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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ball mit einer diskontinuierlichen Balloberflächenschicht, die durch beabstandete elastische Träger gebildet ist, wobei die Träger um einen Ballmittelpunkt gekrümmt sind und Enden haben, die in über die diskontinuierliche Balloberflächenschicht verteilten Knotenpunkten verbunden sind.
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HINTERGRUND
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Bälle, die zum Spielen, im Sport und in der Freizeit verwendet werden, können unterschiedliche gewünschte Eigenschaften haben, wie beispielsweise
- • gute Rückprallfähigkeit, auch von nachgiebigen, nicht harten Oberflächen,
- • vorhersagbare Rückpralleigenschaften,
- • minimiertes Risiko von Personen- und Sachschäden während der Verwendung,
- • einfache Herstellung,
- • Möglichkeit kompakter Lieferung in Teilen.
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Der Tischtennisball, der eine steife, aber dennoch elastische Oberflächenschicht hat, erfüllt die meisten der obigen gewünschten Eigenschaften in einem wesentlichen Maße. Es fehlen jedoch die guten Rückprallfähigkeiten von weichen und nachgiebigen Oberflächen.
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Der Grund für das Fehlen der Rückprallfähigkeiten von weichen und nachgiebigen Oberflächen ist, dass die sphärische Balloberflächenschicht oder -schale ihrerseits eine strukturell sehr steife Geometrie darstellt. Auch ist das Material der elastischen Schale, Zelluloid oder ein anderes Plastik mit ähnlichen Eigenschaften, kein Elastomer, sondern stattdessen ziemlich steif. Mit Bällen, die eine steife Oberflächenschicht aufweisen, kann ein Rückpralleffekt nur von nicht nachgebenden, ziemlich steifen Oberflächen erzielt werden.
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Es existieren Bälle mit einer diskontinuierlichen Balloberflächenschicht, wobei Löcher auf der diskontinuierlichen Balloberfläche verteilt sind. Diese Art der Ballgestaltung kann durch die Produzierbarkeit oder andere Gründe bedingt sein, wie im Folgenden veranschaulicht wird:
- • Wenn nicht homogen verteilt über die Balloberfläche, kann Material und Gewicht eingespart werden.
- • Beim Spielen kann der Ball mit einem Finger in einem der Löcher aufgenommen oder gefangen werden.
- • Der Luftwiderstand ist beeinträchtigt.
- • Der Aussehen ist geändert.
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Ein Beispiel für einen Ball mit Durchbruchslöchern ist der Floorball-Ball, der aus einer sphärischen Balloberflächenschicht besteht, die mit einer Anzahl von über die Balloberfläche verteilter Löcher versehen ist.
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Verwobene Bälle stellen eine weitere Gruppe von Bällen mit einer durchbrochenen Oberflächenschicht dar. Der sogenannte Tak Raw Ball ist ein geflochtener Ball, der ursprünglich aus Naturfasern hergestellt wurde und heute häufig aus Plastik gefertigt wird. Ein Beispiel für ein modernes Design ist offenbart in
US-Patent 5 566 937 . Weitere Beispiele für verwobene Bälle sind gezeigt in
US-Patent 6 568 982 B2 und
5 224 959 .
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Eine weitere Gruppe von Bällen ist konstruiert aus einer Anzahl von Schleifen, wobei jede der Schleifen ein Loch umläuft. Die Schleifen sind miteinander verbunden entlang ihres jeweiligen Umfangs über einer sphärischen Oberfläche und bilden gemeinsam einen Ball. Ein Beispiel ist offenbart in
US-Patent 6 729 984 B2 . Dieser Ball wird unter der Marke O-ball
® verkauft.
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Eine weitere Variante eines Balls mit einer ähnlichen Struktur ist in der US-Patentanmeldung 20080090486 offenbart, bei der Schleifensegmente sich über zwei einander gegenüberliegende Enden des Balls erstrecken.
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US-Patent 3 889 950 beschreibt einen Ball der oben genannten Art, bei dem flexible Streifen sich entlang einer sphärischen Oberfläche erstrecken und miteinander in Verbindungspunkten verbunden sind, wobei die Verbindungspunkte gleichmäßig über die Oberfläche des Balls verteilt sind. Die sich hieraus ergebende diskontinuierliche Oberfläche weist offene Löcher zwischen den flexiblen Streifen auf. Die Ansprüche des US-Patents 3 889 950 definieren eine Geometrie, bei der die Streifen auf eine Weise angeordnet sind, die eine steife Balloberfläche ergibt. Auch definiert das
US-Patent 3 889 950 den Ball derart, dass ein gewünschter wesentlicher Abstand zwischen den Streifen aufrechterhalten wird, um einen geringen Luftwiderstand zu erzielen. Aufgrund der großen Öffnungen zwischen den Streifen impliziert ein Design gemäß dem
US-Patent 3 889 950 automatisch einen Ball mit einem nicht vorhersagbaren Rückprall.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Ball der eingangs beschriebenen Art weiterzuentwickeln. Ein Ball gemäß der Erfindung sollte hauptsächlich aus einer diskontinuierlichen, im Wesentlichen sphärischen, elastischen Oberflächenschicht bestehen, wobei die Oberflächenschicht diskontinuierlich ist, indem sie aus Trägern gebildet ist, welche Löcher oder Schlitze zwischen den Trägern definieren. Wichtig ist jedoch, dass die Balloberflächenschicht eine ausgeprägte Elastizität bezüglich ihrer radialen Nachgiebigkeit aufweist, wodurch der Ball nicht nur von festen Oberflächen, sondern auch von nachgiebigeren, nicht festen Oberflächen abprallt. Es ist wünschenswert, dass andere wichtige Balleigenschaften aufrechterhalten werden, insbesondere dass der Rückprall vorhersagbar ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Ball zu schaffen, der ein geringeres Risiko und Schadenspotenzial für Menschen und Gegenstände darstellt, indem er eine nachgiebig elastische Balloberfläche aufweist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Ball zu schaffen, der aus Modulen zusammengesetzt werden kann, wodurch die Herstellung und der Transport vereinfacht wird.
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Ein weiteres Ziel der modularen Konfiguration ist, dass der Ball dem Kunden in Einzelteilen geliefert werden kann und dass der Ball vor der Verwendung von dem Kunden zusammengesetzt werden kann, was in einer Kombination praktischer Aspekte und unterhaltsamer Puzzeltätigkeit resultiert.
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Die oben genannten Ziele werden durch die Merkmale der angehängten Ansprüche erreicht.
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Entsprechend einem Aspekt der Erfindung sind bei einem Ball der anfangs definierten Kategorie die Träger auch gekrümmt, um eine laterale Auslenkung der Träger in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zwischen entgegengesetzten Trägerenden zu erzielen, um dem Ball eine nachgiebige radiale Elastizität zu verleihen.
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Die diskontinuierliche Balloberflächenschicht ist gebildet durch die Träger und Löcher oder Schlitze, welche dazwischen definiert sind. Folglich sind die Träger in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht angeordnet und erstrecken sich entlang dieser. Unter der Formulierung, dass ”die Träger auch gekrümmt sind, um eine laterale Auslenkung der Träger in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zu erzielen”, soll verstanden werden, dass jeder Träger nicht entlang einer geodätischen Kurve, auch bekannt als Orthodrome, zwischen beiden Enden des Trägers entlang der generell sphärischen Kurve entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht verläuft, sondern dass er stattdessen seitwärts, d. h. lateral, auslenkende Kurven in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht ausbildet.
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Folglich umfasst ein Ball gemäß der Erfindung eine im Wesentlichen sphärische, diskontinuierliche Balloberflächenschicht, die aus um den Ballmittelpunkt gekrümmten Trägern besteht, wobei die Träger auch merklich gekrümmt sind in eine deutliche laterale Auslenkung entlang ihrer Verlaufslänge in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zwischen ihren beiden Endpunkten, und umfasst außerdem ziemlich enge Durchbruchsschlitze, die zwischen den Trägern liegen. Da die Träger gekrümmt und voneinander beabstandet sind, definieren benachbarte Träger zwischen sich solche Schlitze, die in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gekrümmt sind.
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Die Formulierung ”sphärische Fläche” soll hier verstanden werden als der geometrische Ort aller Punkte auf einer Oberfläche mit einem gegebenen Radius R.
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Jeder Träger ist an seinem einen Ende, oder in dessen Umgebung, verbunden mit dem einen Ende von mindestens zwei weiteren Trägern, um einen Knotenpunkt zu formen. Einige der Träger, welche an ihrem einen Ende in diesem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sind, erstrecken sich von diesem Knotenpunkt und treffen mit ihrem zweiten Ende in anderen und separaten Knotenpunkten auf, und es existiert eine Anzahl von Knotenpunkten, die im Wesentlichen gleichmäßig entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht verteilt sind.
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Die Verbindung von Trägerenden in Knotenpunkten kann starr ausgestaltet sein, so dass keine Relativbewegung zwischen den Trägerenden stattfinden kann. Sie kann aber auch so ausgestaltet werden, dass eine relative Drehbewegung zwischen den Trägerenden stattfinden kann.
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Falls der Träger in der im Wesentlichen sphärischen diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zwischen seinen beiden Enden entlang des kürzesten Abstands gezogen worden wäre und auf diese Weise der sogenannten geodätische Linie folgen würde, wäre die diskontinuierliche Balloberflächenschicht des Ball steif und nicht nachgebend elastisch in der radialen Richtung des Balls.
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Ein Ball gemäß der Erfindung ist jedoch durch die Anordnung charakterisiert, dass die Träger, welche die diskontinuierliche Balloberflächenschicht bilden, sich nicht entlang der kürzesten Entfernung entlang der im Wesentlichen sphärischen diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zwischen den Trägerenden erstrecken, sondern sich stattdessen lateral gekrümmt in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht in einer deutlich antigeodätischen Weise entlang ihrer Länge erstrecken.
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Durch diese Anordnung wird der notwendige geometrische Freiheitsgrad erreicht, der es erlaubt, dass die elastischen, aber vergleichsweise steifen Eigenschaften der Träger sich in eine gewünschte nachgiebig elastische Deformation der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht in Folge einer externen kompressiven mechanischen Belastung transformieren. Dieser gewünschte Effekt kann sogar dann erzielt werden, wenn das ausgewählte Trägermaterial eine eher große Steifheit besitzt, wie durch das E-Modul des verwendeten Materials definiert.
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Ein Grund für die Verwendung eines eher steifen Materials in den elastischen Trägern ist, dass die Eigenschaften solcher Materialien, welche für Federanwendungen dadurch wünschenswert sind, dass sie mit kleiner innerer Dämpfung federnd sind, in der vorliegenden Anwendung ein Potenzial für gute Rückprallfähigkeiten implizieren.
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Beispiele für geeignete Materialien sind verschiedene Kunststoffmaterialien, nicht angefüllt oder angefüllt mit Glas, Kohlenstoff oder anderen faserförmigen Füllmaterialien.
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Andere geeignete Materialien sind verschiedene Metalle, zum Beispiel metallische Federmaterialien. Andere geeignete Materialien können Holz oder Glas sein.
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Die diskontinuierliche Balloberflächenschicht eines Balls gemäß der Erfindung kann entlang seiner diskontinuierlichen Oberfläche aus alternierenden elastischen Trägern und Durchbruchsschlitzen bestehen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung hat der Durchbruchsschlitz eine solche ausgedehnte Form, dass, wenn man die gesamte diskontinuierliche Oberfläche des Balls betrachtet, die Summe aller Schlitzflächen dividiert durch die Summe der Quadrate aller Schlitzlängen kleiner ist als 0,25, strenger definiert als Σ (aller Schlitzflächen)/Σ (aller Schlitzlängen2) < 0,25, wodurch erzielt wird, dass der den Träger separierende Schlitz nicht zu breit ist. Weil ein Ball gemäß der Erfindung eine diskontinuierliche Balloberfläche aufweist, könnte ein übermäßig weiter Schlitz ein ungewolltes Risiko eines unvorhersagbaren Rückpralls implizieren.
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In einer Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich benachbarte Träger von einem gemeinsamen Knotenpunkt und sind lateral und gegenseitig einheitlich in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht umgelenkt. Diese Anordnung ermöglicht ein sich wiederholendes Muster mit einem relativ gleichmäßigen Rückprallverhalten des Balls für verschiedene Kontaktpunkte zwischen der Oberfläche, gegen die der Ball prallt, entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ändert jeder Träger seine Richtung lateraler Krümmung ausgehend von einem Knotenpunkt. Es ist nicht ausgeschlossen, dass die Träger für einen Teil ihrer Länge die Geometrie eines Großkreises entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht folgen.
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In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist der Träger lateral gekrümmt, so dass er sich in einer spiralförmigen Form von einem oder beiden seiner Knotenpunkte in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht erstreckt, was die Möglichkeit einschließt, dass der Träger eine S-Form annimmt.
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Dadurch, dass diese Ausführungsformen sich wiederholende und teilweise spiralförmige laterale Krümmungen aufweisen, werden einige Vorteile erzielt, wie im Folgenden beschrieben wird.
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Die Breite des trägertrennenden Schlitzes kann so kontrolliert werden, dass sie geeignet und ausreichend eng ist, so dass das Risiko eines unvorhersagbaren Rückpralls aufgrund einer übermäßigen Diskontinuität der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht minimiert werden kann.
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Dieser kontinuierliche, sich langsam ändernde Krümmungsradius verhindert sich kurzzeitig ändernde Rückpralleigenschaften entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht. Die Spiralform ermöglicht es außerdem, das lokale Trägerabdeckungsverhältnis – das Verhältnis zwischen der Fläche der Träger als Teil der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht und der Fläche der diskontinuierlichen Oberfläche einschließlich auch der Schlitze, beide betrachtet innerhalb derselben gewählten begrenzten Fläche in der Umgebung eines gewählten Punktes auf der diskontinuierlichen Balloberfläche – relativ gleichmäßig zu halten, unabhängig von der gewählten Position entlang der Oberfläche des Balls, wodurch auch die kontinuierliche Variation der Elastizität entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht begrenzt werden kann.
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Das Risiko eines unvorhersagbaren Rückprallverhaltens ist auch reduziert, indem diese kontinuierliche Variation der Elastizität in Grenzen gehalten wird.
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Ein Ball gemäß der Erfindung kann eine bemerkenswerte radiale Elastizität bezüglich der Nachgiebigkeit aufweisen, selbst wenn das Material des Trägers selbst ziemlich steif ist. Bei einem gegebenen E-Modul des Materials des Trägers hängt die resultierende Elastizität bezüglich der Nachgiebigkeit von dem Ausmaß der lateralen Krümmung des Trägers ab. Gemäß der Erfindung ist der Träger lateral gekrümmt entlang der diskontinuierlichen Balloberfläche. Dies bedeutet, dass der Träger entlang seiner Länge von einem Knotenpunkt zu dem zweiten Knotenpunkt seine Richtung ändert. Die maximale sich ausbildende laterale Richtungsänderung zwischen zwei gewählten Punkten entlang der Balloberfläche ist ein Maß für das Ausmaß der lateralen Krümmung des Trägers.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die maximale sich ausbildende laterale Richtungsänderung zwischen zwei gewählten Punkten entlang der Balloberfläche ein geometrischer Winkel, der größer als 60 Grad ist, um die gewünschte ausreichende radiale Elastizität bezüglich der Nachgiebigkeit der Balloberfläche zu erzielen.
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Um eine vergrößerte Elastizität bezüglich der radialen Nachgiebigkeit der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zu erhalten, ist die maximale sich ausbildende laterale Richtungsänderung des Trägers vergrößert. Wenn die Träger des Balls aus einem Material mit einem größeren E-Modul (steiferes Material) gefertigt sind im Vergleich zu einem Referenzball, wobei jedoch beide Bälle einen ähnlichen Grad an Elastizität bezüglich der radialen Nachgiebigkeit aufweisen sollten, sollte der Ball mit dem steiferen Trägermaterial eine größere maximale sich entwickelnde laterale Richtungsänderung aufweisen als der Referenzball, falls die anderen geometrischen Eigenschaften beibehalten werden.
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Die beabstandeten Träger erzeugen Öffnungen in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht in der Form von Schlitzen, welche benachbarte Träger entlang ihrer Länge voneinander trennen. Die Existenz dieser Schlitze ist eine Konsequenz der Tatsache, dass die diskontinuierliche Balloberflächenschicht aus lateral gekrümmten Trägern aufgebaut ist. Wäre dies nicht der Fall und wäre anstelle dessen die Balloberfläche mehr oder weniger kontinuierlich, dann wären die resultierenden erfinderischen Eigenschaften durch die Verwendung von Trägerelementen, und die gewünschte Funktionalität gemäß der Erfindung hätte nicht erzielt werden können. Der trägertrennende Schlitz hat auch die Funktion einer Verringerung der rückprallreduzierenden mechanischen Reibung zwischen den Trägern.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der trägertrennende Schlitz teilweise oder vollständig ausgefüllt mit einem Material, welches wesentlich flexibler und verformbarer ist als das Material des Trägers, beispielsweise ein weicher und nachgiebiger Schaum. Mit einer solchen Anordnung kann eine Glättung der Diskontinuität der Balloberfläche erreicht werden, mit möglichen Zugewinnen bei der Leistung des Balls.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung enthält eine radial wellenartige Form der Träger entlang ihrer Länge zwischen ihren Knotenpunkten, welche der Krümmung der Träger um den Ballmittelpunkt überlagert ist, über die diskontinuierliche Balloberflächenschicht hinweg. Mit einer solchen Anordnung kann eine Abstimmung der Elastizität der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht bezüglich ihrer radialen Nachgiebigkeit selbst dann erzielt werden, wenn andere geometrische Dimensionen unverändert sind.
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Der Ball kann als ein einziges Teil hergestellt werden. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, eine sphärische Schale herzustellen, aus der Schlitze herausgeschnitten werden.
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Beispielsweise aufgrund der Produzierbarkeit kann es vorteilhaft sein, die Trägerstruktur des Balls in separate Teile zu unterteilen. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Teil der Träger, welche den Ball bilden, an ihrem einen Ende miteinander verbunden, wodurch ein modulares Federelement gebildet wird, welches aus einer Anzahl von Trägern einschließlich ihres gemeinsamen Knotenpunktes besteht. Das modulare Federelement wird im Folgenden als ”Federelement” bezeichnet.
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An ihrem anderen Ende können die Träger mit den Enden von anderen Trägern verbunden werden, welche wiederum zu anderen Federelementen gehören. Dieser Prozess kann für alle nicht verbundenen Trägerenden wiederholt werden, um einen vollständigen und gebrauchsfertigen Ball herzustellen.
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In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Trägerstruktur in separate Träger oder Teile von Trägern aufgeteilt. Die separaten Träger oder Teile von Trägern werden an ihren Enden verbunden, um einen vollständigen und gebrauchsfertigen Ball zu bilden.
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In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist das Muster von Knotenpunkten auf der Oberfläche des Balls, und gegebenenfalls auch das Muster von Verbindungspunkten, an denen Träger geteilt sind, gebildet, indem charakteristische geometrische Merkmale eines umschriebenen imaginären Polyeders radial auf die Oberfläche des Balls projiziert wird. Beispiele für geometrisch charakteristische Merkmale sind die Ecken und die Mittelpunkte der Polygone, welche die Seiten des umschriebenen imaginären Polyeders darstellen.
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Ein Polyeder des als platonischer Körper bezeichneten Typs besteht aus regulären Polygonen, die alle identisch sind, ein Polyeder des als archimedischer Körper bezeichneten Typs besteht aus zwei oder mehr Typen regulärer Polygone.
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Um das Muster von Knotenpunkten, welches auf der diskontinuierlichen Oberfläche des zu bildenden Balls gefunden werden soll, zu erzeugen, können die folgenden oder andere Polyeder verwendet werden: Dodekaeder, Ikosaeder, Ikosaederstumpf, Ikosidodekaeder, Kuboktaeder und Rhombenkuboktaeder.
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In verschiedenen Ausführungen der Erfindung ist die diskontinuierliche Balloberflächenschicht teilweise oder vollständig mit einer Schicht, einer Beschichtung oder einer Abdeckung versehen, wodurch erzielt werden kann, dass der initiale dynamische Kontakt zwischen dem Ball und der Oberfläche, gegen die der Ball prallt, weicher ist, wodurch die Abpralleigenschaften des Balls beeinflusst werden können.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen innerhalb der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht teilweise mit einer Art von Körper gefüllt, um die maximale radiale Kompression des Balls zu limitieren. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Ball bricht, wenn beispielsweise versehentlich auf ihn getreten wird.
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Der Querschnitt des elastischen Trägers, welcher die diskontinuierliche Balloberfläche bildet, kann verschiedene Formen haben, und die Form kann sich entlang des Trägers zwischen seinen entgegengesetzten Enden auch ändern.
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In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Träger aus einem Draht mit einem kreisförmigen oder einem anderen Querschnitt.
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Andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Ansicht einer Ausführungsform eines Balls gemäß der Erfindung. Die innere Oberfläche der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht ist teilweise sichtbar durch die Außenseite der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht. Um die Wahrnehmung zu verbessern, ist die innere Oberfläche mit einem kennzeichnenden Muster versehen.
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2 ist eine weitere Ansicht der gleichen Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Federelement aus seiner normalerweise befestigten Position gelöst ist, um zu verdeutlichen, wie die Federelemente einschließlich der Verbindungselemente zusammengebaut sind und in dem Ball zusammenwirken. Um die Wahrnehmung zu verbessern, ist der Großteil der Teile auf der Rückseite des Balls, welcher in Wirklichkeit durch die diskontinuierliche Balloberflächenschicht teilweise sichtbar wäre, nicht gezeigt.
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3 zeigt zwei Federelemente, die als Teil eines Balls zusammengebaut sind, gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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4, 5, 6 und 7 zeigen diagrammatisch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Der besseren Klarheit halber sind nur die Umrisse solcher Teile gezeigt, welche dem Betrachter zugewandt sind.
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8 zeigt einen Schnitt durch einen Träger, der Teil eines einzelnen Federelements ist, welches getrennt vom Ball betrachtet wird.
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9A und 9B zeigen den oben genannten aufgeteilten Träger in zwei verschiedenen Ausführungsformen.
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10 zeigt, wie ein imaginäres Polyeder, in diesem Fall ein Dodekaeder, welches durch die diskontinuierliche Balloberflächenschicht umschrieben wird, verwendet werden kann, um ein Muster von Knotenpunkten auf der diskontinuierlichen Oberfläche des Balls zu erzeugen.
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11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Federelement durch einen einzelnen Träger gebildet wird, welches zusammen mit ähnlichen Federelementen und Verbindungselementen zu einem Ball gemäß der Erfindung zusammengebaut werden kann.
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In allen Zeichnungen haben Elemente mit ähnlicher oder gleicher Funktion durchweg das gleiche Bezugszeichen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1–3 zeigen eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung, welche aus zwölf identischen Federelementen 14 und zwanzig identischen Verbindungselementen 32 besteht, welche zusammen eine im Wesentlichen sphärische, diskontinuierliche Balloberflächenschicht 12 bilden, woraus ein vollständiger, radial nachgebend elastischer Ball 10 resultiert.
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Wie in 2 deutlich gezeigt ist, ist das Federelement 14 aus fünf identischen Trägern 18 zusammengesetzt, welche an ihrem einen Ende 20 in einem zentralen Bereich 22 verbunden sind, und fällt der Mittelpunkt 24 mit einem Knotenpunkt 26 zusammen.
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Angeordnet in der im Wesentlichen sphärischen Ebene der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht 12, gehört jeder Träger 18 zu einer Gruppe von fünf Trägern 18 und erstreckt sich lateral gekrümmt in einer spiralförmigen Form 28 von dem gemeinsamen Knotenpunkt 26 an dem einen Ende 20.
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Die fünf Träger 18 des Federelements 14 erstrecken sich in der spiralförmigen Form 28 aus dem verbindenden zentralen Bereich 22 so heraus, dass jeder Träger 18 an einem entgegengesetzten zweiten Ende 30 an einem Verbindungselement 32 anbindet und mit diesem verbunden oder an diesem befestigt ist. Ein Zentrum 34 des Verbindungselements 32 fällt mit einem weiteren Knotenpunkt 26' zusammen. Drei Federelemente 14 sind in jedem Verbindungselement 32 verbunden.
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Benachbarte Träger 18 sind derart voneinander beabstandet, dass zwischen ihnen relativ schmale gekrümmte Schlitze 36 definiert sind.
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Insgesamt wird durch die spiralförmige Form 28 der Träger 18 und die relativ engen gekrümmten Schlitze 36 zwischen jenen ein rückprallförderndes und relativ gleichmäßiges Abdeckungsverhältnis der Träger entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht 12 erzielt.
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Mit Verweis auch auf 10 sind die Anzahl und die Anordnung der Knotenpunkte 26 und 26' dieser Konfiguration des Balls 10 gemäß dieser exemplarischen Ausführungsform der Erfindung dadurch gebildet und gemustert, dass die Ecken 66 eines imaginären Dodekaeders 72 und die geometrischen Schwerpunkte der regulären Pentagone 74, welche das imaginäre Dodekaeder 72, das von dem Ball 10 umschrieben ist, bilden, radial auf die sphärische diskontinuierliche Balloberflächenschicht 12 projiziert werden, wodurch eine Gesamtheit von zweiunddreißig Knotenpunkten 26, 26' relativ gleichmäßig entlang der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht positioniert und verteilt wird, wobei außerdem eine zugehörige rückprallfördernde Gleichmäßigkeit des Abprallverhaltens unabhängig von der Höhe des Balls 10 erreicht wird.
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Der Träger 18, als Teil des Balls 10 gemäß dieser exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, erstreckt sich von einem Knotenpunkt 26 derart, dass an einem definierten Punkt 38 entlang seiner Länge er seine Richtung der lateralen Krümmung ändert und auf diese Weise eine S-artige Form 40 zwischen seinen beiden Enden 20, 30 annimmt. Diese Form 40 des Trägers 18 schafft günstige Bedingungen, um eine nachgebend elastische Verformung der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht 12 zu erzielen und das Abprallverhalten des Balls 10 zu fördern.
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Natürlich kann der Träger alternativ in nur eine Richtung lateral spiralförmig gekrümmt gezogen sein, wobei der Träger diese Spiralform beim Zulaufen auf den Knotenpunkt an einem Trägerende aufweist, wohingegen der Träger zu dem anderen Knotenpunkt hin im Wesentlichen frei von lateraler Krümmung ist (diese Ausführungsform ist hier nicht gezeigt).
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In diesem gezeigten erläuternden Beispiel der Erfindung ist jeder Träger 18 an seinem zweiten Ende 30 radial nach innen abgebogen und verlängert und geformt, sich mit dem Verbindungselement 32 zu verbinden, wobei die Verbindung erfolgt, indem die nach innen zeigende Verlängerung des zweiten Endes 30 des Trägers 18 nach innen in das Verbindungselement 32 geschoben wird. Dieses Verfahren wird für das zweite Ende 30 von den Trägern 18 wiederholt, wodurch der Ball 10 fertiggestellt ist.
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Wie durch die Zeichnungen und die Beschreibungen ersichtlich gemacht wird, ermöglicht diese Ausführungsform der Erfindung die Herstellung des Balls 10 gemäß der Erfindung in separaten Teilen, welche zusammengebaut werden können, um den vollständigen Ball 10 zu bilden, wenn es zweckdienlich ist.
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3 zeigt im Detail zwei nebeneinander ankoppelnde Federelemente 14, die miteinander mittels zweier Verbindungselemente 32 verbunden sind. Die Trägermittellinie 42, deren Länge der Länge des gekrümmten Trägers selbst gleicht, erstreckt sich zwischen dem ersten Ende 20 und dem zweiten Ende 30 des Trägers 18. Die entsprechende, aber wesentlich kürzere geodätische Linie oder Orthodrome 44 ist in 3, 4 und 11 näherungsweise eingezeichnet.
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Die laterale Auslenkung des Trägers 18 in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zwischen seinen beiden Enden 20 und 30 ist durch die Abweichung d von der geodätischen Linie 44 gezeigt.
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Die maximale sich entwickelnde laterale Richtungsänderung zwischen zwei gewählten Punkten entlang der diskontinuierlichen Balloberfläche ist durch die Summe der Winkel (α1 + α2) bestimmt, wie in 3 gezeigt ist.
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Die Länge 46 der Mittellinie des Durchbruchschlitzes 36, die Fläche 48 des Durchbruchschlitzes 36, definiert durch die geschlossene gestrichelte Grenzlinie 50 sowie die Schlitzbreite 52 und die Trägerbreite 54, sind alle in 3 gezeigt.
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4 zeigt diagrammatisch eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
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Wie gezeigt, besteht der Ball 10 aus zwölf identischen, fünf Träger aufweisende Federelementen 14, zwanzig identischen, sechs Trägern aufweisende Federelementen 14' und sechzig Verbindungelementen 32.
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Das Muster der Knotenpunkte 26, 26' wird durch einen umschriebenen imaginären Ikosaederstumpf (nicht gezeigt) erzeugt.
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Die Ecken und die geometrischen Schwerpunkte der regulären Pentagone und Hexagone, welche den imaginären durch den Ball 10 umschriebenen Ikosaederstumpf bilden, sind radial auf die im Wesentlichen sphärische diskontinuierliche Balloberflächenschicht 12 projiziert, wodurch die Positionen der Knotenpunkte 26, 26' definiert werden, wobei die Gesamtzahl der Knotenpunkte zweiundneunzig ist.
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In diesem erläuternden Beispiel, wie in 4 gezeigt, erstreckt sich jeder Träger 18 lateral spiralförmig gekrümmt von seinem Knotenpunkt 26 an seinem einen Trägerende ausgehend. In Richtung zum Knotenpunkt 26' an dem anderen Trägerende, welches mit dem Verbindungselement 32 zusammenfällt, ist der Träger 18 jedoch hauptsächlich frei von lateraler Krümmung.
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Die laterale Auslenkung des Trägers 18 zwischen seinen Enden in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht 12 ist durch die Abweichung d zwischen der Trägermittellinie 42 und der geodätischen Linie 44 zwischen den korrespondierenden Knotenpunkten 26, 26' gezeigt.
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Natürlich kann der Träger alternativ auch für diese Ausführungsform lateral in einer S-Form gekrümmt sein (hier nicht gezeigt).
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5–7 zeigen diagrammatisch drei verschiedene exemplarische Ausführungsformen der Erfindung, welche alle das gleiche Muster der Knotenpunkte aufweisen.
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Das Muster der Knotenpunkte wird von einem imaginären durch den Ball 10 umschriebenen Ikosidodekaeder (nicht gezeigt) erzeugt. Die geometrischen Schwerpunkte der zwölf regulären Pentagone, welche einen Teil des Ikosidodekaeders bilden, sind radial auf die im Wesentlichen sphärische diskontinuierliche Balloberflächenschicht 12 projiziert und definieren dadurch die Positionen der Knotenpunkte 26, wobei die Gesamtzahl der Knotenpunkte 26 zwölf ist.
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Jeder Träger 18 ist zu beiden seiner Enden hin lateral spiralförmig gekrümmt, wobei sich die Richtung der Krümmung in dem Mittelpunkt des Trägers ändert, wodurch sich eine S-Form bildet.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können Träger 18 umfassen, welche entlang ihrer Länge geteilt sind. 5 und 6 zeigen solche erläuternden Beispiele mit den korrespondierenden Verbindungspunkten 56 zum Verbinden der geteilten Träger 18. Ein Ball gemäß diesen Ausführungsformen besteht hauptsächlich aus zwölf identischen Federelementen, welche miteinander in den Verbindungspunkten 56 verbunden sind, wobei die Gesamtzahl dieser Verbindungspunkte 56 dreißig beträgt.
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Die Gesamtzahl von dreißig Ecken des Ikosidodekaeders sind auf die im Wesentlichen sphärische diskontinuierliche Balloberflächenschicht 12 radial projiziert, wodurch die Positionen der Verbindungspunkte 56 definiert werden.
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Das Verbinden der getrennten Trägerenden kann durch die Verwendung eines Verbindungselements 32 (gezeigt in 2–4) erreicht werden.
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6 zeigt ein erläuterndes Beispiel, in dem die laterale spiralförmige Krümmung des Trägers 18 in der Form angepasst ist, um eine fast konstante Breite des trägertrennenden durchschnittenen Schlitzes 36 über seine gesamte Länge zu ergeben.
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7 zeigt ein veranschaulichendes Beispiel, in dem der Träger 18 über einen Teil seiner Länge in zwei Zweige geteilt 58 ist.
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8 zeigt schematisch eine Ansicht eines Großteils eines aus einem Ball 10 gemäß der Erfindung herausgeschnittenen Federelements 14. Der gekennzeichnete Schnitt 2-2 ist entlang eines Teils der Länge von einem Träger 18 geschnitten.
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9A und 9B zeigen einen Schnitt 2-2, der in 8 gekennzeichnet ist, in zwei verschiedenen Ausführungsformen.
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In der in 9A gezeigten Ausführungsform ist der Träger 18 um den Ballmittelpunkt gekrümmt, wobei seine Mittellinie im Wesentlichen durchweg mit der im Wesentlichen sphärischen Ebene der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht zusammenfällt, wobei die genannte Ebene durch einen konstanten Radius R definiert ist.
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In der in 9B gezeigten Ausführungsform weist der Träger eine radial wellenförmige Krümmung 60 mit dem Radius R über der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht auf, welche über die Krümmung des Trägers um den Mittelpunkt des Balls überlagert ist.
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10 zeigt diagrammatisch, wie das Muster der Knotenpunkte 26, 26' erzeugt wird, wenn die geometrischen Schwerpunkte 64 und die Ecken 66 der Polygone 70, welche ein vom Ball umschriebenes Polyeder definieren, auf die im Wesentlichen sphärische Ebene der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht, dargestellt durch die Höhenlinie 78, in der Richtung radial nach außen projiziert werden, dargestellt durch die Radien 82. In diesem Beispiel ist ein Dodekaeder 72 als ein Repräsentant für ein allgemeines Polyeder gewählt worden.
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In den Schnittpunkten 76 mit der die diskontinuierliche Balloberflächenschicht darstellenden imaginären sphärischen Ebene 78 sind zylindrische Domänen 80 gezeigt. Alle Punkte innerhalb jedes dieser relativ kleinen Volumina sind in der Nähe des korrespondierenden tatsächlichen Schnittpunkts 76, und innerhalb dieser Volumina 80 werden die Knotenpunkte 26, 26' vorzugsweise positioniert.
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11 zeigt ein veranschaulichendes Beispiel eines separaten Federelements 14, das aus einem einzelnen Träger 18 gebildet ist, welches zusammen mit anderen ähnlichen oder identischen Trägern 18 an ihrem zugehörigen einen Ende 20 mittels eines Verbindungselements 32' verbunden werden kann, um ein aggregiertes Federelement zu bilden.
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Dieses aggregierte Federelement kann dann, wie zuvor beschrieben, zusammen mit anderen aggregierten Federelementen zu einem vollständigen Ball 10 zusammengebaut werden, indem das zweite Ende 30 von jedem Träger 18 mit einem ankoppelnden zweiten Trägerende eines anderen aggregierten Federelementes (nicht gezeigt) verbunden wird, und das Verbinden kann mittels Verbindungselementen 32 (nicht gezeigt) erfolgen.
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Dieser Prozess kann mit allen nicht verbundenen Trägerenden wiederholt werden, um einen vollständigen und gebrauchsfertigen Ball zu bilden.
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Die laterale Auslenkung des Trägers 18 zwischen seinen Enden in der diskontinuierlichen Balloberflächenschicht ist gezeigt durch die Abweichung d zwischen der Trägermittellinie 42 und der geodätischen Linie 44 zwischen korrespondierenden Knotenpunkten 26, 26'.
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Die vorangegangene detaillierte Beschreibung diente hauptsächlich der Klarheit des Verständnisses, und keine unnötigen Beschränkungen sollten hieraus abgeleitet werden. Modifikationen werden einem Fachmann beim Lesen dieser Offenbarung offensichtlich werden und können durchgeführt werden, ohne dabei von dem Grundgedanken der Erfindung oder dem Geltungsbereich der angefügten Ansprüche abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5566937 [0007]
- US 6568982 B2 [0007]
- US 5224959 [0007]
- US 6729984 B2 [0008]
- US 3889950 [0010, 0010, 0010]
