DE19729371A1

DE19729371A1 - Golfball mit Dimples eines elliptischen Querschnitts

Info

Publication number: DE19729371A1
Application number: DE19729371A
Authority: DE
Inventors: Robert T Thurman
Original assignee: Wilson Sporting Goods Co
Current assignee: Wilson Sporting Goods Co
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1998-02-05
Also published as: US5653648A; GB2315025A; GB9709890D0; JPH1057524A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Golfball, und ins besondere einen Golfball mit Dimples (Dimple: mantelseitige Vertiefung auf einem Golfball), die einen elliptischen Querschnitt aufweisen.

In der Vergangenheit wurden viele verschiedene Entwürfe einer Dimple-Querschnittsgeometrie bei Versuchen benutzt, ein möglichst optimales aerodynamisches Verhalten eines Golfballes zu erreichen. Die meisten dieser Entwürfe wurden unter Benutzung eines einzelnen Radius durchgeführt, um die gewünschte Querschnittsgeometrie zu erzeugen. Der Quer schnitt eines Dimples mit einem einzelnen Radius ist ein Kreisbogen. Ausgehend von diesen Entwürfen betreffend einen einzelnen Radius wurde die Suche nach optimaler aerodynami scher Leistung auf eine oder mehrere der drei folgenden Variablen beschränkt: Dimple-Tiefe, Dimple-Volumen und Dimple-Längenverhältnis (Schlankheitsverhältnis, "aspect ratio") (= Dimple-Tiefe/Dimple-Durchmesser). Keiner die ser Ansätze berücksichtigte jedoch den Kanten-Knickwinkel zwischen der Tangentiallinie an den Ballradius und der Tan gente an die Dimple-Kurve am Schnittpunkt zwischen Ballra dius und Dimple-Kurve. Dieser Knickwinkel ist für das Be stimmen des aerodynamischen Verhaltens des Golfballes von wesentlicher Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Golfball sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Golfballes zu schaffen, mit welchen das aerodynamische Verhalten eines Golfballes optimiert werden kann.

Die Aufgabe wird durch den Golfball nach den Patentansprü chen 1 und 3 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Er findung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Um den Knickwinkel als Entwurfsvariable (design veriable) einzubeziehen, ist ein erfindungsgemäß flexiblerer Ansatz beim Herstellen der Geometrie erforderlich, als die Methode des einzelnen Radius. Durch Definieren der Dimple- Querschnittsgeometrie mittels einer Ellipse wird es mög lich, den Knickwinkel als vierte Entwurfsvariable einzu beziehen, während Dimple-Tiefe, Dimple-Volumen und Dimple- Längenverhältnis ebenso als Variablen gezielt bzw. gesteu ert beeinflußt werden. Beim Benutzen eines robusten Ver suchsentwurfes kann ein elliptischer Dimple-Quer schnittsentwurf gefunden werden, der die aerodynamische Leistung des Golfballes optimiert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf illustrative Ausfüh rungsformen beschrieben, die in den begleitenden Zeichnun gen dargestellt sind, in welchen

Fig. 1 einen gemäß der Erfindung herge stellten, teilweise aufge schnitten dargestellten Golfball zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Golfballes in Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht ent sprechend Fig. 2 zeigt, mit einem alternativen Aufbau des Golfballes;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht ent sprechend Fig. 2 und 3 zeigt mit einem alternativen Aufbau der Golfballhülle;

Fig. 5 die Art und Weise des Bildens eines elliptischen Dimples in einem Golfball zeigt;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Ellip soid oder abgeflachten Spheroid zeigt, der zum Bilden des elliptischen Dimples benutzt wird;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Ellip soiden oder abgeflachten Spheroid der Fig. 5 zeigt;

Fig. 8 die Querschnittsformen verschie dener elliptischer Dimples im Vergleich mit einem kreisförmi gen Dimple verdeutlicht;

Fig. 9 zeigt, wieviel Volumenzuwachs durch einen elliptischen Dimple verglichen mit dem eines Dimples mit einzelnem (einfachem) Radius erreicht wird, für eine äquiva lente Dimple-Sehne bzw. Dimple- Sehnentiefe; und

Fig. 10 zeigt, wie elliptische Dimples mit einem Dimple-Kantenknickwin kel hergestellt werden können, der äquivalent dem eines kreis förmigen Dimples ist, aber bei viel flacheren (seichteren) Tie fen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen zweiteiligen (two-piece) Golfball 15, welcher einen massiven Kern 16 und eine Hülle 17 aufweist. Sowohl der Kern als auch die Hülle können aus herkömmlichen Materialien gebildet sein. Beispielsweise kann die Hülle aus Ionomerharzen, anderen thermoplastischen oder polymerischen Harzen, oder natürlichem oder syntheti schem Balata gebildet sein. Die Golfballhülle weist eine äußere sphärische Oberfläche 18 auf, die mit einer Vielzahl von Dimples oder Vertiefungen 19 versehen ist.

Die Fig. 3 zeigt einen dreiteiligen (three-piece) Golfball 20, welcher einen gewickelten Kern 21 aufweist, der wie derum eine Mitte 22 sowie eine Schicht 23 aus Windungen eines elastischen Fadens umfaßt. Die Mitte kann massiv oder ein flüssigkeitsgefüllter Ballon sein. Derartige gewickelte Kerne sind ebenfalls konventionell üblich. Der Ball 20 weist eine Hülle 24 auf, die auf dieselbe Weise wie die Hülle 17 aufgebaut sein kann. Die Hülle ist mit einer Mehrzahl von Dimples 25 versehen.

Die Hülle des zweiteiligen und dreiteiligen Balles kann aus einer einzelnen Schicht gebildet sein, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, oder sie kann aus mehrfachen Schichten aus polymerischen Materialien und/oder Balata hergestellt sein, wie in US-Patent 5,314,187 beschrieben und in Fig. 4 dar gestellt. Die Hülle 26 weist eine innere Schicht 27 aus Ionomer oder anderem polymerischem Material sowie eine äußere Schicht 28 aus natürlichem oder synthetischem Balata, Ionomer, oder anderem polymerischem Material auf.

Die Erfindung kann auch mit massiven Golfbällen benutzt werden, die keinen getrennten Kern mit getrennter Hülle be sitzen.

Die Dimples können in jedes beliebige Muster geformt wer den. Beispielsweise können die Dimple-Muster benutzt wer den, die in der US-Patentanmeldung "Geodesic Icosahedral Golf Ball Dimple Pattern", US-Anmeldungsnummer 08/301,245 des Anmelders vom 06. September 1994 beschrieben sind, oder diejenigen gemäß US-Patent 4,560,168 (diese Schriften gel ten insoweit als zur vorliegenden Erfindung gehörig). Auch kann die Anzahl und Größe der Dimples variiert werden. Auch wenn die vorliegend beschriebenden elliptischen Dimples verschiedene Vorteile gegenüber Dimples anderer Größe be sitzen, ist es nicht notwendig, daß alle Dimples eines be sonderen Golfballes elliptisch sind. Beispielsweise können einige der Dimples andere Querschnittsformen aufweisen, wie etwa kreisförmig, kegelstumpfförmig usw.

Die Fig. 5 zeigt, wie ein elliptischer Dimple, d. h. ein Dimple mit einem Querschnitt, der Teil einer Ellipse ist, erzeugt werden kann. Die sphärische Oberfläche eines Golfballes wird durch die gestrichelte Linie 30 darge stellt. Ein elliptischer oder abgeflachter Sphäroid 31 ist ein geometrischer Körper mit einem elliptischen Querschnitt In Ebenen, die parallel zur Ebene der Fig. 5 liegen. Der Ellipsoid 31 ist auch in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Der Ellipsoid ist wie ein fliegender Unterteller geformt und weist eine Oberfläche entsprechend einer Umlaufbewegung auf, die durch Rotieren einer elliptischen Kurve 32 um eine vertikale Y-Achse erzeugt wird. Querschnitte des Ellipsoid, die in Ebenen parallel zu der durch die X- und Y-Achse auf gespannten Ebene verlaufen, sind elliptisch.

Die Fig. 7 ist eine plane Draufsicht auf den Ellipsoid 31, der einen kreisförmigen Außenrand 33 besitzt. Querschnitte des Ellipsoid, die parallel zu der durch die X- und die Z- Achse aufgespannten Ebene verlaufen, sind kreisförmig.

Der in Fig. 6 dargestellte Ellipsoid weist eine Hauptachse (major axis) 2A entlang der X-Achse sowie eine Nebenachse (kleine Achse, minor axis) 2B entlang der Y-Achse auf. Die Haupt- und die Nebenachse schneiden sich im Zentrum 34 des Ellipsoid, welches als Schnittpunkt der X-, Y- und Z-Achse definiert ist.

Wie wiederum in der Fig. 5 gezeigt, ist die Dimple-Ober fläche 35 durch einen Abschnitt der Oberfläche des Ellip soid 31 gebildet. Die Tiefe, bis zu welcher die Oberfläche des Ellipsoid in die sphärische Oberfläche 30 des Balles eindringt, ist durch den Abstand K zwischen der Mitte 36 der sphärischen Oberfläche 30 des Golfballes und der Mitte (dem Zentrum) 34 des Ellipsoid bestimmt.

Der Dimple-Kantenknickwinkel Φ ist der eingeschlossene Win kel zwischen einer Tangentiallinie 38, die die Tangente an den Ellipsoid an dem Punkt bildet, an welchem der Ellipsoid die sphärische Oberfläche 30 schneidet, sowie einer Tangentiallinie 39, welche tangential zur sphärischen Ober fläche 30 am Schnittpunkt zwischen Ellipsoid und sphäri scher Oberfläche liegt. Die Sehnenlänge L (chord length) des Dimples ist der Abstand zwischen den Punkten 40 und 41, die in Fig. 5 gezeigt sind. Die Sehnentiefe (chordal depth) d ist der Abstand entlang der Y-Achse zwischen der Sehnenstrecke (chord line) 42 und dem Boden des Dimples. Die Sehnenstrecke 42 liegt in einer Sehnenebene, die sich durch die Schnittpunkte zwischen dem Ellipsoid und der sphärischen Oberfläche 30 erstreckt.

In Fig. 5 ist der Kantenknickpunkt zwischen der Dimpleoberfläche 35 und der sphärischen Oberfläche 30, der die Sehnenstrecke 42 definiert, durch die Koordinaten X_i und Y_i relativ zu der X- und der Y-Achse des Ellipsoid 31 definiert.

Durch Vorgeben (Definieren) der Dimple-Querschnittsgeome trie mittels einer Ellipse ist es möglich, den Knickwinkel Φ als Entwurfsvariable beim Optimieren des Dimple-Entwurfs (der Dimple-Konstruktion) zu benutzen. Eine Ellipse wird durch die folgenden Gleichungen definiert:

Gleichung 1:

Gleichung 2:

wobei A die Hälfte der Hauptachse und B die Hälfte der Ne benachse der Ellipse ist, K der Abstand entlang der Y-Achse zwischen der Mitte der sphärischen Oberfläche des Golfbal les und der Mitte der Ellipse ist, wie in Fig. 5 darge stellt.

Allerdings ist der Entwurf einer Dimple-Geometrie unter Be nutzung von A, B und K als Entwurfsvariablen schwierig. Es erscheint einfacher, besser geläufige Begriffe wie Dimple- Kantenknickwinkel Φ und Dimple-Sehnentiefe d heranzuziehen. Unter der Voraussetzung, daß die Gleichung der sphärischen Oberfläche des Balles ist:

X² + Y² = R²

wobei R der Radius der Kugel ist, können die folgenden Gleichungen erzeugt werden, um K, B und A zu erzeugen, nur unter Benutzung des Dimple-Kantenknickwinkels Φ und der Dimple-Sehnentiefe d als Variable:

Gleichung 3:

Gleichung 4:

B = d - Y_i + K

Gleichung 5:

wobei X_i und Y_i die Koordinaten der Kantenknickpunkte 38 und 39 sind, wie oben beschrieben.

Fig. 8 zeigt, daß Dimples mit einem elliptischen Quer schnitt ein größeres Dimple-Volumen schaffen als ein Dimple mit einem kreisförmigen Querschnitt bei keiner zusätzlichen Dimple-Tiefe (bzw. bei demselben Längenverhältnis). Die obere, durchgezogene Linie zeigt einen kreisförmigen Dimple mit einem einzelnen Radius. Das Volumen des Dimple beträgt 5,4×10^-6 Kubikzoll. Die zweite durchgezogene Linie zeigt einen elliptischen Dimple mit einem Knickwinkel von 20° und einem Volumen von 5,9×10^-5 Kubikzoll. Die nächste, ge strichelte Linie zeigt einen elliptischen Dimple mit einem Knickwinkel von 30° und einem Volumen von 6,4×10^-5 Kubikzoll. Die Strichpunktlinie zeigt einen elliptischen Dimple mit einem Knickwinkel von 40° und einem Volumen von 6,7×10^-5 Kubikzoll. Die gestrichpunktete Linie zeigt einen elliptischen Dimpel mit einem Knickwinkel von 90° und einem Volumen von 7,2×10^-5 Kubikzoll.

Fig. 9 verdeutlicht, in welchem Ausmaß ein Volumenanstieg durch einen elliptischen Dimple gegenüber dem eines kreis förmigen oder Einzel-Radius-Dimple geschaffen wird, für eine äquivalente Dimple-Sehne und Dimple-Sehnentiefe.

Die Fig. 10 zeigt, daß elliptische Dimples mit gegenüber dem eines kreisförmigen oder Einzel-Radius-Dimple äquiva lenten Dimple-Kantenknickwinkeln hergestellt werden können, allerdings bei einer viel flacheren Tiefe.

Die Dimple-Kantenknickwinkel für erfindungsgemäß gebildete elliptische Dimples können von etwa 18° bis etwa 90° variieren. Die beste Leistung entsteht bei Dimples, die Kantenknickwinkel im Bereich von 20 bis 30° und Sehnentie fen im Bereich von 0,004 bis 0,008 Zoll aufweisen. Die Dimple sind bevorzugt in einem Ikosaeder-Muster (icosahedral pattern) angeordnet, wie in US-Patent 4,560,168 beschrieben, oder in einem geodätisch ausgedehn ten Ikosaeder-Mustern, wie in der oben beschriebenen US-Pa tentanmeldung 08/301,245. Die Dimpleanzahl kann von 330 bis 512 reichen. Die Anzahl der Dimple-Größen kann von 1 bis 7 reichen, und die Dimples können zwischen etwa 65% und etwa 85% der sphärischen Oberfläche des Golfballes bedecken.

Anhand der obigen Beschreibung ist ein Konstrukteur in die Lage versetzt, den Knickwinkel, die Dimple-Tiefe, das Dimple-Volumen, und das Dimple-Längenverhältnis zu variie ren, um eine aerodynamische Leistung eines Golfballes her beizuführen, die bestimmungsgemäß verbessert ist.

Während in der obigen Beschreibung eine detaillierte Erläu terung spezieller Ausführungsformen der Erfindung aus Grün den der Illustration vorgenommen wurde, können viele gege bene Details entsprechend dem fachmännischen Vermögen und einem konkreten Anwendungsgebiet variiert werden, ohne vom Erfindungsgegenstand abzuweichen.

Claims

1. Golfball mit einer allgemein sphärischen äußeren Oberfläche und einer Mitte, wobei die äußere Oberflä che mit einer Mehrzahl von Dimples versehen ist, und wobei zumindest einige der Dimples eine Oberfläche mit einem elliptischen Querschnitt aufweisen, welcher ein Abschnitt einer durch die Gleichung definierten Ellipse ist: wobei X eine Koordinate auf einer X-Achse ist, die sich senkrecht zu einer Radiallinie von der Mitte des Balles zu der Mitte der Ellipse erstreckt, Y eine Ko ordinate auf einer Y-Achse ist, die entlang der Ra diallinie ausgerichtet ist, A eine Hälfte der Hauptachse der Ellipse ist, die entlang der X-Achse ausgerichtet ist, B eine Hälfte der Nebenachse der Ellipse ist, die entlang der Y-Achse ausgerichtet ist, und K der Abstand entlang der Y-Achse zwischen der Mitte der Ellipse und der Mitte des Golfballes ist.

2. Golfball nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Dimples, welcher an der Übergangsstelle zwischen der Dimple-Oberfläche und der sphärischen Oberfläche des Balles gebildet ist, allgemein kreis förmig ist.

3. Golfball mit einer allgemein sphärischen äußeren Oberfläche und einer Mitte, wobei die äußere Ober fläche mit einer Mehrzahl von Dimples versehen ist und zumindest einige der Dimples eine Oberfläche mit einem elliptischen Querschnitt aufweisen, welcher ein Abschnitt einer Ellipse mit einer Hauptachse und einer Nebenachse ist, wobei jeder der elliptischen Dimples einen Dimple-Kantenknickwinkel Φ aufweist, der der eingeschlossene Winkel zwischen einer ersten Tangente zur Dimple-Oberfläche an der äußeren Ober fläche des Balles und einer zweiten Tangente zur äußeren Oberfläche des Balles an der Schnittstelle der ersten Tangente und der äußeren Oberfläche des Balles ist, wobei jeder der elliptischen Dimples eine Dimple-Sehnentiefe d aufweist, die einen Abstand zwischen einem Boden des Dimples und einer Seh nenebene beschreibt, die sich durch die Schnittpunkte zwischen der Dimple-Oberfläche und der äußeren Ober fläche des Balles erstreckt, wobei die Ellipsenmitte jedes Dimples durch die folgende Gleichung definiert ist: wobei K der Abstand von der Mitte des Balles zur Mitte der Ellipse ist, X_i eine Koordinate auf einer X-Achse ist, die entlang der Hauptachse der Ellipse ausgerichtet ist und sich senkrecht zu einer Ra diallinie von der Mitte des Balles zu der Mitte der Ellipse erstreckt, und Y_i eine Koordinate auf einer Y-Achse ist, die entlang der Nebenachse der Ellipse sowie entlang der Radiallinie ausgerichtet ist, und wobei X_i und Y_i die Koordinaten der Schnittstelle zwischen der Dimple-Oberfläche und der sphärischen Oberfläche des Balles sind.

4. Golfball nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Dimples, der durch die Schnittstelle zwischen der Dimple-Oberfläche und der sphärischen Oberfläche des Balles gebildet ist, allgemein kreis förmig ist.

5. Golfball nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß der Dimple-Kantenknickwinkel Φ innerhalb eines Bereiches von etwa 20° bis etwa 30° liegt.

6. Golfball nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elliptischen Dimples alle Dimples des Golfballes einschließen, und daß die An zahl der Dimples im Bereich zwischen etwa 332 und etwa 512 liegt.

7. Golfball nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimples etwa 65 bis etwa 85% der sphärischen Oberfläche des Golfballes ein schließen.