Würfel

Hintergrund

Würfel sind Hilfsmittel, die zur Erzeugung von Zufallszahlen in einer Vielzahl von Gesellschafts- und Glücksspielen verwendet werden. Würfel sind seit dem Altertum bekannt und werden als die ältesten Spielinstrumente bezeichnet. Sie sind in der Regel würfelförmig und mit einem bis sechs Punkten auf jeder Seite versehen. Die gängigste Methode zur Herstellung von Würfeln ist das Spritzgießen von Kunststoff mit anschließender Bemalung.

Geschichte

Würfel werden seit Tausenden von Jahren zu Spiel- und Wahrsagezwecken verwendet. In ägyptischen Gräbern gefundene Beweise deuten darauf hin, dass diese Zivilisation sie bereits 2000 v. Chr. benutzte. Andere Daten zeigen, dass primitive Zivilisationen in ganz Amerika ebenfalls Würfel benutzten. Diese Würfel bestanden aus Knöchelknochen verschiedener Tiere. Sie waren auf vier Seiten beschriftet und wurden wahrscheinlich als magische Geräte verwendet, mit denen man die Zukunft vorhersagen konnte. Die alten Griechen und Römer verwendeten Würfel aus Knochen und Elfenbein. Die Würfel der meisten dieser frühen Kulturen wurden in zahlreichen Formen und Größen hergestellt. Die heutigen würfelförmigen Würfel stammen aus China und wurden bereits auf 600 v. Chr. datiert. Wahrscheinlich wurden sie im vierzehnten Jahrhundert von Marco Polo nach Europa gebracht.

Würfel wurden bis zum zwanzigsten Jahrhundert in der Regel in Handarbeit und in kleinem Maßstab hergestellt. Als die Kunststofftechnologie aufkam, wurden Methoden entwickelt, um sie bei der Herstellung von Würfeln anzuwenden. Dies ermöglichte es den Herstellern, Würfel kostengünstig in großen Mengen zu produzieren. Im Laufe der Jahre wurde eine Vielzahl von Patenten für verbesserte Methoden der Würfelherstellung erteilt.

Design

Der Standardwürfel ist ein sechsseitiger Kunststoffwürfel. Jede Seite ist normalerweise mit einem bis sechs Punkten markiert. Diese Punkte sind so angeordnet, dass die gegenüberliegenden Seiten immer insgesamt sieben ergeben. Zum Beispiel liegt die Seite mit einem Punkt der Seite mit sechs Punkten gegenüber, und die Seite mit drei Punkten liegt der Seite mit vier Punkten gegenüber. Bei einem Spiel mit zwei Würfeln werden die Würfel geschüttelt und auf eine Fläche geworfen. Der gewürfelte Betrag wird durch die nach oben zeigenden Seiten der Würfel angezeigt. Wenn die Würfel ausgewogen und fair sind, hat jede Seite die gleiche Chance, mit der Bildseite nach oben zu liegen. Je nach Spiel bewegt der Spieler seine Spielfigur oder kassiert Geld auf der Grundlage des gewürfelten Betrags. Zu den beliebten Glücksspielen, bei denen Würfel zum Einsatz kommen, gehören Craps, Chuck-a-Luck und Poker Würfel. Brettspiele wie Backgammon, Monopoly und Parcheesi verwenden ebenfalls Würfel.

Standardwürfel gibt es in einer Vielzahl von Größen und Farben. Für Brettspiele werden in der Regel ein Paar 12-mm-Würfel verwendet. Diese Würfel gelten als unvollkommen, weil sie abgerundete Ecken haben, die die Zufälligkeit verringern. Da diese Würfel häufig in Kinderspielen verwendet werden, müssen sie bestimmte Sicherheitsstandards für Spielzeug erfüllen. Kasinos verwenden perfekte Würfel, die auch handgefertigt sein können. Sie sind im Allgemeinen größer als Brettspielwürfel mit einer Seitenlänge von 33 mm. Es handelt sich um rote, durchsichtige Würfel mit präzisen Kanten und Ecken und weißen Punkten. Durch diese Konstruktion haben Würfe mit diesen Würfeln die größte Wahrscheinlichkeit, fair zu sein.

Spezialwürfel werden für viele verschiedene Anwendungen hergestellt. In einigen Fällen werden die Punkte auf einem Standardwürfel durch Wörter, Bilder oder Symbole ersetzt. Wahrsagerwürfel, die zur Vorhersage künftiger Ereignisse verwendet werden, haben auf jeder Seite eine andere Botschaft. Bei Pokerwürfeln sind auf jeder Seite Kartenbilder aufgedruckt. Für blinde Menschen gibt es Würfel mit Braille-Schrift. Für einige Spiele werden Würfel mit einer anderen Anzahl von Seiten benötigt, die eine größere Anzahl von Ergebnissen liefern können als normale Würfel. Diese Polydice-Würfel können zwischen drei und 20 Seiten haben. Sie werden häufig in Fantasy-Rollenspielen verwendet.

Das wichtigste Konstruktionselement bei der Herstellung von Würfeln ist die Form. Eine Form ist ein in Stahl gefertigter Hohlraum, der die Form des Produkts hat, das er formt. Normalerweise besteht eine Form aus zwei Teilen, die zusammengedrückt werden, um den Hohlraum zu bilden. Wenn ein Kunststoff in diese Form gespritzt wird, nimmt er beim Aushärten die Form der Form an. Da es sich bei den Würfeln um massive Würfel handelt, ist die Verwendung einer Standardform nicht praktikabel, da sie zu lange zum Abkühlen brauchen würden. Für die Massenproduktion von Würfeln wird ein spezielles Formdesign verwendet. Diese Form besteht aus separaten Kammern, in denen die einzelnen Elemente des Würfels entstehen. Wenn die einzelnen Teile abkühlen, können sie zusammengedrückt werden, so dass ein einheitliches Objekt entsteht. Anschließend wird die Form geöffnet und der Stumpf ausgestoßen. Damit sich der Kunststoff leichter aus der Form lösen lässt, werden spezielle Trennmittel verwendet. Diese Form spart Zeit, weil die kleineren Teile schneller abkühlen können.

Rohstoffe

Im Laufe der Geschichte wurden zahlreiche Materialien zu Würfeln geschmiedet. Dazu gehören unter anderem Knochen, Glas, Holz, Samen und Metalle. Heute ist das am häufigsten verwendete Ausgangsmaterial für die Herstellung von Würfeln Kunststoff. Kunststoffe sind Polymere mit hohem Molekulargewicht, die durch eine Vielzahl von chemischen Reaktionen hergestellt werden. Damit ein Kunststoff für die Herstellung von Würfeln geeignet ist, muss er eine gute Schlagfestigkeit aufweisen, leicht einzufärben und hitzebeständig sein. Es ist auch wünschenswert, dass er klar, farblos und transparent ist. Die meisten Würfel werden aus einem duroplastischen Kunststoff hergestellt. Ein Kunststoff, der alle diese Anforderungen erfüllt, ist Polymethylmethacrylat (PMMA). Es werden auch Kunststoffe auf Zellulosebasis verwendet.

Da das Polymer, aus dem der Großteil des Kunststoffs besteht, in der Regel farblos ist, werden Farbstoffe hinzugefügt, um die Würfel ansprechender zu machen. Dabei kann es sich um lösliche Farbstoffe oder zerkleinerte Pigmente handeln. Um eine weiße Farbe zu erzeugen, kann ein anorganisches Material wie Titandioxid verwendet werden. Andere anorganische Stoffe wie Eisenoxide können verwendet werden, um gelbe, rote, schwarze, braune und hellbraune Würfel herzustellen. Organische Farbstoffe wie Pyrazolonrot, Chinacridonviolett und Flavanthrongelb können ebenfalls verwendet werden.

Den Kunststoffen wird eine Vielzahl anderer Füllstoffe zugesetzt, um einen haltbaren, hochwertigen Würfelsatz herzustellen. Um die Verarbeitbarkeit und Flexibilität des Polymers zu erhöhen, wird ein Weichmacher zugesetzt. Weichmacher sind nicht flüchtige Lösungsmittel, wie z. B. Paraffinöle oder Glycerin. Um die Gesamteigenschaften des Kunststoffs zu verbessern, werden Verstärkungsmaterialien wie z. B. Glasfasern hinzugefügt. Während der Produktion wird der Kunststoff in der Regel erhitzt. Aus diesem Grund müssen Stabilisatoren zugesetzt werden, um den Kunststoff vor der Zersetzung zu schützen. Ungesättigte Öle wie Sojaöl können als Hitzestabilisatoren verwendet werden. Weitere Schutzstoffe, die zugesetzt werden, sind UV-Schutzmittel wie Benzophenone, um den Abbau durch UV-Strahlung zu verhindern, und Antioxidantien wie aliphatische Thiole, um die Oxidation durch die Umwelt zu verringern. Schließlich werden bei der Herstellung auch Verbindungen zur Unterstützung der Verarbeitung verwendet. Dazu gehören in der Regel Stoffe wie ethoxylierte Fettsäuren, Silikone oder Metallstearate, die die Entformung des Kunststoffs erleichtern.

Der Herstellungsprozess

Der genaue Herstellungsprozess für jede Art von Stanzform hängt von den verwendeten Ausgangsmaterialien ab. Für die Massenproduktion von unvollkommenen Standardwürfeln wird ein Spritzgussverfahren verwendet, gefolgt von Lackierung und Verpackung.

Formgebung

• 1 Am Anfang einer Würfelproduktionslinie werden Kunststoffgranulate durch Spritzguss in Würfel verwandelt. Die Pellets sind Kunststoffkugeln, denen bereits alle Farb- und Füllstoffe zugesetzt sind. Sie werden in einen großen Behälter, den so genannten Trichter, gegeben und durch eine hydraulisch gesteuerte Schnecke geleitet. Während sie durch die Schnecke laufen, werden sie erhitzt und geschmolzen. Am Ende dieser Schnecke befindet sich ein Verteiler, der das geschmolzene Material in eine kühle, geschlossene zweiteilige Form spritzt.
• 2 Die Form besteht aus mehreren Kammern, aus denen mehrere Kunststoffteile entstehen. In der Form wird der Kunststoff unter Druck gehalten und dann abgekühlt. Während des Abkühlens härten die Kunststoffteile aus. Dann wird die Form geöffnet. Beim Öffnen der Form werden die einzelnen Teile zusammengedrückt, um einen einzigen festen Würfel zu bilden. Da die Form entsprechend gestaltet wurde, weist dieser Würfel Vertiefungen auf, die die Punkte auf jeder Seite bilden werden. Der Würfel wird dann aus der Form ausgestoßen, beschichtet und über ein Förderband zur nächsten Produktionsphase transportiert. In der Zwischenzeit schließt sich die zweiteilige Form wieder und ist bereit für die Herstellung des nächsten Würfels.

Bemalung und Beschriftung

• 3 Um die Herstellung der Würfel abzuschließen, können sie gewaschen und getrocknet werden, bevor die endgültigen Verzierungen angebracht werden. Zunächst werden die Punkte entsprechend bemalt. Bei Spezialwürfeln können auf jeder Seite Wörter oder Bilder aufgedruckt werden. Auch Firmenlogos oder andere Werbung können angebracht werden. Dabei kann es sich um Aufkleber oder Beschichtungen handeln. Die in diesem Schritt verwendeten Beschichtungen sind speziell so formuliert, dass sie auf dem Kunststoff haften und schnell trocknen.

Verpackung

• 4 Je nach der endgültigen Verwendung der Würfel können sie für die Verwendung in Brettspielen lose verpackt oder für den Verkauf an den Verbraucher einzeln verpackt werden. Für Brettspiele werden die Würfel in Schachteln verpackt und wie jedes andere Material an die Spielehersteller verschickt. Für den Direktverkauf an den Verbraucher werden die Würfel in der Regel in Kunststoffblister mit einer Papprückwand verpackt. Diese Verpackung hat den doppelten Zweck, die Würfel während des Versands zu schützen und das Produkt zu bewerben. Die fertigen Würfel werden dann in Kisten verpackt und per Lastwagen zu den Händlern transportiert.

Qualitätskontrolle

Um sicherzustellen, dass jeder produzierte Würfel den festgelegten Qualitätsstandards entspricht, wird eine Reihe von Qualitätskontrollmaßnahmen durchgeführt. Vor der Herstellung werden bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften der eingehenden Kunststoffrohstoffe geprüft. Dazu gehören z. B. die Bestimmung des Molekulargewichts, Untersuchungen der chemischen Zusammensetzung und eine Sichtprüfung des Aussehens. Es können auch strengere Tests durchgeführt werden. So können beispielsweise Spannungs-Dehnungs-Tests durchgeführt werden, um die Festigkeit des Kunststoffs zu bestimmen. Mit Hilfe von Schlagprüfungen lässt sich die Zähigkeit des Kunststoffs bestimmen. Während der Fertigung werden an verschiedenen Stellen der Produktionslinie Inspektoren eingesetzt. Hier kontrollieren sie die Kunststoffteile visuell, um sicherzustellen, dass sie die richtige Form, Größe und Farbe haben. Sie prüfen auch die Unversehrtheit der Endverpackung. Werden mangelhafte Würfel gefunden, werden sie aus der Produktionslinie entfernt und zum Nachformen beiseite gelegt. Computer werden auch eingesetzt, um den Kunststoffverbrauch, die Verweildauer in der Form und die Liniengeschwindigkeit zu kontrollieren.

Die Zukunft

In Zukunft werden sich die Würfelhersteller auf die Steigerung des Absatzes und die Verbesserung des Produktionsprozesses konzentrieren. Um den Absatz zu steigern, werden die Würfelvermarkter an der Entwicklung neuer Spiele beteiligt sein, die verschiedene Arten von Würfeln verwenden. Diese Spiele werden neue Arten von Würfeln erfordern, die unterschiedliche Formen, Größen und Kunststoffzusammensetzungen haben können. Vom Standpunkt der Produktion aus gesehen werden sich künftige Verbesserungen auf die Erhöhung der Herstellungsgeschwindigkeit, die Minimierung des chemischen Abfalls und die Senkung der Gesamtkosten konzentrieren.

Wo man mehr erfahren kann

Bücher

Beasley, John. The Mathematics of Games. Oxford: Oxford University Press, 1990.

Chabot, J. The Development of Plastics Processing Machinery and Methods. Brookfield, IL: Society of Plastics Engineers, 1992.

Scarne, John. Scarne on Dice. Wilshire Book Co. 1992.

Seymour, R. und C. Carraher. Polymer Chemistry. New York: Marcel Dekker, Inc. 1992.

Zeitschriften

Chabot, J. und R. Malloy. „A History of Thermoplastics Injection Molding. Part I: The Birth of an Industry.“ Journal of Injection Molding Technology (März 1997).

Sonstiges

U.S. Patent #4,012,827, 1977.

-Perry Romanowski