connected to hinges that form the nodes in such a way as to form closed kinematic loops and in such a way that a rotation of the adjacent sub-structures about their common edges of the polyhedral, respectively, is blocked and the spatial angular position of the planes of movement in relation to each other remains essentially the same while the polyhedral surfaces experience a geometrically similar or self-similar change of dimension, preferably a central extension.

Description

POLYEDERMECHANISMUS UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG POLYEDERMECHANISM AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Die Erfindung betrifft einen Polyedermechanismus mit gelenkig gekoppelten im wesentlichen starren Körpern und körperfesten Knoten und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Polyedermechanismen.The invention relates to a polyhedron mechanism with articulated coupled essentially rigid bodies and body-fixed knots and a method for producing such polyhedron mechanisms.
Solche auch als Polyedergetriebe bezeichneten Polyedermechanismen bilden ein System gelenkig und echt räumlich gekoppelter starrer Körper. Ein solches Mehrkörpersystem dient dazu, Bewegungen und/oder Kräfte von einem oder mehreren Körpern in Bewegungen und/oder Kräfte anderer Körper zu übertragen. Die Polyedermechanismen sind also Systeme mit einem oder mehreren Freiheitsgraden im Sinne der klassischen Mechanik und basieren auf beweglichen, Polyederflächen umfassenden Strukturen.Such polyhedron mechanisms, also known as polyhedron gears, form a system of articulated and genuinely spatially coupled rigid bodies. Such a multi-body system is used to transfer movements and / or forces from one or more bodies into movements and / or forces from other bodies. The polyhedron mechanisms are systems with one or more degrees of freedom in the sense of classic mechanics and are based on movable structures that include polyhedron surfaces.
Bei einer Bewegung von Teilen des Polyedermechanismus erfahren die jeweiligen Polyederflächen eine geometrisch- bzw. selbstähnliche Größenveränderung, beispielsweise eine zentrische Streckung. In diesem Zusammenhang wird deshalb auch von „atmenden" Polyederstrukturen gesprochen.When parts of the polyhedron mechanism move, the respective polyhedron surfaces experience a geometrical or self-similar size change, for example a central stretching. In this context, therefore, we also speak of "breathing" polyhedron structures.
Diese Polyedermechanismen können beispielsweise zu honigwabenähnlichen, d.h. lückenlosen Polyedermechanismen oder zu schwammartigen, d.h. mit Lücken versehenen Polyedermechanismen kombiniert werden. Die atmenden Poyedermechanismen vereinigen in sich einerseits die Schönheit starrer Polye- der und ermöglichen andererseits die Realisierung einer Vielzahl technischer Funktionen. Ein Beispiel für derartige Polyedermechanismen sind kinematische Mobiles, wie etwa der bewegliche Oktaeder der Heureka-Ausstellung 1991 in Zürich.These polyhedron mechanisms can be combined, for example, to form honeycomb-like, that is to say gapless polyhedron mechanisms or to sponge-like, that is to say provided with gaps, polyhedron mechanisms. On the one hand, the breathing polymer mechanisms combine the beauty of rigid poly on the other hand, enable the implementation of a variety of technical functions. An example of such polyhedron mechanisms are kinematic mobiles, such as the movable octahedron of the Heureka exhibition in 1991 in Zurich.
Atmende Polyedermechanismen wurden bisher rein empirisch zusammengesetzt. Eine systematische Methode zur Generierung der atmenden Polyeder- mechanimsmen ist nicht bekannt. Ferner wurde eine den bisher bekannten atmenden Polyedermechanismen zugrundeliegende übergeordnete Funktions- und Wirkstruktur und deren allgemeines Ordnungs- und Konstruktionsprinzip nicht erkannt. Folglich war es bisher nicht möglich, ausgehend von bestimmten Wünschen und/oder Vorgaben von Anwendern bzw. Auftraggebern, sich an vorgegebenen Randbedingungen orientierende Polyedermechanismen einfach und schnell zu synthetisieren, sondern man mußte hoffen, auf empirischem Wege Konstruktionslösungen zu finden. Diese Methode ist nicht zielorientiert sowie zeit-, kosten- und resourcenaufwendig und kann deshalb für eine industrielle Anwendung nicht in Frage kommen.Breathing polyhedron mechanisms have so far been put together purely empirically. A systematic method for generating the breathing polyhedron mechanisms is not known. Furthermore, a superordinate functional and active structure on which the previously known breathing polyhedron mechanisms were based and their general principle of order and construction were not recognized. As a result, it has not previously been possible, based on specific wishes and / or specifications from users or clients, to synthesize polyhedron mechanisms based on specified boundary conditions simply and quickly, but instead one had to hope to find design solutions empirically. This method is not goal-oriented and time, cost and resource consuming and can therefore not be considered for an industrial application.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, atmende Polyedermechanismen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu definieren, die eine den Anwenderbedürfnissen entsprechende Gestaltung und eine einfache und kostengünstige Synthese bzw. Herstellung ermöglichen.Accordingly, it is an object of the invention to define breathing polyhedron mechanisms and a method for their production, which enable a design corresponding to the user needs and a simple and inexpensive synthesis or production.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan- Spruchs 1 , insbesondere dadurch gelöst, daß die Knoten sich bei einer Bewegung des Polyedermechanismus unter Ausbildung von Bewegungsebenen bewegen, die jeweils mit von Kanten eines Polyeders begrenzten Polyederflächen gebildet sind, wobei jeweils benachbarten Bewegungsebenen zugeordnete, die Körper enthaltende SubStrukturen mit die Knoten bildenden Scharnieren unter Ausbildung geschlossener kinematischer Schleifen derart verbunden sind, daß eine Drehung der benachbarten SubStrukturen um ihre jeweils gemeinsamen Kanten des Polyeders blockiert ist, so daß die räumliche Winkellage der Bewe- gungsebenen zueinander im wesentlichen gleich bleibt, während die Polyederflächen eine geometrisch- bzw. selbstähnliche Größenveränderung, vorzugsweise eine zentrische Streckung erfahren.This object is achieved according to the invention by the features of patent claim 1, in particular in that the nodes move when the polyhedron mechanism moves, forming movement planes which are each formed with polyhedron surfaces delimited by edges of a polyhedron, adjacent movement planes being assigned in each case, the substructures containing the bodies are connected to the hinges forming the nodes with the formation of closed kinematic loops such that rotation of the adjacent substructures around their respective common edges of the polyhedron is blocked, so that the spatial angular position of the movements planes remains essentially the same to one another, while the polyhedron surfaces undergo a geometrically or self-similar size change, preferably a central stretching.
Dadurch ist erstmals eine Klasse technisch leicht realisierbarer atmenderThis is the first time that a class that is technically easily feasible is breathing
Polyedermechanismen definiert und synthetisierbar, der ein allgemeines Ord- nungs- und Konstruktionsprinzip sowie eine systematische Funktions- und Wirkungsstruktur zugrunde liegt. Nunmehr lassen sich erstmals gezielt und in günstiger Weise Polyedermechanismen wie höhenverstellbare Tragelemente, faltbare Solarpaneele, leicht zusammen- und auseinanderfaltbare Strukturelemente für Messestände und/oder Werbeflächenträger, Baukastensysteme, insbesondere Unterhaltungsspielzeug wie Polyederpuzzles oder großmaßstäbliche Schaustücke der „Art cinematique" herstellen.Polyhedron mechanisms defined and synthesizable, which is based on a general order and construction principle as well as a systematic function and effect structure. Now, for the first time, polyhedron mechanisms such as height-adjustable support elements, foldable solar panels, easily foldable and unfoldable structural elements for exhibition stands and / or advertising space supports, modular systems, in particular entertainment toys such as polyhedron puzzles or large-scale showpieces of the "art cinematique" can be produced in a targeted and inexpensive manner.
Zweckmäßigerweise weisen die Scharniere wenigstens zwei Drehachsen auf, die jeweils einen konstanten Achswinkel zueinander einnehmen und windschief zueinander ausgebildet sind oder sich in einem Schnittpunkt schneiden und die normal auf jeweils einer der benachbarten Bewegungsebenen stehen.The hinges expediently have at least two axes of rotation, each of which has a constant axis angle with respect to one another and are formed skewed to one another or intersect at an intersection and which are normally on one of the adjacent planes of movement.
Vorteilhafterweise ist der Polyedermechanismus derart ausgebildet, daß sich bei einer Bewegung des Polyedermechanismus zumindest ein Teil der Knoten in bestimmten Richtungen entlang der Kanten des mit den Polyederflächen gebildeten Polyeders und/oder unter Beibehalt eines konstanten Teilungsverhältnisses von durch die Positionen der Knoten auf den Kanten bestimmten Kanten- abschnitten bewegt. Im ersten der beiden kombinierbaren Fälle ist eine zu der blockierten Drehung um die jeweils gemeinsamen Kanten vorzugsweise orthogonale Drehung der benachbarten SubStrukturen möglich. Durch diese günstigen Bewegungsmöglichkeiten der Knoten läßt sich eine vorteilhafte Drehung der die SubStrukturen ausbildenden Körper erzielen. Wenn sich die einer be- stimmten Polyederfläche zugeordneten Knoten ausschließlich unter Beibehalt eines konstanten Teilungsverhältnisses von durch die Positionen der Knoten auf den Kanten dieser Polyederfläche bestimmten Kantenabschnitten bewegen, sich also nicht entlang der Kanten bewegen, ist deren geometrisch- bzw. selbstähnliche Größenveränderung in Form einer zentrischen Streckung bzw. Stauchung, also deren "Atmen" besonders gut sichtbar.Advantageously, the polyhedron mechanism is designed such that when the polyhedron mechanism moves, at least some of the knots in certain directions along the edges of the polyhedron formed with the polyhedron surfaces and / or while maintaining a constant division ratio of edges determined by the positions of the knots on the edges - Sections moved. In the first of the two combinable cases, rotation of the adjacent substructures, which is preferably orthogonal to the blocked rotation about the respective common edges, is possible. As a result of these favorable possibilities of moving the nodes, an advantageous rotation of the bodies forming the substructures can be achieved. If the nodes assigned to a specific polyhedron surface move only while maintaining a constant division ratio of edge sections determined by the positions of the nodes on the edges of this polyhedron surface, So do not move along the edges, their geometric or self-similar size change in the form of a central stretching or compression, ie their "breathing", is particularly well visible.
Zweckmäßigerweise ist der Polyedermechanismus mit wenigstens vier Polyederflächen und/oder wenigstens sechs Knoten ausgebildet. Dadurch ist ein besonders einfacher, kostengünstig herstellbarer und wegen seiner kinematischen Überbestimmtheit sowie aufgrund der mehrfach geschlossenen kinematischen Schleifen steifer bzw. stabiler Polyedermechanismus möglich.The polyhedron mechanism is expediently designed with at least four polyhedron surfaces and / or at least six nodes. This allows a particularly simple, inexpensive to manufacture and because of its kinematic over-determination and due to the multiple closed kinematic loops stiff or stable polyhedron mechanism.
Zweckmäßigerweise sind die Kanten der Polyederflächen als vorzugsweise gerade virtuelle Stäbe ausgebildet, wobei sich die jeweils benachbarten Stäbe in einem Schnittpunkt schneiden. Dies ermöglicht einen besonders einfachen und leicht betätigbaren Polyedermechanismus, bei dem die Struktur und Schönheit der diesen zugrundeliegenden Polyederflächen und des darauf aufgebauten Polyeders insbesondere bei einer Bewegung des bzw. von Teilen des Polyedermechanismus besonders gut zur Geltung kommt.The edges of the polyhedron surfaces are expediently designed as preferably straight virtual rods, the adjacent rods intersecting at an intersection. This enables a particularly simple and easy-to-operate polyhedron mechanism, in which the structure and beauty of the underlying polyhedron surfaces and the polyhedron built thereon are particularly effective when the or parts of the polyhedron mechanism are moving.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die jeweils einer gemeinsamen Polyeder- fläche zugeordneten Knoten stets derart angeordnet sind, daß sie die dieseIt is particularly advantageous if the nodes assigned to a common polyhedron surface are always arranged in such a way that they
Polyederfläche begrenzenden Geraden in einem vorzugsweise für alle Schnittpunkte gleichen, von der Größenveränderung der Polyederflächen bzw. vom Bewegungszustand des Polyedermechanismus abhängigen Teilungsverhältnis unterteilen. Dadurch ist eine gleichmäßig übersetzende Bewegung der Knoten auf den die Kanten der Polyederfläche begrenzenden Geraden möglich, so daß in besonders einfacher und effektiver Weise die atmenden Polyederstrukturen definiert und ausbildbar sind.Subdivide straight lines delimiting the polyhedron surface into a division ratio that is preferably the same for all intersection points and is dependent on the size change of the polyhedron surfaces or on the state of motion of the polyhedron mechanism. This enables a uniformly translating movement of the nodes on the straight lines delimiting the edges of the polyhedron surface, so that the breathing polyhedron structures can be defined and formed in a particularly simple and effective manner.
Eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion sowie ein für techni- sehe Stütz- bzw. Befestigungsanwendungen besonders geeigneter Polyedermechanismus von gleichzeitig herausragender Schönheit läßt sich dadurch erreichen, daß die SubStrukturen ebene Substrukturflächen aufweisen, die paral- lel zu den Bewegungsebenen angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Sub- strukturen eben ausgebildet sind. Durch die Verwendung derartiger planarer SubStrukturen wird bei einer Bewegung des bzw. von Teilen des Polyedermechanismus die selbstähnliche Größenveränderung besonders gut darstellbar. Ferner lassen sich bedingt durch die ebenen Substrukturflächen günstige Anlage- und Stützverhältnisse für abzustützende Gegenstände oder zur Anlage und Befestigung von Gegenständen erzielen, wobei auch in einfacher Weise eine ebene Auflage bzw. Abstützung des Polyedermechanismus selbst erzielbar ist. Dadurch ist insgesamt eine stabile und funktionsgünstige sowie optisch vorteil- hafte Konstruktion mit einem anspruchsvollen Design erzielbar.A particularly simple and inexpensive construction and a polyhedron mechanism which is particularly suitable for technical support or fastening applications and at the same time has outstanding beauty can be achieved in that the substructures have flat substructure surfaces which are parallel to one another. All are arranged in relation to the movement planes, the substructures preferably being flat. By using such planar substructures, the self-similar size change can be represented particularly well when the or parts of the polyhedron mechanism move. Furthermore, due to the flat substructure surfaces, favorable contact and support conditions for objects to be supported or for the contact and attachment of objects can be achieved, wherein a flat support or support of the polyhedron mechanism itself can also be achieved in a simple manner. As a result, a stable, functional and optically advantageous construction with a sophisticated design can be achieved.
Eine besonders einfache und kostengünstige Gestaltung eines Polyedermechanismus läßt sich dadurch erreichen, daß die Knoten in den Bewegungsebenen angeordnet sind, d.h. daß die jeweilige Bewegungsebene und die ihr zuge- ordnete Substrukturebene deckungsgleich zusammenfallen. Dadurch ist bei einer Bewegung des bzw. von Teilen des Polyedermechanismus die atmende Größenveränderung bzw. Bewegung noch deutlicher sichtbar und der Polyedermechanismus läßt sich in besonders einfacher und kostengünstiger weise synthetisieren bzw. herstellen.A particularly simple and inexpensive design of a polyhedron mechanism can be achieved in that the nodes are arranged in the planes of movement, i.e. that the respective movement level and the substructure level assigned to it coincide. As a result, when the or parts of the polyhedron mechanism move, the breathing size change or movement is even more clearly visible and the polyhedron mechanism can be synthesized or produced in a particularly simple and cost-effective manner.
Zweckmäßigerweise sind die Scharniere mit wenigstens zwei Dreh- und/oder Drehschub- und/oder Schraubgelenken ausgebildet. Die Doppeldrehgelenke zeichnen sich durch eine starre Kopplung innerhalb des Scharniers selbst aus, wobei jedes Drehgelenk wenigstens eine der wenigstens zwei Achsen der Scharniere umfaßt, die einen vorzugsweise konstanten Achswinkel zueinander einnehmen. Dadurch ist eine klar definierte Bewegungsmöglichkeit vorgegeben. Durch die spezielle Anordnung der Dreh- und/oder Drehschub- und/oder Schraubgelenke im Gesamtverbund des Polyedermechanismus wird verhindert, daß sich die benachbarten Bewegungsebenen zueinander verdrehen können. Unter Verwendung von Drehschubgelenken kann beispielsweise in Richtung der jeweiligen Achse eine translatorische Verschiebebewegung der Substruktu- ren zugelassen werden. Durch die Verwendung von Schraubengelenken kann eine ähnliche Funktion realisiert werden, wobei das Verhältnis von Dreh- und Schubbewegung beliebig bestimmbar ist.The hinges are expediently designed with at least two rotary and / or rotary push and / or screw joints. The double swivel joints are characterized by a rigid coupling within the hinge itself, each swivel joint comprising at least one of the at least two axes of the hinges, which preferably have a constant axis angle to one another. This provides a clearly defined possibility of movement. The special arrangement of the rotary and / or rotary push and / or screw joints in the overall assembly of the polyhedron mechanism prevents the adjacent planes of movement from rotating relative to one another. Using rotary thrust joints, for example, a translatory displacement movement of the substructures can be permitted in the direction of the respective axis. By using screw joints a similar function can be realized, the ratio of rotary and thrust movement being arbitrary.
Zweckmäßigerweise sind die SubStrukturen mit wenigstens einem realen Kör- per, vorzugsweise mit wenigstens einem realen, insbesondere ebenen Mechanismus ausgebildet. Dadurch lassen sich in vielfältiger Weise technisch günstig ausgebildete Polyedermechanismen schaffen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der reale Körper oder der reale Mechanismus mit wenigstens einem flächigen Körper ausgebildet ist. Dadurch sind besonders einfache und kostengünstig herstellbare sowie klar definierte Funktions- und Wirkungsstrukturen geschaffen. Die technische und optische Funktionalität läßt sich noch weiter verbessern, wenn der flächige Körper als Vieleck ausgebildet ist.The substructures are expediently formed with at least one real body, preferably with at least one real, in particular flat, mechanism. In this way, technically favorably designed polyhedron mechanisms can be created in a variety of ways. It is expedient if the real body or the real mechanism is designed with at least one flat body. This creates particularly simple and inexpensive to manufacture and clearly defined functional and functional structures. The technical and optical functionality can be further improved if the flat body is designed as a polygon.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der reale Mechanismus mit wenigstens zwei stabförmigen Körpern ausgebildet ist, die mit bzw. durch zumindest einem Drehgelenk gekoppelt sind. Alternativ oder in Kombination mit diesen Maßnahmen ist es von besonderem Vorteil, wenn der reale Mechanismus mit zumindest einem flächigen Körper und wenigstens einem stabförmigen Körper ausgebildet ist, die mit bzw. durch wenigstens einem Drehgelenk gekoppelt sind. Vorteilhafterweise sind sternförmige SubStrukturen, beispielsweise aus realen Körpern wie Dreieckszylindern gebildet, die mit wenigstens einem Drehgelenk gekoppelt sind.It is particularly advantageous if the real mechanism is designed with at least two rod-shaped bodies which are coupled to or by at least one swivel joint. Alternatively or in combination with these measures, it is particularly advantageous if the real mechanism is designed with at least one flat body and at least one rod-shaped body, which are coupled to or by at least one swivel joint. Star-shaped substructures are advantageously formed, for example from real bodies such as triangular cylinders, which are coupled to at least one swivel joint.
Diese Maßnahmen ermöglichen ein besonders einfaches und kostengünstiges baukastenartiges Aufbau- und Konstruktionsprinzip derartiger Polyedermechanismen und ermöglicht insbesondere eine leichte und flexible Anpassung an die jeweiligen Anwenderwünsche, indem abhängig von deren Vorgaben für die Bewegungsmuster der einzelnen Knoten entlang der Kanten der selbstähnlich atmenden Polyederflächen, die jeweils hierfür geeigneten Mechanismen bzw. SubStrukturen ausgewählt werden und durch Kopplung mit den im Bereich der Knoten ausgebildeten Scharniere der Polyedermechanismus synthetisiert wird. Vorteilhafterweise sind die SubStrukturen mit wenigstens einem virtuellen Mechanismus ausgebildet, der vorzugsweise mit die Kanten enthaltenden Stäben über Schubgelenke bzw. mit dem den SubStrukturen zugeordneten realen Mechanismus über Drehschubgelenke derart gekoppelt ist, daß der virtuelle und der reale Mechanismus zumindest eine geschlossene kinematische Schleife bilden. Durch Kopplung mehrerer solcher Paare realer und virtueller Mechanismen läßt sich in besonders vorteilhafter Weise ein Polyedermechanismus schaffen, der einfach und leicht synthetisierbar bzw. herstellbar ist, eine den Anwenderbedürfnissen entsprechende definierte Gestaltung aufweist und das die optische Schönheit von atmenden Polyederstrukturen dem Betrachter insbesondere bei einer Bewegung des Polyedermechanismus offenbart.These measures enable a particularly simple and inexpensive modular design and construction principle of such polyhedron mechanisms and, in particular, enable easy and flexible adaptation to the respective user wishes, depending on their specifications for the movement patterns of the individual nodes along the edges of the self-similarly breathing polyhedron surfaces, each for this purpose suitable mechanisms or substructures are selected and the polyhedron mechanism is synthesized by coupling with the hinges formed in the area of the nodes. The substructures are advantageously designed with at least one virtual mechanism, which is preferably coupled to the bars containing the edges via sliding joints or to the real mechanism assigned to the substructures via rotating sliding joints in such a way that the virtual and real mechanisms form at least one closed kinematic loop. By coupling several such pairs of real and virtual mechanisms, a polyhedron mechanism can be created in a particularly advantageous manner, which is simple and easy to synthesize or manufacture, has a defined design corresponding to the needs of the user, and which provides the viewer with the optical beauty of breathing polyhedron structures, particularly when moving of the polyhedron mechanism.
Zweckmäßigerweise bewegen sich bei einer Bewegung einer einer bestimmten Bewegungsebene zugeordneten, vorzugsweise bewegungsebenenfesten Sub- Struktur die dieser zugeordneten Knoten entlang der Kanten der eine geometrisch- bzw. selbstähnliche Größenveränderung erfahrenden, vorzugsweise zentrisch sich streckenden Polyederfläche derart, als wären sie Geienkpunkte eines virtuellen Drehschubgelenks, das jeweils eine Drehachse senkrecht zur Bewegungsebene und eine Schubachse entlang der betreffenden Kante auf- weist, wobei das Drehschubgelenk die Substruktur mit einem bewegungsebe- nenenfesten virtuellen Mechanismus verbindet, der die als Schubachsen gedachten Kanten der Polyederfläche als Körper und die Eckpunkte der Polyederfläche als benachbarte Kanten verbindende Schubgelenke enthält. Dadurch läßt sich in weiter verbesserter Ausführungsform ein den Anwenderbedürfnis- sen entsprechender Polyedermechanimus besonders günstig herstellen.Expediently, when a substructure assigned to a particular movement plane is moved, preferably fixed to the movement plane, the nodes assigned to it move along the edges of the polyhedron surface, which experiences a geometrically or self-similar size change, preferably concentrically extending, as if they were the pivot points of a virtual rotary thrust joint, the Each has an axis of rotation perpendicular to the plane of movement and a thrust axis along the relevant edge, the rotary-thrust joint connecting the substructure to a virtual mechanism which is fixed in terms of the movement and which connects the edges of the polyhedron surface as bodies and the corner points of the polyhedron surface as adjacent edges Includes thrust joints. As a result, in a further improved embodiment, a polyhedral mechanism corresponding to the user needs can be produced particularly cheaply.
Zweckmäßigerweise ist der Polyeder als platonischer, archimedischer, uniformer und/oder regulärer Polyeder ausgebildet. Ferner kann der Polyeder als polares und/oder stellares Gebilde der archimedischen Körper bzw. als Polye- der ausgebildet sein, der aus den raumbildenden Flächen und/oder Raumdiagonalen der platonischen und/oder archimedischen Körper synthetisiert ist. Durch diese besonders einfache strukturelle Ausbildung der Polyeder lassen sich technisch sowie optisch und ästhetisch anspruchsvolle Polyedermechanismen schaffen.The polyhedron is expediently designed as a platonic, Archimedean, uniform and / or regular polyhedron. Furthermore, the polyhedron can be designed as a polar and / or stellar structure of the Archimedean bodies or as a polymer which is synthesized from the space-forming surfaces and / or spatial diagonals of the Platonic and / or Archimedean bodies. Due to this particularly simple structural design of the polyhedra create technically, optically and aesthetically sophisticated polyhedron mechanisms.
Je nach den Anwenderbedürfnissen und um besonders große bzw. ausge- dehnte kinematische Strukturen bzw. Polyedermechanismen schaffen zu können, kann der Polyedermechanismus auch mit mehreren Polyedern ausgebildet sein oder können mehrere Polyedermechanismen zu einem Verbund von Polyedermechanismen bzw. zu einem Polyederverbund ausgebildet sein.Depending on the user requirements and in order to be able to create particularly large or extensive kinematic structures or polyhedron mechanisms, the polyhedron mechanism can also be designed with a plurality of polyhedra or a plurality of polyhedron mechanisms can be designed to form a composite of polyhedron mechanisms or a polyhedron composite.
Ein besonders einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen atmenden Polyedermechanismus mit gelenkgig gekoppelten im wesentlichen starren Körpern und körperfesten Knoten, das eine den Anwenderbedürfnissen entsprechende definierte Gestaltung ermöglicht, ist erreichbar, wenn die Knoten sich bei einer Bewegung des Polyedermechanis- mus unter Ausbildung von Bewegungsebenen in einer vorherbestimmbaren Bewegungsrichtung bewegen, wobei die Bewegungsebenen jeweils mit von Kanten wenigstens eines Polyeders begrenzten vorherbestimmbaren Polyederflächen gebildet sind, wobei jeweils benachbarten Bewegungsebenen zugeordnete, mit die Körper enthaltende, vorherbestimmbare SubStrukturen mit die Knoten bildenden vorherbestimmbaren Scharnieren unter Ausbildung geschlossener kinematischer Schleifen derart verbunden sind, daß eine Drehung der benachbarten SubStrukturen um ihre jeweils gemeinsamen Kanten des Polyeders blockiert ist, so daß die räumliche Winkellage der Bewegungsebenen zueinander im wesentlichen gleich bleibt, während die Polyederflächen eine geo- metrisch- bzw. selbstähnliche Größenveränderung, vorzugsweise eine zentrische Streckung erfahren, wobei in einem ersten Schritt die Gestalt und räumliche Lage der Polyederflächen des Polyeders ausgewählt werden, nachfolgend die Bewegungsrichtung der Knoten sowie die hierfür geeigneten Substrukuren und die Scharniere ausgewählt werden und anschließend der Polyedermecha- nismus aus den Substrukturen und den Scharnieren zusammengesetzt wird. Je nach den technischen oder optischen Bedürfnissen der Anwender ist folglich zunächst die Grundgestalt des bzw. der Polyeder mit ihren jeweiligen Polyederflächen zu definieren. Nachfolgend kann die Bewegungsrichtung der den Scharnieren bzw. den SubStrukturen zugeordneten Knoten festgelegt werden, so daß das gewünschte Bewegungsmuster erreicht wird. Dadurch lassen sich gezielt weitere technische und optische Funktionalitäten schaffen und ausnutzen, die in besonderer Weise den vielfältigen Bedürfnissen der Anwender gerecht werden können.A particularly simple and inexpensive method for producing the above-described breathing polyhedron mechanism with articulated coupled essentially rigid bodies and body-fixed knots, which enables a defined design corresponding to the user needs, can be achieved if the knots move while the polyhedron mechanism is being formed Moving planes of movement in a predeterminable direction of movement, the planes of movement being formed in each case with predeterminable polyhedron surfaces delimited by edges of at least one polyhedron, wherein respectively associated planes of motion associated with the body-containing, predeterminable substructures with predeterminable hinges forming the nodes are connected in this way, with the formation of closed kinematic loops that a rotation of the neighboring substructures around their respective common edges of the polyhedron is blocked, so that the spatial win Cellularity of the planes of movement remains essentially the same to one another, while the polyhedron surfaces undergo a geometric or self-similar size change, preferably a central extension, with the shape and spatial position of the polyhedron surfaces of the polyhedron being selected in a first step, followed by the direction of movement of the nodes and the suitable substructures and the hinges are selected and the polyhedron mechanism is then assembled from the substructures and the hinges. Depending on the technical or optical needs of the user, the basic shape of the polyhedron and its respective polyhedron surfaces must first be defined. The direction of movement of the nodes assigned to the hinges or the substructures can subsequently be defined, so that the desired movement pattern is achieved. In this way, additional technical and optical functionalities can be created and exploited, which can meet the diverse needs of the users in a special way.
Zweckmäßigerweise weisen die Scharniere wenigstens zwei Drehachsen auf, die jeweils einen konstanten Achswinkel zueinander einnehmen und windschief zueinander ausgebildet sind oder sich in einem Schnittpunkt schneiden, wobei jedes Scharnier derart ausgewählt wird, daß seine Achswinkel dem Winkel zwischen den Normalen der jeweils benachbarten Bewegungsebenen entspricht.The hinges expediently have at least two axes of rotation, which each take a constant axis angle to one another and are skewed to one another or intersect at an intersection, each hinge being selected such that its axis angle corresponds to the angle between the normals of the respectively adjacent planes of movement.
Abhängig von den durch gleiche oder verschiedene Polyederflächen gebildeten Polyedern und folglich abhängig von der jeweiligen Lage und Gestalt der Polyederflächen ergibt sich eine bestimmte Strukturausbildung, die in einfacher Weise einer mathematischen Analyse der Winkel zwischen den benachbarten Polyederflächen zugänglich ist. Dadurch sind auch die jeweiligen unveränderlichen Achswinkel der einzelnen Scharniere einfach bestimmbar, so daß nach einer Auswahl der gewünschten Scharniertypen, die sich ebenfalls an den technischen und oder optischen Bedürfnissen der Anwender orientieren kann, das Polyedergetriebe bzw. der Polyedermechanismus zusammengesetzt bzw. synthetisiert werden kann.Depending on the polyhedra formed by the same or different polyhedron surfaces and consequently depending on the respective position and shape of the polyhedron surfaces, there is a certain structure which is easily accessible to a mathematical analysis of the angles between the adjacent polyhedron surfaces. As a result, the respective unchangeable axis angle of the individual hinges can be determined easily, so that after a selection of the desired hinge types, which can also be based on the technical and or optical needs of the user, the polyhedron gear mechanism or the polyhedron mechanism can be assembled or synthesized.
Vorstehende Maßnahmen tragen sowohl einzeln als auch in Kombination untereinander zu einer den Anwenderbedürfnissen entsprechenden definierten Gestaltung und einer einfachen sowie kostengünstigen Synthese bzw. Herstel- lung von atmenden Polyedermechanismen bei. Weitere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden, anhand der Figuren abgehandelten Beschreibungsteil entnehmbar.The above measures, both individually and in combination with one another, contribute to a defined design corresponding to the user needs and a simple and inexpensive synthesis or production of breathing polyhedron mechanisms. Further features, points of view and advantages of the invention can be found in the following description part dealt with on the basis of the figures.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention is described below with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 den aus drei Stäben und drei Schubgelenken bestehenden virtuellen Mechanismus;1 shows the virtual mechanism consisting of three rods and three sliding joints;
Fig. 2 die planare Substruktur GD1 , die aus dem hier vereinfacht dargestellten virtuellen Mechanismus gemäß Fig. 1 und dem als gleichseitiges Dreieck ausgebildeten realen Körper besteht;FIG. 2 shows the planar substructure GD1, which consists of the virtual mechanism according to FIG. 1 shown here in simplified form and the real body designed as an equilateral triangle;
Fig. 3 die äquivalenen Graphen der planaren Substruktur GD1 mit positi- vem bzw. negativem Umlaufsinn;3 shows the equivalent graphs of the planar substructure GD1 with a positive or negative sense of rotation;
Fig. 4 die planare Substruktur GD2. Diese besteht aus dem vereinfacht dargestellten virtuellen Mechanismus gemäß Fig. 1 und einem realen Mechanismus. Dieser enthält als reale Körper ein gleichseitiges Dreiecks und einen Stab, die über ein Drehgelenk gekoppelt sind;4 shows the planar substructure GD2. This consists of the simplified virtual mechanism shown in FIG. 1 and a real mechanism. As a real body, it contains an equilateral triangle and a rod, which are coupled via a swivel joint;
Fig. 5 den aus vier Stäben und vier Schubgelenken bestehenden virtuellen Mechanismus;5 shows the virtual mechanism consisting of four rods and four thrust joints;
Fig. 6 die planare Substruktur RH1 (siehe Fig. 11), die aus dem vereinfacht dargestellten virtuellen Mechanismus gemäß Fig. 5 und einem realen Mechanismus besteht. Dieser enthält als reale Körper zwei gleichseitige Dreiecke, die über ein Drehgelenk gekoppelt sind;FIG. 6 shows the planar substructure RH1 (see FIG. 11), which consists of the simplified virtual mechanism according to FIG. 5 and a real mechanism. As a real body, this contains two equilateral triangles, which are coupled via a swivel joint;
Fig. 7 den Graph der Substruktur RH1 gemäß Fig.6; Fig. 8 eine tabellarische Darstellung von SubStrukturen vom Typ GD mit zugehörigen Graphen;7 shows the graph of the substructure RH1 according to FIG. 6; 8 shows a tabular representation of substructures of the GD type with associated graphs;
Fig. 9 eine tabellarische Darstellung von SubStrukturen vom Typ RD mit zugehörigen Graphen;9 shows a tabular representation of substructures of the type RD with associated graphs;
Fig. 10 eine tabellarische Darstellung von SubStrukturen vom Typ Q mit zugehörigen Graphen;10 shows a tabular representation of substructures of type Q with associated graphs;
Fig. 11 eine tabellarische Darstellung von SubStrukturen vom Typ RH mit zugehörigen Graphen;11 shows a tabular representation of substructures of the type RH with associated graphs;
Fig. 12 eine tabellarische Darstellung einer Substruktur vom Typ HX mit zugehörigem Graph;12 shows a tabular representation of a substructure of the HX type with associated graph;
Fig. 13 eine tabellarische Darstellung von SubStrukturen vom Typ PT mit zugehörigen Graphen;13 shows a tabular representation of substructures of the type PT with associated graphs;
Fig. 14 eine dreidimensionale Schrägansicht einer Substruktur vom Typ GD, die mit sechs sich jeweils paarweise überlappenden gleichschenkligen Dreieckszylindern ausgebildet ist, in einer Stellung, in der die zugeordnete, als symmetrisches Sechseck ausgebildete Bewegungsebene der Knoten eine minimale Fläche einnimmt;14 shows a three-dimensional oblique view of a substructure of the GD type, which is formed with six isosceles triangular cylinders, each overlapping in pairs, in a position in which the associated plane of movement of the nodes, which is designed as a symmetrical hexagon, takes up a minimum area;
Fig. 15 eine dreidimensionale Schrägansicht der Substruktur gemäß Bild 14, in einer Zwischenstellung, in der eine selbstähnliche Vergrößerung der die Bewegungsebene ausbildenden Polyederfläche durch Verdrehen der Dreieckszylinder relativ zueinander um ihre jeweils gemeinsamen Drehgelenke erreicht ist;15 shows a three-dimensional oblique view of the substructure according to FIG. 14, in an intermediate position in which a self-similar enlargement of the polyhedral surface forming the plane of movement is achieved by rotating the triangular cylinders relative to one another about their respective common rotary joints;
Fig. 16 eine dreidimensionale Schrägansicht der Substruktur gemäß Bild16 shows a three-dimensional oblique view of the substructure according to the image
15, in der die zugeordnete Bewegungsebene der Knoten durch eine zentrale Drehung aller Dreieckszylinder um die normal zur Bewegungsebene ausgebildete Zentralachse eine noch weiter vergrößerte Polyederfläche einnimmt;15, in which the assigned plane of movement of the nodes by a central rotation of all triangular cylinders about the central axis, which is normal to the plane of movement, occupies an even larger polyhedron surface;
Fig. 17 eine dreidimensionale Schrägansicht einer Substruktur vom Typ PT, die mit zwölf sich jeweils paarweise überlappenden gleich- schenkeligen Zylinderdreiecken ausgebildet ist, in einer Stellung, in der die zugeordnete Bewegungsebene der Knoten, die eine als symmetrisches Sechseck ausgebildete Polyederfläche darstellt, ei- ne minimale Fläche einnimmt;17 shows a three-dimensional oblique view of a substructure of the type PT, which is formed with twelve isosceles cylinder triangles overlapping each other in pairs, in a position in which the assigned plane of movement of the nodes, which represents a polyhedral surface designed as a symmetrical hexagon, is one occupies minimal area;
Fig. 18 eine dreidimensionale Schrägansicht der Substruktur gemäß Bild18 shows a three-dimensional oblique view of the substructure according to the image
17, in einer Zwischenstellung, wobei die selbstähnliche Vergrößerung der als Sechseck ausgebildeten Polyederfläche zunächst nur durch eine zentrale Drehung aller Zylinderdreiecke um die normal zur Bewegungsebene ausgebildete Zentralachse erreicht ist;17, in an intermediate position, the self-similar enlargement of the polyhedron surface designed as a hexagon initially being achieved only by a central rotation of all cylinder triangles about the central axis formed normal to the plane of movement;
Fig. 19 eine dreidimensionale Schrägansicht der Substruktur gemäß Bild19 shows a three-dimensional oblique view of the substructure according to the image
18, in der die als symmetrisches Sechseck ausgebildete Polyeder- fläche, eine maximale Fläche einnimmt, wobei dies durch Verdrehen der Dreieckszylinder relativ zueinander um ihre jeweils gemeinsamen Drehgelenke erreicht ist;18, in which the polyhedron surface, which is designed as a symmetrical hexagon, occupies a maximum surface, this being achieved by rotating the triangular cylinders relative to one another about their respective common pivot joints;
Fig. 20 eine schematische Darstellung des Doppelscharniers, das mit den beiden, sich in dem Knoten schneidenden Drehachsen ausgebildet ist;20 shows a schematic representation of the double hinge which is formed with the two axes of rotation intersecting in the node;
Fig. 21 eine schematische dreidimensionale Darstellung des aus den Sub- strukturen GD1 und GD2 als Tetrahedroid ausgebildeten Polye- dermechanismus mit dem umhüllenden virtuellen Tetraeder des mit den Kanten der Polyederflächen gebildeten virtuellen Mechanismus; Fig. 22 das Tetrahedroid gemäß Fig. 21 , in einer gegenüber Fig. 21 gedrehten Darstellung;21 shows a schematic three-dimensional representation of the polymer mechanism formed from the substructures GD1 and GD2 as a tetrahedroid with the enveloping virtual tetrahedron of the virtual mechanism formed with the edges of the polyhedron surfaces; FIG. 22 shows the tetrahedroid according to FIG. 21, in a representation rotated with respect to FIG. 21;
Fig. 23 das Tetrahedroid, dargestellt ohne den umhüllenden Tetraeder;23 the tetrahedroid, shown without the enveloping tetrahedron;
Fig. 24 ein dreidimensionales Schrägbild eines als trunkiertes Ikosaederstumpf (Fußball) ausgebildeten Polyedermechanismus. Dieser nimmt eine Stellung ein, in der die zugeordneten, als regelmäßige Fünf- bzw. Sechsecke ausgebildeten Polyederflächen eine minimale Fläche einnehmen, so daß die den Polyedermechanismus bildenden Körper ein minimales Volumen umschließen;24 shows a three-dimensional oblique image of a polyhedron mechanism designed as a truncated icosahedron stump (soccer ball). This assumes a position in which the assigned polyhedron surfaces, which are designed as regular pentagons or hexagons, occupy a minimal area, so that the bodies forming the polyhedron mechanism enclose a minimal volume;
Fig. 25 ein dreidimensionales Schrägbild des Polyedermechanismus ge- maß Fig. 24, in einer Zwischenstellung, in der eine selbstähnliche25 shows a three-dimensional oblique image of the polyhedron mechanism according to FIG. 24, in an intermediate position in which a self-similar one
Vergrößerung der die Bewegungsebenen ausbildenden Polyederflächen durch Verdrehen eines bzw. der Fünfeckszylinder um eine normal zur Bewegungsebene angeordnete zentrale Drehachse erreicht ist. Zur besseren Veranschaulichung des "Atmens" des Polyedermechanismus sind die die Polyederflächen begrenzendenEnlargement of the polyhedron surfaces forming the planes of movement is achieved by rotating one or the pentagonal cylinders about a central axis of rotation arranged normal to the plane of movement. In order to better illustrate the "breathing" of the polyhedron mechanism, the boundaries of the polyhedron are
Kanten als durchgezogene schwarze Striche dargestellt;Edges shown as solid black lines;
Fig. 26 ein dreidimensionales Schrägbild des Polyedermechanismus gemäß Fig. 24, in der die Bewegungsebenen eine maximale Fläche einnehmen, so daß die den Polyedermechanismus bildendenFIG. 26 shows a three-dimensional oblique image of the polyhedron mechanism according to FIG. 24, in which the planes of movement take up a maximum area, so that those forming the polyhedron mechanism
Körper ein maximales Volumen umschließen;Enclose body maximum volume;
Fig. 27 ein dreidimensionales Schrägbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines ebenfalls als Ikosaederstumpf (Fußball) ausgebildeten Polyedermechanismus. Dieser nimmt eine Stellung ein, in der die zugeordneten, als Fünf- bzw. Sechsecke ausgebildeten Polyederflächen eine minimale Fläche einnehmen, so daß die den Polye- dermechanismus bildenden sternförmig angeordneten Körper ein minimales Volumen umschließen;27 shows a three-dimensional oblique image of a further exemplary embodiment of a polyhedron mechanism which is also embodied as an icosahedral stump (soccer ball). The latter occupies a position in which the assigned polyhedron surfaces, which are designed as pentagons or hexagons, occupy a minimal area, so that the poly- enclose the mechanism-forming body arranged in a star shape a minimal volume;
Fig. 28 in einer Zwischenstellung, in der eine selbstähnliche Vergrößerung der die Bewegungsebenen ausbildenden Polyederflächen durch28 in an intermediate position in which a self-similar enlargement of the polyhedron surfaces forming the planes of motion occurs
Verdrehen eines bzw. der den Fünfecken zugeordneten sternförmigen Körper um eine normal zur Bewegungsebene angeordnete zentrale Drehachse erreicht ist. Zur besseren Veranschaulichung des "Atmens" des Polyedermechanismus sind die die Polyederflä- chen begrenzenden Kanten als durchgezogene schwarze Striche dargestellt;Rotation of one or the star-shaped bodies assigned to the pentagons about a central axis of rotation arranged normal to the plane of movement is achieved. To better illustrate the "breathing" of the polyhedron mechanism, the edges delimiting the polyhedron surfaces are shown as solid black lines;
Fig. 29 ein dreidimensionales Schrägbild des Polyedermechanismus gemäß Fig. 27, in der die Bewegungsebenen eine maximale Fläche einnehmen, so daß die den Polyedermechanismus bildenden Körper ein maximales Volumen umschließen;29 shows a three-dimensional oblique image of the polyhedron mechanism according to FIG. 27, in which the planes of movement take up a maximum area, so that the bodies forming the polyhedron mechanism enclose a maximum volume;
In den Fig. 21 bis 23 ist der auf einem als Tetraeder 311 ausgebildeten Polyeder 350 basierende Polyedermechanismus 310 eines Tetrahedroids gezeigt. Dieser besteht aus vorzugsweise planaren SubStrukturen 342, 343, 344, 345, die unter Ausbildung einer geschlossenen kinematischen Schleife gekoppelt sind. Die SubStrukturen 342, 343, 344, 345 bestehen aus wenigstens einem realen Körper (Dreiecke 346, 347) sowie einem realen Mechanismus (Dreiecke 351 , 352, die über die Drehgelenke 353, 354 mit den Stäben 355, 356 gekop- pelt sind) und einem virtuellen Mechanismus 371 , 372, 373, 374.21 to 23 show the polyhedron mechanism 310 of a tetrahedroid based on a polyhedron 350 designed as a tetrahedron 311. This consists of preferably planar substructures 342, 343, 344, 345, which are coupled to form a closed kinematic loop. The substructures 342, 343, 344, 345 consist of at least one real body (triangles 346, 347) and a real mechanism (triangles 351, 352, which are coupled to the rods 355, 356 via the pivot joints 353, 354) and a virtual mechanism 371, 372, 373, 374.
Die realen Körper berühren mit einigen oder allen ihrer Enden, welche die Knoten 322, 323, 324, 325, 326, 327 ausbilden, den virtuellen Mechanismus 371 , 372, 373, 374 an den die geraden Kanten 316, 317, 318, 319, 320, 321 der Polyederflächen 312, 313, 314, 315 bildenden Stäben. Die jeweils einer gemeinsamen Polyederfläche 312, 313, 314, 315 zugeordneten Knoten 316, 317, 318, 319, 320, 321 sind dabei stets derart angeordnet, daß sie die diese Polyederfläche 312, 313, 314, 315 begrenzenden geraden Kanten 316, 317, 318, 319, 320, 321 in einem für alle Schnittpunkte 376, 377, 378, 379 gleichen Verhältnis unterteilen. Die Knoten 322, 323, 324, 325, 326, 327 der Substruktu- ren 342, 343, 344, 345 bewegen sich folglich entlang der als Geraden ausgebil- deten Kanten 316, 317, 318, 319, 320, 321 der Polyederflächen 312, 313, 314, 315 bzw. entlang der Verbindungslinien der Gelenkpunkte der virtuellen Mechanismen 371 , 372, 373, 374 gleichmäßig übersetzend unter Ausbildung eines typischen Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitsmusters. Dieses kann aus Gründen der Denkökonomie durch einen mit Pfeilen 334, 335, 336, 337, 348, 349 orientierten Graph 338, 339, 340, 341 charakterisiert werden.The real bodies touch with some or all of their ends, which form the nodes 322, 323, 324, 325, 326, 327, the virtual mechanism 371, 372, 373, 374 on which the straight edges 316, 317, 318, 319, 320, 321 of the rods forming polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315. The nodes 316, 317, 318, 319, 320, 321 assigned to a common polyhedron surface 312, 313, 314, 315 are always arranged in such a way that they Subdivide straight edges 316, 317, 318, 319, 320, 321 delimiting polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315 in a ratio that is the same for all intersection points 376, 377, 378, 379. The nodes 322, 323, 324, 325, 326, 327 of the substructures 342, 343, 344, 345 consequently move along the straight lines 316, 317, 318, 319, 320, 321 of the polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315 or along the connecting lines of the articulation points of the virtual mechanisms 371, 372, 373, 374 evenly translating to form a typical movement or speed pattern. For reasons of economics of thought, this can be characterized by a graph 338, 339, 340, 341 oriented with arrows 334, 335, 336, 337, 348, 349.
Abhängig von der geometrischen Gestaltung der jeweiligen Polyederflächen, bestehen eine Vielzahl von möglichen Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitsmustern. Diese sind bei der Synthetisierung des Polyedermechanismus im Rah- men der durch die Polyederflächen vorgegebenen Randbedingungen beliebig auswählbar und werden vorteilhafterweise vom Anwender vorgegeben.Depending on the geometric design of the respective polyhedron surfaces, there are a variety of possible movement or speed patterns. When synthesizing the polyhedron mechanism, these can be selected as desired within the framework of the boundary conditions specified by the polyhedron surfaces and are advantageously specified by the user.
Das Zusammenwirken der realen Körper bzw. der realen Mechanismen mit den einen virtuellen Mechanismus ausbildenden Kanten der Polyederflächen ist nachfolgend näher beschrieben.The interaction of the real bodies or the real mechanisms with the edges of the polyhedron surfaces forming a virtual mechanism is described in more detail below.
Fig. 1 zeigt den aus drei Stäben 26, 27, 28 und drei Schubgelenken 31 , 32, 33 bestehenden virtuellen Mechanismus 30, der hier eine Polyederfläche 25 in der Form des gleichseitigen Dreiecks 35 ausbildet. Die Schnittpunkte 36, 37, 38 der Stäbe 26, 27, 28 bzw. der als Geraden ausgebildeten Kanten 51 , 52, 53 der Polyederfläche 25 bilden Gelenkpunkte aus. Bei einer Bewegung der Schubgelenke 31 , 32, 33 nach innen bzw. nach außen wird eine selbstähnliche Bewegung des virtuellen Mechanismus 30 bzw. der Kanten 51 , 52, 53 der Polyederfläche 25 in der Form einer zentrischen Streckung induziert. Selbstähnlich bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die durch eine Bewegung von Teilen des Polyedermechanismus induzierte Größenveränderung der jeweiligen Polyederflächen dergestalt erfolgt, daß sich die jeweilige Polyederfläche geome- trisch ähnlich verkleinert bzw. vergrößert und dabei eine zentrische Steckung erfährt.1 shows the virtual mechanism 30 consisting of three bars 26, 27, 28 and three sliding joints 31, 32, 33, which here forms a polyhedron surface 25 in the shape of the equilateral triangle 35. The intersection points 36, 37, 38 of the rods 26, 27, 28 or the straight lines 51, 52, 53 of the polyhedron surface 25 form articulation points. When the sliding joints 31, 32, 33 move inwards or outwards, a self-similar movement of the virtual mechanism 30 or the edges 51, 52, 53 of the polyhedron surface 25 is induced in the form of a central extension. Self-similar in this context means that the size change of the respective polyhedron surfaces induced by a movement of parts of the polyhedron mechanism takes place in such a way that the respective polyhedron surface is geometrically trisch similarly reduced or enlarged and thereby experiences a central insertion.
Die Fig. 2 zeigt die planare Substruktur 20 vom Typ GD1 (siehe auch Fig. 8). Diese ist durch Kopplung eines als gleichseitiges Dreieck 49 ausgebildeten realen Körpers 55 der Substruktur 20 mit den als Geraden ausgebildeten Kanten 51 , 52, 53 der den virtuellen Mechanismus 30 bildenden Polyederfläche 25 gebildet. Diese weist hier ebenfalls die Form eines gleichseitigen Dreiecks 35 auf. Die Kopplung zwischen dem realen Körper 55 und den Kanten der virtuel- len Polyederfläche 25 erfolgt über die Knoten 21 , 22 23, welche die Ecken bzw. Enden 56, 57, 58 des realen Körpers 55 ausbilden. Aus Vereinfachungsgründen ist in Fig. 2 nur noch das den virtuellen Mechanismus 30 ausbildende Polygon ohne die Schubgelenke 31 , 32, 33 gezeigt.FIG. 2 shows the planar substructure 20 of the GD1 type (see also FIG. 8). This is formed by coupling a real body 55, formed as an equilateral triangle 49, of the substructure 20 with the edges 51, 52, 53, formed as a straight line, of the polyhedron surface 25 forming the virtual mechanism 30. This also has the shape of an equilateral triangle 35. The coupling between the real body 55 and the edges of the virtual polyhedron surface 25 takes place via the nodes 21, 22 23, which form the corners or ends 56, 57, 58 of the real body 55. For reasons of simplification, only the polygon forming the virtual mechanism 30 without the sliding joints 31, 32, 33 is shown in FIG. 2.
Die Knoten 21 , 22, 23 können sich bedingt durch eine kinematische Kopplung beispielsweise über virtuelle Drehschubgelenke stets entlang der als Geraden ausgebildeten Kanten 51 , 52, 53 der Polyederfläche 25 des Polygons bewegen. Die Knoten 21 , 22, 23 sind dabei derart angeordnet, daß sie die die Polyederfläche 25 begrenzenden Kanten 51 , 52, 53 stets in einem gleichen Verhältnis 3621/2137, 3722/2238, 3823/2336 in die Kantenabschnitte 3621 , 2137, 3722, 2238, 3823, 2336 unterteilen und folglich eine gleichmäßig übersetzende Bewegung erreicht wird. Diese Beziehung kann in der nachfolgenden Gleichung ausgedrückt werden:The nodes 21, 22, 23 can always move along the edges 51, 52, 53 of the polyhedron surface 25 of the polygon formed by straight lines due to a kinematic coupling, for example via virtual rotary thrust joints. The nodes 21, 22, 23 are arranged in such a way that the edges 51, 52, 53 delimiting the polyhedral surface 25 are always in the same ratio 3621/2137, 3722/2238, 3823/2336 in the edge sections 3621, 2137, 3722, 2238, 3823, 2336 and consequently a uniformly translating movement is achieved. This relationship can be expressed in the following equation:
3621/2137 = 3722/2238 = 3823/23353621/2137 = 3722/2238 = 3823/2335
In Fig. 3 sind zur Verdeutlichung der möglichen Bewegungsmuster der Knoten 21 , 22, 23 entlang der Kanten 51 , 52, 53 der selbstähnlich atmenden Polyederfläche 25 in Form des das gleichseitige Dreieck 35 umfassenden virtuellen Me- chanismus 30 die in den Graphen 44 bzw. 48 zusammengefaßten Pfeile 41 , 42, 43 bzw. 45, 46, 47 aufgetragen. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der durch Umdre- hen der Richtungen sämtlicher Pfeile 40, 41 , 42 entstehende Graph 48 dem ursprünglichen Graphen 44 äquivalent.3 shows the possible movement patterns of the nodes 21, 22, 23 along the edges 51, 52, 53 of the self-similarly breathing polyhedron surface 25 in the form of the virtual mechanism 30 comprising the equilateral triangle 35 which are shown in the graphs 44 and 48 summarized arrows 41, 42, 43 and 45, 46, 47 applied. As shown in FIG. 3, the hen the directions of all arrows 40, 41, 42, the resulting graph 48 is equivalent to the original graph 44.
In dem hier gewählten Beispiel haben wegen der Kopplung mit einem einzigen realen Körper 55, hier des gleichseitigen Dreiecks 49, alle Knoten 21 , 22, 23 den gleichen Drehsinn um die von dem virtuellen Mechanismus 30 umschlossene Polyederfläche 25. Deshalb ist hier ein einziges Vorzeichen „+" bzw. „-" zur Festlegung des jeweiligen Bewegungsmusters ausreichend (Fig. 3). Wenn also alle einer bestimmten Polyederfläche zugeordneten Knoten den gleichen Drehsinn aufweisen, so ist in der Regel bereits ein einziges Vorzeichen zurIn the example chosen here, because of the coupling with a single real body 55, here the equilateral triangle 49, all nodes 21, 22, 23 have the same direction of rotation about the polyhedron surface 25 enclosed by the virtual mechanism 30. Therefore, here is a single sign " + "or" - "sufficient to determine the respective movement pattern (Fig. 3). So if all nodes assigned to a certain polyhedron surface have the same direction of rotation, there is usually only one sign
Charakterisierung des Bewegungs- bzw. des Geschwindigkeitsmusters ausreichend. Dieses Vorzeichen bzw. der orientierte Graph kennzeichnen die Bewegungsrichtung der Knoten der SubStrukturen entlang der Verbindungslinie der Gelenkpunkte bzw. entlang der als Geraden ausgebildeten Kanten der selbstähnlich atmenden Polyederflächen, nicht jedoch den Betrag der Geschwindigkeit oder die genaue Lage der Knoten selbst. Den Designer bzw. Konstrukteur im Sinne einer Ökonomie des Denkens von solchen Randproblemen zu befreien, ist einer der Vorteile der beschriebenen Erfindung.Characterization of the movement or speed pattern sufficient. This sign or the oriented graph characterize the direction of movement of the nodes of the substructures along the connecting line of the articulation points or along the straight lines of the self-similarly breathing polyhedron surfaces, but not the amount of speed or the exact position of the nodes themselves. The designer or To rid a designer of such marginal problems in the sense of an economy of thought is one of the advantages of the described invention.
Die Fig. 4 zeigt die planare Substruktur 60 vom Typ GD2 (siehe auch Fig. 8) einschließlich den dazugehörigen Graphen 84. Dieser unterscheidet sich von den Graphen 44, 48 gemäß Fig. 3 dadurch, daß die Bewegungsorientierung des Knotens 62 (Pfeil 81) entgegen der Bewegungsorientierung der Knoten 61 und 63 (Pfeile 80 und 82) ausgebildet ist. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 ge- zeigten planaren Substruktur 20 vom Typ GD1 , die den als gleichseitiges Dreieck 35 ausgebildeten realen Körper 55 umfaßt, ist die Substruktur 60 vom Typ GD2 in Fig. 4 mit dem realen Mechanismus 95 gebildet. Dieser besteht aus dem gleichschenkligen Dreieck 89 und dem Stab 99, die über das Drehgelenk in 100 gelenkig gekoppelt sind. Diese planare Substruktur 60 hat zwei Bewe- gungsfreiheitsgrade. Denkt man sich jedoch das Drehgelenk 99 stets imFIG. 4 shows the planar substructure 60 of the type GD2 (see also FIG. 8) including the associated graphs 84. This differs from the graphs 44, 48 according to FIG. 3 in that the movement orientation of the node 62 (arrow 81) against the movement orientation of the nodes 61 and 63 (arrows 80 and 82) is formed. In contrast to the planar substructure 20 of type GD1 shown in FIG. 2, which comprises the real body 55 formed as an equilateral triangle 35, the substructure 60 of type GD2 in FIG. 4 is formed with the real mechanism 95. This consists of the isosceles triangle 89 and the rod 99, which are articulated via the swivel joint in 100. This planar substructure 60 has two degrees of freedom of movement. However, if you think of the swivel 99 always in
Schwerpunkt des virtuellen Mechanismus 30, also der mit den geraden Kanten 51, 52, 53 durch die Schnittpunkte 36, 37, 38 gebildeten virtuellen Polyederflä- ehe 25 blockiert, so weist die planare Substruktur 60 nur noch einen Freiheitsgrad auf. In diesem Fall gilt für eine Bewegung der Knoten 61, 62, 63 erneut eine gleichmäßig übersetzende Bewegung, so daß die jeweils der Polyederfläche 25 zugeordneten Knoten 61 , 62, 63 stets derart angeordnet sind, daß sie die diese Polyederfläche 25 begrenzenden Kanten 51 , 52, 53 in einem gleichen Verhältnis in die Kantenabschnitte 3661 , 6137, 6238, 3762, 3863, 6335 unterteilen und es gilt:Center of gravity of the virtual mechanism 30, that is to say the virtual polyhedral surface formed with the straight edges 51, 52, 53 by the intersection points 36, 37, 38 Before 25 is blocked, the planar substructure 60 only has one degree of freedom. In this case, a movement of the nodes 61, 62, 63 again applies a uniformly translating movement, so that the nodes 61, 62, 63 respectively assigned to the polyhedron surface 25 are always arranged in such a way that they edge 51, 52 delimiting this polyhedron surface 25 , 53 in an equal ratio into the edge sections 3661, 6137, 6238, 3762, 3863, 6335 and the following applies:
3661/6137 = 6238/3762 = 3863/63353661/6137 = 6238/3762 = 3863/6335
Während die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele auf mit gleichseitigen Dreiecken 35 gebildeten Polyederflächen 25 bzw. virtuellen Mechanismen 30 basieren, wird in dem nachfolgend beschriebenen und in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel von einer als symmetrische Raute 116 gebil- deten Polyederfläche 135 ausgegangen, die von dem virtuellen Mechanismus 130 umschlossen ist.While the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4 are based on polyhedron surfaces 25 or virtual mechanisms 30 formed with equilateral triangles 35, in the exemplary embodiment described below and shown in FIGS. 5 to 7, one is formed as a symmetrical diamond 116 Starting from polyhedron surface 135, which is enclosed by the virtual mechanism 130.
Die Fig. 5 zeigt den aus vier Stäben 126, 127, 128, 129 und vier Gelenkpunkten bzw. Schubgelenken 131 , 132, 133, 134 bestehenden virtuellen Mechanismus 130 und die durch diesen umfaßte, als Raute 135 gestaltete Polyederfläche 125. Diese ist durch eine aus zwei gleichseitigen Dreiecken gebildete Raute 135 charakterisiert. Dieser virtuelle Mechanismus 130 hat zwei Bewegungsfreiheitsgrade. Das durch die vier Stäbe 126, 127, 128, 129 gebildete Polygon bzw. die dadurch gebildete Polyederfläche 125 kann bei einer Bewegung des virtu- eilen Mechanismus 130 selbstähnlich bleiben bzw. bleibt durch die dem virtuellen Mechanismus 130 durch Hinzufügen des realen Mechanismus 155 auferlegten Zwänge selbstähnlich.FIG. 5 shows the virtual mechanism 130 consisting of four rods 126, 127, 128, 129 and four articulation points or thrust joints 131, 132, 133, 134 and the polyhedron surface 125 encompassed by this, designed as a diamond 135. This is by a characterized by diamond 135 formed from two equilateral triangles. This virtual mechanism 130 has two degrees of freedom of movement. The polygon formed by the four bars 126, 127, 128, 129 or the polyhedron surface 125 formed thereby can remain self-similar when the virtual mechanism 130 moves or remains due to the constraints imposed on the virtual mechanism 130 by adding the real mechanism 155 self-similar.
Aus Gründen einer vereinfachten Darstellung und der Denkökonomie ist in den Fig. 6 und 7 der virtuelle Mechanismus 130 nur noch durch das diesen zugeordnete Polygon bzw. der Polyederfläche 125 der symmetrischen Raute 135 veranschaulicht. Die Fig. 6 zeigt die planare Substruktur RH1 (siehe auch Fig. 11). Diese besteht neben dem vorstehend beschriebenen virtuellen Mechanismus 130 aus dem realen Mechanismus 155. Der reale Mechanismus 155 besteht aus den über das Drehgelenk 165 gekoppelten, jeweils als gleichseitiges Dreieck 166, 167 ausgebildeten realen Körpern 168, 169. Die Knoten 121 , 122, 123, 124 des realen Mechanismus 155, welche jeweils zwei der Ebenen bzw. Ecken 171 , 172, 173 und 174, 175, 176 der Dreiecke 166 und 167 bilden, bewegen sich beispielsweise bedingt durch eine kinematische Kopplung über virtuelle Drehschubgelenke stets entlang der Stäbe 126, 127, 128, 129 bzw. entlang der durch die als Gelenkpunkte ausgebildeten Schnittpunkte 136, 137, 138, 139 verlaufenden Kanten 151 , 152, 153, 154 der Polyederfläche 125. Erneut sind die Knoten 121 , 122, 123, 124 stets derart angeordnet, daß sie die die Polyederfläche 125 begrenzenden Kanten 151 , 152, 153, 154 in einem gleichen Verhältnis indie Kantenabschnitte 136122, 122137, 123138, 137123, 124139, 138124, 139121 , 121136 unterteilen und sich dementsprechend erneut gleich- mäßig übersetzend bewegen, so daß die nachfolgende Gleichung gilt:For reasons of a simplified representation and the economics of thought, the virtual mechanism 130 is illustrated in FIGS. 6 and 7 only by the polygon or the polyhedron surface 125 of the symmetrical diamond 135 assigned to it. 6 shows the planar substructure RH1 (see also FIG. 11). In addition to the virtual mechanism 130 described above, this consists of the real mechanism 155. The real mechanism 155 consists of the real bodies 168, 169, which are coupled via the swivel joint 165 and are each formed as an equilateral triangle 166, 167. The nodes 121, 122, 123, 124 of the real mechanism 155, which each form two of the planes or corners 171, 172, 173 and 174, 175, 176 of the triangles 166 and 167, always move along the rods 126, 127, for example due to a kinematic coupling via virtual rotary thrust joints , 128, 129 or along the edges 151, 152, 153, 154 of the polyhedron surface 125 which run through the intersection points 136, 137, 138, 139. Again, the nodes 121, 122, 123, 124 are always arranged such that the edges 151, 152, 153, 154 delimiting the polyhedral surface 125 in an equal ratio into the edge sections 136122, 122137, 123138, 137123, 124139, 138124, 139121, 1211 Subdivide 36 and accordingly move again, evenly translating, so that the following equation applies:
136122/122137 = 123138/137123= 124139/138124 = 139121/121136136122/122137 = 123138/137123 = 124139/138124 = 139121/121136
In Fig. 7 ist der mit den Pfeilen 140, 141 , 142, 143 gebildete Graph 144 der planaren Substruktur 120 vom Typ RH1 (siehe auch Fig. 11) gezeigt. Er kennzeichnet die Bewegungsrichtung der Knoten 121 , 122, 123, 124 entlang der Kanten 151 , 152, 153, 154 der selbstähnlich atmenden, als Raute 135 ausgebildeten Polyederfläche 125 (Fig. 6). Zur Kennzeichnung dieses Bewegungs- musters ist ein Vorzeichen alleine nicht ausreichend, weil nicht alle Knoten 121 , 122, 123, 124 die Raute 135 in der gleichen Richtung umlaufen.FIG. 7 shows the graph 144 of the planar substructure 120 of the type RH1 formed with the arrows 140, 141, 142, 143 (see also FIG. 11). It identifies the direction of movement of the nodes 121, 122, 123, 124 along the edges 151, 152, 153, 154 of the self-similarly breathing polyhedron surface 125 designed as a diamond 135 (FIG. 6). A sign alone is not sufficient to identify this movement pattern, because not all nodes 121, 122, 123, 124 run around the diamond 135 in the same direction.
In den Fig. 8 bis 19 sind einige typischen Beispiele flächenhafter bzw. planarer SubStrukturen gezeigt, die durch Kopplung typischer realer Körper bzw. Me- chanismen mit typischen virtuellen Mechanismen gebildet sind. Wie beispielhaft in den Figuren 8 bis 19 gezeigt, können die realen Körper aus gleichseitigen Dreiecken, gleichschenkligen Dreiecken, rechtwinkligen Dreiek- ken, ein oder mehreren Stäben, Quadraten, Rauten, symmetrischen Vielecken und dergleichen bestehen und der reale Mechanismen kann durch eine Kopp- lung der vorstehend genannten realen Körper mit realen Dreh- und/oder Schubgelenken gebildet sein.8 to 19 show some typical examples of flat or planar substructures which are formed by coupling typical real bodies or mechanisms with typical virtual mechanisms. As shown by way of example in FIGS. 8 to 19, the real bodies can consist of equilateral triangles, isosceles triangles, right-angled triangles, one or more rods, squares, rhombuses, symmetrical polygons and the like, and the real mechanisms can be achieved by coupling the real body mentioned above can be formed with real rotary and / or sliding joints.
Typische Polyederflächen umfassende virtuelle Mechanismen sind beispielsweise mit gleichseitigen Dreiecken, rechtwinkligen Dreiecken, Quadraten, einer Raute, einem symmetrischen Sechseck, einem regelmäßiges Vieleck oder dergleichen ausgebildet. Gemäß der jeweiligen Gestalt dieser Polyederflächen sind die unterschiedlichen Typen von typischen SubStrukturen 201 bis 215 sowie 231 und 233 mit ihren jeweiligen Kurzbezeichnungen GD = gleichseitiges Dreieck, RD = rechtwinkliges Dreieck, Q = Quadrat, RH = symmetrischer Rhombus (Raute), HX=symmetrisches Hexagon (Sechseck), PT = symmetrisches Pentagon (Fünfeck) bezeichnet.Virtual mechanisms comprising typical polyhedral surfaces are formed, for example, with equilateral triangles, right-angled triangles, squares, a rhombus, a symmetrical hexagon, a regular polygon or the like. Depending on the shape of these polyhedron surfaces, the different types of typical substructures 201 to 215 as well as 231 and 233 with their respective short designations are GD = equilateral triangle, RD = right-angled triangle, Q = square, RH = symmetrical rhombus (rhombus), HX = symmetrical hexagon (Hexagon), PT = symmetrical pentagon (pentagon).
Die jeweils rechts in den Fig. 8 bis 13 angeordneten Figurenteile zeigen jeweils einen der beiden möglichen äquivalenten Graphen 216 bis 230 sowie 232 und 234, die mit den jeweils links dargestellten realen Körpern bzw. Mechanismen realisierbar sind.The parts of the figures arranged on the right in FIGS. 8 to 13 each show one of the two possible equivalent graphs 216 to 230 and 232 and 234, which can be realized with the real bodies or mechanisms shown on the left.
Die Fig. 8 zeigt typische SubStrukturen 201 , 202, 215, 231 des Typs GD, deren virtueller Mechanismus mit wenigstens einem gleichseitigen Dreieck gebildete Polyederflächen umfaßt. Die den Typenbezeichnungen nachgestellten Zahlenangaben beschreiben bestimmte typische Ausbildungen der realen Körper bzw. Mechanismen. Dementsprechend weist die Substruktur 201 vom Typ GD1 den mit einem gleichseitigen Dreieck ausgebildeten realen Körper auf, während die Substruktur 202 vom Typ GD2 einen realen Mechanismus umfaßt, der mit ei- nem gleichschenkligen Dreieck und einem Stab ausgebildet ist, die über ein Drehgelenk gekoppelt sind. Ferner ist die Substruktur 215 vom Typ GD3 dargestellt. Diese weist einen realen Mechanismus auf, der mit sechs sich jeweils paarweise verschiebebeweglich horizontal überlappenden gleichseitigen Dreiecken ausgebildet ist, wobei die Dreiecke über sechs Drehgelenke gekoppelt sind (vgl. auch Figs. 14 bis 16). Im Gegensatz zu den SubStrukturen 201 bis 214 weist die Substruktur 215 die Besonderheit des Graphen 230 auf, der auch durch zentrisch nach außen weisende Pfeile charakterisiert ist. Dies bedeutet, daß bei einer Drehung der die Substruktur 215 ausbildenden Dreieckszylinder um ihre gemeinsamen Drehgelenke, sich die Knoten unter Beibehalt eines konstanten Teilungsverhältnisses von durch die Positionen der Knoten auf den Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) bestimmten Kantenabschnitten bewegen und zwar hier senkrecht zu den Kanten der die Bewegungsebene ausbildenden Polyederfläche (hier ein gleichseitiges Dreieck; vgl. Figs. 14 und 15 sowie Figs. 18 und 19).FIG. 8 shows typical substructures 201, 202, 215, 231 of the GD type, the virtual mechanism of which comprises polyhedron surfaces formed with at least one equilateral triangle. The numerical data following the type designations describe certain typical designs of the real bodies or mechanisms. Accordingly, the substructure 201 of the GD1 type has the real body formed with an equilateral triangle, while the substructure 202 of the GD2 type comprises a real mechanism which is formed with an isosceles triangle and a rod which are coupled via a swivel joint. Substructure 215 of type GD3 is also shown. This has a real mechanism, which is formed with six equilateral triangles, each of which is horizontally overlapping and can be moved in pairs, the triangles being coupled via six rotary joints (cf. also FIGS. 14 to 16). In contrast to the substructures 201 to 214, the substructure 215 has the special feature of the graph 230, which is also characterized by arrows pointing outwards in the center. This means that when the triangular cylinders forming substructure 215 rotate about their common swivel joints, the knots are maintained while maintaining a constant division ratio of the positions of the knots on the edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) move certain edge sections, here perpendicular to the edges of the polyhedron surface forming the plane of movement (here an equilateral triangle; see Figs. 14 and 15 and Figs. 18 and 19 ).
Schließlich ist in Fig 8 noch die Substruktur 231 vom Typ GD 4 gezeigt. Diese umfaßt einem realen Mechanismus, der mit zwei gleichschenkligen Dreiecken ausgebildet ist. Diese sind über ein an den Eckpunkten des größten Winkels angeordnetes Drehgelenk gekoppelt. Als weitere Besonderheit sind nunmehr zwei Knoten auf einer Kante angeordnet. Dadurch wird bei einer Bewegung der Knoten eine nicht gleichmäßig übersetzende Bewegung in Verbindung mit nicht gleichmäßigen Teilungsverhältnissen erreicht. Der zugehörige Graph 232 ist dem Bewegungsmuster entsprechend auf einer Seite mit zwei in entgegengesetzte Richtungen weisenden Pfeilen charakterisiert.Finally, substructure 231 of type GD 4 is shown in FIG. This includes a real mechanism that is formed with two isosceles triangles. These are coupled via a swivel joint arranged at the corner points of the largest angle. As a further special feature, two nodes are now arranged on one edge. As a result, when the nodes move, a non-uniformly translating movement in connection with non-uniform division ratios is achieved. The corresponding graph 232 is characterized in accordance with the movement pattern on one side with two arrows pointing in opposite directions.
Wenn die Polyederfläche bzw. der virtuelle Mechanismus gemäß Fig. 9 als rechtwinkliges Dreieck ausgebildet sind und der reale Körper mit einem rechtwinkligen Dreieck ausgebildet ist (Substruktur 203 vom Typ RD1) bewegt sich der auf der Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks bzw. des virtuellen Me- chanismus befindliche Knoten nicht, sondern verharrt in der Mitte der Hypho- tenuse. Dies ist in dem in Fig. 9 rechts dargestellten Graphen 218 mit einem Punkt gekennzeichnet. Ferner ist in Fig 9 die Substruktur 233 vom Typ RD 2 gezeigt, die ähnlich wie die Substruktur 231 vom Typ GD 4 ausgebildet ist. Diese umfaßt ebenfalls einem realen Mechanismus. Dieser ist jedoch mit zwei rechtwinkligen Dreiecken ausgebildet, die ebenfalls über ein Drehgelenk gekoppelt sind. In diesem Fall sind zwei Knoten auf einer Kante angeordnet, welche hier die Hypotenuse der als rechtwinkliges Dreieck ausgebildeten Polyederfläche entspricht. Erneut wird bei einer Bewegung der Knoten eine nicht gleichmäßig übersetzende Bewegung in Verbindung mit nicht gleichmäßigen Teilungsverhältnissen erreicht. Der zugehörige Graph 234 ist ebenfalls mit zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Pfeile charakterisiert.If the polyhedron surface or the virtual mechanism according to FIG. 9 is designed as a right-angled triangle and the real body is designed with a right-angled triangle (substructure 203 of the RD1 type), it moves on the hypotenuse of the right-angled triangle or the virtual mechanism nodes are not, but remain in the middle of the hyphotenuse. This is marked with a dot in graph 218 shown on the right in FIG. 9. Furthermore, the substructure 233 of the type RD 2 is shown in FIG. 9, which is designed similarly to the substructure 231 of the type GD 4. This also includes a real mechanism. However, this is formed with two right-angled triangles, which are also coupled via a swivel joint. In this case, two nodes are arranged on an edge, which here corresponds to the hypotenuse of the polyhedron surface formed as a right-angled triangle. Again, when the knots move, a non-uniformly translating movement in connection with non-uniform division ratios is achieved. The associated graph 234 is also characterized by two arrows pointing in opposite directions.
In Fig. 10 sind typische SubStrukturen 204, 205, 206, 207 des Typs Q gezeigt, deren virtueller Mechanismus quadratische Polyederflächen umfaßt, die mit unterschiedlichen realen Strukturen gekoppelt sind. Jeweils rechts dargestellt sind die damit erzielbaren Graphen 219, 220, 221 , 222. Im Falle der Substruktur 204 des Typs Q1 ist als realer Körper ebenfalls ein Quadrat vorgesehen. Im Falle der Substruktur 205 des Typs Q2 ist ein realer Mechanismus vorgesehen, wobei zwei rechtwinklige Dreiecke über ein Drehgelenk miteinander gekoppelt sind. Die Substruktur 206 des Typs Q3 ist durch einen realen Mechanismus charakterisiert, der aus zwei Stäben besteht, die über ein Drehgelenk gekoppelt sind. Die Substruktur des Typs Q4 weist einen realen Mechanismus auf, der mit vier rechwinkligen Dreiecken ausgebildet ist. Dabei sind jeweils zwei der Dreiecke an den Eckpunkten ihrer Katheten über ein Drehgelenk zu einem Drei- eckspaar gekoppelt. Diese Dreieckspaare sind unter Ausbildung einer geschlossenen kinematischen Schleife über zwei weitere Drehgelenke jeweils an einem Ihrer Eckpunkte ihrer Hypotenusen miteinander gekoppelt.FIG. 10 shows typical substructures 204, 205, 206, 207 of type Q, the virtual mechanism of which comprises square polyhedron surfaces which are coupled to different real structures. The graphs 219, 220, 221, 222 that can be achieved with it are each shown on the right. In the case of the substructure 204 of the type Q1, a square is also provided as the real body. In the case of substructure 205 of type Q2, a real mechanism is provided, two right-angled triangles being coupled to one another via a swivel joint. The Q3 substructure 206 is characterized by a real mechanism consisting of two bars coupled by a swivel. The Q4 substructure has a real mechanism that is formed with four right-angled triangles. In this case, two of the triangles are coupled at the corner points of their cathets via a swivel joint to form a pair of triangles. These pairs of triangles are coupled to each other at one of their corner points of their hypotenuses, forming a closed kinematic loop via two further swivel joints.
In der Fig. 11 sind typische SubStrukturen 208, 209, 210, 211 des Typs RH ge- zeigt, deren virtueller Mechanismus mit einem Rhombus ausgebildete Polyederflächen umfaßt. Die den einzelnen SubStrukturen 208, 209, 210, 211 des Typs RH1 , RH2, RH3, RH4 zugeordneten Bewegungsmuster sind anhand der jeweils rechts dargestellten Graphen 223, 224, 225, 226 verdeutlicht. Die Substruktur 208 des Typs HR1 weist den durch zwei gleichseitige Dreiecke gebildeten realen Mechanismus auf, wobei die beiden gleichseitigen Dreiecke durch ein Drehgelenk miteinander gekoppelt sind. Im Falle der Substruktur 209 des Typs RH2 weist diese ebenfalls den mit gleichseitigen Dreiecken ausgebildeten realen Mechanismus auf. Die Dreiecke sind jedoch durch zwei Stäbe mit jeweils an deren Enden angebrachten Drehgelenken gekoppelt. Diese Drehgelenke sind einerseits an den nicht Knoten ausbildenden Ecken bzw. Enden der gleichseitigen Dreiecke und andererseits im Schwerpunkt des jeweils benach- harten gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Die Substruktur 210 des Typs RH 3 ist ähnlich wie die Substruktur Q 4 ausgebildet (Fig. 10). Die Substruktur RH 3 weist ebenfalls einen realen Mechanismus auf, der mit vier rechwinkligen Dreiecken ausgebildet ist. Dabei sind jeweils zwei der Dreiecke an den Eckpunkten ihrer Katheten über ein Drehgelenk zu einem Dreieckspaar gekoppelt. Diese Dreieckspaare sind unter Ausbildung einer geschlossenen kinematischenFIG. 11 shows typical substructures 208, 209, 210, 211 of the RH type, the virtual mechanism of which comprises polyhedron surfaces formed with a rhombus. The movement patterns assigned to the individual substructures 208, 209, 210, 211 of the types RH1, RH2, RH3, RH4 are based on the graphs 223, 224, 225, 226 each illustrated on the right. The substructure 208 of the type HR1 has the real mechanism formed by two equilateral triangles, the two equilateral triangles being coupled to one another by a swivel joint. In the case of substructure 209 of type RH2, this also has the real mechanism formed with equilateral triangles. However, the triangles are coupled by two rods, each with swivel joints attached to their ends. These swivel joints are arranged on the one hand at the corners or ends of the equilateral triangles which do not form nodes, and on the other hand in the center of gravity of the adjacent equilateral triangle. The substructure 210 of the RH 3 type is configured similarly to the substructure Q 4 (FIG. 10). The substructure RH 3 also has a real mechanism which is formed with four right-angled triangles. Two of the triangles are coupled to a triangle pair at the corner points of their cathets via a swivel joint. These triangular pairs are forming a closed kinematic
Schleife über zwei weitere Drehgelenke jeweils an einem Ihrer Eckpunkte ihrer Hypotenusen miteinander gekoppelt. Die Substruktur 211 des Typs RH4 weist einen realen Mechanismus auf, der mit zwei sich kreuzenden Stäben gebildet ist, die mit einem im Bereich des Schnittpunktes der Stäbe angeordneten Dreh- gelenk miteinander gekoppelt sind.Loop coupled to each other at one of your corner points of your hypotenuses via two further swivel joints. The substructure 211 of the RH4 type has a real mechanism which is formed with two crossing bars which are coupled to one another with a swivel joint arranged in the region of the intersection of the bars.
Die in Fig. 12 gezeigte typische Substruktur 212 des Typs HX1 , ist eine von einem Hexagon abgeleitete Substruktur. Diese ist durch Kopplung eines als symmetrisches Sechseck ausgebildeten realen Körpers mit den als Geraden ausgebildeten Kanten der den virtuellen Mechanismus bildenden Polyederfläche des symmetrischen Hexagons gebildet. Einer der dadurch erzielbaren Graphen 227 ist in Fig. 12 rechts veranschaulicht.The typical HX1 type substructure 212 shown in FIG. 12 is a hexagon derived substructure. This is formed by coupling a real body designed as a symmetrical hexagon with the straight lines of the edges of the polyhedral surface of the symmetrical hexagon forming the virtual mechanism. One of the graphs 227 that can be achieved in this way is illustrated on the right in FIG. 12.
Weitere Beispiele typischer SubStrukturen 213, 214 des Typs PT mit virtuellen Mechanismen, die als beliebige symmetrische Fünfecke bzw. Pentagone ausgebildete Polyederflächen umfassen, sind in der Fig. 13 gezeigt. Entsprechend den dort auswählbaren bzw. ausgewählten realen Strukturen sind die zugehöri- gen Graphen 228, 229 jeweils rechts dargestellt. Die Substruktur 213 des Typs PT1 ist ähnlich wie die Substruktur HX1 durch Kopplung eines realen Körpers mit den als Geraden ausgebildeten Kanten der den virtuellen Mechanismus bildenden Polyederfläche gebildet. Allerdings ist der reale Körper nunmehr ein symmetrisches Fünfeck und die Polyederfläche ist als symmetrisches Pentagon ausgebildet. Einer der dadurch erzielbaren Graphen 228 ist in Fig. 13 rechts oben veranschaulicht. Schließlich ist in Fig. 13 unten noch die besonders vorteilhafte sternförmige Substruktur PT2 gezeigt. Diese ist durch Kopplung eines mit 10 gleichschenkligen Dreiecken gebildeten realen Mechanismus mit den als Geraden ausgebildeten Kanten der den virtuellen Mechanismus bildenden Polyederfläche in Form eines symmetrischen Pentagons gebildet. Die Dreiecke sind in Gruppen zu jeweils zwei Dreiecken über die an jeweils einem ihrer Eckpunkte ihres größten Winkels befestigten Drehgelenke gekoppelt. Die jeweils anderen Eckpunkte ihres größten Winkels sind über jeweils ein mit einem Kno- ten ausgebildetes Drehgelenk gekoppelt. Einer der dadurch erzielbaren Graphen 229 ist in Fig. 12 rechts unten veranschaulicht. Daraus geht hervor, daß die Substruktur PT2 zwei Freiheitsgrade aufweist. Denn zunächst kann der mit den gleichschenkligen Dreiecken gebildete reale Mechanismus um eine senkrecht auf die Bewegungsebene bzw. die Polyederfläche stehende zentrale Drehachse 236 gedreht werden, so daß die Knoten sich entlang der Kanten der Polyederfläche bewegen. Außerdem könne sich die Knoten bei einer Drehung der die Substruktur 214 ausbildenden Dreiecke um ihre gemeinsamen Drehgelenke, unter Beibehalt eines konstanten Teilungsverhältnisses von durch die Positionen der Knoten auf den Kanten bestimmten Kantenabschnitten bewe- gen, daß heißt hier senkrecht zu den Kanten der als symmetrisches Fünfeck gestalteten Polyederfläche bewegen. Diese Bewegungsmöglichkeit ist durch die zentrisch nach außen weisenden Pfeile des Graphen 229 verdeutlicht.Further examples of typical substructures 213, 214 of the PT type with virtual mechanisms which comprise polyhedral surfaces designed as any symmetrical pentagons or pentagons are shown in FIG. 13. According to the real structures that can be selected or selected there, the associated gene graphs 228, 229 each shown on the right. Similar to the substructure HX1, the substructure 213 of the type PT1 is formed by coupling a real body with the straight edges of the polyhedron surface forming the virtual mechanism. However, the real body is now a symmetrical pentagon and the polyhedron surface is designed as a symmetrical pentagon. One of the graphs 228 that can be achieved in this way is illustrated in FIG. 13 at the top right. Finally, the particularly advantageous star-shaped substructure PT2 is shown in FIG. 13 below. This is formed by coupling a real mechanism formed with 10 isosceles triangles with the straight edges of the polyhedron surface forming the virtual mechanism in the form of a symmetrical pentagon. The triangles are coupled in groups of two triangles each via the swivel joints attached to one of their corner points of their greatest angle. The respective other corner points of their largest angle are each coupled via a swivel joint formed with a knot. One of the graphs 229 that can be achieved in this way is illustrated in FIG. 12 at the bottom right. It follows that the substructure PT2 has two degrees of freedom. First of all, the real mechanism formed with the isosceles triangles can be rotated about a central axis of rotation 236 perpendicular to the plane of movement or the polyhedron surface, so that the nodes move along the edges of the polyhedron surface. In addition, when the triangles forming substructure 214 rotate about their common swivel joints, the nodes can move while maintaining a constant division ratio of edge sections determined by the positions of the nodes on the edges, that is to say here perpendicular to the edges as a symmetrical pentagon designed polyhedron surface. This possibility of movement is illustrated by the centrally pointing arrows of graph 229.
Der besseren Anschauung halber, sind in den Figuren 14 bis 19 zwei bevor- zugte typische SubStrukturen 215, 216 in dreidimensionaler Schrägansicht in verschiedenen Bewegungsstellungen dargestellt. In den Figuren 14 bis 16 ist die Substruktur 215 vom Typ GD gezeigt. Diese ist mit einem realen Mechanimus gestaltet, der die sechs, sich jeweils paarweise horizontal überlappenden, mit gleichseitigen Dreiecken gebildeten Dreieckszylinder 264, 265, 266, 267, 268, 269 aufweist. Dabei ist jeder Dreieckszylinder mit drei weiteren Dreieckszylindern über Drehgelenke gekoppelt. Die mit einer Bewegung der die Substruktur 215 ausbildenden Dreieckszylinder 264, 265, 266, 267, 268, 269 verbundene Strukturveränderung und das "Atmen" der zugeordneten, hier als gleichseitiges Dreieck ausgebildeten Bewegungsebene 270 ist als Abfolge der Figuren 14 bis 16 gut erkennbar. In Figur 14 ist die mit den gewählten Dreieckszylindern 264, 265, 266, 267, 268, 269 erzielbare minimale räumliche Erstreckung der Bewegungsebene 270 gezeigt. In Fig. 15 ist eine Zwischenstellung gezeigt, in der eine selbstähnliche Vergrößerung der die Bewegungsebene ausbildenden Polyederfläche alleine durch Verdrehen der Dreieckszylinder relativ zueinander um ihre jeweils gemeinsamen Drehgelenke erreicht ist. In diesem Fall bewegen sich also die Knoten nicht entlang derFor the sake of clarity, two preferred typical substructures 215, 216 are shown in three-dimensional oblique view in different movement positions in FIGS. 14 to 19. FIGS. 14 to 16 show the substructure 215 of the GD type. This is designed with a real mechanism, which has the six triangular cylinders 264, 265, 266, 267, 268, 269, which overlap each other horizontally in pairs and are formed with equilateral triangles. Each triangular cylinder is coupled to three further triangular cylinders via swivel joints. The structural change associated with a movement of the triangular cylinders 264, 265, 266, 267, 268, 269 forming the substructure 215 and the “breathing” of the associated movement plane 270, which is designed here as an equilateral triangle, can be clearly seen as a sequence of FIGS. 14 to 16. FIG. 14 shows the minimal spatial extent of the plane of motion 270 that can be achieved with the selected triangular cylinders 264, 265, 266, 267, 268, 269. An intermediate position is shown in FIG. 15 in which a self-similar enlargement of the polyhedron surface forming the plane of movement is achieved solely by rotating the triangular cylinders relative to one another about their respective common rotary joints. In this case, the nodes do not move along the
Kanten der Polyederfläche. Die Fig. 16 zeigt eine weitere Zwischenstellung der Substruktur, in der ausgehend von Fig. 15 durch eine zentrale Drehung aller Dreieckszylinder um die normal zur Bewegungsebene ausgebildete Zentralachse 287 die zugeordnete Bewegungsebene eine noch größere Fläche einnimmt. Dabei bewegen sich die Knoten entlang der Kanten der Polyederfläche. Es versteht sich, daß die vorgenannten Bewegungsmöglichkeiten auch beliebig kombiniert werden können. Dadurch kann das "Atmen" des Mechanismus, also die selbst- bzw. geometrisch ähnliche Größenveränderung der Polyederfläche in Verbindung mit einem bestimmten Bewegungsmuster der realen Körper bzw. des realen Mechanismus entsprechend den Anwenderwünschen bewirkt werden.Edges of the polyhedron surface. FIG. 16 shows a further intermediate position of the substructure, in which, starting from FIG. 15, the assigned movement plane takes up an even larger area through a central rotation of all triangular cylinders about the central axis 287 which is normal to the movement plane. The nodes move along the edges of the polyhedron surface. It goes without saying that the aforementioned possibilities of movement can also be combined as desired. As a result, the "breathing" of the mechanism, that is to say the self- or geometrically similar change in size of the polyhedron surface in connection with a specific movement pattern of the real body or of the real mechanism, can be effected in accordance with the user wishes.
In den Figuren 17 bis 19 ist die Substruktur 235 vom Typ HX gezeigt. Diese ist mit einem realen Mechanismus gestaltet, der die zwölf, sich jeweils paarweise horiziontal überlappenden, mit gleichschenkligen Dreiecken gebildeten Dreieckszylinder 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281 , 282, 283, 284, 285, 286 aufweist. Dabei sind jeweils zwei Dreieckszylinder an einen Eckpunkten über ein Drehgelenk gekoppelt. Die mit einer Bewegung der die Substruktur 235 ausbildenden Dreieckszylinder 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281 , 282, 283, 284, 285, 286 verbundene Strukturveränderung und das "Atmen" der zugeordneten, hier als symmetrisches Sechseck ausgebildeten Bewegungsebene 290 ist als Ab- folge der Figuren 17 bis 19 gut erkennbar. Dabei ist in Figur 19 die mit den gewählten Dreieckszylindern 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281 , 282, 283, 284, 285, 286 erzielbare minimale räumliche Erstreckung und in Figur 19 die maximal mögliche Erstreckung der Bewegungsebene 290 ersichtlich. Die Fig. 18 zeigt eine dreidimensionale Schrägansicht der Substruktur 235 gemäß Bild 17, in einer Zwischenstellung, wobei die selbstähnliche Vergrößerung der alsFIGS. 17 to 19 show the substructure 235 of the HX type. This is designed with a real mechanism that has the twelve triangular cylinders 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281, 282, 283, 284, 285, 286, which overlap each other in pairs horizontally and are formed with isosceles triangles. There are two triangular cylinders at a corner points above each Swivel joint coupled. The structural change associated with a movement of the triangular cylinders 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281, 282, 283, 284, 285, 286 forming the substructure 235 and the "breathing" of the associated movement plane 290, which is designed here as a symmetrical hexagon is clearly recognizable as a sequence of FIGS. 17 to 19. FIG. 19 shows the minimum spatial extent that can be achieved with the selected triangular cylinders 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281, 282, 283, 284, 285, 286 and FIG. 19 shows the maximum possible extent of the movement plane 290. 18 shows a three-dimensional oblique view of the substructure 235 according to FIG. 17, in an intermediate position, the self-similar enlargement of the
Sechseck ausgebildeten Polyederfläche zunächst nur durch eine zentrale Drehung aller Zylinderdreiecke um die normal zur Bewegungsebene ausgebildete Zentralachse 297 erreicht ist. Eine weitere Vergrößerung der Polyederfläche läßt sich durch Verdrehen der Dreieckszylinder relativ zueinander um ihre je- weils gemeinsamen Drehgelenke erreichen, ohne daß sich die Knoten entlang der Kanten der Polyederfläche bewegen, wobei die in Fig. 19 dargestellte maximale Erstreckung der Polyederfläche bzw. der Bewegungsebene erreichbar ist.Hexagonal polyhedron surface is initially achieved only by a central rotation of all cylindrical triangles about the central axis 297, which is normal to the plane of movement. A further enlargement of the polyhedron surface can be achieved by rotating the triangular cylinders relative to one another about their respective common swivel joints without the nodes moving along the edges of the polyhedron surface, the maximum extent of the polyhedron surface or the plane of movement shown in FIG. 19 being achievable is.
Die Gestaltung und Ausbildung der Scharniere 240 ist nachfolgend anhand der Fig. 20 beschrieben. Die Scharniere 240 weisen die beiden Drehachsen 241 und 242 auf. Diese sind hier starr miteinander derart gekoppelt, daß sie sich in einem mit jeweils einem der Knoten gebildeten Schnittpunkt 244 schneiden sowie wenigstens einen Freiheitsgrad aufweisen. Es versteht sich jedoch, daß die Drehachsen 241 und 242 auch windschief zueinander ausgebildet sein können. Ferner nehmen die Drehachsen 241 und 242 jeweils eine konstante, also zeitinvariante relative Lage zueinander ein, so daß auch der Achswinkel 246 konstant ist. Dieser Achswinkel 246 ist für die benachbarten, als Bewegungsebenen 247, 248 für die Knoten 243 ausgebildeten Polyederflächen 251 , 252 ty- pisch. Diese sind hier als Dreiecke schematisiert. In Fig. 20 ist veranschaulicht, wie das als Doppelscharnier ausgebildete Scharnier 240 mit den zwei benachbarten realen Mechanismen 253 und 254 zu einem räumlichen Mechanismus 255 gekoppelt ist. Die beiden Drehachsen 241 und 242 des Scharniers 240 stehen stets senkrecht bzw. normal auf die diesen jeweils zugeordnete Bewegungsebene 247 bzw. 248 des Knotens, der sich entlang der zusammenfallenden Kanten 256, 257 der Polyederflächen 251 , 252 bewegen kann. In dem in Fig. 20 gezeigten Ausführungsbeispiel fallen die Bewegungsebenen 247, 248 und die jeweils parallel zu diesen angeordneten Substrukturebenen 258, 259 zusammen. Es versteht sich jedoch, daß die Bewegungsebenen 247, 248 und die Substrukturebenen 258, 259 auch jeweils einen Abstand zueinander aufweisen können, wobei diese Abstände auch unterschiedlich groß sein können.The design and configuration of the hinges 240 is described below with reference to FIG. 20. The hinges 240 have the two axes of rotation 241 and 242. These are rigidly coupled to one another in such a way that they intersect at an intersection 244 formed with one of the nodes and have at least one degree of freedom. However, it goes without saying that the axes of rotation 241 and 242 can also be designed skew to one another. Furthermore, the axes of rotation 241 and 242 each take a constant, that is to say time-invariant, position relative to one another, so that the axis angle 246 is also constant. This axis angle 246 is typical for the adjacent polyhedron surfaces 251, 252 formed as movement planes 247, 248 for the nodes 243. These are schematized here as triangles. 20 illustrates how the hinge 240 designed as a double hinge with the two adjacent real mechanisms 253 and 254 forms a spatial mechanism 255 is coupled. The two axes of rotation 241 and 242 of the hinge 240 are always perpendicular or normal to the respective movement plane 247 or 248 of the node, which can move along the coincident edges 256, 257 of the polyhedron surfaces 251, 252. In the exemplary embodiment shown in FIG. 20, the movement planes 247, 248 and the substructure planes 258, 259 arranged parallel to them coincide. However, it goes without saying that the movement planes 247, 248 and the substructure planes 258, 259 can also each have a distance from one another, these distances also being able to be of different sizes.
Das Verfahren zur Synthetisierung des Polyedermechanismus wird nachfolgend zunächst allgemein und dann anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The method for synthesizing the polyhedron mechanism is first explained in general below and then in more detail using an exemplary embodiment.
Ausgangspunkt zur Herstellung eines selbstähnlichen Polyedermechanismus sind einer oder mehrere starre Polyeder, die mit einer vorherbestimmbaren Anzahl von Polyederflächen mit einer vorherbestimmbaren Gestalt ausgebildet sind. Wenn der Polyeder mit seinen Polyederflächen ausgewählt ist, werden auf den als Geraden ausgebildeten Kanten der Polyederflächen die Graphen in Form von Richtungspfeilen eingetragen, wobei nicht alle Kanten des Polyeders mit Richtungspfeilen versehen werden müssen und wobei der Polyeder auch nicht mit Polyederflächen vollständig geschlossen sein muß. Durch Festlegung der Graphen wird folglich die Bewegungsrichtung der Knoten festgelegt. Anschließend können die zur Realisierung dieser Graphen geeigneten Substruktu- ren mit den realen Strukturen ausgewählt werden, beispielsweise anhand der in den Fig. 8 bis 19 dargestellten Typen von SubStrukturen 201 bis 215, 231 sowie 235.The starting point for producing a self-similar polyhedron mechanism is one or more rigid polyhedra which are formed with a predeterminable number of polyhedron surfaces with a predeterminable shape. If the polyhedron with its polyhedron surfaces is selected, the graphs are entered in the form of directional arrows on the straight edges of the polyhedron surfaces, whereby not all edges of the polyhedron need to be provided with directional arrows and the polyhedron also need not be completely closed with polyhedron surfaces. The direction of movement of the nodes is thus determined by defining the graphs. Subsequently, the substructures suitable for realizing these graphs can be selected with the real structures, for example using the types of substructures 201 to 215, 231 and 235 shown in FIGS. 8 to 19.
Schließlich wird für jedes Paar zweier aneinanderstoßender Polyederflächen, welche die Bewegungsebenen für die Knoten ausbilden, der durch diese Ebenen eingeschlossene Winkel bestimmt. Dieser kann leicht nach der konventionellen Geometrielehre graphisch oder rechnerisch bestimmt werden. Der je- weils zugehörige Achswinkel der Doppelscharniere entspricht dem zwischen den Ebenen eingeschlossenen Winkel. Diese Scharnierwinkel werden für alle benachbarten bzw. aneinanderstoßenden Polyederflächen bzw. Bewegungsebenen bestimmt.Finally, for each pair of two abutting polyhedron surfaces that form the planes of motion for the nodes, the angle enclosed by these planes is determined. This can easily be determined graphically or mathematically using conventional geometry. The ever because the associated axis angle of the double hinge corresponds to the angle enclosed between the levels. These hinge angles are determined for all adjacent or abutting polyhedron surfaces or movement planes.
Nachfolgend werden entsprechend den Wünschen der Anwender die jeweiligen Scharniere ausgewählt, die mit Dreh-,In the following, the respective hinges are selected according to the wishes of the users,
Schub-, Drehschub- und/oder Schraubscharnieren versehen sein können. Abschließend wird der Polyedermechanismus aus den Scharnieren und den rea- len Strukturen der SubStrukturen entsprechend dem zuvor definierten Plan zusammengesetzt bzw. synthetisiert.Thrust, rotary push and / or screw hinges can be provided. Finally, the polyhedron mechanism is assembled or synthesized from the hinges and the real structures of the substructures in accordance with the previously defined plan.
Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Polyedermechanismen sind dadurch gekennzeichnet, daß deren Polyederflächen nicht als reale materielle Körper ausgebildet sein müssen, sondern virtuell, also unsichtbar ausgebildet sein können. Dabei sind die Kanten der Polyederflächen Teil eines virtuellen Mechanismus. Die virtuellen Mechanismen bzw. die Polyederflächen können jedoch als bei einer Bewegung des Polyedermechanismus weiterhin sichtbar bleiben. Dies ergibt sich, wenn die Knoten sich entlang der nicht sichtbaren, d.h. virtuellen Kanten der Polyederflächen entlang bewegen, so daß dem Betrachter des Polyedermechanismus die an sich nicht sichtbaren Kanten der Polyederflächen und folglich die atmende selbstähnliche Größenveränderung der Polyederflächen erschließen können.The polyhedron mechanisms described in the exemplary embodiments are characterized in that their polyhedron surfaces do not have to be designed as real material bodies, but rather can be designed to be virtual, that is to say invisible. The edges of the polyhedron surfaces are part of a virtual mechanism. However, the virtual mechanisms or the polyhedron surfaces can remain visible when the polyhedron mechanism moves. This results when the nodes are along the invisible, i.e. Move virtual edges of the polyhedron surfaces along, so that the viewer of the polyhedron mechanism can see the edges of the polyhedron surfaces that are not visible per se and consequently the breathing, self-similar size change of the polyhedron surfaces.
Das Verfahren zur Herstellung eines grundlegenden Polyedermechanismus 310 und die Gestalt dieses Polyedermechanismus 310 wird nachfolgend anhand der Fig. 21 bis 23 erläutert.The method for manufacturing a basic polyhedron mechanism 310 and the shape of this polyhedron mechanism 310 will be explained below with reference to FIGS. 21 to 23.
Der Polyedermechanismus 310 basiert auf dem als Tetraeder 311 ausgebilde- ten Polyeder 350, der in den Fig. 21 und 22 mit Hilfe dünner durchgezogener Linien dargestellt ist. Der Polyeder 350 weist die vier mit gleichseitigen Dreiek- ken gebildeten Polyederflächen 312, 313, 314, 315 auf. Anhand dieser Auswahl wird folglich die Gestalt (gleichseitige Dreiecke) und räumliche Lage (Tetraeder) der Polyederflächen 312, 313, 314, 315 fixiert. Entsprechend der Anzahl der sechs Kanten 316, 317, 318, 319, 320, 321 des Tetraeders 311 sind die sechs Knoten 322, 323, 325, 326, 327 vorgesehen, die zugleich die Scharniere 328, 329, 330, 331 , 332, 333 ausbilden (Fig. 23). Folglich stimmen in diesem Ausführungsbeispiel bezogen auf die jeweiligen Polyederflächen 312, 313, 314, 315 die Bewegungsebenen der Knoten 322, 323, 324, 325, 326, 327 und die mit den realen Körpern bzw. Mechanismen gebildeten Substrukturebenen überein. Die Knoten 322, 323, 324, 325, 326, 327 können sich entlang der geraden Kanten 316, 317, 318, 319, 320, 321 des Tetraeders 311 bewegen, wobei die Kanten 316, 317, 318, 319, 320, 321 die Stäbe 362, 363, 364, 365, 366, 367 der virtuellenThe polyhedron mechanism 310 is based on the polyhedron 350 designed as a tetrahedron 311, which is shown in FIGS. 21 and 22 with the aid of thin solid lines. The polyhedron 350 has the four polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315 formed with equilateral triangles. Based on this selection the shape (equilateral triangles) and spatial position (tetrahedron) of the polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315 are consequently fixed. Corresponding to the number of the six edges 316, 317, 318, 319, 320, 321 of the tetrahedron 311, the six nodes 322, 323, 325, 326, 327 are provided, which are also the hinges 328, 329, 330, 331, 332, 333 train (Fig. 23). Consequently, in this exemplary embodiment, the movement planes of the nodes 322, 323, 324, 325, 326, 327 and the substructure planes formed with the real bodies or mechanisms correspond to the respective polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315. The nodes 322, 323, 324, 325, 326, 327 can move along the straight edges 316, 317, 318, 319, 320, 321 of the tetrahedron 311, the edges 316, 317, 318, 319, 320, 321 being the Bars 362, 363, 364, 365, 366, 367 of the virtual
Mechanismen 371 , 372, 373, 374 bilden, die sich in den Schnittpunkten 376, 377, 378, 379 schneiden.Form mechanisms 371, 372, 373, 374 that intersect at intersections 376, 377, 378, 379.
Nachdem die Gestalt und räumliche Lage der den Tetraeder 311 ausbildenden Polyederflächen 312, 313, 314, 315 ausgewählt sind, werden, wie in Fig. 21 veranschaulicht, dieAfter the shape and spatial position of the polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315 forming the tetrahedron 311 are selected, as illustrated in FIG. 21, the
Bewegungsrichtungen der Knoten über die mit den Pfeilen 334, 335, 336, 337 versehenen Graphen 338, 339, 340, 341 festgelegt.The directions of movement of the nodes are determined via the graphs 338, 339, 340, 341 provided with the arrows 334, 335, 336, 337.
Anschließend werden die zur Realisierung des mit den Graphen 338, 339, 340, 341 festgelegten Bewegungsmusters geeigneten SubStrukturen ausgewählt. Hierzu stehen die in Fig. 8 dargestellten und vorstehend beschriebenen Sub- Strukturen des Typs GD zur Verfügung. Im vorliegenden Fall werden zur Realisierung des mit den Graphen 338, 339, 340, 341 festgelegten Bewegungsmusters zwei SubStrukturen 342, 343 vom Typ GD1 und zwei SubStrukturen 344, 345 vom Typ GD2 verwendet. Wie insbesondere in Fig. 22 gezeigt, sind die planaren SubStrukturen 342, 343 des Typs GD1 mit den realen, ebenen und gleichseitigen Dreiecken 346, 347 sowie den virtuellen, die Kanten 316, 317, 318, 319, 321 der Tetraederflächen (Polyederflächen 312, 313) umfassenden virtuellen Mechanismen ausgebildet. Die panaren SubStrukturen 344, 345 des Typs GD 2 sind, wie insbesondere aus Fig. 21 ersichtlich, jeweils mit den, die realen Mechanismen bildenden gleichschenkligen Dreiecke 351 , 352, den mit diesen über die Drehgelenke 353, 354 gekoppelten Stäben 355, 356 und ebenfalls mit den virtuellen, die Kanten 316, 317, 319, 320, 321 der Tetraeder- flächen (Polyederflächen 314, 315) umfassenden virtuellen Mechanismen ausgebildet. Die jeweiligen, der Kopplung zwischen den Dreiecken 351 , 352 und den Stäben 355, 356 der Substrukturen 344, 345 des Typs GD2 dienenden Drehgelenke 353, 354 sind ebenfalls in den Figuren 21 bis 23 dargestellt.Subsequently, the substructures suitable for realizing the movement pattern defined with the graphs 338, 339, 340, 341 are selected. The substructures of the GD type shown in FIG. 8 and described above are available for this purpose. In the present case, two substructures 342, 343 of type GD1 and two substructures 344, 345 of type GD2 are used to implement the movement pattern defined with graphs 338, 339, 340, 341. As shown in particular in FIG. 22, the planar substructures 342, 343 of the GD1 type with the real, flat and equilateral triangles 346, 347 and the virtual ones, the edges 316, 317, 318, 319, 321 of the tetrahedral surfaces (polyhedron surfaces 312, 313) comprehensive virtual mechanisms. The panar substructures 344, 345 of the As can be seen in particular from FIG. 21, types GD 2 are each with the isosceles triangles 351, 352, which form the real mechanisms, the bars 355, 356 coupled to them via the swivel joints 353, 354 and also with the virtual ones, the edges 316 , 317, 319, 320, 321 of the tetrahedral surfaces (polyhedron surfaces 314, 315) comprising virtual mechanisms. The respective rotary joints 353, 354, which serve for the coupling between the triangles 351, 352 and the rods 355, 356 of the substructures 344, 345 of the GD2 type, are also shown in FIGS. 21 to 23.
Während bzw. nach der Auswahl der Substrukturen 342, 343, 344, 345 werden die Achswinkel der Scharniere bestimmt. Hierzu muß zunächst der Winkel zwischen den jeweils aneinanderstoßenden Polyederflächen 312, 313, 314, 315 ermittelt werden. Dies kann leicht rechnerisch oder mit Hilfe der aus der Geometrielehre bekannten graphischen Methoden erfolgen. Daraus ergibt sich, daß der Winkel zwischen den Tetraederflächen 312, 313, 314, 315 jeweils etwa 70,5 Grad beträgt. Dieser Winkel entspricht dem Achswinkel der einzelnen Scharniere 328, 329, 330, 331 , 332, 333.The axis angles of the hinges are determined during or after the selection of the substructures 342, 343, 344, 345. For this purpose, the angle between the abutting polyhedron surfaces 312, 313, 314, 315 must first be determined. This can easily be done arithmetically or with the help of the graphical methods known from geometry theory. It follows from this that the angle between the tetrahedral surfaces 312, 313, 314, 315 is in each case approximately 70.5 degrees. This angle corresponds to the axis angle of the individual hinges 328, 329, 330, 331, 332, 333.
Anschließend werden die Scharniere 328, 329, 330, 331 , 332, 333 ausgewählt, die im vorliegenden Fall als reine Drehscharniere, das heißt als einen Freiheitsgrad aufweisende Scharniere ausgebildet sind.Then the hinges 328, 329, 330, 331, 332, 333 are selected, which in the present case are designed as pure rotary hinges, that is to say as hinges with one degree of freedom.
Anschließend wird der Polyedermechanismus 310 aus den vorstehend genannten realen Körpern (Dreicke 346, 347) bzw. Mechanismen (Dreieicke 351 , 352, Drehgelenke 353, 354, Stäbe 355, 356) zu dem in Figur 23 dargestellten Tetrahedroid 360 zusammengesetzt.The polyhedron mechanism 310 is then assembled from the above-mentioned real bodies (triangles 346, 347) or mechanisms (triangles 351, 352, pivot joints 353, 354, rods 355, 356) to form the tetrahedroid 360 shown in FIG.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen relativ komplex aufgebauter Polyedermechanismen sind in den Figs. 24 bis 29 veranschaulicht. Den dort gezeig- ten Polyedermechanismen 400, 500 liegt jeweils ein Polyeder in der Form eines Ikosaederstumpfes bzw. eines Fußballs zugrunde. Dessen Polyederflächen sind mit Pentagonen und Hexagonen gestaltet, welche jeweils die Bewegungsebenen für die Knoten ausbilden.Particularly advantageous embodiments of relatively complex polyhedron mechanisms are shown in Figs. 24-29. The polyhedron mechanisms 400, 500 shown there are each based on a polyhedron in the form of a truncated icosahedron or a soccer ball. Its polyhedron surfaces are designed with pentagons and hexagons, which each form the planes of motion for the nodes.
Der in den Figs. 24 bis 26 dargestellte Polyedermechanismus 400 ist mit Sub- Strukturen des Typs GD3 (siehe auch Fig. 8) mit jeweils sechs gleichseitigen Dreieckszylindern sowie mit Substrukturen des Typs PT1 (siehe auch Fig. 13) mit jeweils einem symmetrischen Fünfeckszylinder gestaltet. Die Substrukturen des Typs GD3 sind jeweils mit einem realen Mechanimus gestaltet, der sechs, sich jeweils paarweise horizontal überlappende, mit gleichseitigen Dreiecken gebildeten Dreieckszylinder aufweist (vgl. Fig 14 bis 16), wobei jeweils zwei der Dreieckszylinder mit Drehscharnieren gekoppelt sind.The in Figs. 24 to 26 shown polyhedron mechanism 400 is designed with substructures of the type GD3 (see also FIG. 8), each with six equilateral triangular cylinders, and with substructures of the type PT1 (see also FIG. 13), each with a symmetrical pentagonal cylinder. The substructures of type GD3 are each designed with a real mechanism, which has six triangular cylinders, each overlapping horizontally in pairs and formed with equilateral triangles (see FIGS. 14 to 16), two of the triangular cylinders being coupled with rotary hinges.
Aus der Abfolge der Figuren 24 bis 26 läßt sich gut das "Atmen" des Polyedermechanismus 400 erkennen, das bei einer Bewegung des Polyedermechanis- mus 400 bzw. Teilen davon auftritt. Der in Fig. 24 gezeigte Ikosaederstumpf nimmt eine Stellung ein, in der die zugeordneten, als regelmäßige Fünf- bzw. Sechsecke ausgebildeten Polyederflächen eine minimale Fläche einnehmen, so daß die den Polyedermechanismus 400 bildenden Körper ein minimales Volumen umschließen. Die Fig. 25 zeigt ein dreidimensionales Schrägbild des Po- lyedermechanismus 400 gemäß Fig. 24, in einer Zwischenstellung, in der eine selbstähnliche Vergrößerung der die Bewegungsebenen ausbildenden Polyederflächen durch Verdrehen wenigstens eines der Fünfeckszylinder um eine normal zu der Bewegungsebene angeordnete zentrale Drehachse erreicht ist. Zur besseren Veranschaulichung des "Atmens" des Polyedermechanismus sind die die Polyederflächen begrenzenden Kanten als durchgezogene schwarze Striche dargestellt. In Fig. 26 nehmen die Bewegungsebenen eine maximale Fläche einnehmen, so daß die den Polyedermechanismus 400 bildenden Körper ein maximales Volumen umschließen.The sequence of FIGS. 24 to 26 clearly shows the "breathing" of the polyhedron mechanism 400, which occurs when the polyhedron mechanism 400 or parts thereof are moved. The truncated icosahedron shown in FIG. 24 assumes a position in which the associated polyhedron surfaces, which are designed as regular pentagons or hexagons, occupy a minimal area, so that the bodies forming the polyhedron mechanism 400 enclose a minimal volume. FIG. 25 shows a three-dimensional oblique image of the polyhedron mechanism 400 according to FIG. 24, in an intermediate position in which a self-similar enlargement of the polyhedron surfaces forming the planes of movement is achieved by rotating at least one of the pentagonal cylinders about a central axis of rotation arranged normal to the plane of movement. To better illustrate the "breathing" of the polyhedron mechanism, the edges delimiting the polyhedron surfaces are shown as solid black lines. In Fig. 26, the planes of movement occupy a maximum area so that the bodies forming the polyhedron mechanism 400 enclose a maximum volume.
Der in den Figs. 27 bis 29 dargestellte Polyedermechanismus 500 ist ebenfalls als Ikosaederstumpf (Fußball) ausgebildet und weist Substrukturen des Typs PT2 (siehe auch Fig. 13) sowie Substrukturen des Typs HX auf. Die Substruktu- ren des Typs PT 2 sind jeweils mit einem realen Mechanismus gestaltet, der zehn, sich jeweils paarweise horiziontal überlappende, mit gleichschenkligen Dreiecken gebildete, sternförmig angeordnete Dreieckszylinder umfaßt. Die Substrukturen des Typs HX sind sind jeweils mit einem realen Mechanismus gestaltet, der zwölf, sich jeweils paarweise horiziontal überlappende, mit gleichschenkligen Dreiecken gebildete, sternförmig angeordnete Dreieckszylinder umfaßt (vgl. Fig. 17 bis 19).The in Figs. The polyhedron mechanism 500 shown in FIGS. 27 to 29 is likewise designed as an icosahedron stump (soccer ball) and has substructures of the type PT2 (see also FIG. 13) and substructures of the type HX. The substructure Ren of the type PT 2 are each designed with a real mechanism, which comprises ten, triangular cylinders arranged in a star shape, each overlapping in pairs horizontally, formed with isosceles triangles. The substructures of the HX type are each designed with a real mechanism, which comprises twelve triangular cylinders arranged in a star shape, each overlapping in pairs horizontally and formed with isosceles triangles (cf. FIGS. 17 to 19).
In der in Fig. 27 gezeigten Stellung nimmt der Polyedermechanismus 500 eine Stellung ein, in der die zugeordneten, als Fünf- bzw. Sechsecke ausgebildeten Polyederflächen eine minimale Fläche einnehmen, so daß die den Polyedermechanismus 500 bildenden sternförmig angeordneten Körper ein minimales Volumen umschließen. Die in Fig. 28 dargestellte Zwischenstellung mit selbstähnlich vergrößerten Polyederflächen ist durch Verdrehen wenigstens eines der sternförmigen realen Mechanismen um eine normal zu der zugehörigen Bewegungsebene angeordOnete zentrale Drehachse erreicht. Zur besseren Veranschaulichung desIn the position shown in FIG. 27, the polyhedron mechanism 500 assumes a position in which the associated polyhedron surfaces formed as pentagons or hexagons take up a minimal area, so that the bodies arranged in a star shape forming the polyhedron mechanism 500 enclose a minimal volume. The intermediate position shown in FIG. 28 with self-similarly enlarged polyhedron surfaces is achieved by rotating at least one of the star-shaped real mechanisms about a central axis of rotation arranged normally to the associated movement plane. To better illustrate the
"Atmens" des Polyedermechanismus sind wiederum die die Polyederflächen begrenzenden Kanten als durchgezogene schwarze Striche dargestellt. Fig. 29 zeigt den Polyedermechanismus 500 in einer Stellung, in der die Bewegungsebenen bzw. die Polyederflächen eine maximale Fläche einnehmen, so daß die den Polyedermechanismus 500 bildenden Körper ein maximales Volumen umschließen. "Breathing" of the polyhedron mechanism, in turn, the edges delimiting the polyhedron surfaces are shown as solid black lines. 29 shows the polyhedron mechanism 500 in a position in which the movement planes or the polyhedron surfaces take up a maximum area, so that the bodies forming the polyhedron mechanism 500 enclose a maximum volume.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Polyedermechanismus mit gelenkig gekoppelten im wesentlichen starren Körpern und körperfesten Knoten, die sich bei einer Bewegung des Polyedermechanismus unter Ausbildung von Bewegungsebenen (247, 248, 270, 290) bewegen, die jeweils mit von Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) eines Polyeders (350) be- grenzten Polyederflächen (25; 125, 251 , 252; 274; 298; 312, 313, 314,1. polyhedron mechanism with articulated, essentially rigid bodies and body-fixed nodes, which move when the polyhedron mechanism is moved, forming movement planes (247, 248, 270, 290), each with edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) of a polyhedron (350) limited polyhedron surfaces (25; 125, 251, 252; 274; 298; 312, 313, 314,
315) gebildet sind, wobei jeweils benachbarten Bewegungsebenen (247, 248) zugeordnete, die Körper enthaltende Substrukturen (20; 60; 120; 201 , 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211 , 212, 213, 214, 215, 231 , 233, 235; 342, 343, 344, 345) mit die Knoten (21 , 22, 23; 61 , 62, 63; 121 , 122, 123, 124; 243; 322, 324, 325, 326, 327) bildenden Scharnieren (240; 328, 329, 330, 331 , 332, 333) unter Ausbildung geschlossener kinematischer Schleifen derart verbunden sind, daß eine Drehung der benachbarten Substrukturen (20; 60; 120; 201 , 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211 , 212, 213, 214, 215, 231 , 233, 235; 342, 343, 344, 345) um ihre jeweils gemeinsamen Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153,315) are formed, with respective sub-structures (20; 60; 120; 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212) assigned to each of the adjacent movement planes (247, 248) and containing the body , 213, 214, 215, 231, 233, 235; 342, 343, 344, 345) with the nodes (21, 22, 23; 61, 62, 63; 121, 122, 123, 124; 243; 322, 324 , 325, 326, 327) forming hinges (240; 328, 329, 330, 331, 332, 333) are connected to form closed kinematic loops such that rotation of the adjacent substructures (20; 60; 120; 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 231, 233, 235; 342, 343, 344, 345) around their respective common edges (51, 52, 53; 151, 152, 153,
154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) des Polyeders (350) blockiert ist, so daß die räumliche Winkellage der Bewegungsebenen (247, 248, 270, 290) zueinander im wesentlichen gleich bleibt, während die Polyederflächen (25; 125, 251 , 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) eine geome- frisch- bzw. selbstähnliche Größenveränderung, vorzugsweise eine zentrische Streckung erfahren. 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) of the polyhedron (350) is blocked, so that the spatial angular position of the movement planes (247, 248, 270, 290) remains essentially the same, while the polyhedron surfaces (25; 125, 251, 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) undergo a geometrically fresh or self-similar size change, preferably a central extension.
2. Polyedermechanismus nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Scharniere (240; 328, 329, 330, 331 , 332, 333) wenigstens zwei Drehachsen (241 , 242) aufweisen, die jeweils einen konstanten Achswinkel (246) zueinander einnehmen und windschief zueinander ausgebildet sind oder sich in einem Schnittpunkt (244) schneiden und die normal auf jeweils einer der benachbarten Bewegungsebenen (247, 248) stehen.2. Polyhedron mechanism according to claim 1, characterized in that the hinges (240; 328, 329, 330, 331, 332, 333) have at least two axes of rotation (241, 242), which each take a constant axis angle (246) to each other and skewed are formed to each other or intersect at an intersection (244) and are normally on one of the adjacent planes of movement (247, 248).
3. Polyedermechanismus nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei einer Bewegung des Polyedermechanismus (310; 400; 500) zumindest ein Teil der Knoten (21 , 22, 23; 61 , 62, 63; 121 ,3. Polyhedron mechanism according to one of claims 1 or 2, characterized in that when the polyhedron mechanism (310; 400; 500) moves, at least some of the nodes (21, 22, 23; 61, 62, 63; 121,
122, 123, 124; 243; 322, 324, 325, 326, 327) in bestimmten Richtungen entlang der Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) des mit den Polyederflächen (25; 125; 251 , 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) gebil- deten Polyeders (350) und/oder unter Beibehalt eines konstanten Teilungsverhältnisses von durch die Positionen der Knoten bestimmten Kantenabschnitten bewegt.122, 123, 124; 243; 322, 324, 325, 326, 327) in certain directions along the edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) of the with the Polyhedron surfaces (25; 125; 251, 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) formed polyhedron (350) and / or moved while maintaining a constant division ratio of edge sections determined by the positions of the nodes.
4. Polyedermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß wenigstens vier Polyederflächen (25; 251 , 252; 312,4. Polyhedron mechanism according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least four polyhedron surfaces (25; 251, 252; 312,
313, 314, 315) und wenigstens sechs Knoten (21 , 22, 23; 61 , 62, 63; 243; 322, 323, 324, 325, 326, 327) ausgebildet sind.313, 314, 315) and at least six nodes (21, 22, 23; 61, 62, 63; 243; 322, 323, 324, 325, 326, 327) are formed.
5. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153, 154;5. polyhedron mechanism according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154;
256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) der Polyederflächen (25; 125; 251 , 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) als vorzugsweise gerade Stäbe (26, 27, 28; 126, 127, 128, 129; 362, 363, 364, 365, 366, 367) ausgebildet sind, wobei sich die jeweils benachbarten Stäbe (26, 27, 28; 126, 127, 128, 129; 362, 363, 364, 365, 366, 367) in einem Schnittpunkt (36, 37, 38;256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) of the polyhedron surfaces (25; 125; 251, 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) as preferably straight rods (26, 27, 28; 126, 127, 128, 129; 362, 363, 364, 365, 366, 367) are formed, the adjacent bars (26, 27, 28; 126, 127, 128, 129; 362, 363, 364, 365, 366, 367) at an intersection (36, 37, 38;
136, 137, 138, 139; 376, 377, 378, 379) schneiden. 136, 137, 138, 139; 376, 377, 378, 379) cut.
6. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einer gemeinsamen Polyederfläche (25; 125) zugeordneten Knoten (21, 22, 23; 61, 62, 63; 121 , 122, 123, 124) derart angeordnet sind, daß sie die diese Polyederfläche (25, 125) begrenzenden Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153, 154) in einem von der Größenveränderung der Polyederflächen (25; 125) abhängigen Teilungsverhältnis (3621/2137, 3722/2238, 3823/2335; 3661/6137, 6238/3762, 3863/6336; 136122/122137, 123138/137123, 124139/138124, 139121 , 121136) unterteilen.6. polyhedron mechanism according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the respective one common polyhedron surface (25; 125) associated nodes (21, 22, 23; 61, 62, 63; 121, 122, 123, 124) such are arranged in such a way that the edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154) delimiting this polyhedron surface (25, 125) in a division ratio (3621/2137, 3722 that depends on the size change of the polyhedron surfaces (25; 125) / 2238, 3823/2335; 3661/6137, 6238/3762, 3863/6336; 136122/122137, 123138/137123, 124139/138124, 139121, 121136).
7. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrukturen ebene Substrukturflächen (258, 259) aufweisen, die parallel zu den Bewegungsebenen (247, 248) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Substrukturen eben ausgebildet sind.7. polyhedron mechanism according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the substructures have flat substructure surfaces (258, 259) which are arranged parallel to the movement planes (247, 248), the substructures preferably being flat.
8. Polyedermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Knoten (21 , 22, 23; 61 , 62, 63, 121 , 122, 123, 124; 322, 323, 324, 325, 326, 327) in den Bewegungsebenen (247, 248) ange- ordnet sind.8. polyhedron mechanism according to one of claims 1 to 7, characterized in that the nodes (21, 22, 23; 61, 62, 63, 121, 122, 123, 124; 322, 323, 324, 325, 326, 327) are arranged in the movement planes (247, 248).
9. Polyedermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharniere (240; 328, 329, 330, 331 , 332, 333) mit wenigstens zwei Dreh- und/oder Drehschub- und/oder Schraubgelenken ausgebildet sind.9. polyhedron mechanism according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hinges (240; 328, 329, 330, 331, 332, 333) are formed with at least two rotary and / or rotary push and / or screw joints.
10. Polyedermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrukturen (20) mit wenigstens einem realen Körper (55) ausgebildet sind.10. Polyhedron mechanism according to one of claims 1 to 9, characterized in that the substructures (20) are formed with at least one real body (55).
11. Polyedermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrukturen (60, 120) mit wenigstens einem rea- len, vorzugsweise ebenen Mechanismus (95; 155) ausgebildet sind.11. Polyhedron mechanism according to one of claims 1 to 10, characterized in that the substructures (60, 120) with at least one rea- len, preferably flat mechanism (95; 155) are formed.
12. Polyedermechanismus nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der reale Körper (55) oder der reale Mechanismus (95, 155) mit wenigstens einem flächigen Körper (55, 168, 169) ausgebildet ist.12. Polyhedral mechanism according to claim 10 or 11, characterized in that the real body (55) or the real mechanism (95, 155) is formed with at least one flat body (55, 168, 169).
13. Polyedermechanismus nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der flächige Körper (55; 168, 169) als Vieleck ausgebildet ist.13. Polyhedron mechanism according to claim 12, characterized in that the flat body (55; 168, 169) is designed as a polygon.
14. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß der reale Mechanismus mit wenigstens zwei stabförmigen Körpern ausgebildet ist, die mit zumindest einem Drehgelenk gekoppelt sind.14. Polyhedral mechanism according to at least one of claims 11 to 13, characterized in that the real mechanism is formed with at least two rod-shaped bodies which are coupled to at least one swivel joint.
15. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der reale Mechanismus (95) mit zumindest einem flächigen Körper und wenigstens einem stabförmigen Körper ausgebildet ist, die mit wenigstens einem Drehgelenk (100) gekoppelt sind.15. Polyhedral mechanism according to at least one of claims 11 to 14, characterized in that the real mechanism (95) is formed with at least one flat body and at least one rod-shaped body, which are coupled to at least one swivel joint (100).
16. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrukturen (20; 60; 120; 201 , 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211 , 212, 213, 214, 215, 232, 233, 235; 342, 343, 344, 345) mit einem virtuellen Mechanismus (30; 130; 371 , 372, 373, 374) ausgebildet sind.16. Polyhedral mechanism according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the substructures (20; 60; 120; 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213 , 214, 215, 232, 233, 235; 342, 343, 344, 345) with a virtual mechanism (30; 130; 371, 372, 373, 374).
17. Polyedermechanismus nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der virtuelle Mechanismus (30; 130; 371 , 372, 373, 374) mit vorzugsweise die Kanten (51 , 52, 53; 151, 152, 153, 154; 316, 317, 318, 319, 320, 321) enthaltenden Stäben (26, 27, 28; 126, 127, 128, 129) über Schubgelenke17. Polyhedral mechanism according to claim 16, characterized in that the virtual mechanism (30; 130; 371, 372, 373, 374) with preferably the edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154; 316, 317, 318, 319, 320, 321) containing rods (26, 27, 28; 126, 127, 128, 129) via sliding joints
(31 , 32, 33; 131 , 132, 133, 134) derart gekoppelt ist, daß eine geschlossene kinematische Schleife gebildet ist. (31, 32, 33; 131, 132, 133, 134) is coupled in such a way that a closed kinematic loop is formed.
18. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei einer Bewegung einer einer bestimmten Bewegungsebene zugeordneten, vorzugsweise bewegungsebe- nenfesten Substruktur die dieser zugeordneten Knoten entlang den Kan- ten der eine geometrisch- bzw. selbstähnliche Größenveränderung erfahrenden, vorzugsweise zentrisch sich streckenden Polyederfläche derart bewegen, als wären sie Gelenkpunkte eines virtuellen Drehschubgelenkes, das jeweils eine Drehachse senkrecht zur Bewegungsebene und eine Schubachse entlang der betreffenden Kante aufweist, wobei das Dreh- schubgelenk die Substruktur mit einem bewegungsebenenenfesten virtuellen Mechanismus verbindet, der die als Schubachsen gedachten Kanten der Polyederfläche als Körper und die Eckpunkte der Polyederfläche als benachbarte Kanten verbindende Schubgelenke enthält.18. The polyhedron mechanism according to at least one of claims 1 to 17, characterized in that when a substructure assigned to a specific movement plane, preferably fixed to the movement plane, moves, the nodes assigned to it along the edges of a geometrically or self-similar size change undergoing, preferably move centrically extending polyhedron surface as if they were articulation points of a virtual rotary thrust joint, each having an axis of rotation perpendicular to the plane of movement and a thrust axis along the relevant edge, the rotary thrust joint connecting the substructure to a virtual mechanism which is fixed at the plane of movement and which acts as thrust axes contains imaginary edges of the polyhedron surface as bodies and the corner points of the polyhedron surface as adjacent edges connecting thrust joints.
19. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyeder als platonischer, archimedischer, uniformer und/oder regulärer Polyeder ausgebildet ist.19. Polyhedron mechanism according to at least one of claims 1 to 18, characterized in that the polyhedron is designed as a Platonic, Archimedean, uniform and / or regular polyhedron.
20. Polyedermechanismus nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyedermechanismus mit mehreren20. Polyhedron mechanism according to at least one of claims 1 to 19, characterized in that the polyhedron mechanism with several
Polyedern ausgebildet ist.Polyhedra is formed.
21. Verfahren zur Herstellung eines Polyedermechanismus mit gelenkig gekoppelten im wesentlichen starren Körpern und körperfesten Knoten, nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Knoten sich bei einer Bewegung des Polyedermechanismus unter Ausbildung von Bewegungsebenen (247, 248) in einer vorherbestimmbaren Bewegungsrichtung bewegen, wobei die Bewegungsebenen (247, 248, 270, 290) jeweils mit von Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) wenigstens eines Polyeders (350) begrenzten vorherbestimmbaren Polyederflächen (25; 125, 251, 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) gebildet sind, wobei jeweils benachbarten Bewegungsebenen (247, 248) zugeord- nete, die Körper enthaltende, vorherbestimmbare Substrukturen (20; 60; 120; 201 , 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211 , 212, 213,21. A method for producing a polyhedron mechanism with articulated coupled substantially rigid bodies and body-fixed nodes, according to one of claims 1 to 20, wherein the nodes move when the polyhedron mechanism is moved with the formation of movement planes (247, 248) in a predeterminable direction of movement, the planes of movement (247, 248, 270, 290) each having edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320, 321) of at least one polyhedron (350) limited predeterminable polyhedron surfaces (25; 125, 251, 252; 274; 298; 312, 313, 314, 315) are formed, with adjacent planes of movement (247, 248) being assigned in each case. nete, predeterminable substructures containing the body (20; 60; 120; 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213,
214, 215, 231 , 233, 235; 342, 343, 344, 345) mit die Knoten (21 , 22, 23; 61 , 62, 63; 121 , 122, 123, 124; 243; 322, 324, 325, 326, 327) bildenden vorherbestimmbaren Scharnieren (240; 328, 329, 330, 331 , 332, 333) unter Ausbildung geschlossener kinematischer Schleifen derart verbunden sind, daß eine Drehung der benachbarten Substrukturen (20; 60; 120; 201 , 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211 , 212, 213, 214,214, 215, 231, 233, 235; 342, 343, 344, 345) with the predeterminable hinges (240; 23; 32; 323; 328, 329, 330, 331, 332, 333) are connected to form closed kinematic loops such that rotation of the adjacent substructures (20; 60; 120; 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214,
215, 231 , 233, 235; 342, 343, 344, 345) um ihre jeweils gemeinsamen Kanten (51 , 52, 53; 151 , 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320,215, 231, 233, 235; 342, 343, 344, 345) around their respective common edges (51, 52, 53; 151, 152, 153, 154; 256, 257; 316, 317, 318, 319, 320,
321) des Polyeders (350) blockiert ist, so daß die räumliche Winkellage der Bewegungsebenen (247, 248, 270, 290) zueinander im wesentlichen gleich bleibt, während die Polyederflächen (25; 125, 251 , 252; 274; 298;321) of the polyhedron (350) is blocked, so that the spatial angular position of the movement planes (247, 248, 270, 290) remains essentially the same, while the polyhedron surfaces (25; 125, 251, 252; 274; 298;
312, 313, 314, 315) eine geometrisch- bzw. selbstähnliche Größenverän- derung, vorzugsweise eine zentrische Streckung erfahren, wobei in einem ersten Schritt die Gestalt und räumliche Lage der Polyederflächen (312,312, 313, 314, 315) undergo a geometrically or self-similar change in size, preferably a central stretching, the shape and spatial position of the polyhedron surfaces (312,
313, 314, 315) des Polyeders (350) ausgewählt werden, nachfolgend die Bewegungsrichtung der Knoten (322, 323, 324, 325, 326, 327) sowie die hierfür geeigneten Substrukuren (342, 343, 344, 345) und die Scharniere (328, 329, 330, 331) ausgewählt werden und anschließend der Polyedermechanismus (310) aus den Substrukturen (342, 343, 344, 345) und den Scharnieren (328, 329, 330, 331) zusammengesetzt wird.313, 314, 315) of the polyhedron (350) are selected, subsequently the direction of movement of the nodes (322, 323, 324, 325, 326, 327) as well as the suitable substructures (342, 343, 344, 345) and the hinges ( 328, 329, 330, 331) are selected and then the polyhedron mechanism (310) is composed of the substructures (342, 343, 344, 345) and the hinges (328, 329, 330, 331).
22. Verfahren zur Herstellung eines Polyedermechanismus nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Scharniere (240; 328, 329, 330, 331 ,22. A method for producing a polyhedron mechanism according to claim 21, characterized in that the hinges (240; 328, 329, 330, 331,
332, 333) wenigstens zwei Drehachsen (241 , 242) aufweisen, die jeweils einen konstanten Achswinkel (246) zueinander einnehmen und windschief zueinander ausgebildet sind oder sich in einem Schnittpunkt (244) schneiden, wobei jedes Scharnier derart ausgewählt wird, daß seine Achswinkel (246) dem Winkel zwischen den Normalen der jeweils benachbarten Bewegungsebenen (247, 248) entspricht. 332, 333) have at least two axes of rotation (241, 242), which each take a constant axis angle (246) to each other and are skewed to one another or intersect at an intersection (244), each hinge being selected such that its axis angle ( 246) corresponds to the angle between the normals of the respectively adjacent movement planes (247, 248).
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