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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen ballförmigen Gegenstand, einen Spielball,
Verwendungen eines ballförmigen
Gegenstands sowie ein Herstellungsverfahren für einen ballförmigen Gegenstand.
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Ein
Beispiel eines solchen ballförmigen
Gegenstands ist der allgemein bekannte Fußball. Nachfolgend wird die
Erfindung sowie die der Erfindung zugrunde liegende Problematik
daher mit Bezug auf einen als aufgeblasenen Fußball ausgebildeten ballförmigen Gegenstand
erläutert,
ohne indes die Erfindung dahingehend zu beschränken.
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Das
Polyedergrundgerüst
dieses bekannten Fußballs
ist in der 1 in einer perspektivischen Darstellung
gezeigt. Diese Form wird als Ikosaeder-Blüte oder auch als Ikosaederstumpf
bezeichnet. Der Ikosaederstumpf ist ein aus dem platonischen regelmäßigen Ikosaeder
(Zwanzigflächner)
abgeleiteter archimedischer halbregelmäßiger Körper und weist entsprechende
Symmetrieeigenschaften auf. Das charakteristische Merkmal halbregelmäßiger Körper besteht
darin, dass sie aus mindestens zwei verschiedenen regelmäßigen Vielecken
aufgebaut sind. Im Übrigen
sind, wie bei den platonischen Körpern
auch, alle Scheitelpunkte gleich ausgebildet. Im Fall des Ikosaederstumpfes
treffen in jedem Scheitelpunkt jeweils zwei regelmäßige, gleich
große
Sechsecke und ein regelmäßiges Fünfeck zusammen.
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Ein
herkömmlicher
Fußball
weist eine Oberfläche
aus zwölf
regelmäßigen Fünfecken
und zwanzig regelmäßigen Sechsecken auf.
Die Grundstruktur eines solchen bekannten Fußballs entspricht exakt dem
oben beschriebenen Ikosaederstumpf.
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Ein
Fußball
der obigen Form wird typischerweise aus 32 Lederstücken hergestellt,
von denen 12 Lederstücke
die Form eines regelmäßigen Fünfecks und
20 Lederstücke
die Form eines regelmäßigen Sechsecks
aufweisen. Für
die Herstellung des Fußballs
werden die 12 Fünfecke
und 20 Sechsecke entsprechend der Polyederform miteinander vernäht. Im Inneren
der Polyeder-förmigen
Außenhaut
aus Leder wird eine Gummiblase punktuell eingeklebt. Durch vollständiges Aufblasen
der Gummiblase erhält
der Fußball
seine gewünschte
Elastizität
und Steifigkeit und letztendlich auch die gewünschte quasi-runde, kugelförmige Gestalt.
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Die
Gummiblase dehnt im vollständig
aufgeblasenen Zustand die Nähte
und die Lederstücke derart,
dass sich der Ball einer nahezu idealen Kugelform annähert. Hierdurch
werden zwar die gewünschten
Rolleigenschaften und Flugeigenschaften realisiert. Jedoch bewirken
die dabei auftretenden Kräfte
eine Ermüdung
der verwendeten Materialien.
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Dies
kann sich beispielsweise darin äußern, dass
einige Nähte
benachbarte Lederteile mit der Zeit nicht mehr zusammenhalten können und
somit aufplatzen. Der Fußball
beult sich dann aufgrund des nach wie vor herrschenden hohen Drucks
innerhalb der Gummiblase an der aufgeplatzten Nahtstelle aus, wodurch
der Fußball
seine quasi-runde, kugelförmige
Gestalt verliert. In der Folge kann der Fußball nicht mehr als solcher
verwendet werden, da die gewünschten
Rolleigenschaften und insbesondere auch Flugeigenschaften des Fußballs nicht
mehr gewährleistet
sind.
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Ein
Grund für
dieses Aufplatzen liegt in der Tatsache, dass es sich bei einem
solchen herkömmlichen,
aus regelmäßigen Fünf- und
Sechsecken aufgebauten Fußball
um einen halbregelmäßigen geometrischen
Körper
handelt, bei dem zwar die Fünfecke
und die Sechsecke jeweils regelmäßig ausgebildet
sind. Insgesamt herrschen allerdings an den Nähten und insbesondere an den
Ecken, an denen die Fünf-
und Sechsecke miteinander vernäht
und damit verknüpft
sind, nicht dieselben Kräfte,
wodurch das Auftrennen der Nähte
eben an der schwächsten
Stelle begünstigt
wird. Es besteht somit der Bedarf, einen kugelförmigen Körper und insbesondere einen
Spielball bereitzustellen, bei dem an sämtlichen Nahtstellen weitestgehend
dieselben Kräfte
herrschen und der somit eine stabile Struktur aufweist.
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Eine
weitere Motivation für
die vorliegende Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Problematik:
Solche
Fußbälle, wie
sie beispielsweise in der 1 dargestellt
sind, sind seit vielen Jahren im Einsatz und wurden erstmals von
der Firma Adidas im Jahre 1970 verwendet. Seither werden beim Profifußball mehr
oder weniger dieselbe Art von Fußbällen ohne irgendwelche weiteren
Modifikationen verwendet.
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Bei
heutigen Sportarten und insbesondere bei Publikumssportarten wie
Fußball
besteht aber immer auch der Bedarf, die jeweilige Sportart für das Publikum
möglichst
attraktiv zu gestalten. Dies wird im Falle des Profifußballs bisweilen
durch eine Veränderung
der Regeln und auch durch eine saisonale Variation der von den verschiedenen
Profiteams verwendeten Ausrüstung,
wie zum Beispiel Fußballschuhe
und Trikots, praktiziert. Hingegen wurde im Falle des Fußballs bis
zur Fußballweltmeisterschaft 2006
lediglich das äußere Design,
jedoch nicht die Konstruktion des verwendeten Fußballs verändert.
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Eigens
für die
Fußballweltmeisterschaft 2006
wurde neuen Fußball
auf den Markt gebracht, bei dem erstmals wieder die Konstruktion
des Fußballs
verändert
wurde. Es wurden hier insbesondere propellerförmige Lederstücke in dem
Fußball
vernäht.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen vollständig
anderen Aufbau eines ballförmigen
Gegenstandes anzugeben. Insbesondere soll hier ein möglichst
stabiles Gerüst
eines ballförmigen
Gegenstandes bereitgestellt werden, wobei insbesondere dessen begrenzende
Flächen
und Kanten einer möglichst
geringen mechanischen Belastung ausgesetzt sein sollen. Eine weitere
Aufgabe besteht darin, einen ballförmigen Gegenstand mit verbesserten
Flugeigenschaften und Rolleigenschaften zu schaffen.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, ein möglichst einfaches Herstellungsverfahren
zur Herstellung eines ballförmigen
Körpers
bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird zumindest
eine der oben genannten Aufgaben durch einen ballförmigen Gegenstand
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch einen Spielball
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 und/oder durch Verwendungen
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 oder 23 und/oder durch
ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 25
gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- – Ein
ballförmiger
Gegenstand, der eine äußere Oberfläche und
einen Mittelpunkt aufweist, dessen äußere Oberfläche in Form eines regelmäßigen Vielflächners mit
einer Vielzahl von Flächen ausgebildet
ist, bei dem sämtliche
Scheitel des regelmäßigen Vielflächners in
einem glei chem Abstand zum Mittelpunkt angeordnet sind, bei dem mindestens
eine der Flächen
des Vielflächners als
Dreieck ausgebildet ist. (Patentanspruch 1)
- – Ein
Spielball für
eine Ballsportart, der eine äußere geschlossenen
Hülle aufweist,
der eine nach außen
dichte, aufblasbare innere Hülle
aufweist, die vollständig
im Inneren der äußeren Hülle angeordnet
ist, wobei die äußere Hülle in einem
vollständig
aufgeblasenen Zustand der inneren Hülle als erfindungsgemäßer ballförmiger Gegenstand ausgebildet
ist. (Patentanspruch 16)
- – Eine
Verwendung eines regelmäßigen Vielflächners eines
erfindungsgemäßen ballförmigen Gegenstandes
für einen
Spielball, insbesondere für einen
Fußball,
Handball, Basketball oder Volleyball. (Patentanspruch 22)
- – Eine
Verwendung eines regelmäßigen Vielflächners eines
erfindungsgemäßen ballförmigen Gegenstandes
als Zusatz für
eine Flüssigkeit.
(Patentanspruch 23)
- – Ein
Herstellungsverfahren für
einen erfindungsgemäßen ballförmigen Gegenstand,
insbesondere für
einen Spielball, mit den Schritten: (a) Herstellen dreier verschiedener
Materialzuschnitte, wobei erste Materialzuschnitte als gleich große Fünfecke,
zweite Materialzuschnitte als gleich große Vierecke und dritte Materialzuschnitte
als gleich große
gleichseitige Dreiecke ausgebildet sind, (b) Verbinden jeweils eines
Vierecks und eines Fünfecks
zu einem fünfseitigen
Pyramidenmantel mit einem regelmäßigen fünfeckigen Grundriss,
dessen Kanten eine Länge
gleich der ersten Kantenlänge
des Vielflächners
aufweisen; und (c) Anbinden jedes gleichseitigen Dreiecks mit einer
ersten Hälfte
einer Seite des gleichseitigen Dreiecks an eine der Grundkanten
des fünfseitigen
Pyramidenmantels und mit der zweiten Hälfte der jeweiligen Seite an
eine Seite eines weiteren gleichseitigen Dreiecks. (Patentanspruch
25)
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Dadurch,
dass das Gerüst
des ballförmigen Gegenstandes
die Form eines regelmäßigen Vielflächners aufweist,
bei dem sämtliche
Scheitel einen gleichen Abstand zum Mittelpunkt aufweisen, ist das gesamte
Gerüst
dieses ballförmigen
Gegenstandes hochstabil, was bei vielerlei Anwendungen für deren Langzeitstabilität und damit
Beständigkeit
sehr wesentlich ist. Für
die hohe Stabilität
ist neben der hochgradigen Symmetrie des Gesamtgebildes, die Dreiecksform
der einzelnen Flächenelemente
verantwortlich, da das Dreieck unter allen Vielecken naturgemäß die größtmögliche Formstabilität aufweist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Gestalt des
erfindungsgemäßen ballförmigen Gegenstandes
sehr nahe an einer idealen Kugelform liegt, so dass dieser Ball
sowohl sehr gute Rolleigenschaften wie auch sehr gute Flugeigenschaften
aufweist. Insbesondere als Spielball ist dies von besonderer Bedeutung,
da mit einem solchen Ball eine präzise Spielweise möglich ist.
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Im
Vergleich zu herkömmlich
verwendeten Spielbällen,
wie zum Beispiel dem eingangs genannten herkömmlichen Fußball, lässt sich der erfindungsgemäße Ball
aufgrund dieser Stabilität
auch mit einem sehr viel höheren
Innendruck beaufschlagen, d. h. diese Art eines Fußballs lässt sich
sehr viel stärker
aufpumpen. Aufgrund der hohen Regelmäßigkeit der Ecken und Kanten
des Gerüsts
dieses ballförmigen
Gegenstandes sind damit nahezu alle Kanten und Ecken des ballförmigen Gegenstandes mit
einem ähnlichen
Druck beaufschlagt, sodass der hohe Innendruck mehr oder weniger
gleichmäßig auf sämtliche
Ecken und Kanten verteilt werden kann. Dies kommt insbesondere der Langzeitstabilität und Beständigkeit
dieser Art einen Spielballes entgegen.
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Gleichsam
kann diese hohe Stabilität
des Gerüsts
eines solchen ballförmigen
Gegenstandes auch für
andere Gegenstände
verwendet werden, bei denen ebenso einerseits eine möglichst
kugelförmige Form
und andererseits eine möglichst
hohe Stabilität gefordert
wird.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht
darin, dass regelmäßige Vielflächner also
so genannte Polyeder, bereit gestellt werden können, die mindestens eine dreieckförmige Fläche aufweisen.
Wesentlich ist hier, dass die Schwerpunkte der Dreiecke einen Abstand
zu dem Mittelpunkt des Balls aufweisen, der sich nur wenig von dem
Abstand der Ecken zu dem Mittelpunkt unterscheidet. Somit erhält der Ball
bereits durch die Form des regelmäßigen Vielflächners eine
nahezu kugelförmige
Gestalt. Entsprechend ist der mechanische Stress, der aufgrund der
Dehnung auf das Material des Balls und auf dessen Nähte wirkt,
sehr gering.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen
sowie aus der Zeichnung in Verbindung mit der Beschreibung.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weisen sämtliche Flächen des Vielflächners eine
gleiche geometrische Form auf. Als geometrische Form kann hier zum
Beispiel ein Dreieck vorgesehen sein, d. h. in diesem Falle sind
sämtliche
Flächen
des Vielflächners
als Dreiecke ausgebildet.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Vielflächner erste
Flächen
und zweite Flächen
auf. Die ersten Flächen
sind jeweils als identische erste spiegelsymmetrische Dreiecke ausgebildet.
Die zweiten Flächen
sind jeweils als zweite spiegelsymmetrische Dreiecke ausgebildet,
die sich in ihrer Form von den ersten Dreiecken unterscheiden können.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine jeweilige erste Fläche von
einer jeweiligen zweiten Fläche
bezüglich
deren Innenwinkel und Größe geringfügig verschieden.
Beispielsweise unterscheiden sich die ersten und zweiten Flächen voneinander durch
einen ihrer Spitzenwinkel, der zum Beispiel im Rahmen von einigen
wenigen Winkelgraden verschieden sein kann. Insgesamt bedeutet dies
also, dass der gesamte Vielflächner
aus mehr oder weniger gleichen Dreiecke gebildet wird, von denen
erste Dreiecke von zweiten Dreiecken nur geringfügig unterschiedlich ausgebildet
sind.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind daher die gesamte äußere Oberfläche und damit
sämtliche
Flächen
des Vielflächners
durch die ersten Flächen
und die zweiten Flächen
ausgebildet, d. h. sämtliche
Flächen
werden jeweils durch Dreiecke gebildet.
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In
einer typischen Ausgestaltung ist das erste spiegelsymmetrische
Dreieck als gleichschenkliges Dreieck mit einem Spitzenwinkel ungleich
60°. Die
beiden Basiswinkel des spiegelsymmetrischen regelmäßigen Dreiecks
sind gleich groß.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite spiegelsymmetrische
Dreieck als gleichseitiges Dreieck ausgebildet, bei dem somit sämtliche
Innenwinkel 60° betragen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Vielflächner 60,
80 oder 140 (in etwa gleichförmige
und gleichgroße)
dreieckige Flächen
auf.
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In
einer sehr bevorzugten Ausgestaltung ist der ballförmige Gegenstand
als Bestandteil eines Spielballs für eine Ballsportart ausgebildet.
Ein solcher Spielball kann beispielsweise ein Fußball, ein Volleyball, ein
Basketball oder ein Handball sein. Denkbar wären selbstverständlich auch
andere Anwendungen, wie zum Beispiel ein Golfball, ein Tennisball
und dergleichen.
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In
diesem Falle, also für
den Fall, dass der ballförmige
Gegenstand als Spielball ausgebildet ist, ist er zumindest teilweise
aus einem elastischen Material gebildet.
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Neben
der Ausbildung des ballförmigen
Gegenstandes als Spielball sind auch andere Anwendungen denkbar:
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann der ballförmige Gegenstand
als puzzleförmig
zusammensetzbarer Ball für
ein Legespiel ausgebildet sein. Eine zusätzliche oder alternative Ausgestaltung
ergibt sich, wenn der ballförmige
Gegenstand als puzzleförmig
verdrehbarer Ball in Form eines Drehwürfels ausgebildet ist. Der
Begriff Drehwürfel
ist hier lediglich als Funktion zu verstehen und aus dem Begriff des
bekannten Zauberwürfels
abgeleitet, der aus einer Vielzahl verschiedener Segmente besteht,
die untereinander verdrehbar sind. Der Begriff „Würfel" soll hier ferner nicht die Form angeben,
da diese Form nach wie vor einen ballförmigen, also kugelförmigen Gegenstand
darstellt.
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Eine
besonders bevorzugte Anwendung ergibt sich, wenn der ballförmige Gegenstand
als Nanopartikel ausgebildet ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der ballförmige Gegenstand
insbesondere im Falle eines Legespiels oder eines Drehwürfels oder eines
Nanopartikels aus einem möglichst
stabilen, weder plastisch noch elastisch verform baren Material ausgebildet.
Der ballförmige
Gegenstand, der ohnehin aufgrund seiner Struktur eine hohe Stabilität aufweist,
wird durch diese Materialwahl in seiner Festigkeit und Stabilität zusätzlich unterstützt.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spielballs
liegt die innere Hülle
an einer inneren Oberfläche
der äußeren Hülle, insbesondere
dichtend an. Im aufgeblasenen Zustand drückt die innere Hülle somit
fest an eine innere Oberfläche
der äußeren Hülle und
bringt damit die äußere Hülle in die
gewünschte
Form. Vorzugsweise ist dabei die innere Hülle mit ihrer äußeren Oberfläche auf
eine innere Oberfläche
der äußeren Hülle befestigt
und insbesondere auch in diese innere Oberfläche der äußeren Hülle aufgeklebt. Hierzu ist
es vorteilhaft, wenn die innere Hülle punktuell im aufgeblasenen
Zustand (auch ohne Kontakt zu der äußeren Hülle) eine im Wesentlichen kugelförmige Gestalt
aufweist, die im aufgeblasenen Zustand zumindest größer ausgebildet
ist als die aufgeblasene äußere Hülle, da
erst dann gewährleistet
werden kann, dass die innere Hülle
die äußere Hülle in die gewünschte Form
bringt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die innere Hülle zum
Aufblasen eine Ventileinrichtung auf, über welche von außen, beispielsweise über eine
Pumpe, die innere Hülle
aufgeblasen werden kann. Diese Ventileinrichtung verhindert zudem,
dass die Luft im Inneren des Spielballs, d. h. innerhalb der inneren
Hülle unbeabsichtigt
nach außen entweichen
kann.
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In
einer typischen Ausgestaltung ist die äußere Hülle aus einem elastischen Material,
insbesondere aus Leder oder aus Kunststoff. Zugleich muss dieses
Material im Falle eines Spielballs auch stabil und fest ausgebildet
sein, um zu ver hindern, dass die verschiedenen Nähte des Spielballs materialbedingt nicht
halten und aufplatzen.
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Vorzugsweise
ist der Spielball als Fußball, Volleyball,
Basketball oder Handball ausgebildet.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verwendung,
bei dem der ballförmige
Gegenstand als Nanopartikel ausgebildet ist, sieht vor, dass die
als Nanopartikel ausgebildeten ballförmigen (also möglichst
kugelförmigen)
Gegenstände
als Zusatz einer Flüssigkeit,
insbesondere einer Farbe oder eines Öls, verwendet werden. Beispielsweise
im Falle des Zusatzes in einer Farbe kann dieser Nanopartikel der
Farbe eine bessere Gleiteigenschaft verleihen, wodurch sich diese
Farbe leichter auftragen lässt.
Zusätzlich
oder alternativ kann der Nanopartikel der Farbe auch einen zusätzlichen
Farbeffekt, beispielsweise einen Glamoureffekt, vermitteln. Wesentlich
dabei ist, dass beim Verstreichen dieser die Nanopartikel aufweisenden
Farbe die Nanopartikel innerhalb der Farbe nicht zerstört werden.
Einen ähnlichen
Effekt können
die Nanopartikel einem Öl
verleihen, bei dem beispielsweise eine hohe Gleiteigenschaft gewährleistet
werden soll. Da die Nanopartikel, die als Grundlage eine erfindungsgemäße ballförmige Struktur
aufweisen, sehr rund und gleichsam sehr stabil sind, können sie
für verschiedene
Anwendungen, beispielsweise innerhalb eines Öls für Motoranwendungen, vorteilhaft
eingesetzt werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Anwendung ergibt sich, wenn diese ballförmigen Gegenstände in einem
Kugellager verwendet werden. Da diese ballförmigen Gegenstände eine
sehr hohe Stabilität
aufweisen, lassen sie sich sehr vorteilhaft in Kugellagern einsetzen,
bei denen die entsprechenden Wälz- und Kugelelemente
hohen Drücken
und Belastungen ausgesetzt sind.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sieht
einen weiteren Herstellungsschritt vor, bei dem die in den Schritten
(a)–(c)
miteinander verbundenen Dreiecke, Vierecke und Fünfecke zu dem erfindungsgemäßen ballförmigen Gegenstand
verknüpft
werden.
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Eine
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
sieht vor, dass das Verbinden durch miteinander Vernähen der
Kanten durchgeführt
wird.
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Zusätzlich oder
alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Verbinden durch miteinander Verkleben
der Kanten durchgeführt
wird.
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Eine
Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens sieht vor, dass die Materialzuschnitte
folgende Eigenschaften aufweisen:
- – Fünfecke,
die einen ersten Innenwinkel von 210° aufweisen und spiegelsymmetrisch
angeordnet zwei zweite Innenwinkel von 110° und zwei dritte Innenwinkel
von 55° aufweisen
und deren längste
Seite gleich einer ersten Kantenlänge des Vielflächners ist,
- – Vierecke,
die einen vierten Innenwinkel von 140° aufweisen und zwei fünfte spiegelsymmetrisch
angeordnete Innenwinkel von 55° aufweisen und
deren längste
Seite gleich der ersten Kantenlänge
des Vielflächners
ist, wobei ein letzter Innenwinkel des Vierecks 110° aufweist
und dem vierten Innenwinkel gegenüberliegt,
- – gleichseitige
Dreiecke, deren drei gleichlangen Seiten jeweils eine Länge aufweisen,
die doppelt so lang wie die erste Kantenlänge des Vielflächners ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung
beschriebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In
den Figuren zeigen dabei:
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1 einen
allgemeinen bekannten Ball;
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2 eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Balls;
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3 eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Balls;
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4 eine
dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Balls;
und
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5 drei
Schnittmuster zum Herstellen einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Balls.
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In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente – sofern
nichts Anderes ausgeführt
ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Für die nachfolgende
Beschreibung von Vielflächner
oder Polyedern wird zunächst
die folgende Terminologie verwendet.
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Ein
Vieleck oder Polygon weist mindestens drei Ecken auf. Die Ecken
liegen sämtlich
in einer Ebene. Jede der Ecken ist mit ihren beiden jeweils nächsten Ecken
durch eine gerade Linie verbunden. Zusätzlich sollen im Rahmen dieser
Beschreibung sämtliche
Polygone an ihren Ecken einen spitzen Innenwinkel aufweisen, d.
h. einen Winkel von geringer als 90°.
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Ein
konvexer Vielflächner
oder Polyeder ist ein dreidimensionales Gebilde, dessen geschlossene
und vollständig
konvexe Oberfläche
durch eine Mehrzahl von aneinander angrenzender Polygone definiert
wird. Vollständig
konvex bedeutet hierbei, dass eine Verbindungslinie von zwei beliebigen Punkten
auf der Oberfläche
des Polyeders innerhalb des Volumens oder auf der Oberfläche des
Polyeders liegt.
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Eine
Kante eines Vielflächners
bezeichnet eine Linie auf der Oberfläche des Polyeders, an der zwei
benachbarte die Oberfläche
definierende Polygone zusammentreffen.
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Ein
Scheitel eines Vielflächners
ist ein Punkt auf der Oberfläche
des Vielflächners,
an dem eine Ecke eines der die Oberfläche definierenden Polygone
liegt. Aus einfachen geometrischen Überlegungen ist ersichtlich,
dass an jedem Scheitel zumindest drei Ecken von den die Oberfläche definierenden
Polygonen zusammenstoßen.
Die Scheitel bezeichnen die „dreidimensionalen" Ecken des Polyeders.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Balls.
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In
der ersten Ausführungsform
ist ein Ball in seiner Form durch eine Außenhülle geprägt, die einem regelmäßigen konvexen
Vielflächner
mit sechzig Flächen
entspricht. Dieser Sechzigflächner 1 ist
in einer stereographischen Projektion in 2 schematisch
dargestellt. Die sechzig Flächen 2 des
Sechzigflächners 1 weisen
sämtlich
die gleiche Form auf. Jede Fläche 2 weist
einen ersten Innenwinkel (Spitzenwinkel) a von 67 1/2° (67,5°) und zwei
weitere Innenwinkel (Basiswinkel) b von jeweils 56 1/4° (56,25°) auf. Ferner
weist der Sechzigflächner
genau zwei unterschiedliche Scheiteltypen 3, 4 auf.
An einem ersten Scheitel 3 berühren sich fünf Dreiecke 2 mit
der Ecke, die den Spitzenwinkel a aufweist. An einem zweiten Scheitel 4 berühren sich
sechs Dreiecke 2 mit jeweils einer Ecke, die den Basiswinkel
b aufweist.
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Durch
die Wahl der Innenwinkel a gleich 67 1/2° und b gleich 56 1/4° bildet sich
ein regelmäßiger Sechzigflächner, dessen
Scheitel 3, 4 den gleichen Abstand zu dem Mittelpunkt
des Vielflächners
bzw. des Balls aufweisen. Insgesamt weist der Sechzigflächner 32
Scheitel und 90 Kanten auf. Diese Scheitel 3, 4 liegen
alle gleichmäßig verteilt
auf einer gedachten imaginären,
den Sechzigflächner
umgebenden Kugeloberfläche.
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Diese
großen
Anzahl von Auflagepunkten mit gleichem Abstand zum Mittelpunkt erlauben
gute Rolleigenschaften des Balls und zugleich auch sehr gute Flugeigenschaften.
Die verbesserten Rolleigenschaften ergeben sich selbst dann, wenn
die Kanten (mehr oder weniger) geradlinig verlaufen und die die Oberfläche begrenzenden
Polygon-Flächen
(weitestgehend) planar ausgebildet sind, wie dies auch bei herkömmlichen
Bällen,
wie zum Beispiel einem aufgeblasenen Fußball aus 1,
der Fall.
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Beim
Aufpumpen einer im Inneren des Balls angeordneter Luftblase werden
die Schwerpunkte oder Mittelpunkte der Polygone sowie die Kanten
nur geringfügig
radial nach außen
gedrückt.
Die Kanten und Scheitel kommen dabei auf Großkreisen zu liegen, d. h. sie
weisen einen identischen und maximalen Krümmungsradius auf. Die mechanischen
Belastungen an den Nähten
ist vorteilhafterweise gering, da die Kanten hierbei nur geringfügig verformt
werden.
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Für die Herstellung
des Balls genügt
ein einziges Schnittmuster, das den Polygonen oder Flächen 2 entspricht.
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Ein
anderes vorteilhaftes Herstellungsverfahren benötigt zwei unterschiedliche
Schnitttypen. Ein erster Zuschnittstyp besteht aus einer Fläche, die durch
zwei Dreiecke 2 gebildet wird, die entlang der Kante 5 verbunden
sind. Ein zweiter Zuschnittstyp besteht aus drei Dreiecken 2,
wobei an einem mittleren der drei Dreiecke zwei an beiden Kanten 5 ein Dreieck 2 anliegt.
Insgesamt werden von jedem Zuschnittstyp nur zwölf Elemente zur Herstellung
des Balls benötigt.
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In 3 ist
ein regelmäßiger konvexer
Achtzigflächner 10 dargestellt,
der eine weitere Ausführungsform
eines Balls definiert. Zwei unterschiedliche Polygone 11, 12 definieren
den Achtzigflächner 10.
Die ersten Polygone 11 sind Dreiecke mit einer ersten Ecke,
die einen Spitzenwinkel c von 68 4/7° und zwei zweite Ecken mit jeweils
einem Basiswinkel d (Basiswinkel) von 55 5/7° aufweisen. Die zweiten Polygone 12 sind
gleichseitige Dreiecke mit jeweils dem gleichen Innenwinkel e von
60° an jeder
der Ecken.
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An
einem ersten Scheitel 13 des Achtzigflächners 10 treffen
die ersten Ecken mit dem Spitzenwinkel c von fünf ersten Dreiecken 11 zusammen. An
einem zweiten Scheitel 14 treffen jeweils vier erste Dreiecke 11 mit
ihrer zweiten Ecke mit den Basiswinkel d und zwei zweite Polygone 12 mit
jeweils einer ihrer Ecken e zusammen. Die beiden zweiten Polygone 12 sind
symmetrisch einander gegenüberliegend
an dem zweiten Scheitel 14 angeordnet. Insgesamt weist
der Achtzigflächner
60-mal das erste Polygon 11 und 20-mal das zweite Polygon 12 an
seiner Oberfläche
auf.
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Durch
die geeignete Wahl der Innenwinkel c, d und e der ersten Polygone 11 und
zweiten Polygone 12 ist der Abstand jedes Scheitels 13, 14 zu
einem Mittelpunkt des Balls gleich groß. Die Scheitel 13, 14 liegen
somit sämtlich
auf der Oberfläche
einer imaginären
Umkugel des Balls. Die Gesamtzahl von 42 Scheiteln 13, 14 gewährt eine
sehr gute Rolleigenschaft.
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Die
Kanten weichen nur geringfügig
von Großkreisen
der Umkugel ab. Eine mechanische Belastung der Nähte entlang der Kanten beim
Aufpumpen des Balls ist daher gering.
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Die
Herstellung des Balls kann bereits mit nur zwei unterschiedlichen
Schnittmustern für
die ersten und zweiten Polygone 11, 12 erfolgen.
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Ein
anderes vorteilhaftes Herstellungsverfahren benötigt drei unterschiedliche
Schnitttypen. Ein erster Zuschnittstyp besteht aus einer Fläche, die durch
zwei Dreiecke 11 gebildet wird, die an ihren Schenkelseiten
miteinander verbunden sind. Ein zweiter Zuschnittstyp besteht aus
drei Dreiecken 11, wobei an einem mittleren der drei Dreiecke
zwei an beiden Schenkelseiten eines der Dreieck 11 anliegt. Ferner
werden noch zwanzig zweite Dreiecke 12 benötigt.
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Eine
dritte Ausführungsform
eines Balls ist in 4 dargestellt.
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Insgesamt
weist der Vielflächner 20 140
Flächen
auf, von denen 60 von einem ersten Polygon-Typ 21 und 80 von
einem zweiten Polygon-Typ 22 sind. Der erste Polygon-Typ 21 weist
die Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit einer ersten Ecke und
zwei zweiten Ecken auf. An der ersten Ecke beträgt der Innenwinkel (Spitzenwinkel)
f 70° und
an den zweiten Ecken beträgt
der Innenwinkel (Basiswinkel) g 55°. Das zweite dreiecksförmige Polygon 22 ist
gleichseitig mit jeweils gleichen Innenwinkeln h an den Ecken. An
einem ersten Scheitel 23 berühren sich fünf erste Polygone 21 jeweils
mit ihrer ersten Ecke. An einem zweiten Scheitel 24 treffen
zwei erste Polygone 21 mit jeweils einer ihrer zweiten
Ecken und vier zweite Polygone 22 mit jeweils einer ihrer Ecken
zusammen. Insgesamt weist der Vielflächner zwölf erste Scheitel 23 und 60 zweite
Scheitel 24 auf.
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Durch
die geeignete Wahl der Innenwinkel 4 liegen
die ersten Scheitel 23 und zweiten Scheitel 24 sämtlich auf
einer Oberfläche
einer imaginären
Umkugel. Mit anderen Worten, sie weisen den gleichen Abstand zu
dem Mittelpunkt des Balls auf.
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Der
140-Flächner
in 4 kann in zwei verschiedenen, zueinander spiegelbildlichen
Varianten ausgebildet werden. Diese beiden Varianten sind nicht
durch einfache Drehung des Balls oder des Vielflächners ineinander überführbar. Hieraus
ergibt sich eine Händigkeit
des Vielflächners.
Hierdurch können
besondere Roll- und/oder Flugeigenschaften des Balls erwartet werden.
Der Ball dürfte
aufgrund der Händigkeit
immer einen Drall aufnehmen, der vorteilhaft ein Flattern eines
fliegenden Balls unterbindet.
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Die
Herstellung des Balls benötigt
nur zwei unterschiedliche, voneinander verschiedene Zuschnittsmuster,
entsprechend des ersten Polygons 21 und des zweiten Polygons 22.
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Bevorzugte
Schnittmuster für
die Herstellung der dritten Ausführungsform
sind in 5 gezeigt.
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Ein
erstes Schnittmuster 30 ist ein gleichseitiges Dreieck,
dessen Seitenlänge
dem doppelten der ersten Kantenlänge 25 des
140-Flächners
entspricht. Insgesamt beinhaltet dieses gleichseitige Dreieck somit
vier zweite Polygone 22. Ein zweites Schnittmuster 31 ist
derart ausgebildet, dass es insgesamt drei der ersten Polygone 21 beinhaltet.
Das dritte Schnittmuster 32 enthält zwei der ersten Polygone 21.
Von dem ersten Schnittmuster 30 werden insgesamt 20 Exemplare
und von dem zweiten und dem dritten Schnittmuster 31, 32 jeweils
12 Exemplare zur Herstellung des 140-Flächners benötigt.
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Die
zuvor beschriebenen Polyeder können bevorzugt
aus einem dehnbaren und elastischen Material hergestellt werden,
um aus den Polyedern einen Fußball,
Handball, Basketball oder Volleyball zu formen. Ein bevorzugtes
Material hierfür
ist zum Beispiel Naturleder, Kunstleder aber auch ein Kunststoff mit
diesen Eigenschaften.
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Eine
Herstellung der Polyeder aus einem steifen unelastischen Material
kann für
Spielzeug, z.B. Drehbälle,
Murmeln, Würfel,
erfolgen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde ist sie nicht darauf beschränkt.
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Insbesondere
können
zusätzlich
zu den dreieckigen Flächen
auch Polygone mit mehr als drei Ecken die Oberfläche des Vielflächners definieren.
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Wie
bereits einleitend erwähnt
wurde, ist die Erfindung zwar vorstehend anhand eines als Fußball ausgebildeten
Spielballs beschrieben worden. Jedoch sei die Erfindung nicht darauf
beschränkt,
sondern lässt
sich, wie bereits im abstrakten Teil der Patentanmeldung ausführlich dargelegt
wurde, für
beliebig andere Anwendungen ebenfalls sehr vorteilhaft einsetzen.
Solche Anwendungen können
beispielsweise im Spielbereich angesiedelt sein, bei dem der ballförmige Gegenstand
zum Beispiel die Funktion eines Zauberwürfels aufweist, oder als Puzzlespiel mit
mehreren ineinander einsteckbaren Puzzleteilen, die insgesamt die
Struktur des ballförmigen
Gegenstandes innehaben, ausgebildet ist.
-
Die
Erfindung lässt
sich auch zusätzlich
oder alternativ bei sämtlichen
sonstigen Anwendungen einsetzen, bei denen hohe Roll- und/oder Flugeigenschaften
der ballförmigen
Gegenstände
und zugleich eine hohe Stabilität
gefordert sind.
-
Eine
hohe Rolleigenschaft kann zum Beispiel im Falle eines Nanopartikels
wesentlich sein, der zum Beispiel als Zusatz in einen Fließstoff gegeben
wird. Zusätzlich
wäre auch
denkbar, dass diese Nanopartikel als Zusatz für feste Stoffe verwendet werden.
-
Da
diese ballförmigen
Gegenstände
eine sehr hohe Stabilität
aufweisen, lassen sie sich sehr vorteilhaft in Kugellagern einsetzen,
bei denen die entsprechenden Wälz-
und Kugelelemente hohen Drücken
und Belastungen ausgesetzt sind.
-
- 1
- 60
Flächner
- 2
- Flächen
- 3
- erster
Scheitel
- 4
- zweiter
Scheitel
- 5
- Kante
- 10
- 80
Flächner
- 11
- erstes
Polygon
- 12
- zweites
Polygon
- 13
- erste
Scheitel
- 14
- zweite
Scheitel
- 20
- 140
Flächner
- 21
- erstes
Polygon
- 22
- zweites
Polygon
- 23
- erster
Scheitel
- 24
- zweiter
Scheitel
- a
- Spitzenwinkel
- b
- Basiswinkel
- c
- Spitzenwinkel
- d
- Basiswinkel
- e
- Innenwinkel
- f
- Spitzenwinkel
- g
- Basiswinkel
- h
- Innenwinkel