DE2033941A1 - Tennisschlager mit Schichtaufbau - Google Patents

Description

Head Ski Company, Inc.

Lutherville-Timoniurn, Md. , V.St.A.

Tennisschläger mit Schichtaufbau

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Tennisschläger, der in seinen physikalischen Eigenschaften den Anforderungen einer Vielfalt verschiedener Tennisspieler angepasst werden kann.

Seit vielen Jahren wurden die herkömmlichen Tennisschläger ■ unter Verwendung von Holz als Grundmaterial für den Schläger hergestellt. Hölzerne Tennisschläger besitzen Jedoch eine Anzahl von Mangeln. Um beispielsweise einen Schläger ausreichender Festigkeit zu gewährleisten, ist das Mindestgewicht des Schlägers gewissen Einschränkungen unterworfen, und selbst die festesten Schläger können im Gebrauch brechen. Ebenso ist es bekannt, dass sich die Pasern von Holz verschlechtern und lösen, wenn sie häufigen Durchbiegungen ausgesetzt sind. Demzufolge verliert ein hölzerner Tennisschläger vergleichsweise schnell seine "Lebendigkeit" bzw. Elastizität. Selbstverständlich ist Holz auch Verwerfungen ausgesetzt. Noch ein weiterer, einen hölzernen Tennisschläger beeinflussender Verschleissfaktor ist die Empfindlichkeit des Schlägers gegenüber den nachteiligen Auswirkungen von Scheuerwirkung bzw. Abrieb, wenn er mit dem Spielfeldboden in Berührung kommt.

Die für ein gutes Spiel erforderlichen pl&ys alkalischen Eigenschaften verlangen auch Vielseitigkeit des Tennisschlägers, ■ Zwei bedeutsame Faktoren der Tennisschläger-Konstruktion sind Längßbiegesteifheit und Torsionssteifheit. Bei einem hölzernen Tennisschläger sind diese Parameter voneinander abhängig. Wenn ein Konstrukteur eine besondere Biegesteifheit vorsieht _a muss

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er im allgemeinen das sich hieraus ergebende Ausmass an Torsionssteifheit mit in Kauf nehmen. Dem Konstrukteur verbleiben keine wirksamen Möglichkeiten, die Torsionssteifheit des Schlägers unabhängig von seiner Biegesteifheit zu bestimmen.

Ein anderer wichtiger Parameter der Tennisschläger-Konstruktion ist die "Lebendigkeit" bzw. Elastizität oder Sprungkraft. Für gewisse Zwecke gibt maximale Federwirkung ein besseres Leistungsverhalten. In anderen Fällen kann eine "Eigendämpfung" wünschenswert sein, um die Schlagwirkung des Tennisschlägers ^ weicher zu machen. Bei einem hölzernen Tennisschläger ist es· aber unmöglich, das Dämpfungsausmass unabhängig von anderen mechanischen Eigenschaften zu wählen..

Im Bestreben, die Nachteile der hölzernen Tennisschläger zu überwinden, sind bereits zahlreiche Konstruktionen unter Verwendung von Metall entwickelt worden«, Beispielsweise verwenden verschiedene Schläger nur Metall als Bauwerksfeoff im Rahmen und im Halsabschnitt des Schlägers ₉ während andere Anordnungen Metall als Überzug für einen dämpfenden Kern, beispielsweise aus Holz, verwenden,, Obgleich derartige Konstruktionen die bei den herkömmlichen Tennisschlägern zutage tretenden Nachteile bezüglich Bruch und Verschleiss vermindern, besitzen sie den» ^ noch gewisse Nachteile und Mangel, welche die Spieleigenschaften des Schlägers beeinträchtigen«, Wenn beispielsweise die für einen Tennisschläger wünschenswerte hohe Torsionssteifheit gewährleistet wird, ist die resultierende Konstruktion in ihren Längsbiegeeigenschaften steif. Hierdurch wird der Arm des Spielers einer hohen Schlag- oder Stossbelastung ausgesetzt, was nicht nur unangenehm ist, sondern auch zum bekannten "Tennisellbogen" führt.

Eine andere Schwierigkeit, welcher Metall-Tennisschläger ausgesetzt sind, besteht in der einwandfreien Bespannung des

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Schlägers, ohne die Saiten scharfen Kanten auszusetzen, durch welche sie zerschnitten werden könnten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Tennisschlägers, welchem die Nachteile und Mängel der vorstehend erläuterten bekannten Tennisschläger-Konstruktionen nicht anhaften. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Tennisschläger gelöst, der in folgender Weise aufgebaut ist: Ein im wesentlichen in der Form eines Tennisschlägers ausgebildeter syntaktischer Schaumkern ist an seinen beiden Flächen mit Metall-Häuten verbunden. Im Rahmen- bzw. Biegungsabschnitt des Schlägers erstrecken sich zwei Gurtbänder mit grösserer Festigkeit als derjenigen des syntaktischen Schaumstoffs an Innen- und Aussenumfang des Rahmens senkrecht zu den Metall-Häuten. Diese Häute und Gurtbänder sind unter Bildung eines einheitlichen Gebildes mit dem Kern verklebt. Der Rahmen des so erhaltenen Schlägers wird gebohrt und auf übliche Weise bespannt, wobei die Gurtbänder ein Platzen des Kerns infolge der Bespannung verhindern. Die metallischen. Häute verleihen dem Tennisschläger die gewünschte Torsionssteifheit. Da die Längsbiegesteifheit des Tennisschlägers eine Funktion der Haut-Dicke und des durch die Dicke des Kerns bestimmten gegenseitigen Abstands der Häute ist, kann die Biegesteifheit in wesentlichem Ausmass von der Torsionssteifheit bestimmt werden. Der Kern selbst absorbiert ausserdem die Schlag- bzw. Stossenergie, wenn der Tennisschläger gegen einen Ball schlägt.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Tennisschlägers mit den Merkmalen der Erfindung,

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Fig. 2 eine in vergrössertem Masstab.gehaltene, teilweise im Schnitt dargestellte und weggebrochene Aufsicht auf den Tennisschläger zur Darstellung des Rahmens und des Halsabsohnitts vor dem Bespannen,

Fig. 3 einen in vergrössertem Masstab gehaltenen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 einen in stark vergrössertem Masstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1, in welchem eine Saite der besseren Übersichtlichkeit halber gestrichelt eingezeichnet ist, und

Fig. 5 eine in stark vergrössertem Masstab gehaltene Teilschnittansicht des in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Rahmens mit eingezogener Saite,

Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Tennisschläger weist einen Griff 10, einen Halsabschnitt 12 und einen Rahmen 14 auf. Der Halsabschnitt 12 ist mit einem Ausschnitt 16 zur Erhöhung der Torsionssteifheit des Tennisschlägers ohne gleichzeitige proportionale Erhöhung der LängsSteifheit, wie dies ohne diesen Ausschnitt· der Fall wäre, versehen; ausserdem vermindert der Ausschnitt 16 den Luftwiderstand des Tennisschlägers beim Schwingen desselben und zudem trägt die Anordnung des Ausschnitts 16 zur Verminderung des Gesamtgewichts des Tennisschlägers bei. Der Rahmen 14 dient zur Halterung der üblichen Bespannung 18,

Gemäss Fig. 2 besteht der Kern 20 des Tennisschlägers aus einem niedriges Gewicht besitzenden sytaktischen Schaumstoff, der auf die allgemeine Kontur des Tennisschlägers gebracht und nicht nur im Halsabschnitt 12, sondern auch im Griff 10 mit einem Ausschnitt 22 zur Gewichtserleichterung versehen ist,

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Der syntaktische Kern besteht aus einem hochdruckfesten Kunstharz, wie Epoxy, das mit Mikroblasen aus Glas oder einem Phenol-Material gefüllt ist. Ein -derartiger Kern besitzt hohe Scher-, Biege- und Zugfestigkeit sowie gute Schlageigenschaften. Eine genauere Beschreibung dieses Kernmaterials.findet sich in dem Artikel "Syntactic Foam", veröffentlicht in Modern Plastics, September 1967, Seite 215. Zur weiteren'Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Kerns sind dem Kunstharz vor der Aushärtung bzw. Vernetzung des Schaumstoffs lockere, geschnitzelte oder gemahlene Fasern zugesetzt. Um den Aussenurafang des Kerns 20 herum ist ein Gurtband 24 angeordnet, während um den Innenumfang des Rahmens 14 herum ein zweites Gurtband 25 angebracht ist. Diese beiden Gurtbänder besitzen aus noch zu erläuternden Gründen höhere Festigkeit als der Kern

Fig. J5 zeigt den vollständigen Tennisschläger im Schnitt. Die Aussenflachen des Tennisschlägers bestehen aus Abstand voneinander besitzenden Metall-Häuten 26 und 28, die vorzugsweise aus einem niedriges Gewicht besitzenden Werkstoff, wie Aluminium oder Magnesium, mit hoher Festigkeit hergestellt sind. An den Aussenflachen der Häute 26 und 28 sind auf übliche Weise herkömmliche Griff stücke 3>4 befestigt.

Nach der. Beschreibung des Grundaufbaus des Tennisschlägers sei nunmehr seine Herstellung näher erläutert. Zunächst wird die auf die gewünschte Kontur des Tennisschlägers ausgestanzte erste Metall-Haut 26 in eine Form eingebracht und an ihrer Oberseite mit einem Vorstrich aus einem härtbaren Kunstharz, wie Epoxyharz, versehen. Sodann werden die Gurtbänder 24 und, 25 derart auf die Haut 26 aufgelegt, dass sich ihre Hauptabmessungen senkrecht zur Ebene der Haut 26 erstrecken» Der Raum zwischen den Gurtbändern 24 und 25 wird hierauf mit einem unausgehärteten bzw. unvernetzten syntaktischen Schaumstoff gefüllt, der mit lockeren, geschnitzelten oder gemahlenen Fasern

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versetzt ist. Auf diesen Arbeitsgang erfolgt das Einlegen der gestanzten Metall-Haut 28 in die Form. Die Unterseite der Haut 28 wird vorher auf gleiche Weise wie die Haut 26 mit einem Vorstrich versehen. Sodann wird die Form geschlossen und werden Wärme und Druck angelegt, um das Kunstharz sich aushärten bzw. vernetzen und die Anordnung einheitlich verbinden zu lassen. Im Anschluss hieran wird das Gebilde aus der Form entnommen und auf noch zu beschreibende Meise mit der Bespannung versehen.

_fc Typisoherweise weist ein nach diesem Verfahren hergestellter Tennisschläger Aluminium-Häute 26 und 28 mit einer Dicke von jeweils etwa 0,5 mm (20 mils) auf. Die Dicke der Gurtbänder 2h und 25 ist eine Funktion des jeweils verwendeten Werkstoffs. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen diese Gurtbänder aus gewebehinterlegtem Polyäthylen, von etwa 1,3 mm (50 mils) Dicke. Die Gewebeunterlage begünstigt das Anhaften der Gurtbänder am Kern 20 während des Aushärtüngs- bzw» Vernetzungsschritts. Eine praktisch brauchbare Zusammensetzung für das Material des Kerns 20 ist folgendes

Epoxyharz 100 Gewichtsteile

Härter 50 Gewichtsteile

) Reaktionsfähiger

Verdünner 5 Gewichtsteile "

Gehackte Glasfasern

(6,35 mm Länge) 20 Gewichtsteile

Phenol- oder Glas-
- Mikroblasen 35 Gewichtsteile

Farbstoff 5 Gewichtsteile

Selbstverständlich ist die vorstehend angegebene Zusammensetzung lediglich beispielhaft und können je nach den gewünschten physikalischen Eigenschaften der endgültigen Konstruktion auch andere Mengenanteile angewandt werden.

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Das Bespannen des Tennisschlägers erfolgt in der Weise, dass gemäss den Fig. 4 und 5 zunächst im Kern 20 und in den Gurtbändern 24 und 25 Bohrungen 36 ausgebildet werden. In diesen Figuren sind die Gewebe-Grundlagen für die Gurtbänder bei 24a und 25a angedeutet. Während dieses Bohrens kommt dem ■Vorhandensein der Gurtbänder 24 und 25 insofern beträchtliche Bedeutung zu, als diese den Kern 20 versteifen und ihn an einem Platzen längs der Ebene der Bespannung hindern. Im Aussenumfang des Rahmens 14 ist eine Rille 4o vorgesehen, die eine Vertiefung zur Aufnahme der an der Aussenseite des Rahmens befindlichen Saiten-Abschnitte bildet, welcher eine Berührung dieser Saiten-Abschnitte ..mit dem Spielfeldboden verhindert. Nach Ausbildung der Bohrungen 56 und der Rille 40 wir^d der Tennisschläger auf übliche Weise bespannt. Auch hierbei wird der Kern durch die ihm durch die Gurtbänder 24 und 25 verliehene Zugfestigkeit an einem Platzen längs der Bespannungsebene gehindert, wenn er den Belastungen des Bespannungsvorgangs unterworfen wird. An diesem Punkt kommt noch eine andere wichtige Eigenschaft der Kernkonstruktion zum Tragen. Genauer gesagt, ist die Druckfestigkeit des aus ausgehärtetem syntaktischen Schaumstoff bestehenden Kerns 20 so gewählt, dass beim Festziehen der Bespannung 18 in der Rille 4o (Fig. 5) ein lokalisiertes Zerquetschen des Kerns an seiner scharfen.Kante 42 auftritt. Hierdurch wird die Kante 42 abgerundet und wird mithin gewährleistet, dass die Kante die Saite nicht abquetscht. Die Druckfestigkeit des Gurtbandmaterials lässt ausserdem ein derartiges lokalisiertes Zerquetschen überall dort zu, wo die Saiten die Gurtbänder berühren.

Nach Anbringung der üblichen Griffstücke 34 ist der Tennisschläger fertiggestellt. >

Die vorstehend beschriebene Konstruktion bietet eine Anzahl von Vorteilen, welche den derart hergestellten Tennisschläger

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zu einer wesentlichen Verbesserung im Vergleich zu bekannten Geräten werden lassen. Der wichtigste dieser Vorteile besteht darin, dass Torsionssteifheit und Längsbiegesteifheit prak-. tisch unabhängig voneinander bestimmt werden können. Die Vorteilhaftigkeit dieser Konstruktionsmöglichkeit lässt sich aus den folgenden Ausführungen ersehen»

Hohe TorsionsSteifheit eines Tennisschlägers ist nötig, um die Höhe eines Schlags zu steuern und dem Spieler das Gefühl zu geben, dass jeder Ball "hart" abgeschlagen wird, auch wenn der Ball aussermittig getroff en'wird,, Wenn ein Tennisschläger ge-

W ringe Torsionssteifheit besitzt und der Ball nicht von der Schläger-Mitte getroffen wird, so lässt die Torsionsdurchbiegung des Tennisschlägers ^während er in im wesentlichen waagerechter Ebene geschwungen wird, den Ball "zu niedrig oder zu hoch abkommen. Beim erfindungsgemässen Tennisschläger verleihen der hohe Zugspannungs-Modtil der Metall-Häute 26 und 28, der offene Halsabschnitt, die einwandfreie Geometrie des .zusammengesetzten Schichtgebildes und der hohe Scherfestigkeits-Modul des Kerns 20 zusammen dem Tennisschläger die hohe Torsionssteifheit, die zur Erzielung von "trockenen" oder "harten", einwandfrei gerichteten Schlagen erforderlich ist« Die Dicke der Metall-Häute, trägt massgeblich zur erzielten Torsions-

^ Steifheit bei.

Bei den herkömmlichen Tennisschlägern ist die hohe Torsionssteifheit üblicherweise von steifen Längsbiegeeigenschaften begleitet. Beim Abschlagen eines Balls wird folglich ein beträchtlicher stoss auf den Arm des Spielers übertragen, was unangenehm sein und sogar Verletzungen hervorrufen kann. Zur Verminderung der Stossbelastung ist es wünschenswert, einem Tennisschläger Längsflexibilität zu verleihen, welche auch die Kraft erhöht, die ein Spieler für einen Schlag aufzubrin-

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gen vermag. Falls jedoch die Biegesteifheit des Tennisschlägers zu niedrig ist, verliert der Spieler die Kontrolle über die Richtung eines Schlags, sofern' der Tennisschläger in einer im wesentlichen waagerechten Ebene geschwungen wird. Aus diesem Grund ist es ersichtlich, dass es vorteilhaft wäre, ein bestimmtes Ausmass an Längsflexibilität vorzusehen, ohne dabei die TorsionsSteifheit zu opfern. Dies geschieht beim erfindungsgernässen Tennisschläger durch Änderung der Haut- und/oder der Kern-Dicke. Es hat sich herausgestellt, dass die Längs-Biegeeigenschaften eines Tennisschlägers praktisch der ersten Potenz der Haut-Dicke und dem Quadrat der Kern-Dicke · proportional ist.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist mithin ersichtlich, dass die Erfindung die Herstellung von Tennisschlägern hoher TorsionsSteifheit und unterschiedlicher Langsbiegeeigenschaften ermöglicht. Tatsächlich kann durch entsprechende Einstellung der Haut- und/oder der Kern-Dicke über die Länge des Tennisschlägers hinweg eine lokalisierte Steuerung der Längsbiegeeigenschaftenerzie.lt werden. Die Erfindung ermöglicht mithin die Anpassung der Tennisschläger an die Wünsche verschiedener Spieler.

Wie erwähnt, erhöht die Längsflexibilität die Stossaufnahmeeigenschaften eines Tennisschlägers. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass der Kern 20 als Dämpfer gegenüber Stössen oder Schlägen wirkt, was auf seine Eigenelastizität zurückzuführen ist. Dennoch besitzt dieses Kernmaterial zufriedenstellend hohe Scher- und Zugfestigkeit, um die Bestimmung der gewünschten Torsions- und Langsbiegeeigenschaften zu ermöglichen und die Schläger-Bespannung zu tragen.

Obgleich bei der vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für die Häute 26 und 28 Metall verwen-

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det wird, ist die Erfindung keineswegs auf die Verwendung dieses Werkstoffs beschränkt, vielmehr hat* es sich gezeigt, dass auch andere Werkstoffe, wie Kunststoffe, verwendet werden können, sofern sie eine Mindest-Streckgrenze von 3500 kg/

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cm und einen Zugmodul von mindestens 70 000 kg/cm besitzen. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Gurtbänder 24 und 25 aus Polyäthylen. Wie im Fall der Häute 26 und 28 können Jedoch auch andere Werkstoffe verwendet werden. Zur Verwendung als Gurtband sollte das verwendete Material eine

2 Druckfestigkeit von etwa 315 - l4l0 kg/cm und einen Zugmodul

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von unter etwa 70 000 kg/cm besitzen» Die Verwendung eines solchen Werkstoffs liefert den Vorteil einer Versteifung des Kerns, so dass er infolge des Bespannens nicht platzt» Dennoch beeinträchtigt diese Art von Gurtbandmfeterlal nur minimal die Torsionssteifheit und die Längsbiegeeigenschaften des Tennis-

Schlägers, Der für den Kern 20 verwendete sj&aktische Schaumstoff kann ebenfalls durch andere Stoffe ersetzt werden, beispielsweise durch einen Urethan-Schaumstoff«. Zur· Verwendung als Kern 20 eignen sich Werkstoffe mit einer Rockwell-Härte von L 50 bis L 100 (ASTM D785-65)*

Selbstverständlich sind innerhalb des Rahmens der Erfindung zahlreiche weitere Abwandlungen möglich,, Beispielsweise können Teil- oder Vollhäute zur Versteifung der Häute 26 und 28 zwecks Steuerung der physikalischen Eigenschaften auf vorher beschriebene Weise angewandt werden, wobei diese zusätzlichen Häute von den Haupt-Häuten durch energievernichtende Lagen, wie aus viskos-elastischem .Gummi, getrennt sein können.,, um Scher-Durchbiegedämpfung zu gewährleisten» Ebenso können zu Schutzzwecken oder aus anderen Gründen weitere Materiailagen in Verbindung mit den Gurtbändern 24 und/oder 25 angewandt werden, um die physikalischen oder dekorativen Eigenschaften des Tennisschlägers zu verbessern»

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Die vorstehend dargestellten und beschriebenen Konstruktionen sind Beispiele für einen Tennisschläger, auf welchen die Erfindungsmerkmale angewandt werden können. Die angewandten Grundgedanken gelten jedoch gleiehermassen auch für Schläger für andere Spielarten, beispielsweise für Squash, Federball usw.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine Tennisschläger-Konstruktion mit einem zentralen, dämpfenden Kern, der schichtartig zwischen Häute aus -hochfestem Werkstoff eingefügt ist, welche die.Oberflächen des Tennisschlägers bilden. Im Rahmenabsehnitt des Tennisschlägers erstreckt sich mindestens ein Gurtband mit höherer Festigkeit als derjenigen des Kerns senkrecht-zu den Häuten. Der Kern, die Häute und das Gurtband sind unter Bildung eines einstückigen Gebildes, miteinander'geschichtet.

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Claims (9)

1. Head Ski Company, Inc.
   Lutherville-Timonium, Md,, V»St.A.

   Patentansprüche

   Tennisschläger mit Schichtaufbau, dadurch gekennzeichnet, dass er einen in der allgemeinen Kontur des Tennisschlägers geformten Kern (20) und an beiden Seiten des Kerns anhaftende, die Tennisschläger-Oberflächen bildende Häute (26, 28) aufweist, die eine Mindest-Streck-

   grenze von etwa 3500 kg/cm und einen Zugmodul von mindestens etwa 70 000 kg/cm besitzen, und dass die Langsbiegeeigenschaften des Tennisschlägers praktisch der ersten Potenz der Haut-Dicke und dem Quadrat der Kern-Dicke proportional sind und die Torsionssteifheit des Tennisschlägers praktisch der Haut-Dicke proportional ist.
2. 2. Tennisschläger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein am Kern anhaftendes und sich zwischen den Häuten erstreckendes Gurtband (24, 25) vorgesehen ist, das grossere Druckfestigkeit und grösseren Zugmpdul als der Kern (20) und kleineren Zugmodul als die Häute (26, 28) besitzt und den Kern versteift, ohne wesentlich zur Torsionssteifheit und zu den Längsbiegeeigenschaften des Tennisschlägers beizutragen,
3. 3. Tennisschläger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gurtbänder (24, 25) vorgesehen sind, von denen das eine am Kern (20) am Aussenumfang des Tennisschläger·. Rahmens (14) und das zweite am Innenumfang dieses Rahmens am Kern anhaftet.

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4. 4. Tennisschläger nach Anspruch 2 oder J>, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfestigkeit jedes Gurtbands (24,

   25) etwa 515 - 141O kg/cm und sein Zugmodul weniger

   ■ * 2
   als etwa 70 jjOO kg/cm beträgt, ·
5. 5. Tennisschläger nach Anspruch 2, j5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gurtband aus mit Gewebe hinterlegten! Polyäthylen besteht. ·
6. 6. Tennisschläger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,' dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (20) aus Schaumstoff besteht.
7. 7. Tennisschläger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (20) aus syntaktischem Schaumstoff besteht.
8. 8. Tennisschläger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der syntaktische Schaumstoff mit kurzen Glasfaserstücken versetzt bzw. gefüllt ist.
9. 9. Tennisschläger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (20) eine Rockwell-Härte im Bereioh von ungefähr L 50 bis L 100 (ASTM D 785-65) besitzt. '

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