DE3876605T2

DE3876605T2 - BALL GAME BULLETS.

Info

Publication number: DE3876605T2
Application number: DE8888112740T
Authority: DE
Inventors: Mark L Karasek
Original assignee: Wilson Sporting Goods Co
Current assignee: Wilson Sporting Goods Co
Priority date: 1987-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-08-05
Also published as: KR910009207B1; NO173686C; FI874269A; AU608254B2; GB8720149D0; ES2037158T3; JPH0591726U; DE3876605D1; EP0317711A3; NZ222358A; EP0317711B1; KR890003419A; FI89334C; DE3826545A1; NO874084D0; ZA878042B; DK510887D0; GR3007278T3; DK169163B1; JPS6437967A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen Schläger für Spiele, bestehend aus einem Griffteil, einem ring- oder schleifenförmigen (loop shaped) Kopfteil und einem Halsteil als Verbindungsstück zwischen dem Griffteil und dem Kopfteil, wobei der Schläger eine Längsachse hat, die mit der Mittellinie des Griffes fluchtet und eine Mittelebene, die sich über die Längsachse parallel zur Ebene des ringförmigen Kopfteils ausstreckt.The invention relates generally to a racket for games, consisting of a handle part, a ring-shaped or loop-shaped head part and a neck part as a connecting piece between the handle part and the head part, wherein the racket has a longitudinal axis which is aligned with the center line of the handle and a center plane which extends over the longitudinal axis parallel to the plane of the ring-shaped head part.

Bei solch einem herkömmlichen Schläger, der in der EP-A-0 168 041 gezeigt wird, sind der Rahmenteil und der Griffteil derart steif, daß, wenn ein Ball auf die Bespannung des Schlägers auftrifft, der Kopfteil des Rahmens aus der Längsachse des Schlägers gezwungen wird. Diese Biegung beeinflußt die Flugbahn des abprallenden Balles nachteilig.In such a conventional racket, shown in EP-A-0 168 041, the frame part and the handle part are so stiff that when a ball hits the strings of the racket, the head part of the frame is forced out of the longitudinal axis of the racket. This bending adversely affects the trajectory of the rebounding ball.

Bei jedem Körper, der einer Eingangskraft unterliegt, treten einige komplizierte Vibrationsreaktionen auf. Diese kompliziert verformte Gestalt des Körpers kann auf die Summe einer unendlichen Anzahl einfacher vibrationsbedingter Modusformen (mode shapes) mit variierenden Amplituden und Frequenzen reduziert werden. Die spezifischen Frequenzen, Modusformen und Amplituden, die mit einem vibrierenden Körper verbunden sind, hängen von einer Reihe von Faktoren ab. Zu diesen zählen die Steifigkeit und die Gewichtsverteilung innerhalb des Körpers sowie die Höhe des erzwungenen Schwingungsgrades.Any body subjected to an input force will experience some complex vibrational response. This complex deformed shape of the body can be reduced to the sum of an infinite number of simple vibrational mode shapes with varying amplitudes and frequencies. The specific frequencies, mode shapes and amplitudes associated with a vibrating body depend on a number of factors. These include the stiffness and weight distribution within the body and the level of forced vibration.

Steifigkeit und Gewichtsverteilungen können mit zwei verschiedenen Methoden kontrolliert werden. Eine Methode wäre die Verwendung spezieller Verstärkungsmaterialien in Abschnitten des Körpers, wo diese Materialien größere Widerstand/Gewicht- und Steifigkeit/Gewicht-Verhältnisse hätten. Eine weitere Methode zur Kontrolle von Steifigkeit und Gewichtsverteilung wäre eine Veränderung der Geometrie des Körperquerschnitts, genauer gesagt, die Verwendung einer gleichbleibenden Materialmenge im Querschnitt, wahrend das Trägheitsmoment bezogen auf die Querschnittsflache verändert wird, so daß sich auch das Steifigkeit/Gewichts-Verhältnis ändert. Eine Zunahme der Steifigkeit erhöht die Vibrationsfrequenzen und vermindert die fortschreitenden Verformungsamplituden. Eine Zunahme des Gewichtes verringert die Vibrationsfrequenzen und vermindert die Amplituden der dynamischen Verformung.Stiffness and weight distribution can be controlled using two different methods. One method would be to use special reinforcement materials in sections of the body where these materials would have greater resistance to weight and stiffness to weight ratios. Another method to control stiffness and weight distribution would be to change the geometry of the body cross-section, more precisely, the use of a constant amount of material in the cross-section, while the moment of inertia is changed with respect to the cross-sectional area, so that the stiffness/weight ratio also changes. An increase in stiffness increases the vibration frequencies and reduces the progressive deformation amplitudes. An increase in weight reduces the vibration frequencies and reduces the amplitudes of the dynamic deformation.

Zwei bestimmte erzwungene Schwingungsbedingungen sind in dieser Erörterung von Bedeutung. Das eine Extrem, die Bedingung der "frei-frei" erzwungenen Schwingung ("free- free" constraint) , steht für einen Körper, der ohne Zwang im Raum vibriert. Dies kann im Labor annäherungsweise erreicht werden, indem ein Körper an elastischen Bändern aufgehängt wird und frei vibrieren kann. Die beiden ersten Modusformen der Vibration eines einfachen Trägers, der unter "frei-frei" erzwungenen Bedingungen gebogen wird, sind in Figur 10 dargestellt.Two particular forced vibration conditions are of importance in this discussion. One extreme, the "free-free" constraint, represents a body vibrating in space without any constraint. This can be approximately achieved in the laboratory by suspending a body from elastic bands and allowing it to vibrate freely. The first two modes of vibration of a simple beam bent under "free-free" constraints are shown in Figure 10.

Das entgegengesetzte Extrem ist die "eingespannt-frei" erzwungene Bedingung ("clamped-free" constraint condition), wobei ein Ende des Körpers fest in eine Spannvorrichtung eingespannt ist, während das andere Ende frei vibrieren kann. Die ersten drei Modusformen der Vibration eines einfachen Trägers, der unter "eingespannt-frei" erzwungenen Bedingungen gebogen wird, sind in Figur 11 dargestellt. Es sei festgestellt, daß Ordnung oder Modus 1 und 2 in Figur 10 jeweils annähernd die gleiche Form hat, wie Modus 2 und 3 in Figur 11. Die Hinzunahme einer starren Klemme bei einem Körper, der unter "frei-frei" Bedingungen gebogen wird, führt zur Erregung einer zusatzlichen Niederfrequenzvibration (Modus 1 in Figur 11).The opposite extreme is the "clamped-free" constraint condition, where one end of the body is firmly clamped in a clamping device while the other end is free to vibrate. The first three modes of vibration of a simple beam bent under "clamped-free" constraint conditions are shown in Figure 11. Note that modes 1 and 2 in Figure 10 each have approximately the same shape as modes 2 and 3 in Figure 11. The addition of a rigid clamp to a body bent under "free-free" conditions results in the excitation of an additional low frequency vibration (mode 1 in Figure 11).

Die Frequenzen von Ordnung oder Modus 1 und 2 unter "frei- frei" erzwungenen Bedingungen sind nicht die gleichen, wie die Frequenzen der dazugehörigen Modusformen (beziehungsweise Modus 2 und 3) unter den Bedingungen "eingespannt-frei". Die Frequenz einer Modusform unter einer der erzwungenen Bedingungen kann aus der Frequenz der Modusform unter der anderen Bedingung angenähert werden, indem man folgendes Verhältnis benutzt:The frequencies of order or mode 1 and 2 under "free-free" forced conditions are not the same as the frequencies of the corresponding mode forms (or modes 2 and 3) under the constrained-free conditions. The frequency of a mode shape under one of the constrained conditions can be approximated from the frequency of the mode shape under the other condition using the following relationship:

Freqcf = Freqff X (Lff/Lcf)² (Gleichung 1)Freqcf = Freqff X (Lff/Lcf)² (Equation 1)

mit Lcf - Lff - Lccwith Lcf - Lff - Lcc

wobei Freqcf = Frequenz der Modusform unter den Bedingungen "eingespannt-frei" ("clamped-free" conditions);where Freqcf = frequency of the mode shape under the "clamped-free" conditions;

Freqff = Frequenz der Modusform unter den Bedingungen "frei-frei" ("free-free" conditions);Freqff = frequency of the mode shape under the conditions "free-free" ("free-free" conditions);

Lff = Länge des Trägers unter "frei-frei" Bedingungen;Lff = length of the beam under "free-free" conditions;

Lcc = Länge des in der Spannvorrichtung eingespannten Trägers;Lcc = length of the beam clamped in the clamping device;

Lcf = äquivalente Länge des Trägers unter "eingespannt-frei" Bedingungen.Lcf = equivalent length of the beam under "constrained-free" conditions.

Tennisschläger weisen durch das Aufeinanderprallen von Ball und Schläger während des Spiels ähnliche Vibrationseigenschaften auf wie die oben beschriebenen Eigenschaften bei einfachen Trägern. Es wurden an verschiedenen Tennisschlägern Laborversuche durchgeführt. Die Versuchsergebnisse weisen darauf hin, daß bei herkömmlichen Tennisschlägern unter "frei-frei" erzwungenen Bedingungen der erste Biegemodus im Bereich von 100 Hz bis 170 Hz liegt. Herkömmliche Schläger unter "eingespannt- frei" erzwungenen Bedingungen weisen beim ersten und zweiten Biegemodus Frequenzbereiche auf, die jeweils zwischen 25 Hz und 50 Hz sowie 125 Hz und 210 Hz liegen. US-A-4,664,380 (DE-A-3434898) offenbart, daß die Resonanzfrequenz des darin beschriebenen Schlägers unter "eingespannt-frei" erzwungenen Bedingungen zwischen 70 und 200 Hz liegt.Tennis rackets have vibration characteristics similar to those described above for simple supports due to the collision of ball and racket during play. Laboratory tests were carried out on various tennis rackets. The test results indicate that for conventional tennis rackets under "free-free" forced conditions, the first bending mode is in the range of 100 Hz to 170 Hz. Conventional rackets under "clamped-free" forced conditions have frequency ranges for the first and second bending modes that are respectively between 25 Hz and 50 Hz and 125 Hz and 210 Hz. US-A-4,664,380 (DE-A-3434898) discloses that the resonance frequency of the racket described therein under "clamped-free" forced conditions is between 70 and 200 Hz.

Studien haben gezeigt, daß ein unter "frei-frei" Bedingungen vibrierender Tennisschläger dem Verhalten eines Tennisschlägers wahrend des Spiels näher kommt, als ein Schläger unter der Bedingung "eingespannt-frei". Herrschen während des Versuches "eingespannt-frei" erzwungene Bedingungen, muß Gleichung 1 angewandt werden, um die Frequenzwerte zu verändern, damit der zweite Biegemodus unter "eingespannt-frei" Bedingungen sich den Frequenzwerten des ersten Modus unter "frei-frei" Bedingungen annähert.Studies have shown that a tennis racket vibrating under "free-free" conditions is more similar to the behavior of a tennis racket during play than a racket vibrating under "clamped-free" conditions. If "clamped-free" forced conditions exist during the test, Equation 1 must be applied to change the frequency values so that the second bending mode under "clamped-free" conditions approximates the frequency values of the first mode under "free-free" conditions.

Es würde beobachtet, daß bei einem herkömmlichen Tennisball die Ball/Schläger-Aufprallzeit zwischen 2 und 7 Millisekunden lag, bei einem Durchschnitt zwischen 2 und 3 Millisekunden. Während dieser Zeit biegt sich der Kopfteil des Schlägers aufgrund der Krafteinwirkung des Balles zurück. Bei einem herkömmlichen Schläger verläßt der Ball die Saiten irgendwann zwischen dem Punkt des Ball/Schläger- Aufpralls, wenn der Schläger sich zu verbiegen beginnt, und kurz nach dem Punkt, in dem der Schläger den höchsten Grad der Biegung erreicht hat. Als Ergebnis wird die Flugbahn des Geschosses beeinflußt (s. Fig. 12), und es tritt ein Energieverlust ein, da der Schläger noch nicht in seine undeformierte Ausgangslage zurückgekehrt ist, in welcher der Rückprallwinkel null und die Geschwindigkeit des Schlägerkopfes am größten ist.It was observed that for a conventional tennis ball, the ball/racket impact time was between 2 and 7 milliseconds, with an average of between 2 and 3 milliseconds. During this time, the head of the racket is deflecting back due to the force of the ball. For a conventional racket, the ball leaves the strings sometime between the point of ball/racket impact, when the racket begins to deflect, and shortly after the point at which the racket has reached its maximum degree of deflection. As a result, the trajectory of the projectile is affected (see Fig. 12), and energy is lost because the racket has not yet returned to its undeformed starting position, where the rebound angle is zero and the speed of the racket head is at its highest.

Die oben erwähnte EP-A-0168041 offenbart weder die Frequenz des ersten Biegemodus unter frei-frei erzwungenen Bedingungen noch die Frequenz des zweiten Biegemodus unter eingespannt-frei erzwungenen Bedingungen. Vielmehr beschreibt die EP-A-0168041 nur, wie eine Gerätschaft mit einem Vibrator in Schwingungen versetzt wird, um die mechanische Impedanz zu bestimmen und die Struktur des Schlägers zu verändern, so daß ein erster Minimalwert der mechanischen Impedanz in einen spezifischen Frequenzbereich von 110 bis 500 Hz fällt. In dem Dokument findet sich keine Offenbarung bezüglich der Frequenz des ersten Biegemodus unter frei-frei erzwungenen Bedingungen.The above-mentioned EP-A-0168041 does not disclose the frequency of the first bending mode under free-free forced conditions nor the frequency of the second bending mode under clamped-free forced conditions. Rather, EP-A-0168041 only describes how a device is vibrated with a vibrator to determine the mechanical impedance and to change the structure of the racket so that a first minimum value of the mechanical impedance falls within a specific frequency range of 110 to 500 Hz. The document does not contain any Disclosure regarding the frequency of the first bending mode under free-free forced conditions.

US-A-4291574 bezieht sich auf die Frequenz F&sub1; einer Vibration, die senkrecht zur Schlägerbespannung mit freien Enden ist, wobei der Schläger am Gelenkknoten (nodal pivot) am Griffende gehalten ist. Das offenbarte Frequenzmaximum beträgt nur 170 Hz.US-A-4291574 refers to the frequency F1 of a vibration perpendicular to the free-ended racket strings, with the racket held at the nodal pivot at the handle end. The maximum frequency disclosed is only 170 Hz.

Hinsichlich dieses Standes der Technik hat es sich der Erfinder zum Ziel gesetzt, einen Schläger der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der verbesserte Bedingungen der Schlagleistung von Schlägern aufweist.In view of this state of the art, the inventor has set himself the goal of creating a racket of the type described above, which has improved conditions for the hitting performance of rackets.

Diese und andere Aufgaben werden mit einem Schläger nach der Lehre des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Weitere Ausführungsformen werden in den abhängigen Patentansprüchen der Erfindung dargestellt.These and other objects are achieved with a racket according to the teaching of the independent patent claim. Further embodiments are presented in the dependent patent claims of the invention.

Wenn der Ball auf den Saiten bleibt, während sich der Schläger biegt, und die Saiten nicht verläßt, bis der Schläger zur Ausgangslage zurückgekehrt ist, wird die Flugbahn des Balles nicht beeinflußt und die Genauigkeit des Schlages erhöht (s. Figur 13). Zusätzlich wird, da die Geschwindigkeit des Schlägerkopfes an diesem Punkt ein Maximum beträgt, dem Ball mehr Energie verliehen, was einen stärkeren Schlag zur Folge hat. Eine Änderung der Deformationszeit des Tennisballes wird nicht als eine wünschenswerte Lösung für das Problem angesehen. Daher muß der Tennisschläger für eine optimale Leistung so konstruiert sein, daß die Frequenz des während des Spiels im Schläger erregten dominanten Vibrationsmodus der Dauer des Ball/Schläger-Kontaktes angepaßt wird. Genauer gesagt, sollte eine Hälfte der Zeit des ersten Biegemodus bei einem Tennisschläger unter "frei-frei" erzwungenen Bedingungen gleich der Verweilzeit des Tennisballes auf den Saiten sein. Der erste Biegemodus unter "frei-frei" erzwungenen Bedingungen wird deshalb gewählt, weil dies der während des Spieles erregte dominante Vibrationsmodus ist.If the ball remains on the strings while the racket bends and does not leave the strings until the racket returns to its original position, the ball's trajectory is not affected and the accuracy of the shot is increased (see Figure 13). In addition, since the speed of the racket head is at a maximum at this point, more energy is imparted to the ball, resulting in a more powerful shot. Changing the deformation time of the tennis ball is not considered a desirable solution to the problem. Therefore, for optimum performance, the tennis racket must be designed so that the frequency of the dominant vibration mode excited in the racket during play is matched to the duration of ball/racket contact. More specifically, one-half of the time of the first bending mode in a tennis racket under free-free forced conditions should be equal to the time the tennis ball spends on the strings. The first bending mode under free-free forced conditions Conditions is chosen because this is the dominant vibration mode excited during the game.

Der optimale Tennisschläger würde einen ersten Biegemodus unter "frei-frei" erzwungenen Bedingungen zwischen 170 Hz und 250 Hz haben, da Ball/Schläger-Aufprallzeiten von 2 bis 3 Millisekunden normal sind. Zieht man Gleichung 1 heran, liegt der Frequenzbereich unter "eingespannt-frei" Bedingungen bei einem 685,8 mm (27 inch)-Schläger, der von einer starren Halterung bei 76,2 mm (3 inches) am Griff gehalten wird, für den zweiten Biegemodus zwischen 215 Hz und 315 Kz. Eine spezifische Ausführung des Schlägers hat einen Frequenzbereich zwischen 200 Hz und 210 Hz beim ersten Biegemodus unter "frei-frei" erzwungenen Bedingungen und eine Frequenz zwischen 230 Hz und 265 Hz beim zweiten Biegemodus unter Bedingungen "eingespannt-frei".The optimal tennis racket would have a first bending mode under "free-free" forced conditions between 170 Hz and 250 Hz, since ball/racket impact times of 2 to 3 milliseconds are normal. Using Equation 1, the frequency range under "clamped-free" conditions for a 685.8 mm (27 inch) racket held by a rigid bracket at 76.2 mm (3 inches) from the handle is between 215 Hz and 315 Kz for the second bending mode. A specific design of the racket has a frequency range between 200 Hz and 210 Hz for the first bending mode under "free-free" forced conditions and a frequency between 230 Hz and 265 Hz for the second bending mode under "clamped-free" conditions.

Die Erfindung wird in Verbindung mit einer in den beigefügten Zeichnungen anschaulich dargestellten Ausführungsform, erklärt; in diesen zeigt:The invention is explained in connection with an embodiment clearly shown in the attached drawings, in which:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Tennisschläger;Fig. 1 is a plan view of a tennis racket according to the invention;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Schlägers der Fig. 1;Fig. 2 is a side view of the racket of Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Schlägerrahmen der Fig. 1 ohne Saiten und Griffummantelung;Fig. 3 a top view of the racket frame of Fig. 1 without strings and handle cover;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Schlägerrahmens der Fig. 3;Fig. 4 is a side view of the racket frame of Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang Linie 5-5 der Fig. 3;Fig. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of Fig. 3;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang Linie 6-6 der Fig. 3;Fig. 6 is a cross-section taken along line 6-6 of Fig. 3;

Fig. 7 einen Querschnitt entlang Linie 7-7 der Fig. 3;Fig. 7 is a cross-section taken along line 7-7 of Fig. 3;

Fig. 8 einen Querschnitt entlang Linie 8-8 der Fig. 3;Fig. 8 is a cross-section taken along line 8-8 of Fig. 3;

Fig. 9 eine perspektivische Teilansicht eines aufgebrochenen Schlägerrahmenabschnittes mit mehreren Schichten von Graphitfaser;Fig. 9 is a partial perspective view of a broken-open racket frame section with multiple layers of graphite fiber;

Fig. 10 den ersten und den zweiten Biegemodus eines Tennisschlägers unter der frei-frei erzwungenen Bedingung;Fig. 10 shows the first and second bending modes of a tennis racket under the free-free forced condition;

Fig. 11 den ersten, zweiten und dritten Biegemodus eines Tennisschlägers unter "eingespannt-frei" erzwungenen Bedingungen;Fig. 11 the first, second and third bending modes of a tennis racket under "clamped-free" constrained conditions;

Fig. 12 die Deformation eines dem Stand der Technik entsprechenden Schlägers, wenn ein herkömmlicher Tennisball nach Aufprall vom Schläger zurückprallt; undFig. 12 the deformation of a racket according to the state of the art when a conventional tennis ball bounces back from the racket after impact; and

Fig. 13 die Deformation eines erfindungsgemäßen Tennisschlägers, wenn ein herkömmlicher Tennisball nach Aufprall vom Schläger zurückprallt.Fig. 13 shows the deformation of a tennis racket according to the invention when a conventional tennis ball rebounds from the racket after impact.

Wie oben beschrieben, ist es wünschenswert, die Steifigkeit eines Tennisschlägers so einzustellen, daß der Schläger nach dem Aufprall eines herkömmlichen Tennisballes in seine Ausgangslage zurückgekehrt ist, bevor der Ball die Saiten des Schlägers verläßt. Unter diesen Bedingungen wird die Flugbahn des Balles vor und nach Aufprall auf den Schläger nicht beeinflußt und die Genauigkeit des Schlages wird, wie in Fig. 13 dargestellt, erhöht. Außerdem wird dem abprallenden Ball mehr Energie verliehen, was einen kräftigeren Schlag zur Folge hat.As described above, it is desirable to adjust the stiffness of a tennis racket so that after impact with a conventional tennis ball, the racket has returned to its original position before the ball leaves the strings of the racket. Under these conditions, the trajectory of the ball before and after impact with the racket is not affected and the accuracy of the shot is increased, as shown in Fig. 13. In addition, more energy is imparted to the rebounding ball, resulting in a more powerful shot.

Es ist wünschenswert, die Steifigkeit des Tennisschlägers so einzustellen, daß der Schläger einen ersten Biegemodus unter frei-frei erzwungenen Schwingungsbedingungen zwischen 170 Hz und 250 Hz hat. Solch ein Schläger hätte einen zweiten Biegemodus unter eingespannt-frei erzwungenen Bedingungen, der zwischen 215 Hz und 315 Hz läge. Fig. 1-9 zeigen eine bestimmte Ausführung eines Tennisschlägers 15, der solche Frequenzen hat.It is desirable to adjust the stiffness of the tennis racket so that the racket has a first bending mode under free-free forced vibration conditions between 170 Hz and 250 Hz. Such a racket would have a second bending mode under constrained-free forced conditions that would be between 215 Hz and 315 Hz. Fig. 1-9 show a specific design of a tennis racket 15 having such frequencies.

Zuerst auf die Fig. 1 und 2 Bezug nehmend, erfaßt der Schläger 15 einen Rahmen 17, der einen Griffteil 18, einen Halsteil 19 und einen Kopfteil 20 hat. Das Halsteil 19 weist ein Paar von Rahmenteilen 21 und 22 auf, die von dem Griffteil 18 aus auseinandergehen und am Kopfteil 20 wieder zusammenkommen. Ein Jochstück 23 verläuft zwischen den Halsteilen 21 und 22 und bildet die Basis des Kopfteils, das allgemein ringförmig oder oval ist.Referring first to Figures 1 and 2, the racket 15 comprises a frame 17 having a handle portion 18, a neck portion 19 and a head portion 20. The neck portion 19 has a pair of frame portions 21 and 22 which diverge from the handle portion 18 and rejoin at the head portion 20. A yoke piece 23 extends between the neck portions 21 and 22 and forms the base of the head portion, which is generally annular or oval.

Der Tennisschläger umfasst auch eine Vielzahl von Längssaiten 24 und Quersaiten 25, die in herkömmliche Öffnungen im Kopfteil 20 und Jochstück 23 eingreifen. Ein Schlagschutz (bumper) aus Kunststoff 26 verläuft um das obere Ende des Kopfteiles, um den Kopfteil vor Abrieb und Verschleiß zu schützen. Der Schlagschutz wird durch die Saiten festgehalten und schützt sie auch gegen Abrieb durch die Löcher im Schlägerrahmen. Ein Kunststoffeinsatz 27 erstreckt sich zwischen dem Ende des Schlagschutzes 26 und dem Halsteil 19 zum Schutz der Saiten im unteren Teil des Kopfes.The tennis racket also includes a plurality of longitudinal strings 24 and cross strings 25 which engage conventional openings in the head 20 and yoke 23. A plastic bumper 26 extends around the upper end of the head to protect the head from abrasion and wear. The bumper is held in place by the strings and also protects them from abrasion through the holes in the racket frame. A plastic insert 27 extends between the end of the bumper 26 and the neck 19 to protect the strings in the lower part of the head.

Der Schläger beinhaltet auch eine herkömmliche Griffummantelung 28 und Griffkappe 29 am Griffteil 18. Die Griffummantelung kann aus einem spiralförmig gewickeltem Lederstreifen sein.The racket also includes a conventional grip cover 28 and grip cap 29 on the handle part 18. The grip cover can be made of a spirally wound leather strip.

Fig. 3 und 4 stellen den Schlägerrahmen 17 ohne die Saiten und die Griffummantelung dar.Fig. 3 and 4 show the racket frame 17 without the strings and the handle cover.

Mit Bezug auf die Fig. 5-8 ist jeder der Rahmenteile 18-23 aus einem röhrenförmigen Profilarm geformt, dessen Wandstärke bei etwa 1,143 mm bis 1,27 mm (etwa 0.045 bis 0.050 inch) liegt. Das rohrförmige Rahmenteil besteht aus harzgetränkten Graphitfaserschichten, die um eine aufblasbare Blase gewickelt sind. Wie auf dem Stand der Technik bekannt, wird, nach dem Einlegen des Schlägerrahmens in eine Form die Blase aufgeblasen, um die Graphitfaserschichten gegen die Form zu drücken, bis das Harz aushärtet.Referring to Figs. 5-8, each of the frame members 18-23 is formed from a tubular profile arm having a wall thickness of about 1.143 mm to 1.27 mm (about 0.045 to 0.050 inches). The tubular frame member is made of resin-impregnated graphite fiber layers wrapped around an inflatable bladder. As shown in the prior art Known as the “Bladder” technique, after placing the racket frame in a mold, the bladder is inflated to press the graphite fiber layers against the mold until the resin hardens.

Fig. 9 stellt die Schichten 31-42 der harzgetränkten Graphitfasern dar, welche die rohrförmigen Rahmenteile der bevorzugten Ausführung bilden. Jede der Schichten 31-42 besteht aus unidirektional gerichteten Fasern, die in die durch Schraffur angezeigte Richtung verlaufen. Schichten 31, 32 und 35-42 bestehen aus Graphitfasern mit einem Elastizitätsmodul von etwa 227528,4 x 10&sup6; N/m² (33 000 000 pounds per square inch). Schichten 33 und 34 bestehen aus Graphitfasern mit einem Elastizitätsmodul von etwa 310266 x 10&sup6; N/m² (45 000 000 pounds per square inch). Etwa 10 bis 20 % der Graphitfasern des Schlägerrahmens haben den höheren Elastizitätsmodul und etwa 80 bis 90 % der Graphitfasern den niedrigeren Elastizitätsmodul. Die Verwendung der Graphitfasern mit höherem Modul erhöht die Steifigkeit des Schlägers ohne Gewichtszunahme des Schlägers. Die Außenschicht 43 des Schlägerrahmens, die in Fig. 9 dargestellt ist, ist eine Farbschicht.Figure 9 illustrates layers 31-42 of resin-impregnated graphite fibers which form the tubular frame members of the preferred embodiment. Each of layers 31-42 consists of unidirectionally directed fibers running in the direction indicated by cross-hatching. Layers 31, 32 and 35-42 consist of graphite fibers having a modulus of elasticity of about 227528.4 x 10⁶ N/m² (33,000,000 pounds per square inch). Layers 33 and 34 consist of graphite fibers having a modulus of elasticity of about 310266 x 10⁶ N/m² (45,000,000 pounds per square inch). About 10 to 20% of the graphite fibers of the racket frame have the higher elastic modulus and about 80 to 90% of the graphite fibers have the lower elastic modulus. The use of the higher modulus graphite fibers increases the stiffness of the racket without increasing the weight of the racket. The outer layer 43 of the racket frame shown in Fig. 9 is a paint layer.

Es wird wieder auf Fig. 3-6 Bezug genommen. Die Außenschicht des Kopfteils ist mit einer nutartigen Einformung 45 versehen, in der sich die Saitenlöcher 46 befinden. Die Einformung 45 dient auch zur Positionierung des Schlagschutzes 25 und des Einsatzes 26 (Fig. 2).Referring again to Fig. 3-6, the outer layer of the head part is provided with a groove-like recess 45 in which the string holes 46 are located. The recess 45 also serves to position the impact protection 25 and the insert 26 (Fig. 2).

Die Höhe des Schlägerrahmens wird mit Bezug auf Fig. 4 bestimmt und durchmißt die Größe des Schlägers senkrecht zu einer Mittelebene (midplane) MP, die sich durch die Langsachse (longitudinal centerline) CL des Griffteils 18 erstreckt. Die Längsachse CL bildet auch die Längsachse des Schlägers in Fig. 3. Die Saiten des Schlägers liegen in der Mittelebene MP, und die Biegung des Schlägers, die in Fig. 10 und 11 dargestellt ist, erfolgt in einer sich senkrecht zur Mittelebene erstreckenden Ebene.The height of the racket frame is determined with reference to Fig. 4 and measures the size of the racket perpendicular to a midplane MP extending through the longitudinal centerline CL of the handle portion 18. The longitudinal axis CL also forms the longitudinal axis of the racket in Fig. 3. The strings of the racket lie in the midplane MP and the bending of the racket, shown in Figs. 10 and 11, occurs in a plane extending perpendicular to the midplane.

Die Höhe des Schlägerrahmens in Fig. 4 nimmt, von der Abmessung A am oberen Ende des Kopfteils des Rahmens an bis zur Abmessung B am Halsteil des Rahmens, fortlaufend zu.The height of the racket frame in Fig. 4 increases continuously from dimension A at the top of the head of the frame to dimension B at the neck of the frame.

Die Höhe des Schlägers nimmt von der Abmessung B an bis zur Abmessung C am oberen Ende des Griffteils 18 fortlaufend ab. Die Höhe des Griffteils nimmt von der Abmessung C bis zur Abmessung D zu und bleibt dann bis zum Ende des Griffteils gleich.The height of the racket decreases continuously from dimension B to dimension C at the upper end of the handle portion 18. The height of the handle portion increases from dimension C to dimension D and then remains the same until the end of the handle portion.

Die maximale Höhe B des Schlägerrahmens liegt in dem Bereich, wo die Halsteile 21 und 22 mit dem Kopfteil 20 zusammengehen. Beim Vergleich der Fig. 3 und 4 fluchtet die maximale Abmessung B allgemein mit der Mitte des Jochteils 23, worin das Jochteil von der Längsachse CL durchschnitten wird. Beim Vergleich der Fig. 6 und 7 ist die Höhe des Jochteils 23 im wesentlichen niedriger als die Höhe der Jochteile 21 und 22 und des Kopfteils 20 im Bereich der maximalen Höhe B.The maximum height B of the racket frame is in the area where the neck portions 21 and 22 join the head portion 20. When comparing Figs. 3 and 4, the maximum dimension B is generally aligned with the center of the yoke portion 23 where the yoke portion is intersected by the longitudinal axis CL. When comparing Figs. 6 and 7, the height of the yoke portion 23 is substantially lower than the height of the yoke portions 21 and 22 and the head portion 20 in the area of the maximum height B.

Bei einer bestimmten Ausführung eines Schlägers mit großem Kopfteil, maß die innere Längsabmessung E des Kopfteils 34,962 cm (13.7647 inches), die innere Querabmessung F des Kopfteils 25, 797 cm (10.1563 inches) und die Gesamtlänge L 68,4784 cm (26.960 inches). Die Höhe A am oberen Ende des Kopfteils maß 2,7686 cm (1.090 inches), die maximale Höhe B 3,81 cm (1.500 inches), die Höhe C 2,54 cm (1.000 inch) und die Höhe D variierte in Abhängigkeit von der Griffgröße entsprechend den herkömmlichen Griffabmessungen. Mit Bezug auf Fig. 5 maß die Gesamtbreite G des Kopfteils am oberen Ende des Kopfteils 0,9652 cm (0.380 inch). Mit Bezug auf Fig. 7 maß die Höhe H des Jochstückes 23 2,7432 cm (1.080 inches) und die Breite I 1,016 cm (0.400 inch). Das Verhältnis des Maximums der Höhe B zum Minimum der Höhe A des Kopfteils betrug 1,5/1,09 oder 1,376.In a particular design of a large head racket, the head inner longitudinal dimension E was 13.7647 inches (34.962 cm), the head inner transverse dimension F was 10.1563 inches (25.797 cm), and the overall length L was 26.960 inches (68.4784 cm). The height A at the top of the head was 1.090 inches (2.7686 cm), the maximum height B was 1.500 inches (3.81 cm), the height C was 1.000 inches (2.54 cm), and the height D varied depending on the handle size according to conventional handle dimensions. Referring to Fig. 5, the head inner overall width G at the top of the head was 0.380 inches (0.9652 cm). Referring to Fig. 7, the height H of the yoke piece 23 was 2.7432 cm (1.080 inches) and the width I was 1.016 cm (0.400 inch). The ratio of the maximum of the height B to the minimum of the height A of the head part was 1.5/1.09 or 1.376.

Das Flächenträgheitsmoment (area moment of inertia) des Schlägers bezogen auf den Punkt mit dem Maximum der Querschnittshöhe am Rahmen betrug 13,73 cm&sup4; (0.33 inch&sup4;). Die Frequenz des ersten Biegemodus unter frei-frei erzwungenen Schwingungsbedingungen betrug 204 Hz und die Frequenz des zweiten Biegemodus unter eingespannt-freien Bedingungen 230 Hz.The area moment of inertia of the racket relative to the point with the maximum of the Cross-sectional height at the frame was 13.73 cm⁴ (0.33 inch⁴). The frequency of the first bending mode under free-free constrained vibration conditions was 204 Hz and the frequency of the second bending mode under constrained-free conditions was 230 Hz.

Bei einer bestimmten Ausführung eines mittelgroßen Schlägers betrug die innere Längsabmessung E des Kopfteils 31,8 cm (12.520 inches), die innere Querabmessung F 23,698 cm (9.330 inches) und die Länge L 68,42 cm (26.938 inches). Die Höhe A am oberen Ende des Kopfes betrug 2,3368 cm (0.920 inches), die maximale Höhe B 3,175 cm (1.250 inches), die Höhe C 2,54 cm (1.000 inch) und die Höhe D variierte in Abhängigkeit von der Griffgröße. Die Breite G des Kopfteils am oberen Ende des Kopfes betrug 1,0287 cm (0.405 inch). Die Höhe H des Jochstückes 23 betrug 2,2987 cm (0.905 inch) und die Breite I 1,14224 cm (0.4497 inch). Das Verhältnis des Maximums der Höhe B zum Minimum der Höhe A des Kopfteils betrug 1,25/0,92 oder 1,3587.In one particular design of a medium-sized racket, the internal longitudinal dimension E of the head was 31.8 cm (12.520 inches), the internal transverse dimension F was 23.698 cm (9.330 inches), and the length L was 68.42 cm (26.938 inches). The height A at the top of the head was 2.3368 cm (0.920 inches), the maximum height B was 3.175 cm (1.250 inches), the height C was 2.54 cm (1.000 inches), and the height D varied depending on the handle size. The width G of the head at the top of the head was 1.0287 cm (0.405 inches). The height H of the yoke piece 23 was 2.2987 cm (0.905 inch) and the width I was 1.14224 cm (0.4497 inch). The ratio of the maximum height B to the minimum height A of the head part was 1.25/0.92 or 1.3587.

Die Frequenz des ersten Biegemodus unter frei-frei Bedingungen war 208 Hz, und die Frequenz des zweiten Biegemodus unter eingespannt-frei Bedingungen war 230 Hz.The frequency of the first bending mode under free-free conditions was 208 Hz, and the frequency of the second bending mode under constrained-free conditions was 230 Hz.

Die Form und Abmessungen des in Fig. 3-9 dargestellten Schlägerrahmens schaffen, bezogen auf die Mittelebene MP, ein solches Trägheitsmoment, daß der Schläger steifer als herkömmliche Schläger ist und die gewünschten Frequenzen von 170 bis 250 Hz beim ersten Biegemodus unter frei-frei erzwungenen Schwingungen oder 215 bis 315 Hz beim zweiten Biegemodus unter eingespannt-frei erzwungenen Schwingungen betragen. Das Verhältnis des Maximums der Höhe B zum Minimum der Höhe A liegt bevorzugt bei etwa 1,35 bis etwa 1,38.The shape and dimensions of the racket frame shown in Fig. 3-9 provide, with respect to the center plane MP, such a moment of inertia that the racket is stiffer than conventional rackets and the desired frequencies are from 170 to 250 Hz in the first bending mode under free-free forced vibrations or 215 to 315 Hz in the second bending mode under restrained-free forced vibrations. The ratio of the maximum of the height B to the minimum of the height A is preferably from about 1.35 to about 1.38.

Die Verwendung der Graphitfasern mit relativ hohem Elastizitätsmodul bei Schichten 33 und 34 läßt eine Gewichtsreduzierung des Rahmens zu, die ausreicht, den Schlagschutz 26 anzubringen und dabei das Gesamtgewicht des Schlägers im Normalbereich zu halten. Für den Rahmen werden etwa 270 gr Graphitfasern und Harz verwendet, das herkömmliches Harz sein kann.The use of graphite fibers with a relatively high elastic modulus in layers 33 and 34 allows a weight reduction of the frame that is sufficient to Impact protection 26 while keeping the total weight of the racket within the normal range. For the frame, approximately 270 g of graphite fibers and resin are used, which can be conventional resin.

Ein Schläger mit großem Kopf und ein mittelgroßer Schläger mit bestimmter Form und Abmessungen zur Erlangung der gewünschten Steifigkeit und Frequenz werden hierin beschrieben. Es versteht sich von selbst, daß andere Formen und Abmessungen verwendet werden könnten, solange die daraus resultierende Steifigkeit zur gewünschten Frequenz führt. Das Hauptziel ist, eine Frequenz beim ersten Biegemodus unter frei-frei erzwungenen Schwingungen von zwischen 170 Hz und 250 Hz bzw. eine Frequenz beim zweiten Biegemodus von zwischen 215 Hz und 315 Hz zu erreichen.A large head racket and a medium head racket with specific shapes and dimensions to achieve the desired stiffness and frequency are described herein. It goes without saying that other shapes and dimensions could be used as long as the resulting stiffness leads to the desired frequency. The main goal is to achieve a frequency in the first bending mode under free-free forced vibrations of between 170 Hz and 250 Hz and a frequency in the second bending mode of between 215 Hz and 315 Hz, respectively.

Claims

1. A game racket (15) having a handle portion (18), an annular head portion (20) and a neck portion (19) connecting the handle portion (18) and the head portion (20), the racket (15) having a longitudinal axis (22) aligned with the center line of the handle and a center plane (MP) extending across the longitudinal axis parallel to the plane of the annular head portion (20), characterized in that the racket (15) has a frequency of the first bending mode under free-free forced vibration conditions in a plane extending perpendicular to the aforementioned center plane (MP) in the range of 170 Hz to 250 Hz.

2. Racket according to claim 1, characterized in that the aforementioned frequency lies within a range of 200 Hz to 210 Hz.

3. Racket according to claim 1, characterized in that the racket has a frequency of the second bending mode under clamped-free forced conditions in a plane extending perpendicular to the aforementioned centre plane (MP) in the range of 215 Hz to 265 Hz.

4. Racket according to claim 1 or 3, characterized in that the aforementioned frequency of the second bending mode under clamped-free forced conditions is in the range of 230 Hz to 265 Hz.

5. Racket according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the racket is formed from a tube which consists of several layers (31-42) resin-impregnated graphite fibers, the fibers in some of the layers having a modulus of elasticity of about 227528.4 x 10⁶ Nm² (33,000,000 pounds per square inch or psi) and the fibers in other layers having a modulus of elasticity of about 310266 x 10⁶ N/m² (45,000,000 pounds per inch or psi).

6. Racket according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the racket is formed from a tube consisting of twelve layers (31-42) of resin-impregnated graphite fibers, the fibers in two of the layers having a modulus of elasticity of about 310266 x 10⁶ N/m² (45,000,000 pounds per square inch or psi), the fibers in other layers having a modulus of elasticity of about 227528.4 x 10⁶ N/m² (33,000,000 pounds per square inch or psi).

7. A racket according to claim 5 or 6, characterized in that about 10 to 20% of the fibers have a modulus of elasticity of about 310266 x 10⁶ N/m² (45,000,000 pounds per square inch or psi) and about 80 to 90% of the fibers have a modulus of elasticity of about 227528.4 x 10⁶ N/m².

8. Racket according to claim 6 or 7, characterized in that the two inner layers (31, 32) and eight outer layers comprise graphite fibers with an elastic modulus of about 227528.4 x 10⁶ N/m² (33,000,000 pounds per sqare inch or psi).

9. A racket according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the tube has a wall thickness of about 1.143 mm to 1.27 mm (0.045 to 0.05 inch).

10. Racket according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the neck part has a pair of diverging from the handle part (18) and the head part (20) of merging frame parts (21, 22) and the striker (15) has a yoke piece (23) which extends between the diverging frame parts (21, 22) and forms the lower part of the annular head part (20), wherein the height (B) of the striker (15) running perpendicular to the center plane (MP) at the diverging frame parts (21, 22) reaches a maximum in the region in which the yoke piece (23) merges with the diverging frame parts (21, 22).

11. Racket according to claim 10, characterized in that the ratio of the aforementioned maximum height (B) of the racket (15) to the height (A) at the upper end of the head part (20) is approximately 1.35 to 1.38.

12. Racket according to claim 10 or 11, characterized in that the moment of inertia at the point at which the frame (17) reaches its maximum cross-sectional height (B) is approximately 13.73 cm⁴ (0.33 inch⁴).

13. Racket according to claim 10 or 11, characterized in that the height of the racket decreases continuously from the aforementioned maximum height (B) towards the upper end of the head part (20) and from the aforementioned maximum height (B) towards the upper end of the aforementioned handle part (18).

14. A racket according to claim 1, characterized by a length of about 685.8 mm (27 inches).