DE3804209A1 - Vorrichtung zur translatorischen und rotatorischen beschleunigung von koerpern mit kugelfoermig gestalteter oberflaeche auf vorgegebene geschwindigkeitszustaende - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur translatorischen und rota­ torischen Beschleunigung von Körpern mit kugelförmig gestalteter Ober­ fläche auf vorgegebene Geschwindigkeitszustände nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei verschiedenen Sport- und Spielarten wie Tennis, Squash, Tischtennis, Fußball, Billard, Kegeln u. a. werden an kugelförmigen Spielkörpern Bewe­ gungszustände zusammengesetzt aus translatorischen und rotatorischen Geschwindigkeitsanteilen erzeugt. Die Fähigkeit eines Spielers, solche Bewegungszustände gezielt zu verändern, bestimmt wesentlich den ange­ strebten Spielerfolg. Voraussetzung für eine solche Befähigung sind Trai­ ning und in Werkstoffwahl, Werkstoffkombination und Gestaltung den Anfor­ derungen optimal angepaßtes Spielgerät. Sowohl für Trainingszwecke als auch für Material- und Gerätetests ist deshalb die Bereitstellung einer Vorrichtung zur gezielten reproduzierbaren Erzeugung einer Transla­ tionsbewegung des Spielkörpers bei gleichzeitiger unabhängiger Über­ lagerung einer Rotation mit beliebig im Raum einstellbarem Drehvektor von nicht unerheblicher Bedeutung, zumal hier auch die Möglichkeit der Wiederholung unter Wettkampfbedingungen ausgemessener Geschwindig­ keitszustände gegeben ist.

Vorrichtungen zur translatorischen Beschleunigung von Spielkörpern sind anwendungsspezifisch unter Nutzung verschiedener physikalischer Wirk­ prinzipien entwickelt und damit Stand der Technik.

Aus dem GM 78 02 699 und der DE 26 24 754 sind Vorrichtungen bekannt, die zugeführte Bälle unter Verwendung von parallelen endlos umlaufenden Riemen durch kraftschlüssig erzeugte Traktion einem definierten Bewe­ gungszustand zuführen. Unterschiedliche Bandgeschwindigkeiten als ver­ fahrensbedingt notwendige Voraussetzung zur Erzeugung überlagerter Ro­ tationszustände werden durch diese Erfindungen nicht erfaßt.

Naturgemäß treten überlagerte Rotationszustände bei der Erzeugung von Translationsbewegungen durch Abrollvorgänge auf (DE 34 07 972, DE 24 38 339 u. a.). Entsprechend arbeitende Vorrichtungen zur gezielten Bildung von Unter- und Oberschnitt bei Tischtennisbällen sind bekannt (DE 29 17 610). Durch die in den Abrollpunkten gegebenen kinematischen Bindungen sind die rotatorischen Bewegungsanteile hier in Größe und Richtung ab­ hängig von den Translationsanteilen und damit nicht frei wählbar.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Vor­ richtung zu entwickeln, die einem kugelförmigen Spielkörper einen defi­ nierten Geschwindigkeitszustand aufprägt bestehend aus einem Trans­ lationsanteil und einem davon in Größe und Richtung unabhängigen Ro­ tationsanteil. Diese Aufgabe wird ausgehend von der Vorrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patent­ anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Anhand der Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen, wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung schematisch im Längsschnitt,

Fig. 2 im Querschnitt,

Fig. 3 verdeutlicht eine Lageänderung funktionstragender Baugruppen.

Mindestens 3 Riemen 3, 4 und 5, Fig. 2, berühren den kugelförmigen Spiel­ körper mit einer zur kraftschlüssigen gleitungsfreien Traktion ausreichenden Vorspannkraft. Die Berührpunkte liegen in einer radialen Schnittebene des Spielkörpers 2, Fig. 2, die Wirkflächen 9, 10 und 11 der Riemen liegen über der gesamten wirksamen Riemenlänge 1, Fig. 1, in Tangentialebenen der kugelförmigen Spielkörperoberfläche.

In einer durch parallele Wirkrichtungen definierten Grundstellung der Antriebsriemen können nun Translations- und Rotationszustände wie folgt überlagert werden:

Bei gleichen Riemengeschwindigkeiten wird dem Spielkörper in den drei Berührungsebenen eine in Betrag und Richtung gleiche Geschwindigkeit aufgeprägt und somit ein rein translatorischer Geschwindigkeitszustand erzeugt. Einstellbar unterschiedliche Riemengeschwindigkeiten, wie sie durch die stufenlos regelbaren Einzelantriebe 6, 7 und 8 der Riemen möglich werden, erzwingen eine Abrollbewegung und damit eine der Translation überlagerte Rotation, da in den Berührpunkten mit dem Spielkörper die Umfangsgeschwindigkeiten zwar noch die gleiche Richtung, aber einen ungleichen Betrag besitzen. In dieser sogenannten Grundstellung der Riementriebe können aufgrund der Richtungsgleichheit der Umfangsgeschwindigkeiten nur Rotationszustände überlagert werden, deren Drehvektoren in der von den Berührpunkten aufgespannten Schnittebene des Spielkörpers liegen.

Eine dem Hauptanspruch gerecht werdende allgemeine unabhängig ein­ stellbare räumliche Lage des Drehvektors wird nun erreicht durch Drehung der Wirkrichtung der Riemen 3, 4 und 5 innerhalb der Tangentialebenen der Berührpunkte um die Achsen ξ, η und ζ, Fig. 2, mit Hilfe der Stell­ antriebe 12, 13 und 14. Mit dieser Maßnahme lassen sich in Betrag und Richtung ungleiche Umfangsgeschwindigkeiten am Spielkörper erzeugen. Aufgrund der kinematischen Bindungen in den Berührpunkten ist dann jedem durch rotatorische und translatorische Anteile bestimmten Geschwindig­ keitszustand des Spielkörpers ein durch definierte Winkellagen der Riemen zur Grundstellung und durch definierte Riemenumfangsgeschwindigkeiten gekennzeichneter Betriebszustand der Vorrichtung eindeutig zugeordnet. Die Lage der Drehachsen ξ, η und ζ, Fig. 2, ist im Bereich der wirksamen Länge 1 der Riementriebe, Fig. 1, prinzipiell beliebig wählbar, zur besseren Ausnutzung der Riemenbreite ist aber eine mittige Anordnung sinnvoll. Zur Erzeugung sehr kleiner Drehungen kann der Antrieb von den Stellmotoren über die Getriebestufen 15, 16 und 17 erfolgen. Eine bezüglich des Spielkörpers symmetrische Anordnung der Riemen ent­ sprechend Fig. 2 ist zur Funktionserfüllung nicht erforderlich, zur Erzeugung guter Führungseigenschaften und möglichst gleicher Reibungs­ zustände in den Berührpunkten aber empfehlenswert.

Kinematisch notwendig sind drei umlaufende, den Spielkörper durch kraft­ schlüssig erzeugte Traktion antreibende Riemen. Eine weitere Begrenzung der Riemenanzahl ist nicht erforderlich.

Mit den Maßnahmen nach Anspruch 2 wird jeder Riementrieb durch eine einzelne unabhängig angetriebene Rolle ersetzt. Für bestimmte Spielkörper kleiner Masse, die kurze Beschleunigungswege zulassen, kann so eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit erheblich geringerem Aufwand realisiert werden.

Mit den Maßnahmen nach Anspruch 3 werden die Spielkörper nach einem vorzugebendem Zeitverhalten langsam auf den geforderten End­ geschwindigkeitszustand beschleunigt. Damit werden Trägheitswirkungen begrenzt und reines Abrollen in den Berührungspunkten der Riemen mit dem Spielkörper während der Beschleunigungsphase gesichert.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 4 wird es möglich, durch Vorgabe der Koordinaten des gewünschten allgemeinen Geschwindigkeitszustands alle nötigen Einstellungen der Winkellagen und der Geschwindigkeiten der Riemen zu initiieren.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 5 können die Riemen durch gegebenenfalls dem Spielkörper angepaßte, eine vereinfachte Bauweise der Vorrichtung ermöglichende oder zu besserem Traktionsverhalten führende kraft­ schlüssige Zugmittel ersetzt werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur translatorischen und rotatorischen Beschleunigung von Körpern mit kugelförmig gestalteter Oberfläche auf vorgegebene Geschwindigkeitszustände bestehend aus mindestens drei endlos um­ laufenden Riemen (3, 4, 5), zwischen denen der aus einem Magazin (1) zugeführte Körper (2) auf einen bestimmten Geschwindigkeitszustand hin beschleunigt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der die Kugeloberfläche berührende Riemen einen Direkt­ antrieb (6, 7, 8) besitzt, der eine unabhängige und stufenlose Ein­ stellung der Riemenumfangsgeschwindigkeit zuläßt,
daß die Berührpunkte der Riemen mit der Kugeloberfläche in einer radialen Schnittebene des Körpers (2) liegen und die Wirkflächen (9, 10, 11) der Riemen über die gesamte wirksame Riemenlänge in Tan­ gentialebenen der Körperoberfläche (2) liegen,
und daß über entsprechende Stellantriebe (12, 13, 14) die Wirk­ richtungen der Riemen innerhalb der entsprechenden Tangentialebenen stufenlos und unabhängig gedreht werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder an­ getriebene umlaufende Riemen (3, 4, 5) durch jeweils eine unabhängig stufenlos angetriebene zylindrische Kreisscheibe mit einer als Wirk­ fläche gestalteten Mantelfläche ersetzt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durch­ laufen des Kugelkörpers (2) durch den von den umlaufenden Riemen gebildeten und in seiner Länge durch die wirksame Riemenlänge be­ grenzten Beschleunigungskanal die Riemengeschwindigkeiten abhängig von der Lage des Körpers (2) im Kanal zur Erzeugung eines definierten Beschleunigungsverhaltens unabhängig voneinander verändert werden können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertvorgabe für die Riemenantriebe (6, 7, 8) und die Stellmotoren (12, 13, 14) mit Hilfe von Mikroprozessorsteuerungen nach Vorgabe der Koordinaten der bei Austritt aus dem Beschleunigungskanal gefor­ derten Translations- und Winkelgeschwindigkeit des Körpers (2) erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der als Zugmittel verwendeten Riemen (3, 4, 5) auch andere kraftschlüssig auf den Körper wirkende Zugmittel eingesetzt werden können.