DE3702197C2 - Tennisschläger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tennisschläger mit in einem von einem Profilstab gebildeten Schlägerkopf als Spannrahmen vorgesehener Bespannung, einer an den Schlägerkopf anschließenden und vom Profilstab beidseits flankierten Herzzone sowie einem Handgriff, insbesondere mit einem Schlägergewicht von 320 bis 410 Gramm, einer Schlägerlänge von 650 bis 720 mm und mit einem vom Griffende gemessenen Balancepunkt zwischen 310 bis 335 mm, wobei am Ende des Handgriffs sowie am Spannrahmen Gewichte vorgesehen sind und die am Spannrahmen angeordneten Gewichte bezüglich der Schlägerlängsachse symmetrisch vorgesehen sind.

Das Gewicht eines solchen bespannten Tennisschlägers liegt bekanntlich zwischen 325 und 400 Gramm, seine Länge zwischen 660 und 710 mm. Die bespannte Fläche hat in Schlägerlängsachse eine Ausdehnung von 250 bis 380 mm, bei einer größten Breite von 180 bis 280 mm. Diese Angaben beziehen sich auf übliche Schläger für Erwachsene. Schläger für Jugendliche und Kinder haben nach unten abweichende Abmessungen der Schlägerlänge und des Balancepunktes, ebenfalls abweichendes Gewicht.

Bei einem Tennisschläger nach DE-OS 33 42 012 sind an verschiedenen Punkten Kompensationsgewichte elastisch oder federnd aufgehängt, um lineare Aufprallkräfte vor deren Übertragung auf den Arm des Benutzers kompensieren zu können. Solche Gewichte aus Blei, Bleigummi, Schwerkunststoff od. dgl. sind im Griff um 45° zur Schlägerlängsachse geneigt in eine elastische Masse eingebettet, die Schlägerlängsachse dient also auch dann nicht als Symmetrieachse, wenn Gewichte am Spannrahmen zu ihr symmetrisch liegen. Völlig offen bleibt, wie sich der Autor dieser Vorveröffentlichung die konkrete Ausgestaltung seines federnden Systems eigentlich vorstellt.

Die US-PS 41 53 249 beschreibt einen Tennisschläger mit einem geschlossenen Schlägerherz in einem Aluminiumrahmen und von diesem in Abstand parallel in den Handgriff laufenden Profilenden. In der Stirn des Handgriffes ist eine Kugel als zusätzliches Gewicht angebracht, und auch der Spannrahmen weist in seiner die Schlägerachse kreuzenden Mittellinie an einer Rahmenseite ein Zusatzgewicht auf, wobei beide Gewichte jeweils 15 bis 25 Gramm wiegen sollen.

Der Autor der US-PS 41 53 249 will den Pendelnullpunkt vom Ende des Schlägergriffs an eine Stelle verlegen, die 4 3/4 Zoll, also 12 cm, vom Griffende entfernt ist. Dadurch ergeben sich besondere Werte für den Abstand des Schwingungsmittelpunktes vom Griffende; der Schwingungsmittelpunkt wird etwas nach oben verschoben, aber auch gleichzeitig aus der Schlägerlängsachse herausgedrängt.

Um dem Benutzer die Lage der - durch das einseitige Rahmengewicht vorhandenen - schweren Schlägerseite kenntlich zu machen, muß eine der Handgriffseiten zusätzlich mit einer durch die Benutzerhand spürbaren Ausbeulung ausgestattet sein.

Aus dem Jahre 1928 ist durch die GB-PS 310.566 ein Holzschläger mit Ansatzgewichten am Spannrahmen und einem Hauptgewicht an einem Schraubbolzen bekanntgeworden, das in axialem Abstand zur Griffstirn steht, also um die Benutzerhand besondere Balanceverhältnisse schafft.

Schließlich können nach DE-OS 27 52 171 hölzerne Tennis-, Tischtennis-, Badminton- und Squashschläger dann eine erhöhte Schwing- und Schlagkraft erhalten, wenn man sie mit wesentlich über den bisher bekannten Kopfgewichten liegenden Beschwerungen am Schlägerkopfende versieht, also etwa mit Bleischrauben, Bleikörpern, Bleibändern oder Einzelgewichten aus Gußeisen.

All diese Vorschläge haben in den Schlägerbau keinen Eingang gefunden, da offenbar die von den Erfindern angestrebten unterschiedlichen Ziele nicht erreicht worden sind.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, einen Tennisschläger der eingangs erwähnten Art - insbesondere mit sogenannter offener Herzzone und diese zur Bespannung hin begrenzendem Quersteg - zu schaffen, der die bereits beschriebenen üblichen Parameter aufweist und dennoch gegenüber bekannten Tennisschlägern dieser Art ein verbessertes Schlagverhalten anbietet. Insbesondere soll ein auf die Hand des Spielers wirkendes Rückschlagmoment wesentlich verringert werden bei gleichzeitiger Erhöhung der Schlagwucht.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des Patentanspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wird das Gewicht des Spannrahmens als Kopfgewicht am freien Ende des Schlägerkopfes vorgesehen, wobei das Kopfgewicht und das Griffgewicht zusammen etwa 50 bis 150 Gramm betragen bei einem Verhältnis Kopfgewicht zu Griffgewicht von etwa 0,6.

Wenn hier von zusätzlichen Gewichten gesprochen wird, so kann es sich im Rahmen der Erfindung sowohl um besondere Gewichte handeln, die am Tennisschläger angebracht werden als auch um eine Masseanhäufung im Schlägerwerkstoff an den erfindungsgemäß definierten Stellen. Diese sogenannte Masseanhäufung geht über das gleichmäßig über den Tennisschläger verteilte übliche Schlägergewicht beispielsweise punktartig hinaus.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll das Zusatz- oder Kopfgewicht geteilt und beidseitig der Schlägerlängsachse, die hier bevorzugt auch Symmetrieachse ist, in einem axialen Abstand von 0 bis 100 mm zu einer durch den Zenit des Schlägerkopfes gelegten Senkrechten zur Schlägerlängsachse angeordnet sein.

Es ergibt sich ein Tennisschläger, bei dem das Verhältnis des Abstandes des Balancepunktes vom Griffende zum Abstand des Schwingungsmittelpunktes vom Griffende zwischen 0,62 und 0,71 liegt. Zudem kann bei ihm der Abstand des Schwingungsmittelpunktes vom Griffende 470 bis 500 mm betragen - entsprechend einer Schwingungszeit von 1,374 sec bis 1,417 sec für eine volle Schwingung eines um das Griffende frei pendelnden Tennisschlägers bei einem Ausschlagwinkel von weniger als 8°.

Die Erfindung sei an einem zahlenmäßigen Beispiel erläutert. Ein handelsüblicher Tennisschläger nach dem Stande der Technik wurde mit einem erfindungsgemäßen Tennisschläger verglichen. Beide Schläger hatten

• a) ein bespanntes Gewicht von 362 g;
• b) ein Balancepunkt in Abstand von 32,5 cm vom Griffende;
• c) eine totale Länge von 68 cm;
• d) geometrisch genau gleiche Abmessungen bei identischen Ausgangsmaterialien (Graphitfasern in Epoxidharz eingebettet);
• e) eine größte Länge der bespannten Fläche: von 31,5 cm;
• f) eine größte Breite der bespannten Fläche: von 23,5 cm.

Mit diesen Angaben ist ein üblicher sog. Midsizeschläger im allgemeinen vollständig definiert. Eine Angabe, die in der einschlägigen Fachliteratur beim Testen noch verwendet wird (z. B. Tennis Magazin Jahrgang 12, Heft 1, Jan. 87, S. 51) ist der RA-Wert, der Auskunft über die Schlägerhärte bietet. Die beiden Schläger hatten denselben Wert von RA=82, was auf der Skala als außerordentlich hart gilt; denn ein RA-Wert von 100 gibt unendliche Härte, ein solcher von 0 eine unendliche Weichheit an.

Die durch praktische Versuche erhärteten Berechnungsergebnisse brachten folgendes Bild:

Bei 874 Ballkontakten war die Summe aller Momente bei glockenkurvenartiger Streuung der auftreffenden Bälle auf der Bespannungsfläche, die auf den Arm wirkten, 8902 Nm beim Tennisschläger nach dem Stande der Technik. Das größte einzelne Moment war: 28 Nm.

Beim erfindungsgemäßen Tennisschläger lagen die entsprechenden Werte bei 5236 Nm, also 41% niedriger, und das größte aufgetretene Einzelmoment bei 22 Nm (22% niedriger).

Die Schlagwucht des erfindungsgemäßen Tennisschlägers hingegen war um 6,6% höher als die des Vergleichsschlägers.

Diese beeindruckenden Ergebnisse wurden dadurch erreicht, daß man die Massenverteilung im neuen Tennisschläger so verändert hat, daß bei gleichem Abstand der Balancepunkt vom Griffende die Lage des Schwingungsmittelpunktes in Richtung auf das Zentrum der Schlagfläche hin verlegt ist. Der Abstand des Griffendes vom Schwingungsmittelpunkt wird nachfolgend mit r_S oder mit reduzierter Pendellänge bezeichnet.

Im genannten Beispiel wurde erreicht, daß sich jener Abstand r_S (beim Stande der Technik: 45 cm) beim erfindungsgemäßen Tennisschläger auf 48 cm vergrößert.

Es gehört zum allgemeinen Fachwissen, daß durch das Anordnen von mehr Masse im Kopf des Tennisschlägers die Schlagwucht vergrößert werden kann, weshalb bereits vorgeschlagen wurde, leichtere Tennisschläger zu bauen, deren Balancepunkt bei 38,4 bis 43,5 cm liegt und deren reduzierte Pendellänge r_S 49,9 cm mißt. Diese leichten, jedoch extrem kopflastigen Tennisschläger mit einem vorgeschlagenen Gewicht von 340 g sollen die Schlagwucht eines 397 g schweren Tennisschlägers entwickeln. Daß dieser Weg nicht zum Ziel führt, ist durch die Praxis belegt; extrem kopflastige Tennisschläger werden von den Spielern nicht angenommen, da offensichtlich die fehlende Gewichtsmasse im Griff den auftretenden Rückschlagmomenten beim Auftreffen des Balles außerhalb des Schwingungsmittelpunktes nicht entgegenwirkt und das Hand-Armgelenksystem zusätzlich belastet.

In US-PS 42 91 574 werden mathematische Formeln abgeleitet, um die reduzierte Pendellänge aufgrund einfacher Versuche festzustellen. Außerdem wird auf die Steifigkeit der Rahmen hingewiesen und auf deren Zusammenhang mit der Vibrationsarmut der Tennisschläger. Auch hier wird versucht, einen leichteren Tennisschläger zu entwickeln, dessen Schlagwucht der eines schweren entspricht.

Der erfindungsgemäße Gedanke weicht von dieser Aufgabenstellung weit ab; der hier vorgestellte neue Tennisschläger soll sich von einem üblichen Tennisschläger weder im Gewicht noch in der äußeren Erscheinungsform noch gar durch die Lage des Balancepunktes unterscheiden. Jedoch soll der Schwingungsmittelpunkt durch die beanspruchten Maßnahmen in das subjektive geometrischhe Zentrum der Bespannungsfläche gerückt werden, nämlich durch eine geeignete Massenanordnung im Schlägerkopf und -griff. Hierbei soll das polare Trägheitsmoment um die in die Grifflängsachse fallende Achse noch vergrößert sein. Gleichzeitig soll die Gewichtsanhäufung am Griff möglichst an dessen äußerstem Ende geschehen, da dort die größte Wirkung erzielt wird, um als Massenträgheit auftretenden Gegenmomenten im Griff - die das Hand-Armgelenksystem belasten - entgegenwirken zu können.

Das subjektive geometrische Zentrum ist bei Midsizeschlägern bei etwa 50 cm angeordnet. Bei Largehead-Schlägern - solche mit 50% größerer Schlagfläche - bei 48,5 cm und bei Normalschlägern bei 52 cm.

Die Geometrie der Largeheadschläger kommt der Forderung entgegen, r_S ins subjektive geometrische Zentrum wandern zu lassen. Hier sei erwähnt, daß auch eiförmige Tennisschläger - spitze Eiform zum Zenit hin - die Geometrie insofern beeinflussen, als das subjektive geometrische Zentrum näher zum Schwingungsmittelpunkt hin gebracht wird. Auch dies führt nicht zum erwünschten Ziel, da die Schlagwucht hierdurch nicht verbessert werden kann.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert; diese zeigt in

Fig. 1: die Draufsicht auf einen Tennisschläger;

Fig. 2: eine Erläuterungsskizze zu Fig. 1.

Ein Tennisschläger 10 einer Gesamtlänge e von 680 mm weist einen ovalen Spannrahmen als Schlägerkopf 12 aus einem entsprechend gekrümmten Profilstab 13 auf, der aus in Epoxidharz eingebetteten Graphitfasern besteht. Dieser Profilstab 13 geht beidseits der Schlägerlängsachse M mit Schulterabschnitten 14 jeweils in einen Profilarm 16 über. Die Profilarme 16 begrenzen seitlich eine offene Herzzone 18, die zum Schlägerkopf 12 hin an einem Quersteg 20 endet. An die Herzzone 18 schließt ein Hals oder Schaft 22 an und an diesen ein Griff 24, bis zu einer Griffstirn 26, der von Umwicklungsleder umhüllt ist.

Schlägerkopf 12 und Quersteg 20 umfangen eine Bespannungsfläche Q aus Quersaiten 28 und diese kreuzenden Längssaiten 29. Die größte Länge h der Bespannungsfläche Q mißt 315 mm, ihre größte Breite b hingegen 235 mm. Das Gewicht des bespannten Tennisschlägers 10 beträgt 362 g.

Im Griff 24 ist in Abstand i - etwa 0 bis 100 mm - von der Griffstirn 26 ein Griffgewicht 30 angeordnet, an jeder Seite der Schlägerlängsachse M im Profilstab 13 ein Kopfgewicht 32. Diese Kopfgewichte 32 befinden sich auf einer die Schlägerlängsachse M kreuzenden Geraden N, die in einem Abstand a - etwa 0 bis 100 mm - zum Zenit 34 des Schlägerkopfes 12 verläuft. Die Kopfgewichte 32 sind beispielsweise kugelig und im Profilstab 13 festgelegt.

Von der Griffstirn 26 ist ein Balancepunkt B des Tennisschlägers 10 um ein Maß r_B - 310 bis 334 mm - entfernt, ein Schwingungspunkt S liegt zur Griffstirn 26 in einem Abstand r_S von hier 470 bis 500 mm.

In Fig. 2 ist der Tennisschläger 10 am Ende seines Griffes 26 bei 40 angelenkt und pendelt frei mit einem Ausschlagwinkel w von weniger als 8°. Bei einem Abstand r_S von 470 bis 500 mm des Schwingungsmittelpunktes S von der Griffstirn 26 beträgt hier die Schwingungszeit für eine volle Schwingung zwischen 1,374 sec und 1,417 sec.

Für einen Stab mit gleichmäßig verteilter Masse (gleich welcher Größenordnung) ist bei einer Gesamtlänge e die Lage des Balancepunktes B - vom Ende des Stabes gemessen - die Hälfte des Maßes e. Wird das Ende als Pendelnullpunkt betrachtet, so ist die Lage des Schwingungsmittelpunktes S oder die reduzierte Pendellänge

Für die übliche Gesamtlänge e eines Tennisschlägers 10 von 680 mm wird r_S=450 mm. Durch Messungen an üblichen Tennisschlägern - bezogen auf die Gesamtlänge e=680 mm - ist dann auch der Wert r_S=435 bis 465 mm. Daraus ist zu schließen, daß übliche Tennisschläger eine ziemlich gleichmäßige Massenverteilung aufweisen und geringe zusätzliche Gewichte beim Austarieren des Tennisschlägers wenig Einfluß nehmen.

Um zu demonstrieren, welche Größenordnung von Gewichten nötig ist, um eine wesentliche Vergrößerung von r_S zu erreichen, sei ein anderer Stab der Länge 680 mm mit gleichmäßig verteilter Masse untersucht. An jedem seiner Enden wird 1/6 seiner Masse befestigt: Gewicht des Stabes z. B. 240 g, an jedem Ende 60 g, Gesamtgewicht also 360 g (etwa das Gewicht eines normalen Tennisschlägers).

r_S wird durch Versuche bestimmt mit 515 mm. Beim erfindungsgemäßen Tennisschläger 10 benötigt man zur Unterbringung des Griffsgewichtes 30 am Ende des Griffes 24 einen Platz von 0 bis 100 mm. Da das polare Trägheitsmoment um die Schlägerlängsachse M unterstützt werden soll, muß man das Gewicht am Schlägerkopf 12 teilen und beide Teile beidseits dieser Schlägerlängsachse M etwa 60 mm vom Kopfende oder Zenit 34 anordnen.

Behält man das obengenannte Zusatzgewicht von 120 g - jetzt aufgeteilt in Griffgewicht 30 (60 g) sowie die Kopfgewichte 32 (je 30 g) - bei, so wird r_S=490 mm.

Bei einer Ausführung mißt das Griffgewicht 48 g, jenes Kopfgewicht 29 g und r_S 480 mm.

Das erklärte Ziel des Autors der erwähnten US-PS 42 91 574 war es, den Schwingungsmittelpunkt S in das geometrische Zentrum der Bespannungsfläche Q zu rücken. Letzteres weicht jedoch vom sogenannten subjektiven geometrischen Zentrum ab; läßt man einen Spieler das geometrische Zentrum suchen, wird er in aller Regel auf einen Punkt deuten, der gegenüber dem wirklichen geometrischen Zentrum um 10 bis 20 mm (Maß q in Fig. 1) zum Quersteg 20 hin verschoben ist - eine durch die Schlägergeometrie bedingte optische Täuschung. Diese Tatsache wird durch die Beobachtung unterstützt, daß bei abgespielter Saitenfläche das zumeist durch eine rote Einfärbung (Tennisplatzsand) kenntlich gemachte subjektive Zentrum ebenfalls 10 bis 20 mm unterhalb des tatsächlichen geometrischen Zentrums liegt, also griffnäher als letzteres.

Der Schwingungsmittelpunkt S wird nicht bis zum geometrischen Zentrum verschoben, sondern etwa in das genannte subjektive Zentrum. Beim Tennisschläger 10 ist das subjektive Zentrum etwa 500 mm von der Griffstirn 26 entfernt; wäre der Tennisschläger 10 mit r_S=500 mm ausgeführt worden, wäre das Griffgewicht 30 hier 72 g und jedes der Kopfgewichte 32 nun 36 g schwer. Dies würde bedeuten, daß mit den derzeit zur Verfügung stehenden Materialien und Konstruktionsmethoden nur ein Tennisschläger 10 mit zu geringer mechanischer Festigkeit und Steifigkeit hergestellt werden könnte.

Für diesen theoretischen Tennisschläger 10 sei jedoch auch durchgerechnet, welche Momente bei angenommenen 874 Ballkontakten am Griff 24 entstanden wären:

4 462 Nm,

also 50% weniger als beim normalen Tennisschläger. Das größte Moment wäre 18 Nm, also 36% weniger als das beim normalen Schläger.

Die erwähnten Beispiele haben sich auf sogenannte Midsize-Schläger bezogen, deren Schlagfläche etwa 30% größer ist als die eines Normalschlägers.

Das Massenträgheitsmoment eines Tennisschlägers um das Griffende entspricht dem Produkt

m · r_B · r_S.

Bleiben m und r_B definitionsgemäß unverändert, steigt dieses Moment proportional mit r_S.

Um r_S zu bestimmen, benützt man die vereinfachte mathematische Formel für ein physikalisches Pendel bei kleinen Ausschlägen (reduzierte Pendellänge r_S=0,249 T² in Metern, worin T die komplette Schwingung in Sekunden ist.

Claims (4)

1. Tennisschläger mit in einem von einem Proffilstab gebildeten Schlägerkopf als Spannrahmen vorgesehener Bespannung, einer an den Schlägerkopf anschließenden und vom Profilstab beidseits flankierten Herzzone sowie einem Handgriff, insbesondere mit einem Schlägergewicht von 320 bis 410 Gramm, einer Schlägerlänge von 650 bis 720 mm und mit einem vom Griffende gemessenen Balancepunkt zwischen 310 bis 335 mm, wobei am Ende des Handgriffs sowie am Spannrahmen Gewichte vorgesehen sind und die am Spannrahmen angeordneten Gewichte bezüglich der Schlägerlängsachse symmetrisch verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Spannrahmens als Kopfgewicht (32) am freien Ende des Schlägerkopfes (12) vorgesehen ist, wobei das Kopfgewicht (32) und das Griffgewicht (30) zusammen etwa 50 bis 150 Gramm betragen bei einem Verhältnis Kopfgewicht/Griffgewicht von etwa 0,6.

2. Tennisschläger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfgewicht (32) geteilt und beidseits der Schlägerlängsachse (M) in einem axialen Abstand (a) bis 100 mm zu einer durch den Zenit (34) des Schlägerkopfes (12) gelegten Senkrechten zur Schlägerlängsachse (M) angeordnet ist.

3. Tennisschläger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Kopfgewicht/e (32) im Profilstab (13) angebracht und/oder als Masseanhäufung/en im Schlägerwerkstoff ausgebildet ist/sind, welch letztere über das gleichmäßig verteilte Schlägergewicht hinausgeht/-gehen.

4. Tennisschläger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Griffgewicht (30) eine Masseanhäufung im Schläger- bzw. Griffwerkstoff ist, die über das gleichmäßig verteilte Schlägergewicht hinausgeht.