DE3434956A1

DE3434956A1 - Schlaeger fuer spiele mit begrenzt elastischem ball

Info

Publication number: DE3434956A1
Application number: DE19843434956
Authority: DE
Inventors: Siegfried 7770 Überlingen Kuebler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-22
Filing date: 1984-09-22
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DE3434898A1; US4664380A; DE3582987D1; EP0176021A2; DE8427999U1; EP0176021B1; DE3582805D1; ATE63226T1; DE3434898C2; EP0176021A3

Description

DIPL.- ING. GERHARD F. HIEBSCH

3434356

PATENTANWALT EUROPEAN PATENT ATTORNEY

SiegfriedKuebler D-7700 Singen 1

= = = = = = = = = = = = = = = = = Erzbergerstraße 5a

Telegr./Cables: Bodenseepatent

Mozartstr.17 Telex 793850

= = = = = = = = = = = = Telefon (07731) 63075

7770 Überlingen

Mein Zeichen

My fH. KU-12O

I/ke

Datum / Oate

Schläger für Spiele mit begrenzt elastischem Ball

Die Erfindung betrifft einen Schläger für Spiele mit begrenzt elastischem Ball, insbesondere Tennisschläger, mit in einem Spannrahmen vorgesehener Bespannung, einer an den Spannrahmen anschließenden Heiizzone sowie einem endwartigen Handgriff.

Ein derartiger üblicher Tennisschläger wieist eine Höhe des nicht ummantelten Handgriffes von 23 bis 32 mm auf, und die Höhe des Spannrahmens — in Schlagrichtung, also rechtwinklig zur Bespannung cesehen -- liegt unterhalb der Handgriff dicke.Ein Schläger dieser üblichen Bemaßung wird etwa in DE-OS 30 18 354 wiedergegeben.

An im Bereich des Handgriffes eingespannten Tennisschlägern dieser Art wurde durch Versuche eine Eigenfrequenz von 25 bis max. 50 Hz festgestellt; unbespannte Tennisschläger zeigen im allgemeinen geringfügig höhere Werte an.

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Ein auf die Bespannung treffender Ball zwingt den Spannrahmen bekanntlich aus der Längsachse des Schlägers und führt zu einer Verschlechterung der Treffsicherheit; die beschriebene Auslenkung des Spannrahmens ist für die Richtung des Balles mit verantwortlich.

Durch die unterschiedlichen Maße der Eigenfrequenz des Tennisschlägers einerseits sowie der "Ballresonanz" von etwa 125 Hz anderseits entstehen über die gesamte Länge eines Spielfeldes nachweislich Abweichungen bis zu einem Meter von der gewünschten Fluglinie des Balles. Die Schlagpräzision bekannter Tennisschläger läßt somit erheblich zu wünschen übrig.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, einen Schläger der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die beschriebenen Abweichungen erheblich vermindert sind. Das Schlagverhalten des Schlägers soll insgesamt verbessert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt der grundsätzliche Gedanke, die Resonanzfrequenz des -- am Handgriff festliegenden -- bespannten Schlägers näherungsweise der Zeitdauer anzupassen, in welcher der Ball mit der Bespannung in Berührung bleibt; erfindungsgemäß soll die Eigenfrequenz des Schlägers mit der Erregerfrequenz des Balles i.w. übereinstimmen, also 83 bis 200 Hz, bevorzugt 100 bis 140 Hz, betragen. Der Ballkontakt beträgt 2,5 bis 6 ms für eine halbe Schwingung. Dank dieser Vorgaben entsteht ein Schläger, der die vom Erfinder gesehene Aufgabe in vollkommener Weise löst.

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KU-120

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Der erfindungsgemäße Schläger — der insoweit mit bekannten Schlägern übereinstimmt, als sein Spannrahmen bzw. ein diesen ergebender Profilstab eine in der Ebene der Bespannung gemessene Querschnittsbreite zwischen 8 und 16 mm besitzt -- weist ein Trägheitsmoment auf, welches 4- bis 16fach höher ist als das Trägheitsmoment eines Tennisschlägers nach dem Stande der Technik, dessen Querschnittshöhe gleich oder geringer ist als die Dicke seines Handgriffes.

Im Rahmen der Erfindung liegt ein Schläger mit einer üblicher Dicke des Handgriffes ohne Ummantelung und ohne Berücksichtigung der Griffkappe von etwa 23 bis 32 mm,

dessen Schlägerachse eine Symmetriegerade bildet und bei dem die Höhe eines Querschnittes des Spannrahmens größer ist als jene Dicke des Handgriffes. Letztere ist durch die menschliche Hand vorgegeben und bleibt deshalb selbst ohne Einfluß auf die Schläger gestaltung. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gilt die voranstehende Maßgabe des Verhältnisses von Handgriffdicke zu der Höhe eines Querschnittes auch für einen Profilstab, aus welchem der Spannrahmen hergestellt ist und der über den Spannrahmen hinaus von dessen Herzzone bis zum Handgriff reicht.

Als bevorzugte max. Höhe des Querschnittes von Profilstab und/oder Spannrahmen hat sich ein Maß über der Dicke des Handgriffes bis zu etwa 45 mm erwiesen.

Erfindungsgemäß nimmt die senkrecht zur Bespannung gerichtete Höhe des Querschnittes oder Profiles von Schläger bzw. Spannrahmen gegenüber der Griffdicke

KU-120 -^r-

sprunghaft oder allmählich zu und kann von der Stelle des höchsten Aus.maßes zum Schlägerkopf hin -- sprunghaft oder allmählich -- wieder abnehmen.

So hat es sich als günstig erwiesen, daß der Schläger in der Herzzone seine größte Höhe aufweist und sich sowohl zum Handgriff als auch zum Schlägerkopf, also in beide Richtungen der Längsachse, verjüngt, wobei bevorzugt seine größte Höhe in einem beidseits der Herzzone verlaufenden Bereich gleichbleibend ist.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist die größte Höhe des Schlägers am Übergang zum Handgriff angeordnet die Schläger- oder Querschnitthöhe kann von diesem Übergang oder in Abstand dazu zum Schlägerkopf hin abnehmen. Die Abnahme mag unter Erzeugung einer geraden Längskontur des Profiles stetig erfolgen, jedoch ist es auch möglich, die Kontur geschwungen oder gekrümmt herzustellen.

Von besonderer Bedeutung für den erfindungsgemäßen Schläger ist die Ausgestaltung der Herzzone als schmaler Rahmensteg, dessen Höhe geringer ist als die Höhe des Profilstabes.

Soweit vorstehend ein Querschnittsmaß erwähnt wird, bleibt zu berücksichtigen, daß die Längsachse des Schlägers auch Symmetrieachse ist, d. h. dem beschriebenen Querschnitt des Spannrahmens liegt auf der anderen Seite der Symmetrieachse ein entsprechender Querschnitt gegenüber. Zudem bestimmt nach einem Merkmal der Erfindung -- wie an sich bekannt -- die Bespannung eine Symmetrieebene.

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KU-120 -*-

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1: die teilweise wiedergegebene Draufsicht auf einen bekannten Tennisschläger mit Spannrahmen aus Profilrohr;

Fig. 2: die Seitenansicht zu Fig. 1;

Fig. 3: den vergrößerten Querschnitt durch Fig. 1 nach deren Linie III - III;

Fig. 4: eine Schwingungsgrafik für den Tennisschläger nach Fig. 1 bis 4;

Fig. 5: eine Schemaskizze zu einem Belastungsfall;

Fig. 6: eine Teildraufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tennisschlägers mit Spannrahmen;

Fig. 7: die der Fig. 2 entsprechende Darstellung des Tennisschlägers der Fig. 6;

Fig. 8: einen Querschnitt des Spannrahmens des erfindungsgemäßen Tennisschlägers;

Fig. 9: eine Schwingungsgrafik zu Fig. 6 bis 8;

Fig.10 schematisierte Seitenansichten zu ausgewählten Fig. 12 bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Tennisschlägers;

Fig.12a: eine andere Ausgestaltung zu Fig. 12.

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KU-120 '" ^

Ein in den Fig. 1 bis 3 beispielhaft dargestellten Tennisschläger ίο bekannter Art weist einen ovalen Spannrahmen 12 aus einem entsprechend gekrümmten Profilstab 13 auf, der beidseits der Schlägerlängsachse M in -- ein plattenförmiges Herz 14 begrenzenden -- Profil·

armen 15 endet. Letztere sind in einem Handgriff 16 einer Dicke i von 26 bis 32 mm festgelegt; die" Dicke i ist an Handgriffen 16 ohne Umwicklungsleder und ohne Berücksichtigung einer Griffkappe 17 gemessen.

Spannrahmen 12 und Herz 14 umgeben eine Bespannungsfläche Q aus Quersaiten 18 und diese kreuzenden Längssaiten 19. Der bevorzugte Auftreffpunkt für einen nicht gezeigten. Tennisball ist in Fig. 1 mit S bezeichnet.

Der Spannrahmen 12 bzw. sein Profilstab 13 ist gemäß Fig. 3 rechteckigen Querschnitts, dessen Seitenwände 20 beispielsweise in einem Abstand a von 7 mm und dessen Querwände 21 in einem Abstand h von 17 mm verlaufen.

Bei einer Wanddicke q der Seiten- bzw. Querwand 20 bzw. 21 von 2 mm ergeben sich eine Außenbreite m von 11 mm und eine äußere Höhe η von 21 mm. Letztere ist im übrigen weit niedriger als die Dicke i des Handgriffs 16.

Die aus vorstehenden Maßen errechenbare Querschnitts-

2 fläche für den Profilstab 13 beträgt in mm :

21.2.2+7.2.2= 112.

Die Eigenfrequenz f_o des entsprechend dem Schema gemäß Fig. 5 eingespannten Tennisschlägers 10 ist meßbar, indem eine an der Schlägerlängsachse M angreifende

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Kraft P plötzlich entfernt wird.

Wird die Eigenfrequenz auf ein mit 3000 mm/ laufendes

Schreibband geschrieben, gilt

(HZ),

worin 1 die vom Schreibband abgelesene Schwingungslänge in mm ist.

Im Elastizitätsbereich ist das Maß d der in Fig. 5 deutlich gemachten Durchbiegung der Kraft P proportional. Sie ist aber auch in eine Beziehung zu der Eigenfrequenz des Tennisschlägers 10 in Längsrichtung zu bringen; hat ein Tennisschläger unter der gleichen Kraft P eine Durchbiegung von d. und ein anderer eine solche von d„ , kann die Eigenfrequenz des zweiten Tennisschlägers annähernd nach folgender Beziehung berechnet werden:

(Hz)

Die Kontaktzeit zwischen Tennisschläger io _und Ball wurde durch viele Versuche -- u. a. durch Hochgeschwindigkeitsfotografie — mit 2 bis max. 6 ms festgestellt, im Mittel also mit 4 ms, was für eine ganze Schwingung t = 8 ms oder 125 Hz erbringt.

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KU-120 . α

Fig. 4 zeigt eine Schwingungskurve in Längsrichtung für einen üblichen Tennisschläger ]D nach Fig. 1 bis 3. Bei Punkt A berührt ein Ball das Netz der Bespannung Q und zwingt den Spannrahmen 12,der Ballfrequenz zu folgen. Dieser Bewegung trachten dynamische Trägheitskräfte des Spannrahmens 12 entgegenzuwirken. Am Punkt B angelangt, kehrt der Ball seine Richtung um und verläßt die dem Ball folgende Bespannung Q etwa an Punkt C. Der Tennisschläger 10 sdhwingt in seiner Eigenfrequenz nach und befindet sich erst am Punkt D, wenn sich der Ball von der Bespannung Q bei C trennt (t = 8 ms, t/,= 2 ms) .

Die unterschiedlichen Maße der Eigenfrequenz des Tennisschlägers 10 von 25 bis 50 Hz einerseits sowie der Erregerfrequenz des Balles von etwa 125 H^ anderseits führenm-- über die ganze Länge eines Spielfeldes gesehen -- zu bedeutenden Abweichungen des Balles von der gewünschten Fluglinie; diese Abweichung kann -wie erwähnt -- bis zu einem Meter betragen.

Die Ausführung eines Tennisschlägers 30 nach Fig. 6 bis β weist eine Resonanzfrequenz auf, welche dem beschriebenen Mangel abhilft; der Querschnitt des Profilstabes 33 enthält gemäß Fig. 8 die folgenden Maße:

innere Breite a, 8 mm,

äußere Breite m·, 10 mm,

innere Höhe b. 32,2 mm,

äußere Höhe n, 37 mm

als Ergebnis einer Berechnung, welche die Übereinstimmung der Eigenfrequenz dieses Tennisschlägers 30 und der "ßallresonanf bestätigt, also die Übereinstimmung der Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz.

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KU-120

Die errechenbare Querschnittsfläche ist hier 37 . 1 . 2 + 8 . χ . 2 und bei x = 2,4

112 mm²,

gleicht also der Querschnittsfläche von Tennisschläger 10, der nachfolgend mit TS bezeichnet sei.

Bei d,_n = Durchbiegung von TS_n

d _n= Durchbiegung von Tennisschläger 30 (TS,.-.)

■V- \

FR = Eigenresonanz von TS = 50 Hz > 10 10

FR,_n = Eigenresonanz von TS-,_n = 125 Hz

^FR1Q = IfJ =0,4
^FR30 125

0,4 =«,- ^dl0

Ϊ ^

d₃₀ = 0,16 .

Die Einfederung unter einer Last P muß -- gegenüber TS. -- bei TS,_Q 1/6 betragen.

Die Querschnittsflächen in Fig. 3 und Fig. 5 führen zu

\n - 11-21³ _ 7.17³ _ j 10.37 ³ 8.32,2 ³ ¹ "12 12 30 ⁼ ~Ϊ2 - 12

8490 - 2870 = 5620 42210 - 22250 = 19960

Fußnote: *) Werte gelten für Graphitschläger, also für harte Werkstoffe

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KU-120 _ΚΓ-

Die Durchbiegung d ist eine Funktion von -j Das heißt

=0,28;

die Einfederung ist mit dem Querschnitt nach Fig. 0,28.

Die Resonanzfrequenz ist CO — Γ D

FR₃₀ _ FR₁

Nimmt man an

b₁ = 37 mm, n, = 42 min,

so ist

J = 10.42³ -

12

61740 - 31000 = 30 J₁₀ = 0,18 ^FR30 ^{= FR}l0" ²'³⁶ ■"= ^{120 Hz}

KU-120

Eine diese Erkenntnisse berücksichtigende Rahmenform gibt Fig. 7 wieder, in der sich ein Bereich E mit vorstehender Profilhöhe n. beidseits eines Rahmensteges erstreckt. Vom Bereich E nimmt die Profilhöhe η zum

Schlägerkopf 40 einerseits und zum Handgriffansatz 41 stetig ab.Der in Fig. 7 geschnitten dargestellte Rahmensteg 34 ersetzt das zuvor beschriebene Herz 14 und weist eine geringere mittlere Profilhöhe h auf als der Profilstab 33.

Das Schwingungsverhalten des erfindungsgemäßen Tennisschlägers 30 in Längsrichtung entnimmt man Fig. 9. Mit dessen Eigenfrequenz stimmt jetzt die Erregerfrequenz des Balles überein. Bei dessen Abheben von der Bespannung Q ist der Tennisschläger 30 am Punkt C oder in dessen unmittelbarer Nachbarschaft angelangt, und der Ball erhält neben einer zusätzlichen Beschleunigung aus dem Spannrahmen 32 des Tennisschlägers 30 eine genaue Flugbahn, die nicht mehr durch das Maß Z der Auslenkung verfälscht ist, wie sie Fig. 4 erkennen läßt. Bei ungenau -- d. h. außerhalb der Längsachse M auf den Tennisschläger 30 bzw. dessen Bespannung Q -treffenden Ballen entsteht eine Torsionsschwingung um die Längsachse M. Diese Torsionsschwingung ist der Längsschwingung überlagert.

Wird äueb diese Schwingung durch Abstimmung des Rahmenstegs 34 aus Fig. 7 auf bevorzugt 125 Hz gebracht, schwingt der gesamte Tennisschläger 30 bei Ballberührung nur noch sinusförmig in einer Frequenz und kompensiert auch torsionsbedingte Schlagabweichungen durch rechtzeitiges Rückschwingen.

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KU-120

DiJe Handgriffe 16 des Tennisschlägers 30 (Fig. 6 bis 8) und der in den Fig. 10 bis 12 wiedergegebenen Ausführungsformen 30 bis 30 sind von üblicher Dicke i, welche -- wie gesagt -- 23 bis 32 mm mißt, gegenüber dieser Dicke i besitzen die anschließenden Profilstäbe -- ihrer wechselnden Höhen halber besser als Rahmenprofile 33 bezeichnet -- in allen Fällen eine längere äußere Höhe n,.

Letztere findet sich in Fig. 10 am sprunghaft ansteigenden Übergang 36 zwiahen Handgriff 16 und Rahmenprofil 33 , das sich zum Schlägerkopf 40 hin stetig verjüngt (Höhe η ).

Das Rahmenprofil 33, nach Fig. 11 ist insgesamt von jener max. Höhe n,, während die max. Höhe n, von Rahmenprofil 33 (Fig. 12) etwa an Herzzone H endet und als Höhe η zum Schlägerkopf 40 abnimmt.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen von der max. Höhe n, ausgehende Gerade, also jeweils eine stetige Abnahme der variablen Höhe η . Statt diesem stetigen Verlauf können die entsprechenden Querschnittskonturen auch gekrümmt sein, wie dies in Fig. 12a angedeutet ist.

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KU-120

Zusammenfassunq

Ein Schläger für Spiele mit begrenzt elastischem Ball, insbesondere ein Tennisschläger (30), mit in einem Spannrahmen (33) vorgesehener Bespannung (Q), einer an den Spannrahmen (33) anschließenden Herzzone sowie einem endwärtigen Handgriff (16), soll so verbessert werden, daß seine Schlaggenauigkeit erhöht und Abweichungen von der Flugbahn vermindert werden.

Hierzu soll die Resonanzfrequenz des am Handgriff (16) festliegenden bespannten Schlägers (30) näherungsweise der Zeitdauer entsprechen,in welcher der Ball mit der Bespannung (Q) in Berührung ist, die Eigenfrequenz des Schlägers (30) soll mit der Eigenfrequenz des Balles etwa übereinstimmen.

Der erfindungsgemäße Schläger (30) mit einer Dicke seines Handgriffes (16) von etwa 23 bis 32 mm soll eine Höhe (n.) des Querschnittes aufweisen, die größer ist als jene Dicke des Handgriffes (16).

Fig. 7

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Claims

PATENTANWALT DIPL-ING. HIEBSCH · D - 77 SINGEN, den 3 4 3 4· 9 5 β A.Z. KU-120 Blatt -A 1- PATENTANSPRÜCHE

1. Schläger für Spiele mit begrenzt elastischem Ball, insbesondere Tennisschläger, mit in einem Spannrahmen vorgesehener Bespannung, einff an den Spannrahmen anschließenden Herzzone sowie einem endwärtigen Handgriff,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Resonanzfrequenz des am Handgriff (16) festliegenden bespannten Schlägers (30) näherungsweise der Zeitdauer entspricht, in welcher der Ball mit der Bespannung (Q) in Berührung ist.

2. Schläger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Eigenfrequenz mit der Erregerfrequenz des Balles etwa übereinstimmt.

3. Schläger nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Resonanzfrequenz von 83 bis 200 Hz, bevorzugt 100 bis 140 Hz.

4. Schläger mit einer in der Ebene der Bespannung gemessenen Querschnittsbreite des Spannrahmens bzw. eines diesen ergebenden Profilstabes zwischen 8 und 16 mm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägheitsmoment des Querschnittes von Spannrahmen (32) bzw. Profilstab (33) des Schlägers (30) das 4- bis 16fache des Trägheitsmomentes eines Tennisschlägers (10) aufweist, dessen Querschnittshöhe gleich oder geringer ist als die Dicke (i) des Handgriffes (16).

-A 2-

3434955 t

KU-120 * ^A 7-

5. Schläger mit einer Dicke seines Handgriffes von etwa 23 bis 32 mm und der Schlägerachse als Symmetriegerader nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (n,) eines Querschnittes des Spannrahmens (32) größer ist als die Dicke (i) des Handgriffes (16).

6. Schläger mit einer Dicke seines Handgriffes von etwa 23 bis 32 mm. nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (n,) eines

Querschnittes eines Profilstabes (33,33 bis 33 )

a c

größer ist als die Dicke (i) des Handgriffes (16).

7. Schläger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Höhe (n,) des Schlägers (30 ) am Übergang (36) zum Handgriff

(16) angeordnet ist.

8. Schläger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er in der Herzzone (H) seine größte Höhe (n..) aufweist und sich sowohl zum Handgriff (16) als auch zum Schlägerkopf (40) hin verjüngt.

9. Schläger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß seine größte Höhe (n,) in einem Bereich (E) beidseits der Herzzone (H) gleichbleibend ist.

-A 3-

KU-120 3 -ßr &-

10. Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (n ) des Profilstabes (33 ) etwa von der Herzzone (H) des Schlägers (30 ) zu dessen Schlägerkopf (40) hin in einer Richtung abnimmt.

11. Schläger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (n ) des Profilstabes (33 )

O

vom Übergang (36) am Handgriff (16) zum Schlägerkopf (40) abnimmt (Fig. 10).

12. Schläger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Höhe (n,) des Profilstabes (33.) sich vom Übergang (36) am Handgriff (16) bis zum Schlägerkopf (40) erstreckt (Fig. 11).

13. Schläger nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung seiner Höhe (n.) stetig ist.

14. Schläger nach wenigstens einem der Ansprüche 5 . bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß seine Höhe (n ) unter Erzeugung einer gekrümmten Kontur abnimmt .

15. Schläger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß seine Bespannung (Q) teilweise von einem Rahmensteg (34) begrenzt ist, dessen Höhe (h) geringer ist als die Höhe (n,) des Profilstabes (33).

-A 4-

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KU-120 V -sA fr-

16. Schläger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bespannung (Q) in an sich bekannter Weise seine Symmetrieebene ist.