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CN104487355A - 用于组装多面体的坯、多面体及组装多面体的方法 - Google Patents

用于组装多面体的坯、多面体及组装多面体的方法 Download PDF

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CN104487355A
CN104487355A CN201380035284.1A CN201380035284A CN104487355A CN 104487355 A CN104487355 A CN 104487355A CN 201380035284 A CN201380035284 A CN 201380035284A CN 104487355 A CN104487355 A CN 104487355A
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Abstract

本发明涉及一种用于组装多面体的坯，包括至少三个边缘(2a，2b)。每个所述边缘(2a，2b)包括：延伸超过所述边缘(2a，2b)并形成折叠线的第一舌片(4)，设置在每个所述边缘(2a，2b)上的至少两个闭合狭槽(12)，延伸超过所述第一舌片(4)并形成至少一个折起线(30)的第二折起舌片(6)，延伸超过所述第二舌片(6)并与所述闭合狭槽(12)对准的闭合突片(10)，和延伸超过所述第一舌片(4)的侧向边缘(22)且能够相对于所述第一舌片(4)折入以与所述相邻边缘(2b)接合的第三舌片(8)。本发明还涉及由本发明的坯形成的多面体以及组装方法。

Description

用于组装多面体的坯、多面体及组装多面体的方法
技术领域
本发明涉及用于形成包括至少三条棱的多面体的层状坯。
本发明还涉及由多个根据本发明的坯组装的多面体和组装多面体的方法。
背景技术
已知由限定多面体的侧面的层状样板构筑多面体。这些样板显示多面体的平面发展，指示折叠线。在这些样板中，多面体的不同侧面彼此附接。
文件WO200333224公开一种用于由限定截角二十面体的侧面的层状样板制造容器、球或类似物的方法。连续的棱之间的附接很复杂并在侧面之间需要另外的固定元件，例如粘合剂等。此外，如果它的一个或多个侧面受到指向多面体的中心的压缩应力，由层状样板产生的二十面体会容易塌缩。
还必须指出，发展的多面体的预制样板根本不是通用的，即，只能够组装样板针对它设想的多面体。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于组装多面体的上面指出类型的层状坯，其允许以通用的方式组装规则或不规则的多面体，不需要使用坯本身外的任何类型的另外附接元件，却获得结实和稳定组装的多面体。
该目的通过用于组装多面体的上面指出类型的层状坯实现，其特征在于层状坯的每条棱包括：[a]从所述棱伸出、沿着所述棱的整个长度延伸以形成折叠线的第一折叠突片，[b]设置在所述棱中的至少两个闭合槽，[c]第二折入突片，其从所述第一突片的面对所述棱的自由边缘伸出并部分地沿着所述自由边缘延伸以形成至少一条折入线，[d]闭合凸缘，其从所述第二突片的面对所述第一突片的自由边缘伸出并部分地沿着所述自由边缘延伸，所述闭合凸缘与所述闭合槽的一个对准布置，和[e]第三突片，其从所述第一突片的侧边缘之一伸出，其长度为相邻棱的长度的至少三分之一且能够相对于所述第一突片折叠以与所述相邻棱协作。
凸缘允许相邻坯附接到彼此而不需要使用任何另外的粘合剂式元件或其他的外部附接装置。另一方面，在由多个根据本发明的坯形成的多面体中，当压缩应力朝着多面体的中心施加时，第三突片负责将导出的弯曲应力朝着其所铰接的棱的顶点传递，应力从此处继而朝着相邻坯分布。该装置将多面体转换成闭合且不可变形的超静定结构。
此外，本发明包括一系列优选特征，它们是从属权利要求的目标，且它们的有效性将在本发明的实施方式的以下描述中突出。
第二折入突片优选与第三突片相邻以更好支承由相邻棱的第三突片产生的拉应力。特别是，第三突片的支承点在相连棱的第二突片上越远，可支承应力将越大。
第三突片优选具有的长度等于相邻棱的长度，这使得第三突片不能运动出其位置，并因此允许在对应棱上支承更大的应力。
在特别优选的方式中，所述闭合凸缘与所述闭合槽一样宽，并在所述凸缘的每侧上包括保持槽，从而形成保持指，所述保持指在远离所述基部的方向上对称并会聚并且能够升高以便以形状配合连接附接所述闭合凸缘与相应的闭合槽。这允许将应力传递至相邻棱，不是通过球窝效应，而是通过插入的连续性。
替代地，所述闭合凸缘的基部比所述闭合槽宽，在所述凸缘的每侧上包括保持缺口，并且所述缺口对称以便以形状配合连接附接所述闭合凸缘与相应的闭合槽。
本发明还涉及包括多个根据本发明的坯的多面体。如将在下文看到，相连坯之间的相互作用允许分布应力使得多面体的压缩强度增加。
此外，在特别优选的方式中，多面体的坯是半透明或者透明的，并且所述多个坯的至少一个坯包括适合用于组装照明装置的开口，从而允许制造吊灯或者台灯。此外，在缺少开口时，根据本发明的多面体可用来制造玩具球或者家用小配件，不用说用于教育、商业或工业使用的可能应用。
此外，本发明涉及一种由多个根据本发明的层状坯组装多面体的方法。为此，该方法包括以下步骤：[a]将第一坯的第三突片面对所述第一坯的相邻棱的第一突片放置，[b]将第二坯的第三突片面对所述第二坯的相邻棱的第一突片放置，[c]将根据步骤[a]和[b]折叠的第一和第二坯的对应棱面对彼此放置，[d]将所述第一坯的第二折入突片折入在所述第二坯的第一突片上面，[e]将所述第二坯的第二折入突片折入在所述第一坯的第一突片上面，[f]将所述第一和第二坯的闭合凸缘插入所述第一和第二坯的对应闭合槽中，直到所述凸缘完全从容纳插入的对应凸缘的坯的闭合槽伸出。
最后，并且针对需要特别压缩强度的应用，所述闭合凸缘至多与所述闭合槽一样宽并在所述凸缘的每侧上包括保持槽，从而形成保持指，所述方法包括抬起所述凸缘的所述保持指以便将所述凸缘相对于所述闭合槽保持在形状配合连接。
同样，本发明还包括在本发明的实施方式的详细说明和附图中所示的其他详细特征。
附图说明
本发明的其他优点和特征将从以下说明中更好地理解，其中本发明的几个优选实施方式参考附图以非限制的方式进行描述。在附图中：
图1显示正六边形形式的根据本发明的第一坯的俯视图；
图2显示正五边形形式的根据本发明的第二坯的俯视图；
图3-5显示在执行根据本发明的组装多面体的方法时根据本发明的两种坯的详细透视图；
图6显示由根据本发明的坯制成的截角二十面体的透视图；
图7显示根据本发明的两个连续坯的组装结构的示意平面图并特别显示两条相邻棱连续在主体中插入其每个端部；
图8显示由根据本发明的多面体制成的灯的透视图；
图9显示正六边形形式的根据本发明的坯的替代实施方式的俯视图。
具体实施方式
图1显示根据本发明的第一层状坯1。在此情况下，坯1是正六边形，即，具有等长的六条棱2a、2b的多边形。
如可从图1看到的，每个层状坯1包括通过六条棱2a、2b划分的主侧面16。第一折叠突片从每条棱2a、2b伸出。该第一突片4沿着相应棱2a、2b的整个长度延伸并形成在折叠时与该相应棱重合的折叠线。此外，在每条棱2a、2b中，坯1在这种情况下包括在棱2a上的两个闭合槽12。
第二折入突片6从每个第一突片4的面对相应的棱2a、2b的第一自由边缘18伸出并部分地沿着该第一自由边缘18延伸以形成双折入线30。该折入线30特别是在例如塑料片的厚片的情况下是双折入线，以补偿片的厚度。两条折入线30之间存在的宽度将因此取决于第一和第三突片4、8的厚度。如图1中可见，第一突片4的第一自由边缘18平行于相应的棱2a、2b。
另一方面，闭合凸缘10从第二突片6的面对第一片4的第二自由边缘20伸出，所述凸缘部分地沿着该第二自由凸缘20延伸。同样，该第二自由边缘平行于第一自由边缘18并平行于相应的棱2a、2b。此外，第一和第二突片4、6的高度几乎相同，因为第二突片6必须考虑形成主侧面16的片的厚度。凸缘10与保持槽12对准布置，在组装多面体100时凸缘10将插入保持槽12中。
最后，坯1具有从第一突片4的侧边缘22伸出并沿着由侧边缘22限定的折叠线相对于第一突片4可折叠以便与相邻的棱2b协作的第三突片8。在该实施方式中，该第三突片8具有等于相邻棱2b的长度的长度，从而一旦组装为多面体100提供最大强度。如将在下面看到的，有了此构造，多面体100极难自动地拆解。不过，在替代实施方式中且取决于必须要支承的载荷的大小，第三突片8的长度可以是相邻棱2b的长度的一半甚至是三分之一。
在图1或2所示且对多面体上的压缩应力特别有抵抗力的优选实施方式中，第二折入突片6与第三突片8相邻，使得棱2b的第二突片6能够防止多面体100在棱2a的突片8被盖住和锁住时拆解。
最后，图1详细显示了该实施方式的凸缘10的构造。在该情况下，闭合凸缘10与闭合槽12一样宽。不过，保持槽14设置在凸缘10的基部24中，在所述凸缘的每侧上，所述槽在远离基部24的方向上对称和会聚，从而形成保持指28。在组装多面体100时，保持指28一旦插入相应的闭合槽12中能够升高，从而以形状配合连接附接所述闭合凸缘10与相应的闭合槽12。保持指28因此依靠在第一相应突片4的侧面上，防止多面体100拆解。
反过来，按压保持指28以将其与凸缘10的其余部分对准足以拆解棱，解开形状配合连接并允许凸缘10从相应闭合槽12去除。
图2显示正五边形形式的第二坯1，在此情况中其棱2a、2b的长度等于图1的坯1的六边形的棱2a、2b的长度。此外，一瞥可见，其所有特征都相同，除了棱2a、2b的数量，因此它允许以任何相对位置与图1的坯组装。
很明显，图1和图2所示的坯1是简单的实施方式。其他替代多边形可以是三角形、正方形或其他。
根据本发明的坯1允许以通用的方式组装大量规则和不规则的多面体。特别是，它允许以简单的方式组装现有的阿基米德实体的大部分，即使由于其构造，具有多于10个边的这些多边形可使多面体100的组装复杂化。对于截角十二面体和大斜方截半二十面体也如此。
此外，根据本发明的坯1也允许组装所有的柏拉图实体，即具有也符合在顶点附接相同数量边的条件的同等、规则多边形边的凸面多面体。这些实体的例子是四面体、立方体、正十二面体或者正二十面体。
下面基于图3-5显示组装由二十个正六边形和十二个正五边形(例如图1和2所示的)形成的截角二十面体、即阿基米德实体的方法。
组装截角二十面体的方法通过在图3的箭头A的方向上将在棱2a开始的第一坯1的第三突片8放置成面对该相同坯1的相邻棱2b的第一突片4开始。接着针对要联接的第二坯1’执行相同操作。第二坯1’的第三突片8因此在图3的箭头A’的方向上面对该第二坯1’的相邻棱2b的第一突片4放置。
一旦完成，第一和第二坯1、1’被放置成在图3的箭头B的方向上面对彼此，从而支承如前面段落中描述那样重叠的第一突片4与第三突片8的组，使得相应坯1、1’的棱2b对准。
第一坯1的第二折入突片6接着必须在图4或5的箭头C的方向上折入在第二坯1’的第一和第三突片4、8上面。对于第二坯1’的第二折入突片6重复相同操作，将它在图4或图5的箭头C’的方向上折入在第一坯1的第一和第三突片4、8上面。在附图中，该第二突片6被显示处于其完全折入状态，即与第一坯1的第一和第三突片4、8重叠。
最后且为了稳定第一和第二坯1、1’的相应闭合凸缘10的附接，将它们插入其相应的闭合槽12。首先，第一坯1的凸缘10插入第二坯1’的闭合槽12中，接着它在与图4和图5的箭头D相反的方向上经过第一坯1的闭合槽12出来。当凸缘10的基部24从第一坯1的闭合槽12伸出时，在图4的箭头E的方向上抬起锁定指28，由此在凸缘10和第一坯1本身的其相应的闭合槽12之间形成形状配合连接，相应地防止该棱2的拆解。
如可从描绘在折入第二突片6之前从多面体的内侧看的棱的展开视图的图6看到的，完成的棱的最后厚度由坯材料的四个厚度的完全或部分并置产生，对应于两个相对棱的第一和第三突片4、8加上棱的一侧或者另一侧由第二相对突片6确保的覆盖。
因此，对于图中所示的截角二十面体，针对89条剩余的棱重复这种操作，直到多面体100如图6所示闭合。使用小抹刀对于促进凸缘10的插入和抬起锁定指28是有用的。
通过根据本发明的坯获得的多面体100对于压缩应力特别有抵抗力。这是由根据本发明的坯的不同突片的相互作用以及应力朝着与特别是接收该应力的棱相邻的棱的分布实现的。
特别地，图6允许澄清通过根据本发明的坯实现的技术效果。当朝着多面体的中心在图的中心的棱上施加压缩应力时，由于第三突片8a依靠在第一和第二突片4c、6c之间的折入上，该图的第三突片8a将弯曲应力朝着与第一突片4a对应的棱2的顶点传递，而第三突片8d继而将应力朝着与第一突片4d对应的棱的顶点传递，因为第三突片8d依靠在第一和第二突片4a、6a之间的折入上。因此，应力依次朝着相邻的坯在棱与棱之间分布，获得闭合且不可变形的超静定结构。
因此，由此形成的多面体100具有多种应用，例如容器、球等。因此在优选实施方式中，坯1可以例如是半透明或透明的。坯也可以被穿孔或者不被穿孔，或者容纳通过凸缘10保持的图形或六边形和五边形透明片。此外，这些坯1的一个可具有适合用于组装从缆线102悬挂的照明装置104的开口，从而形成图7所示的灯或者立灯或台灯。
本发明还允许形成包括根据本发明的多个坯且不限于特定几何形状的组装套件。该套件因此包括来自由三角形、方形、五边形、六边形、八边形和十边形的组的多边形，使得套件高度通用。此外，在特别优选的实施方式中，套件的多边形是正多边形。
最后，图9显示根据本发明的坯的第二种实施方式。如可从图9看到的，此情况的区别在于凸缘10的构造。因此，不同于图1和图2的坯1，凸缘10的宽度大于闭合槽12的宽度。此外，凸缘10的基部24在凸缘10的每侧上具有缺口而不是限定指28的槽14。

Claims (10)

1.一种用于组装多面体的层状坯，其包括至少三条棱(2a，2b)，其特征在于所述层状坯(1)的每条所述棱(2a，2b)包括：
[a]第一折叠突片(4)，其从所述棱(2a，2b)伸出、沿着所述棱(2a)的整个长度延伸以形成折叠线，
[b]设置在所述棱(2a，2b)中的至少两个闭合槽(12)，
[c]第二折入突片(6)，其从所述第一突片(4)的面对所述棱(2a)的自由边缘(18)伸出并部分地沿着所述自由边缘(18)延伸以形成至少一条折入线(30)，
[d]闭合凸缘(10)，其从所述第二突片(6)的面对所述第一突片(4)的自由边缘(20)伸出并部分地沿着所述自由边缘(20)延伸，所述闭合凸缘(10)与所述闭合槽(12)的一个对准布置，和
[e]第三突片(8)，其从所述第一突片(4)的侧边缘(22)伸出，其具有所述相邻棱(2b)的长度的至少三分之一的长度且能够相对于所述第一突片(4)折叠以与所述相邻棱(2b)协作。
2.根据权利要求1所述的层状坯，其特征在于，所述第二折入突片(6)与所述第三突片(8)相邻。
3.根据权利要求1或2所述的层状坯，其特征在于，所述第三突片(8)具有等于所述相邻棱(2b)的长度的长度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的层状坯，其特征在于，所述闭合凸缘(10)与所述闭合槽(12)一样宽并在所述凸缘(10)的每侧上包括保持槽(14)，从而形成保持指(28)，并且所述保持指(28)在远离所述基部(24)的方向上对称并会聚并且能够升高以便以形状配合连接附接所述闭合凸缘(10)与相应的闭合槽(12)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的层状坯，其特征在于，所述闭合凸缘(10)的基部(24)比所述闭合槽(12)宽，在所述凸缘(10)的每侧上包括保持缺口(26)，并且所述缺口(26)对称以便以形状配合连接附接所述闭合凸缘(10)与相应的闭合槽(12)。
6.一种多面体，其特征在于，其由根据权利要求1-5中任一项所述的多个坯(1，1’)组装。
7.根据权利要求6所述的多面体，其特征在于，所述坯(1,1’)是半透明或者透明的。
8.根据权利要求7所述的多面体，其特征在于，所述多个坯(1,1’)的至少一个坯(1)包括适合组装照明装置的开口。
9.一种由多个根据权利要求1-5中任一项所述的层状坯(1,1’)组装多面体的方法，其特征在于包括以下步骤：
[a]将第一坯(1)的第三突片(8)面对所述第一坯(1)的相邻棱(2b)的第一突片(4)放置，
[b]将第二坯(1’)的第三突片(8)面对所述第二坯(1’)的相邻棱(2b)的第一突片(4)放置，
[c]将根据步骤[a]和[b]折叠的第一和第二坯(1,1’)的对应棱(2)面对彼此放置，
[d]将所述第一坯(1)的第二折入突片(6)折入在所述第二坯(1’)的第一突片(4)上面，
[e]将所述第二坯(1’)的第二折入突片(6)折叠在所述第一坯(1)的第一突片(4)上面，
[f]将所述第一和第二坯(1，1’)的闭合凸缘(10)插入所述第一和第二坯(1，1’)的对应闭合槽(12)中，直到所述凸缘(10)完全从容纳插入的对应凸缘(10)的坯(1，1’)的闭合槽(12)伸出，以便以形状配合连接附接所述凸缘(10)和所述槽(12)。
10.根据权利要求9所述的组装多面体的方法，其特征在于，该方法包括抬起所述凸缘(10)的所述保持指(28)以便相对于所述闭合槽(12)以形状配合连接保持所述凸缘(10)的步骤。
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