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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Karkasse, insbesondere eine
Karkasse für einen Ball.
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2. Der Stand der Technik
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Es
gibt im Wesentlichen zwei Arten von luftgefüllten Bällen
für Ballspiele, zum einen genähte und zum anderen
laminierte Bälle. Bei diesen Konstruktionen ist zwischen
einer luftgefüllten inneren Blase und einer äußeren
Hülle häufig eine Karkasse als Verstärkungsschicht
angeordnet. Genähte Bälle (ob von Hand oder mit
der Maschine genäht) weisen aufgrund des Zusammennähens
der einzelnen äußeren Leder- oder Kunstlederpaneele
größere Variationen der Nähte und damit
der Vertiefungen zwischen benachbarten äußeren
Paneelen auf. Dies kann zu Abweichungen von der geforderten Kugelform
führen und das Spielverhalten des Balles negativ beeinflussen.
Zudem vermindert die Uneinheitlichkeit der Nähte häufig
die Langzeitstabilität dieser Bälle.
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Bei
laminierten Bällen werden äußere Paneele,
die maschinell aus Leder bzw. Kunstleder hergestellt werden in definierter
Form auf die Karkasse laminiert. Aufgrund ihrer automatisierten
Fertigungsweise weisen laminierte Bälle eine Form auf,
die einer Kugel sehr nahe kommt. Darüber hinaus können Größe,
Gewicht und Dehnbarkeit von laminierten Bällen sehr gut
eingestellt werden. Aufgrund der ausgezeichneten Kugelgestalt zeigen
diese Bälle eine gute Langzeitformbeständigkeit.
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Unabhängig
von dem spezifischen Herstellungsprozess des Balles (genäht
oder laminiert) ist es die generelle Aufgabe der Karkasse, die Qualität
des Balles (Ge wicht, Größe, Kugelgestalt, Haltbarkeit, Formbeständigkeit,
etc.) über eine möglichst große Lebensdauer
zu erhalten. Eine aufgeschnittene zweidimensionale Darstellung einer
Karkasse gemäß dem Stand der Technik, die sich
aus zwölf fünfeckigen zweilagigen Stoffstücken
zusammensetzt, ist in den 4a und 7 (linker
Teil) angegeben.
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Häufig
wird eine solche Verstärkungsschicht auch aus einer mehrere
Kilometer langen Nylonfaser gefertigt, die nach dem Zufallsprinzip
um die Blase des Balles gewickelt wird. Wie in
U.S. 4,333,648 beschrieben wird, werden
neben Nylonfasern auch Gummifasern oder Fasern aus dehnbaren Materialien
verwendet. Bälle, die eine derartige Karkasse enthalten,
weisen eine deutlich längere Lebensdauer auf. Allerdings
ist die Herstellung einer derartigen gewickelten Schicht aufwändig
und die Formbeständigkeit über größere
Zeiträume ist aufgrund der Inhomogenität der Wicklung
der Faser begrenzt.
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In
der U. S. Patentanmeldung mit der Nr. 2006/0084536 wird die Herstellung
einer Karkasse beschrieben, die sich aus zwölf regelmäßigen
Fünfecken zusammensetzt und wobei die einzelnen Paneele
aus zweilagigem Stoff bestehen. Die Anmeldung offenbart ein Verfahren
zum Herstellen einer Karkasse bei der sämtliche Säume
der Nahtstellen benachbarter Paneele nach innen, gegen die Blase gerichtet
sind, sodass an der Oberfläche des Balles keine Unebenheit
aufgrund der Säume festzustellen ist.
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In
dem Artikel „The dependency of hollow ball deformation
an material properties", veröffentlicht in dem Konferenzband
der ABAQUS User's Conference 2006, werden detaillierte
Untersuchungen des Deformations- und Rücksprungsverhaltens eines
Balles beschrieben, dessen Karkasse Paneele aus gewebtem Material
aufweist. Dabei wurde festgestellt, dass der Ball trotz seiner nahezu
perfekten Kugelform unter gewissen Bedingungen ein ungleichmäßiges
Rücksprungverhalten zeigt. Zwar weist der Artikel darauf
hin, dass dies durch das anisotrope Dehnungsverhalten des gewebten
Materials der Karkasse begründet ist, ohne je doch Ansätze aufzuzeigen,
wie das ungleichmäßige Rücksprungverhalten
verbessert werden könnte.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein verbessertes
Reaktionsverhalten des Balles unter allen Einsatzbedingungen zu erhalten,
selbst wenn das die Karkasse bildende Material ein inhomogenes Dehnungsverhalten
infolge unterschiedlicher Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls
entlang verschiedener Richtungen aufweist. Der Elastizitätsmodul
beschreibt den Zusammenhang zwischen einer Spannung und der Dehnung
bei der Verformung eines festen Körpers innerhalb des linear elastischen
Bereichs.
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3. Zusammenfassung der Erfindung
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Dieses
Problem wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
durch eine Karkasse nach Anspruch 1 gelöst. In einem Ausführungsbeispiel
umfasst die Karkasse mehrere miteinander verbundene Paneele, wobei
jedes Paneel wenigstens eine Dehnungsvorzugsrichtung aufweist, wobei
der Elastizitätsmodul eines Paneels in Richtung einer Dehnungsvorzugsrichtung
größer als in andere Richtungen ist, und wobei
die Paneele der Karkasse so zueinander angeordnet sind, dass eine
Orientierung eines Paares benachbarter Paneele ausgeschlossen ist,
wenn für jedes Paneel dieses Paares wenigstens eine Dehnungsvorzugsrichtung
senkrecht zur Verbindungslinie der beiden benachbarten Paneele ist.
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Die
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist im Vergleich
zu einer Karkasse, deren Paneele mit statistisch verteilten Orientierungen
zueinander angeordnet sind, ein wesentlich einheitlicheres Dehnungsverhalten
im Bereich der Verbindungslinien der Paneele auf. Durch die offenbarte
Ausführungsform werden insbesondere die sehr steifen Flächen
vermieden, die im Fall der im vorhergehenden Abschnitt ausgeschlossenen
Orientierungen benachbarter Paneele auftreten können. Bei
gegebenen Dehnungsvorzugsrichtungen der einzelnen Paneele wird somit
die Einheitlichkeit des Dehnungsverhaltens der Karkasse über
ihre gesamte Oberfläche optimiert. Durch Einbau einer Karkasse
gemäß der bevorzugten Ausführungsform
in einen Ball verbessert sich dessen Reaktionsverhalten im Vergleich
zu einem Ball, in dem eine herkömmlich aufgebaute Karkasse
Verwendung findet. Diese auf der Erfindung beruhende Verbesserung
ergibt sich, ohne dass andere Parameter des Balles negativ beeinflusst
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Paneele der
Karkasse zwei Vorzugsrichtungen auf, beispielsweise wenn die Paneele
ein gewebtes Material umfassen. Als Ausgangsmaterialien können
natürliche Fasern, Kunststofffasern oder Kombinationen
von beiden eingesetzt werden. Durch die geeignete Wahl der Ausgangsmaterialien
kann das Dehnungsverhalten des gewebten Materials, d. h. sein Elastizitätsmodul
eingestellt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Dehnungsvorzugsrichtungen
des gewebten Materials in Kettrichtung und Schussrichtung. Durch
geeignete Wahl der Fasern für die Kette und den Schuss
kann der Elastizitätsmodul in Kettrichtung und Schussrichtung
im Wesentlichen gleich groß eingestellt werden.
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In
einer besonders bevorzugten, alternativen Ausführungsform
weisen die einzelnen Paneele der Karkasse zwei Lagen aus einem gewebten
Material auf, eine obere Schicht und eine untere Schicht. Die beiden
Schichten des gewebten Materials werden so angeordnet, dass die
Kettrichtung der oberen Schicht im Wesentlichen senkrecht zu der
Kettrichtung der unteren Schicht ist. Dadurch ergeben sich für
die Elastizitätsmodule in den beiden Dehnungsvorzugsrichtungen
im Wesentlichen gleich große Werte.
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Das
erfindungsgemäße Prinzip kann auf Paneele unterschiedlicher
Form angewendet werden. Dabei ist es nicht notwendig, dass alle
Paneele, die eine Karkasse bilden, dieselbe Form aufweisen. Es ist
ferner nicht notwendig, dass die Panelle in der Form von regelmäßigen
oder unregelmäßigen Vielecken vorliegen. Vorzugs weise
weist zumindest ein Paneel die Form eines regelmäßigen
Fünfecks auf. In einer bevorzugten Ausführungsform
weisen alle Paneele eine regelmäßige fünfeckige
Form auf und zwölf miteinander verbundene Paneele bilden
eine Karkasse für einen Ball. In einer alternativen Ausführungsform
umfassen die Paneele der Karkasse regelmäßige
Fünfecke und Sechsecke in Analogie zu den Paneelen der äußeren
Schicht eines Balles. In dieser Ausführungsform setzt sich
die Karkasse aus zwölf Fünfecken und zwanzig Sechsecken
zusammen. Dabei können die Paneele der Karkasse deckungsgleich
mit den äußeren Paneelen sein oder gegeneinander
versetzt angeordnet sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren abhängigen
Patentansprüchen definiert.
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4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren
erläutert:
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1:
Schematische Darstellung des Aufbaus eines Paneels einer Karkasse,
das zwei Lagen gewebtes Material umfasst, wobei die beiden Lagen im
Wesentlichen um 90° gegeneinander gedreht sind;
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2:
Schematische Darstellung der Definition der Winkelbestimmung in
Bezug auf die Verbindungslinie benachbarter Paneele;
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3a–o: Schematische Darstellung
der Anordnungen benachbarter Paneele, die in einer Karkasse auftreten
können mit Angabe der Winkelsumme αS;
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4:
(a) Schematische aufgeschnittene zweidimensionale Darstellung der
Paneelanordnung einer Karkasse nach dem Stand der Technik, (b) Definition
der Winkelbestimmung und Häufigkeit des Auftretens be nachbarter
Paneelanordnungen und (c) normierte Werte des Elastizitätsmoduls
einer Paneelanordnung nach dem Stand der Technik;
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5a, a': Schematische Darstellungen von benachbarten
Paneelen, die in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ausgeschlossen sind;
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6:
Schematische aufgeschnittene zweidimensionale Darstellung der Anordnung
der Paneele einer Karkasse gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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6b Schematische Darstellung der Anordnung
benachbarter Paneele, die in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
einer Karkasse auftreten mit Angabe der Winkelsumme αS der beiden Paneele relativ zu der Senkrechten
auf die Verbindungslinie;
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6c Normierte Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls
einer Paneelanordnung einer Karkasse gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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7 Tabellarische
Zusammenstellung der Anordnungen benachbarter Paneele und der damit verbundenen
Winkelsumme αS der beiden Paneele gemäß der
in 2 angegebenen Winkeldefinition, links für
eine Karkasse gemäß dem Stand der Technik und
rechts für eine Karkasse gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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8(a) Zahlenwerte (2. Spalte) und normierte
Werte (3. Spalte) des Elastizitätsmoduls der Anordnungen
benachbarter Paneele der 4a und 6a bzw. 6b und
(b) Darstellung der normierten Elastizitätsmodulwerte der
Anordnungen benachbarter Paneele nach den 4a und 6a bzw. 6b;
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9 Häufigkeitsverteilung
einer Paneelanordnung einer Karkasse (a) nach dem Stand der Technik
und (b) einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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5. Detaillierte Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
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Im
Folgenden wird ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Karkasse genauer erläutert.
Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Karkasse für
einen Fußball. Allerdings kann die Erfindung auch für
andere Arten von aufblasbaren Bällen, wie beispielsweise
Volleybälle, Handbälle, Rugbybälle, etc.
eingesetzt werden.
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Die 1 zeigt
ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Paneels 100,
welches zwei Lagen eines gewebten Materials aufweist, eine obere
Lage 50 und eine untere Lage 60. Für
jede der beiden Lagen 50 und 60 zeigt jeweils
der durchgezogene Pfeil in Kettrichtung 200 und der gestrichelte Pfeil
in Schussrichtung 300 und die beiden Richtungen 200 und 300 stehen
senkrecht aufeinander. Aufgrund des strukturellen Aufbaus des gewebten
Materials weisen die einzelnen Lagen 50 und 60 des
gewebten Materials ein anisotropes Dehnungsverhalten auf. Dies bedeutet,
die Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls in der Kettrichtung 200 und
der Schussrichtung 300 sind größer als
in anderen Richtungen, d. h. eine Lage 50 oder 60 des
gewebten Materials setzt einer definierten Zugkraft entlang der
Kettrichtung 200 und entlang der Schussrichtung 300 einen größeren
Widerstand entgegen als in anderen Richtungen. Mit anderen Worten,
bei einer konstanten Zugkrafteinwirkung ist die relative Längenänderung einer
Lage 50 oder 60 entlang der Kettrichtung 200 und
entlang der Schussrichtung 300 geringer als in anderen
Richtungen. Die Kettrichtung 200 und die Schussrichtung 300 bilden
die beiden Dehnungsvorzugsrichtungen 200 und 300 einer
der Lagen 50 oder 60 des gewebten Materials.
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Zum
Weben des Stoffes können Fäden aus natürlichen
Fasern/Stoffen oder Kunststoffen verwendet werden. Dabei können
die Materialien für die Kettfäden und die Schussfäden
zusätzlich so gewählt werden, dass der Elastizitätsmodul
in diesen beiden Dehnungsvorzugsrichtungen 200, 300 gleiche
oder unterschiedliche Zahlenwerte aufweist. Ferner kann das gewebte
Material eine Textur aufweisen, um das Aufkleben der äußeren
Paneele zu erleichtern. Darüber hinaus kann das Material
der Karkasse auch getränkt oder beschichtet werden, um
Eigenschaften wie Festigkeit oder ähnliche entsprechend
den an den Ball gestellten Anforderungen einzustellen.
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Die
obere Lage 50 und die untere Lage 60 des gewebten
Materials werden in einer bevorzugten Ausführungsform in
einem Winkel von im Wesentlichen 90° gegeneinander verdreht
und miteinander verbunden, insbesondere verklebt. Das dadurch entstandene
Paneel 100 bildet das Grundelement der Karkasse. Durch
diesen Aufbau des Paneels 100 weisen die beiden Dehnungsvorzugsrichtungen 200 und 300 im
Wesentlichen das gleiche Dehnungsverhalten auf, d. h. die Zahlenwerte
des Elastizitätsmoduls in den Vorzugsrichtungen 200 und 300 sind
etwa gleich groß. Durch diesen Aufbau können besonders strapazierfähige
und langzeitstabile Paneele 100 für Karkassen
gefertigt werden. Indem vor dem Ausschneiden der Paneele 100 aus
den zweilagigen Materialbahnen die obere Lage 50 mit der
unteren Lage 60 vertauscht werden, können die
Dehnungsvorzugsrichtungen 200 und 300 gegeneinander
ausgetauscht werden.
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Bei
der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
entsteht ein Paneel 100 durch Verkleben der um 90° gegeneinander
gedrehten oberen Lage 50 und der unteren Lage 60 des
gewebten Materials. In einer alternativen Ausführungsform
bildet eine einzelne Lage 50 oder 60 des gewebten
Materials das Paneel 100. In einer weiteren alternativen Ausführungsform
weist das Material des Paneels 100 nur eine Dehnungsvorzugsrichtung
auf.
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In
dem in 1 präsentierten Paneel stehen die Kettrichtung 200 und
die Schussrichtung 300 unter einem Winkel von 90° zueinander
und erzeugen damit senkrecht aufeinander stehende Dehnungsvorzugsrichtungen 200 und 300.
Diese spezielle Konfiguration ist für eine vorteilhafte
Ausführung der Erfindung jedoch nicht zwingend. Des Weiteren
kann für ein Paneel 100, anstelle eines gewebten
Materials, jedes anisotrope elastische, flächige Material verwendet
werden, um mit Hilfe der Erfindung vorteilhafte Ausführungsformen
einer Karkasse herzustellen. Mit Hilfe des in 1 dargestellten
Aufbaus aus zwei Lagen kann der Elastizitätsmodul auch
von anderen dehnbaren anisotropen Materialien, die für
die Herstellung der Paneele 100 verwendet werden, symmetrisiert
werden. Denkbar ist auch die Verwendung von mehr als zwei Lagen
und/oder anderer relativer Orientierungen der Lagen zueinander.
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Gemäß der
besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Paneele 100 in 1 eine
regelmäßige fünfeckige Form auf. Auf
andere Paneele, die in der Form von regelmäßigen
oder unregelmäßigen Vielecken vorliegen, kann
das Prinzip der Erfindung ebenfalls angewendet werden. So setzt
sich die Karkasse in einer alternativen Ausführungsform (nicht
dargestellt) aus regelmäßigen Fünfecken
und Sechsecken zusammen. Dabei können die Paneele 100 der
Karkasse mit den äußeren Paneelen des Balles deckungsgleich
sein. Eine gegeneinander versetzte Anordnung ist ebenfalls vorstellbar.
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Wie
aus der 1 ersichtlich ist, stehen in der
besonders bevorzugten Ausführungsform die Dehnungsvorzugsrichtungen 200 und 300 des
Paneels 100 in einer im Wesentlichen festen Zuordnung mit
der äußeren, fünfeckigen Form des Paneels 100. Eine
vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips
erfordert diese feste Zuordnung nicht. Hier und an anderen Stellen
der vorliegenden Beschreibung spiegelt der Ausdruck "im Wesentlichen" die
bei den verschiedenen Herstellungsschritten auftretenden Fertigungstoleranzen
wider.
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Die 2 zeigt
zwei regelmäßige, fünfeckige Paneele 100.
Die beiden Paneele 100 können entlang einer Verbindungslinie 400 durch
verschiedene Techniken miteinander verbunden werden, wie beispielsweise
Nähen, Kleben oder Verschweißen. Beide Paneele 100 weisen
zwei aufeinander senkrecht stehende Dehnungsvorzugsrichtungen 200 und 300 auf.
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Die 2 veranschaulicht
ferner die Definition der Winkelbestimmung der Dehnungsvorzugsrichtungen 200, 300 einer
Anordnung von benachbarten Paneelen 100 in Bezug auf die
Verbindungslinie 400. Als Bezugsrichtung dient dabei eine
Senkrechte 500 auf die Verbindungslinie 400. Die
Senkrechte 500 schneidet die beiden Dehnungsvorzugsrichtungen 200, 300 und
bildet mit diesen jeweils einen Winkel 0° ≤ α200, α300 ≤ 90°.
Der kleinere der beiden Winkel α200, α300 den die Dehnungsvorzugsrichtungen 200, 300 mit
der Senkrechten 500 bilden, dient als Bezugswinkel für
die Unterscheidung der verschiedenen Anordnungen. Falls der Schnittpunkt der
beiden Dehnungsvorzugsrichtungen 200, 300 mit dem
Mittelpunkt des fünfeckigen Paneels übereinstimmt,
dann schneidet die Dehnungsvorzugsrichtung 200, 300,
die für die Winkelbestimmung verwendet wird, die Verbindungslinie 400 und
die andere Dehnungsvorzugsrichtung 200, 300, die
den größeren Winkel mit der Senkrechten 500 bildet,
schneidet die Verbindungslinie 400 nicht.
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Das
linke Paneel 100 weist nach der angegebenen Definition
mit der Dehnungsvorzugrichtung 200 den Winkel α200 = 0° auf und mit der Dehnungsvorzugsrichtung 300 den
Winkel α300 = 90°. Damit
ist der gesuchte Winkel für das linke Paneel 100 0°.
Im rechten Paneel 100 weist die Dehnungsvorzugsrichtung 200 einen
Winkel von α200 = 36° auf
und schneidet unter der oben angegeben Bedingung die Verbindungslinie 400.
Die Dehnungsvorzugsrichtung 300 bildet mit der Senkrechten 500 einen
Winkel von α300 = 54° und
schneidet unter der oben angegebenen Nebenbedingung die Verbindungsgerade 400 nicht. Der
für das rechte Paneel 100 gesuchte Winkel beträgt
damit 36°.
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Werden
die beiden Paneele 100 entlang der Verbindungslinie 400 miteinander
verbunden, so werden die oben definierten Winkel der einzelnen Paneele 100 addiert,
d. h. der Winkel des oberen Paneels 100 αOP und der Winkel des unteren Paneels 100 αUP. In dem in 2 angegeben
Beispiel ergibt sich damit für die Winkelsumme: αS = αOP + αUP = 0° + 36° = 36°.
Die Konfiguration, die sich beim Verbinden der beiden Paneele 100 ergibt,
ist als Anordnung e in 3 dargestellt.
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Die 3 zeigt
eine schematische Darstellung aller Anordnungen benachbarter Paneele 100 die
in einer Karkasse, die sich aus regelmäßigen fünfeckigen
Paneelen 100 zusammensetzt, auftreten können.
Gemäß der in 2 erläuterten
Winkeldefinition weisen die Konfigurationen Winkelsummen αS von 0°, 18°, 36°,
54° und 72° auf. Jede Anordnung kann auf den Kopf
gestellt werden, d. h. es wird das obere und das untere Paneel 100 vertauscht,
ohne dass sich an den Eigenschaften der Konfiguration etwas ändert.
Deshalb sind diese Anordnungen nicht dargestellt. Ferner gehen bestimmte
Anordnungen benachbarter Paneele 100 durch Spiegelungen
auseinander hervor. In der 3 sind das
die Anordnungen b/c, d/e, g/h, j/o, k/m und l/n. Bei der Anordnung a ändert
das Vertauschen des oberen und des unteren Paneel 100 oder
das Spiegeln an der Senkrechten 500 das Erscheinungsbild
der Konfiguration nicht. Bei den Anordnungen f und i fallen die
Konfiguration, die durch vertauschen des oberen mit dem unteren
Paneel entstehen und die gespiegelten Versionen zusammen. Aus diesem
Grund werden weder die gespiegelte Konfiguration a noch die gespiegelten
Anordnungen f und i in der 3 dargestellt.
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Die 4a zeigt schematisch eine aufgeschnittene
zweidimensionale Darstellung der Anordnung der fünfeckigen
Paneele 100 einer Karkasse 1000 für einen
Ball, die nach dem derzeitigen Stand der Technik hergestellt ist.
Diese setzt sich aus zwölf der oben beschriebenen regelmäßigen
fünfeckigen Paneele 100 zusammen. Sie sind in 4a mit eins bis zwölf durchnummeriert.
Der durchgezogene Kreis des Paneels 1 bezeichnet ein Ventil
der Blase, das durch die Karkasse 1000 hindurchreicht.
Der gestrichelte Kreis in dem Paneel 12 markiert ein Ausgleichsge wicht,
das an der dem Ventil gegenüberliegenden Innenseite der
Karkasse 1000 angebracht ist. Die durchgezogenen Pfeile 200 und
gestrichelten Pfeile 300 bezeichnen wiederum die Dehnungsvorzugsrichtungen 200 und 300 der
einzelnen Paneele 100.
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Die 4b zeigt ferner nochmals die gewählte
Winkeldefinition. Ferner gibt 4b an,
dass in der Konfiguration der Paneele 100 einer Karkasse 1000 gemäß dem
Stand der Technik die Anordnung a (αS =
0°) sechsmal auftritt und die restlichen 24 Paare benachbarter
Paneele 100 weisen die benachbarten Paneele eine Winkelsumme
von αS = 54° auf, wobei
jeweils 12-mal die Konfigurationen g und h auftreten (siehe 7 linke
Tabelle und 9a).
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In
der 5 ist nochmals die Anordnung a aus
der 3 dargestellt. Im linken Teilbild (5a) weist die gleiche Dehnungsvorzugsrichtung 200 (durchgezogene
Pfeile) des oberen und unteren Paneels 100 in die gleiche
Richtung. Zusätzlich steht diese Dehnungsvorzugsrichtung 200 senkrecht
auf der Verbindungslinie 400 der beiden Paneele 100. Diese
Anordnung wird im Folgenden mit a und αS = 0° bezeichnet,
gemäß der in 2 diskutierten
Winkeldefinition. Die in 5a gezeigte
Anordnung tritt insbesondere dann auf, wenn nicht ein fünfeckiges Paneel 100 die
elementare Einheit einer Karkasse bildet, sondern zwei zusammenhängende
Fünfecke aus dem gewebten Material gemeinsam ausgeschnitten
oder ausgestanzt werden.
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Bei
dem rechten Teilbild (5a') ist die
erste Dehnungsvorzugsrichtung 200 (durchgezogener Pfeil)
des unteren Paneels 100 parallel zu der zweiten Dehnungsvorzugsrichtung 300 (gestrichelter Pfeil)
des oberen Paneels 100 und die sich entsprechenden Vorzugsrichtungen 200, 300 stehen
senkrecht aufeinander. Deshalb wird für diese Anordnung die
Bezeichnung a' und αS = 0° gewählt,
wiederum gemäß der in 2 angegebenen
Winkeldefinition. Weiterhin steht die zweite Dehnungsvorzugsrichtung 300 des
oberen Paneels 100 und die erste Dehnungsvorzugsrichtung 200 des
unteren Paneels 100 senkrecht auf der Verbin dungslinie 400 der
beiden Paneele 100. Aufgrund des in der 1 vorgestellten Aufbaus
eines einzelnen Paneels 100 weisen die beiden Konfigurationen
a und a' identische Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls
auf (siehe 8). In dem Fall in dem ein Paneel 100 nur
aus einer Materiallage besteht, können die Dehnungsvorzugsrichtungen 200, 300 verschiedene
Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls aufweisen. In diesem
Fall würden die Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls
der Anordnungen a und a' nicht gleich groß sein.
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Die
Anmelderin hat durch Untersuchungen herausgefunden, dass für
die beiden in den 5a und 5a' dargestellten Anordnungen benachbarter
Paneele 100, die beide die Winkelsumme αS = 0° aufweisen, die Verbindungslinien 400 der
beiden Paneele 100 sehr steif sind (siehe 8).
Diese singuläre Steifigkeit muss verhindert werden. Eine
erfindungsgemäße Ausführungsform der
Karkasse vermeidet die beiden in den 5a und 5a' dargestellten Anordnungen benachbarter
Paneele 100 und führt damit zu einer gleichmäßiger
steifen Karkasse.
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In
der 8 sind unter (a) in der Tabelle die experimentell
bestimmten Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls der verschiedenen
Kombinationen benachbarter Paneele 100, wie sie die 5 und 6b zeigen,
zusammengefasst. Dabei werden in der zweiten Spalte die experimentell
bestimmten Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls für
die in der ersten Spalte angegeben Kombinationen benachbarter Paneele 100 aufgelistet.
In der dritten Spalte sind die Zahlenwerte normiert dargestellt,
dabei wurde die Konfiguration f als Bezugsgröße
gewählt. Das Diagramm unter (b) gibt die relativen Verhältnisse
der Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls der verschiedenen
Anordnungen der 5 und 6b wieder.
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In
diesem Schaubild sticht insbesondere Größe des
Elastizitätsmodus der Anordnungen a und a' hervor. Er ist
mehr als zweimal so groß wie der zweitgrößte
Zahlenwert der Anordnungen b und c. Wie im Zusammenhang mit den 5a und 5a'
diskutiert, müssen die Anordnungen a und a' vermieden werden,
um zu einer Karkasse 100 mit gleichmäßig steifer
Oberfläche zu gelangen. Wie ebenfalls in der Diskussion
der 3 bereits angesprochen sind die Zahlenwerte des
Elastizitätsmoduls der spiegelsymmetrischen Anordnungen
gleich groß. Der Zahlenwert des Elastizitätsmoduls
variiert um fast eine Dekade zwischen den Konfigurationen a und
a' (αS = 0°) einerseits
und i (αS = 72°) andererseits.
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In
der 4c sind die normierten Zahlenwerte
des Elastizitätsmoduls einer Standardkarkasse 1000 dargestellt.
Wie bereits anhand der 5 kurz erläutert,
tritt bei einer gemäß dem Stand der Technik hergestellten
Karkasse 1000 sechsmal die Anordnung a auf (αS = 0°) und die verbleibenden 24
Konfigurationen benachbarter Paneele 100 weisen alle eine
Winkelsumme von αS = 54° auf.
Diese 24 vorkommenden Kombinationen sind ausschließlich
den Anordnungen g und h zu zurechnen (siehe 7 linke
Tabelle und 9a). Alle anderen Anordnungen kommen
bei einer Standardkarkasse nicht vor.
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Die 8 zeigt
unter (b) die mit den Anordnungen benachbarter Paneele 100 verbundenen
relativen Werte des Elastizitätsmoduls (siehe die 5 und 6b).
Mit der Anordnung a ist der zahlenmäßig größte
Elastizitätsmodul verbunden. Die Kombinationen g und h
weisen den zweitkleinsten Zahlenwert des Elastizitätsmoduls
auf. Die beiden Zahlenwerte unterscheiden um einen Faktor sieben.
Dieser Unterschied der Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls
benachbarter Paneele 100 führt in Kombination
mit der asymmetrischen Häufigkeitsverteilung zu einem inhomogenen
Dehnungsverhalten über die Oberfläche der Karkasse 1000.
Damit wird das Spielverhalten eines Balles, der solch eine Karkasse 1000 enthält,
negativ beeinflusst.
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Aus
der Kombination der 5, 6b und 8 ergibt
sich eine Beziehung: je größer die Winkelsumme αS desto geringer der Zahlenwert des Elastizitätsmoduls.
Die Konfigurationen d, e und f weisen alle eine Winkelsumme von αS = 36° auf. Dabei ist der Zahlenwert
des Elastizitätsmoduls der Anordnung f größer
als der der Konfigurationen d und e (siehe 8). Dies
könnte damit zusammenhängen, dass für
die Konfigurationen d, e und f die Winkelsumme αS zwar gleich groß ist, die Beiträge,
die die einzelnen Paneele 100 des Paneelpaares zu der Winkelsumme αS beisteuern für die Anordnung f
und die Anordnungen d und e jedoch unterschiedlich ist.
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In
der 6a ist schematisch eine zweidimensional
aufgeschnittene Anordnung der Paneele 100 einer besonders
bevorzugten Ausführungsform einer Karkasse 1000 dargestellt.
In Übereinstimmung mit der 4a setzt
sich die Karkasse 1000 wiederum aus 12 regelmäßigen
Fünfecken zusammen. Die Paneele 100 sind wiederum
von eins bis zwölf durchnummeriert. Der durchgezogene Pfeil 200 und
der gestrichelte Pfeil 300 bezeichnen die beiden Dehnungsvorzugsrichtungen 200, 300 des
einzelnen Paneels 100.
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Die 6b zeigt die Anordnungen benachbarter
Paneele 100, die in einer bevorzugten Ausführungsform
einer Karkasse 1000 vorkommen. Im Gegensatz zu der in 4 gezeigten
Standardkarkasse tritt die Anordnung a – ebenso wie a' – (αS = 0°) in einer bevorzugten Ausführungsform
nicht auf. Die vorkommenden Winkelsummen αS benachbarter
Paneele 100 in bevorzugten Ausführungsformen sind 18°,
36°, 54° und 72°. Alle anderen fünf,
der in der 8 diskutierten Anordnungen mit
verschiedenen Werten des Elastizitätsmoduls, treten mit
gleicher Häufigkeit – jeweils sechsmal – auf
(siehe 7 linke Tabelle und 9b).
Die 6c gibt die mit den Anordnungen
benachbarter Paneele 100 verbundenen Werte des Elastizitätsmoduls
wieder (vergleiche 8). Der mit den Anordnungen
a und a' verbundene größte Zahlenwert des Elastizitätsmoduls
kommt in einer bevorzugten Ausführungsform nicht vor. Die verbleibenden
fünf unterscheidbaren Elastizitätswerte weisen
eine deutlich geringere Spreizung der Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls
auf (4,3 im Vergleich zu 7,0 in 4c).
Dieser deutlich geringere Unterschied der Zahlenwerte des Elastizitätsmoduls
benachbarter Paneele 100 führt zusammen mit der gleichmäßigen
Verteilung der verschiedenen Anordnungen benachbarter Paneele 100 (siehe 9b) zu einer Karkasse 1000, die
ein wesentlich homogeneren Dehnungsverhalten über deren
Oberfläche aufweist. Damit führt die in 6a dargestellte Anordnung der Paneele 100,
trotz der Anisotropie der einzelnen Paneele 100, zu einer
weitgehend einheitlichen Karkasse 1000, die das Spielverhalten
eines Balles nicht beeinträchtigt.
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In
der linken Tabelle der 7 sind alle 30 bei
einer Karkasse 1000 auftretenden Winkelsummen αS benachbarter Paneele 100 in der
linken Spalte aufgelistet, die bei einer Karkasse 1000 auftreten, die
nach dem Stand der Technik hergestellt ist. Die mittlere Spalte
gibt die Anordnung nach der in den 3, 5 und 6b eingeführten
Nomenklatur an. In der rechten Tabelle der 7 sind die
bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auftretenden Anordnungen
benachbarter Paneele 100 und deren Winkelsummen αS gegenübergestellt. Dieser Gegenüberstellung
ist sofort zu entnehmen, dass die besonders steifen Anordnungen
a bzw. a' mit αS = 0°,
die in der linken Tabelle sechsmal auftreten, in der rechten Tabelle
nicht vorkommen.
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Die 9 zeigt
unter (a) die Verteilung der Anordnungen benachbarter Paneele 100 in
einer Standardkarkasse 1000. Wie bereits im Zusammenhang
mit der Diskussion der 4 angesprochen kommt bei einer
Standardkarkasse 1000 sechsmal die Winkelsumme αS = 0° (Konfiguration a) und 24-mal
die Winkelsumme αS = 54° (Konfigurationen
g und h) vor. Unter (b) ist die Verteilung benachbarter Paneele 100 einer
bevorzugten Ausführungsform einer Karkasse 1000 dargestellt.
Im Gegensatz zu der in 4a gezeigten
Standardkarkasse tritt die Anordnung a – ebenso wie a' – in
einer bevorzugten Ausführungsform nicht auf (siehe 5). Alle anderen fünf, der in 6b diskutierten Anordnungen mit verschiedenen
Werten des Elastizitätsmoduls (siehe 8),
treten mit gleicher Häufigkeit – jeweils sechsmal – auf
(siehe 7 rechte Tabelle).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „The
dependency of hollow ball deformation an material properties", veröffentlicht
in dem Konferenzband der ABAQUS User's Conference 2006 [0007]