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Die Erfindung betrifft einen Golfschlägerschaft mit rohrförmiger Geometrie aus einem mehrlagigen Faserverbundwerkstoff mit Kunststoffmatrix, der für verschiedenartige Golfschläger, namentlich sog. Driver, Hölzer (Woods), Eisen (Irons), Wedges oder Putter, verwendbar ist.
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Golfschläger mit Carbonfaserschäften sind bekannt seit Ende der 1960er Jahre. Sie sind als langgestreckte Rohre ausgebildet, die sich vom Griffendbereich des Schaftes, Butt genannt, zum Schlägerkopfendbereich, Tip bezeichnet, verjüngen. Im Querschnitt sind diese Rohre aus mehreren konzentrisch übereinanderliegenden Faserlagen aufgebaut. Als Matrix oder Bindephase dient ein Polymerwerkstoff, z. B. ein Epoxid- oder Polyesterharz.
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Die Herstellung von Carbonfaserschäften erfolgt, wie hinlänglich bekannt, durch Drapieren von harzgetränkten Fasergeweben bzw. -gelegen (Prepregs) oder durch Wickeln von Faserbündeln (Rovings) auf einem nach der Fertigstellung des Verbundwerkstoffes zu entfernenden Dorn.
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Ein in Wickeltechnik hergestellter Golfschlägerschaft aus Carbonfasern ist beispielsweise in
GB 1 446 444 A offenbart, wobei die Wicklung der Fasern in den konzentrisch übereinanderliegenden Faserlagen in jeweils entgegengesetzter Richtung erfolgt. Bekannt ist weiterhin, dass die Orientierung der Fasern in den Faserlagen in unterschiedlichen Richtungen zur Schaftachse erfolgen kann. Golfschlägerschäfte aus mehreren Carbonfaserlagen mit unterschiedlichen Faserorientierungswinkeln sind unter anderem in
EP 0 529 164 A1 ,
DE 41 12 485 A1 ,
DE 44 30 980 A1 oder
US 5 437 450 A beschrieben.
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Ein Golfschlägerschaft mit rohrförmiger Geometrie, bestehend aus einem mehrlagigen Faserverbundwerkstoff mit Kunststoffmatrix und mit mindestens sieben, auf 25 % bis 50 % der Schaftlänge angeordneten Faserlagen unterschiedlicher Faserorientierungen ist bekannt aus
US 4 000 896 A . Durch den hierin beschriebenen Aufbau des Golfschlägerschaftes wird eine Verjüngung des Schaftes zum Schlägerkopf hin erreicht.
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Die erforderlichen mechanischen Eigenschaften (Festigkeit und Steifigkeit) des Golfschlägerschafts sind durch die Anwendung der Carbonfasern im Verbundwerkstoff aufgrund deren hoher Zugfestigkeit und deren hohem E-Modul sichergestellt.
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Neben den Carbonfasern ist das Einbringen weiterer Faserwerkstoffe in die Polymermatrix zum Erreichen spezifischer Eigenschaften bekannt. Gemäß
US 5 049 422 A werden einzelne Faserlagen des Faserverbundschaftes aus Metallfasern aufgebaut, um eine ähnliche Schwingungscharakteristik wie die von Stahlschäften zu erreichen. Die mechanischen Eigenschaften (Bruchverhalten oder Schlagzähigkeit) können nach
JP H04 5974 A ,
JP H05 42236 A und
JP H09 239082 A mit Hilfe verschiedenster Faserwerkstoffe, unter anderem Glas-, Aramid-, Aluminium- oder Stahlfasern, verbessert werden. Ebenso bekannt ist die ästhetische Oberflächengestaltung durch Variation der Fasern in der äußeren Faserlage.
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Die Torsionssteifigkeit, die einer der wichtigen Einflussfaktoren für die Auftreffgenauigkeit beim Abschlagen des Golfballs ist, ist durch die nach dem Stand der Technik hergestellten Carbonfaserschäfte trotz alledem im Vergleich zu Stahlschäften bislang unzufriedenstellend.
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Bei den bekannten Carbonfaserschäften ist die Erhöhung der Torsionssteifigkeit nur in Kombination mit der Steigerung der Biegesteifigkeit möglich. Im Golfsport ist es jedoch erforderlich, Schläger mit verschiedenen Biegesteifigkeiten des Schaftes zu spielen, die auf die jeweils gewünschte Schlaglänge und die persönlichen Fähigkeiten des Golfers angepasst sind. Es ist bislang nicht möglich, Golfschlägerschäfte mit hoher Torsionssteifigkeit herzustellen, die gleichzeitig individualisiert eingestellte Biegesteifigkeiten aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Golfschlägerschaft aus faserverstärktem Kunststoff bereitzustellen, der bei individuell einstellbarer Biegesteifigkeit und Biegelinie des Golfschlägerschaftes eine hohe Torsionssteifigkeit aufweist.
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Nach Maßgabe der Erfindung besteht der Golfschlägerschaft mit rohrförmiger Geometrie aus einem mehrlagigen Faserverbundwerkstoff, der in einem Bereich von 25 % bis 50 % der Schaftlänge mindestens sieben konzentrische Faserlagen aufweist. Die Faserlagen sind in eine Matrix aus Kunststoffmaterial – vorzugsweise aus Epoxidharz – eingebettet und durch diese stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Die erste, den inneren Hohlraum vollumfänglich umschließende Faserlage besteht aus axial ausgerichteten, d. h. parallel zur Schaftachse orientierten, Carbonfasern und erstreckt sich über die gesamte Schaftlänge des Golfschlägers.
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Radial nach außen schließt sich an diese die zweite Faserlage aus gewickelten, schräg zur Schaftachse orientierten Carbonfasern an, wobei sich die zweite Faserlage über einen Teilbereich des Schaftes – vorzugsweise 70 % bis 90 % der Schaftlänge – erstreckt und in diesem Teilbereich die erste Faserlage vollumfänglich umschließt.
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Die dritte Faserlage fasst die erste und zweite Faserlage in axialen Teilbereichen am gesamten Umfang ein und hat vorzugsweise eine axiale Ausdehnung von 70 % bis 90 % der Schaftlänge. Sie besteht aus verwebten, aluminiumbeschichteten Glasfasern.
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Die vierte Faserlage aus axial ausgerichteten Carbonfasern ist über die gesamte Schaftlänge ausgebildet und umschließt die erste, zweite und dritte Faserlage vollumfänglich.
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Radial anschließend an die vierte Faserlage folgt die fünfte Faserlage aus gewickelten, schräg zur Schaftachse orientierten Carbonfasern, die sich über einen Teilbereich des Schaftes – vorzugsweise 40 % bis 60 % der Schaftlänge – erstreckt und in diesem Teilbereich die vierte Faserlage vollumfänglich umschließt.
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Die sechste Faserlage fasst die vierte und fünfte Faserlage in axialen Teilbereichen am gesamten Umfang ein und hat vorzugsweise eine axiale Ausdehnung von 40 % bis 60 % der Schaftlänge. Sie besteht – wie die dritte Faserlage – aus verwebten, aluminiumbeschichteten Glasfasern.
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Die siebente, aus axial ausgerichteten Carbonfasern bestehende Faserlage ist über die gesamte Schaftlänge ausgebildet und umschließt folglich vollumfänglich die vierte, fünfte und sechste Faserlage.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Golfschlägerschaftes sind Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit des Schaftes getrennt einstellbar und die Aufgabe, einen torsionssteifen Golfschlägerschaft mit individueller Biegesteifigkeit bereitzustellen, gelöst.
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Während die Biegesteifigkeit primär durch die Faserlagen mit den axial ausgerichteten Fasern bestimmt ist (d. h. durch die erste, vierte und siebente Faserlage), ergibt sich die Torsionssteifigkeit im Wesentlichen aus den schräg zur Schaftachse gewickelten Faserlagen (d. h. der zweiten und fünften Faserlage), wobei durch die zwischengelagerten Ausgleichsschichten aus Glasfasern diese, die Kräfte unterschiedlich aufnehmenden Carbonfaserlagen quasi entkoppelt werden.
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Die aus den aluminiumbeschichteten Glasfasern bestehende dritte und sechste Faserlage besitzen aufgrund des geringeren E-Moduls der Glasfasern gegenüber den Carbonfasern eine Ausgleichsfunktion bei der Kraft- und Momentübertragung im Schaft. Die Aluminiumbeschichtung ergänzt diesen Vorteil, indem Spannungsspitzen durch plastische Verformung des Aluminiumwerkstoffs abbaubar sind. Gleichzeitig ist der Golfschlägerschaft aufgrund der Faserlagen aus aluminiumbeschichteten Glasfasern toleranter gegenüber Stoß- oder Schlagbelastungen.
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Durch die variable Positionierbarkeit der nur in axialen Teilbereichen angeordneten Faserlagen (d. h. der zweiten, dritten, fünften und sechsten Faserlage) ist es möglich, die Biegesteifigkeit und insbesondere die Biegelinie des Golfschlägerschaftes zu verändern. Für jeden Golfspieler kann durch die Wahl der axialen Position der Faserlagen, zum Beispiel um den sogenannten Flexpunkt gezielt festzulegen, ein individuell optimaler Schaft konfektioniert werden.
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Aufgrund der Faserlagen aus aluminiumbeschichteten Glasfasern besitzt der erfindungsgemäße Golfschlägerschaft zudem eine hohe Dämpfung, sodass der Golfspieler eine kurze, prägnante Rückmeldung nach dem Abschlag des Golfballs erhält.
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Im Weiteren wird auf spezifische Ausgestaltungen der Erfindung eingegangen.
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In einer Ausführungsform sind die Carbonfasern der zweiten Faserlage rechtsgängig und die der fünften Faserlage linksgängig gewickelt. Durch die gegenläufige Orientierung der Fasern ist ein hoher Widerstand des Golfschlägerschaftes gegen Verwindung in beide Drehrichtungen gewährleistet. Bei Kombination der Wickelrichtungen mit den bevorzugten Axialausdehnungen der zweiten und fünften Faserlage am Golfschlägerschaft, d. h. für die zweite Faserlage 70 % bis 90 % der Schaftlänge und für die fünfte Faserlage 40 % bis 60 % der Schaftlänge, ist die Torsionssteifigkeit des Golfschlägerschaftes gezielt unsymmetrisch für die entgegengesetzten Drehrichtungen eingestellt.
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Beim Schwung des Golfschlägers vor dem Abschlag treten Torsions- und Biegeschwingungen im Schaft auf. Der Auftreffpunkt am Golfschlägerkopf unterliegt infolgedessen geringfügigen, nicht kontrollierbaren Schwankungen. Starke Schwingungen führen dazu, dass der Golfball nicht optimal am Schlägerkopf (am Sweet Spot) getroffen wird.
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Für den Golfschlägerschaft sind in der Ausführungsform mit den bevorzugten Faserlagenlängen und der entgegengesetzten Wickelung der Carbonfasern der zweiten und fünften Faserlage die beim Schwung des Golfschlägers auftretenden Torsions- und Biegeschwingungen so abgestimmt, dass geringstmögliche Schwingungen mit einer Schwingungsrichtung in der Ebene der Schwungrichtung des Schlägers auftreten. Dies gewährleistet einen präzisen Abschlag beim Spiel mit dem Golfschlägerschaft.
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Alternativ können die Carbonfasern der zweiten Faserlage linksgängig und die der fünften Faserlage rechtsgängig gewickelt sein..
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Die Faserorientierungswinkel betragen bezüglich der Schaftachse vorzugsweise 45° bis 50° in der zweiten Faserlage und 30° bis 35° in der fünften Faserlage. Diese Faserorientierungswinkel haben sich als besonders geeignet herausgestellt, um eine höchstmögliche Torsionssteifigkeit in Kombination mit einem vorteilhaften Schwingungsverhalten des Golfschlägers im Abschwung bzw. beim Abschlagen zu erreichen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Faserlage in einer Ausdehnung von 5 % bis 10 % der Schaftlänge über die schlägerkopfseitige axiale Endposition der dritten Faserlage und/oder die fünfte Faserlage in einer Ausdehnung von 5 % bis 20 % über die schlägerkopfseitige axiale Endposition der sechsten Faserlage hinausreichen. In den Endbereichen der zweiten und fünften Faserlage ohne Überlappung durch die dritte und sechste Faserlage erfolgt die Einleitung von Torsionskräften in die gewickelten Carbonfasern ohne die ausgleichende Wirkung der Faserlagen aus aluminiumbeschichteten Glasfasern. Die Torsionssteifigkeit des Golfschlägerschaftes erhöht sich gegenüber einer Ausführung bei vollständiger Überdeckung der gewickelten Carbonfaserlagen mit den aluminiumbeschichteten Glasfasern. Gleichzeitig bleibt die – insbesondere bei Biegebeanspruchung wirksame – Ausgleichsfunktion der Faserlagen aus aluminiumbeschichteten Glasfasern erhalten.
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Ferner kann der Golfschlägerschaft eine achte Faserlage aufweisen, die die siebente Faserlage entlang der gesamten Schaftlänge vollumfänglich umschließt. Diese kann zum Beispiel axial abwechselnd aus Faserlagenteilbereichen aus verwebten, aluminiumbeschichteten Glasfasern und verwebten Carbonfasern bestehen. Die achte Faserlage ist bevorzugt die abschließende Faserlage am Schaftumfang. Durch diese sind die Fasern der innenliegenden Faserlagen – insbesondere der siebenten Faserlage – vor äußeren Einwirkungen, wie zum Beispiel Schlägen oder Stößen, geschützt. Außerdem dient die achte Faserlage der Schaffung eines ästhetisch ansprechenden Erscheinungsbildes.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
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1: den Golfschlägerschaft im Längsschnitt,
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2: den Golfschlägerschaft im Querschnitt A-A gemäß 1, und
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3: den Golfschlägerschaft im Querschnitt B-B gemäß 1.
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Der rohrförmige Golfschlägerschaft aus Faserverbundwerkstoff mit dem Schlägerkopfendbereich 1 (Tip) und dem Griffendbereich 2 (Butt) gemäß 1 ist unmaßstäblich mit vergrößerten Querabmessungen abgebildet. Er weist eine nicht dargestellte konische Verjüngung vom Griffendbereich 2 hin zum Schlägerkopfendbereich 1 mit einem Konuswinkel von 4° auf.
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Die erste 3.1, vierte 3.2 und siebente 3.3 Faserlage sind über die gesamte Schaftlänge ausgebildet und bestehen aus axial ausgerichteten Carbonfasern.
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Die zweite Faserlage 4.1 aus Carbonfasern erstreckt sich über einen Bereich von 86 % der Schaftlänge. Die Carbonfasern sind in Faserbündeln rechtsgängig mit einem Faserorientierungswinkel von 47° zur Schaftachse um die erste Faserlage 3.1 gewickelt.
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Die dritte Faserlage 6.1 besitzt eine axiale Ausdehnung von 75 % der Schaftlänge und überlappt die zweite Faserlage 4.2 axial über 72 % der Schaftlänge. Die aluminiumbeschichteten Glasfasern der dritten Faserlage 6.1 sind mit Köperbindung verwebt und senkrecht (Kette) bzw. parallel (Schuss) zur Schaftachse ausgerichtet.
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Die fünfte Faserlage 4.2 aus Carbonfasern erstreckt sich über einen Bereich von 51 % der Schaftlänge. Die Carbonfasern sind in Faserbündeln linksgängig mit einem Faserorientierungswinkel von 32° zur Schaftachse um die vierte Faserlage 3.2 gewickelt.
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Die sechste Faserlage 6.2 besitzt eine axiale Ausdehnung von 48 % der Schaftlänge und überlappt die fünfte Faserlage 4.2 axial über 45 % der Schaftlänge. Die aluminiumbeschichteten Glasfasern der sechsten Faserlage 6.2 sind mit Köperbindung verwebt, wobei die Fasern senkrecht (Kette) bzw. parallel (Schuss) zur Schaftachse ausgerichtet sind.
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Die achte Faserlage 5.1, 6.3 dehnt sich über die gesamte Schaftlänge aus und weist auf der Schaftachse ausgehend vom schlägerkopfseitigen Schaftende Faserlagenteilbereiche 5.1 mit verwebten, aluminiumbeschichteten Glasfasern in axialer Position von 0 % bis 20 % sowie von 40 % bis 60 % und Faserlagenteilbereiche 6.3 mit verwebten Carbonfasern in axialer Position von 20 % bis 40 % sowie von 60 % bis 100 % auf.
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2 zeigt die Schnittebene A-A, die in dem axialen Teilbereich angeordnet ist, der alle acht konzentrischen Faserlagen aufweist; die Ebene B-B schneidet einen Bereich des Schaftes in dem lediglich sechs der der acht Faserlagen ausgebildet sind (3).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlägerkopfendbereich, Tip
- 2
- Griffendbereich, Butt
- 3.1
- erste Faserlage aus axial ausgerichteten Carbonfasern
- 3.2
- vierte Faserlage aus axial ausgerichteten Carbonfasern
- 3.3
- siebente Faserlage aus axial ausgerichteten Carbonfasern
- 4.1
- zweite Faserlage aus gewickelten Carbonfasern
- 4.2
- fünfte Faserlage aus gewickelten Carbonfasern
- 5.1
- achte Faserlage / Faserlagenteilbereich aus verwebten Carbonfasern
- 6.1
- dritte Faserlage aus verwebten, aluminiumbeschichteten Glasfasern
- 6.2
- sechste Faserlage aus verwebten, aluminiumbeschichteten Glasfasern
- 6.3
- achte Faserlage / Faserlagenteilbereich aus verwebten, aluminiumbeschichteten Glasfasern
