DE60015526T2

DE60015526T2 - Schläger für Ballspiel und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60015526T2
Application number: DE60015526T
Authority: DE
Inventors: Herfried Lammer
Original assignee: Head Technology GmbH
Current assignee: Head Technology GmbH
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: US20040152544A1; US20060079354A1; ATE281215T1; JP4932097B2; EP1177816B1; CN1336242A; DE60015526D1; CN1264581C; JP2002102392A; US6974397B2; EP1177816A1; US7160286B2

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen einen Schläger für Ballspiele, wie Tennis, Squash, Racquetball, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Schlägers. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Schläger für Ballspiele, der mit Elektronik ausgestattet ist, um optimale Handhabungseigenschaften zu schaffen.
Nach dem Stand der Technik sind verschiedene mit Elektronik ausgerüstete Sportgeräte bekannt. WO-A-97/11756, EP-A-0 857 078 und US-A-5 857 694 betreffen ein Sportgerät mit einem einheitlichen Sportkörper, einer elektroaktiven Baugruppe mit einem piezoelektrischen Dehnungselement zur Umwandlung von elektrischer Energie und mechanischer Dehnungsenergie, und einer mit der Baugruppe verbundenen Schaltung, um elektrische Energie über die Baugruppe zu lenken und die Dehnung in dem piezoelektrischen Element so zu steuern, daß die Vibrationsreaktion des Körpers gedämpft wird. Die elektroaktive Baugruppe ist durch eine Dehnungskopplung in den Körper integriert. Die Baugruppe kann eine passive Komponente sein, die Dehnungsenergie in elektrische Energie umwandelt und die elektrische Energie nebenschließt bzw. shuntet und auf diese Weise Energie in dem Körper des Sportgeräts "verbraucht". In einer aktiven Ausführungsform weist das System eine elektroaktive Baugruppe mit piezoelektrischem Bahnenmaterial und eine separate Stromquelle auf, wie z. B. eine auswechselbare Batterie. Ähnliche Geräte werden in WO-A-98/34698, WO-A-99151310 und WO-A-99152606 beschrieben.
Diese bekannten Sportgeräte bieten keine befriedigenden Handhabungseigenschaften, wie z. B. Steifigkeits- oder Dämpfungseigenschaften. Ein weiterer Nachteil der Geräte nach dem Stand der Technik ist, daß die Elektronik entweder in Form einer passiven Baugruppe die erzeugte elektrische Energie mit einem Nebenschlußwiderstand (z. B. einem ohmschen Widerstand oder einer LED) einfach ableitet, oder daß eine zusätzliche Stromquelle (z. B. eine Batterie) bereitgestellt wird, um die Elektronik mit elektrischer Energie zu versorgen und so eine aktive Baugruppe zu bilden. Beide bekannten Alternativen sind jedoch im Hinblick auf Wirkungsgrad, Masse, Handhabungseigenschaften und Fertigungsaspekte nicht völlig zufriedenstellend.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Schläger für Ballspiele sowie verbesserte Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen. Insbesondere besteht noch ein Bedarf für verbesserte Handhabungseigenschaften von Schlägern für Ballspiele, wie z. B. Tennis, Squash und Racquetball. Diese Aufgabe und dieser Bedarf werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst bzw. erfüllt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Schläger mit einer eigenbetriebenen bzw. -versorgten Elektronik ausgestattet, die mit mindestens einem am Schläger angeordneten Wandler verbunden ist. Genauer gesagt, erfindungsgemäß wird ein Schläger für Ballspiele bereitgestellt, der einen Rahmen mit einem Schlägerkopf, einem Hals- bzw. Herzbereich, einem Griffabschnitt, mindestens einen Wandler, der bei Verformung mechanische Energie oder Leistung in elektrische Energie oder Leistung umwandelt, sowie eine an den Wandler angeschlossene elektrische Schaltung aufweist. Die elektrische Schaltung führt dem Wandler Energie oder Leistung zu, wobei die gesamte dem Wandler zugeführte elektrische Energie oder Leistung von Energie oder Leistung abgeleitet ist, die aus der mechanischen Deformation entnommen wird. Der Wandler wandelt elektrische Energie oder Leistung in mechanische Energie oder Leistung um, wobei die mechanische Energie oder Leistung die Schwingungseigenschaften des Schlägers beeinflußt. Der an dem erfindungsgemäßen Schläger vorgesehene mindestens eine Wandler wird auf bzw. an den Rahmen laminiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wandler ein Verbundelement zum Betätigen oder Erfassen der Deformation eines Bauteils, das eine Reihe flexibler, langgestreckter Fasern aufweist, die in einer parallelen Anordnung angeordnet sind. Jede Faser ist im wesentlichen parallel zu jeder anderen, wobei benachbarte Fasern durch ein relativ weiches, ver formbares Polymer mit Zusatzstoffen zur Veränderung der elektrischen oder elastischen Eigenschaften des Polymers getrennt sind. Ferner weist jede Faser eine gemeinsame Polungsrichtung auf. Das Verbundelement weist ferner in Achsenrichtung der Fasern flexibles leitfähiges Elektrodenmaterial auf, um elektrische Felder einzuprägen oder nachzuweisen. Das Elektrodenmaterial weist eine doppelkammförmige bzw. ineinandergreifende Struktur auf, die Elektroden von entgegengesetzter Polarität bildet, die wechselnde Abstände aufweisen und so konfiguriert sind, daß sie ein Feld mit Komponenten in Richtung der Faserachsen anlegen. Das Polymer wird zwischen der Elektrode und den Fasern eingebracht. Vorzugsweise sind die Fasern elektrokeramische Fasern, die ein piezoelektrisches Material aufweisen. Dieser Wandlertyp wird ausführlicher in US-A-5 869 189 beschrieben.
Die Wandler werden bevorzugt paarweise an dem Schläger montiert, wobei jedes Paar auf einer Seite des Schlägers angeordnet ist. Falls mehr als ein Wandler verwendet wird, werden diese Wandler vorzugsweise alle an die gleiche Schaltung elektrisch angeschlossen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser Anschluß mittels einer sogenannten Flexschaltung hergestellt, die auf bzw. an den Rahmen des Schlägers laminiert werden kann. Die elektrische Schaltung, die wahlweise ein Speicherelement zur Speicherung von Energie aufweist, die dem mindestens einen Wandler entnommen wird, kann vorteilhaft im Griffabschnitt des Schlägerrahmens untergebracht werden.
Im folgenden werden weitere Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Schlägers für Ballspiele gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Querschnitt entlang der Linie II–II von 1;
3A ein Blockschaltbild eine Ausführungsform eines Leistungsentnahmesystems, das bei dem erfindungsgemäßen Schläger verwendet werden kann;
3B ein Schaltbild einer bestimmten Ausführungsform des Leistungsentnahmesystems von 3A;
4A ein Phasendiagramm des Stroms, der durch eine Induktionsspule der Schaltung von 3B fließt;
die 4B und 4C alternative Stromflüsse durch die Induktionsspule;
die 5A–G verschiedene Diagramme von Spannungs-, Strom-, Leistungs- und Energiewellenformen der Schaltung von 3B;
6A eine Wellenform der Spannung an einem Wandler im Leerlaufzustand bzw. mit offenem Stromkreis;
6B eine Wellenform des durch einen Kurzschlußwandler fließenden Stroms;
6C eine Wellenform der durch einen Kurzschlußwandler fließenden Ladung;
7 ein Blockschaltbild des Leistungsentnahmesystems von 3B;
8 eine Implementierung des Leistungsentnahmesystems von 3B mit einem an einer Struktur montierten Wandler des Systems;
9 ein Schaltbild einer alternativen Form eines Leistungsentnahmesystems;
10 ein Schaltbild einer weiteren alternativen Form eines Leistungsentnahmesystems;
11 ein Schaltbild einer weiteren alternativen Form eines Leistungsentnahmesystems;
12 ein Blockschaltbild eines Leistungsentnahmesystems einschließlich einer Resonanzschaltung und eines Gleichrichters;
12B ein Schaltbild einer bestimmten Ausführungsform des Leistungsentnahmesystems von 12A;
die 13A–13G verschiedene Diagramme von Spannungs-, Strom-, Leistungs- und Energiewellenformen der Schaltung von 12B;
14 ein Blockschaltbild des Leistungsentnahmesystems von 12B;
15 ein Schaltbild einer alternativen Ausführungsform eines Leistungsentnahmesystems mit Resonanzgleichrichter;
16 ein Schaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Leistungsentnahmesystems mit Resonanzgleichrichter;
17 ein Schaltbild eines Leistungsentnahmesystems mit passivem Gleichrichter;
die 18A–18F verschiedene Diagramme von Spannungs-, Strom-, Leistungs- und Energiewellenformen der Schaltung von 17;
19 ein Schaltbild einer alternativen Ausführungsform eines Leistungsentnahmesystems mit passivem Gleichrichter; die 20A–20B die Unterteilung eines Wandlers;
21 ein Schaltbild einer alternativen Ausführungsform eines Leistungsentnahmesystems;
die 22A–22C Spannungs- und Strom-Zeit-Diagramme;
23 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung des Leistungsentnahmesystems von 21;
24 ein Blockschaltbild einer eigenbetriebenen Steuerschaltung;
25 ein Schaltbild eines Leistungsentnahmesystems mit Verwendung einer eigenbetriebenen Steuerschaltung;
26 ein Schaltbild einer alternativen Ausführungsform eines Leistungsentnahmesystems;
27 ein Schaltbild eines Leistungsdämpfungssystems;
28 ein Schaltbild eines eigenbetriebenen Leistungsdämpfungssystems;
29 ein Schaltbild einer alternativen Ausführungsform eines Leistungsdämpfungssystems;
30 ein Schaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Leistungsentnahmesystems;
die 31A–31C Spannungs-Zeit-Diagramme;
32 ein Schaltbild einer Steuerschaltung der Schaltung von 30; und
33 ein Diagramm, das eine Dämpfungscharakteristik des erfindungsgemäßen Schlägers mit und ohne die elektrische Schaltung darstellt.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Tennisschlägers 600 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Schläger 600 weist allgemein einen Rahmen 602 mit einem Schlägerkopf 604, einem Hals- bzw. Herzbereich 606 und Griffabschnitt 608 auf. Der Schläger 600 weist ferner mindestens einen Wandler auf, vorzugsweise ein oder zwei Wandlerpaare 610 und 612, die bei Deformation mechanische Leistung in elektrische Leistung umwandeln. Die Wandler 610 und 612 sind auf den Rahmen 602 des Schlägers 600 auflaminiert und über eine elektrische Verbindung 614 mit einer eigenbetriebenen elektrischen Schaltung 618 elektrisch verbunden, die auf einer Elektronikplatine montiert und in 1 nur schematisch dargestellt ist. Die Wandler 610 und 612 in Kombination mit der eigenbetriebenen elektrischen Schaltung 618 sollen die Handhabungseigenschaften des erfindungsgemäßen Schlägers 600 verbessern. Insbesondere sollen diese Elemente Schwingungen reduzieren, die beim Spielen entstehen. Wenn z. B. ein Spieler mit dem erfindungsgemäßen Schläger 600, in den die Wandler und die eigenbetriebene elektrische Schaltung 618 eingebaut sind, einen Ball trifft, werden hochfrequente Vibrationen, die beim Auftreffen des Balls auf den Schläger entstehen, zur Energieentnahme von den Wandlern 610 und 612 genutzt. Diese Energie wird dann über die elektrische Verbindung 614 zur elektrischen Schaltung 618 übertragen, die ihrerseits ein Signal zu den Wandlern 610 und 612 zurücksendet, um sie zu betätigen und die mechanischen Vibrationen zu dämpfen.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, weist der Griffabschnitt 608 vorzugsweise einen Schlitz oder Ausschnitt 616 auf, in dem die eigenbetriebene Elektronikplatine angeordnet ist, welche die elektrische Schaltung 618 trägt. Der Ausschnitt 616 wird während des Fertigungsprozesses des Schlägerrahmens 602 im Griffabschnitt 608 des erfindungsgemäßen Schlägers 600 ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, daß die Materialröhre, vorzugsweise aus Epoxiharzmaterial oder Kohlefaserverbundstoff, in Form einer Schleife in eine Preßform eingebracht wird. Der Schlitz oder Ausschnitt 616 im Griffabschnitt 608 wird in einem Bereich vorgesehen, in dem beide Enden der Röhre angrenzend aneinander angeordnet sind. Im Be reich des Schlitzes oder Ausschnitts 616 sind diese beiden aneinandergrenzenden Röhrenenden in der Form getrennt, z. B. durch einen Kern, so daß nach dem Pressen (vorzugsweise bei erhöhter Temperatur) ein präzise angeordneter Schlitz oder Ausschnitt 616 erzielt werden kann. Alternativ kann der Schlägerrahmen 602 mit dem Schlitz 616 durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Werkstoff (z. B. Polyamid) hergestellt werden. In diesem Fall kann die elektrische Schaltung 618 während des Spritzgießverfahrens vorteilhaft in den Schlägerrahmen 602 integriert oder auf diesen auflaminiert werden.
Der Ausschnitt 616 kann sich vollständig in Querrichtung durch den Griffabschnitt 608 erstrecken, wie aus 2 ersichtlich, kann aber auch nur bis in eine bestimmte Tiefe vorgesehen sein, um eine geeignete Aussparung zur Aufnahme der Elektronikplatine zu bilden. In 2 ist der Schlitz 616 zwar in der Mitte des Griffabschnitts 608 dargestellt, kann aber auch außerhalb der Mitte in Querrichtung des Griffabschnitts 608 vorgesehen werden.
Die eigenbetriebene elektrische Schaltung 618 ist auf der Elektronikplatine vorgesehen, auf der die Komponenten der Schaltung montiert sind. Vorzugsweise trägt die Leiterplatte außerdem ein Speicherelement zum Speichern von Energie, die vom Wandler entnommen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ausschnitt oder Schlitz 616, nachdem die elektrische Schaltung 618 darin untergebracht worden ist, zumindest teilweise mit einem Material gefüllt, um die elektrische Schaltung in dieser Position zu fixieren. Vorzugsweise ist das Material, mit dem die elektrische Schaltung 618 in dem Schlitz 616 fixiert wird, ein Schaumstoff 620, der in den Schlitz 616 eingefüllt werden kann und dessen Volumen sich ausdehnt, um den Hohlraum im Griffabschnitt 608 des Schlägers 600 zumindest teilweise auszufüllen. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Schaltung 618 entweder in dem Schlitz 616, falls vorhanden, oder direkt in dem hohlen Griffabschnitt 608 des Rahmens 602 mit einem Klebstoff am Griffabschnitt 608 montiert werden, z. B. an der Trennwand, die an der Stelle ausgebildet ist, wo die beiden Röhrenenden zusammentreffen. Ferner kann die elektrische Schaltung 618 an einer Abschlußkappe (nicht dargestellt) montiert werden, die das normalerweise offene Ende des Schlägerrahmens 602 am Griffabschnitt 608 verschließt, so daß sich die elektrische Schaltung 618 in den Griffabschnitt hinein erstreckt, wenn die Abschlußkappe an dem Schläger 600 befestigt wird. Alternativ könnte die elektrische Schaltung 618 an irgendeiner anderen Stelle am Schlägerrahmen 602 angeordnet werden, z. B. in einem Übergangsbereich 621 zwischen dem Griffabschnitt 608 und dem Halsbereich 606. In dieser Konfiguration wird die elektrische Schaltung 618 vorzugsweise als integrierter Schaltkreis (IC) bereitgestellt, der von außen durch den Schlägerrahmen 602 sichtbar ist.
Der mindestens eine Wandler wird vorzugsweise in einem Bereich des Schlägers 600 montiert, wo beim Gebrauch des Schlägers eine maximale Verformung auftritt. Genauer gesagt, dieser Bereich liegt an der Vorderseite 622 oder seiner gegenüber liegenden Rückseite 624 des Schlägers 600, da eine maximale Deformation im größtmöglichen Abstand von der Biegelinie des Schlägerrahmens 602 zu erwarten ist. Ferner wird angenommen, daß während des Spiels die maximale Deformation des Schlägerrahmens 602 im Übergangsbereich 626 zwischen dem Schlägerkopf 604 und dem Halsbereich 606 entsteht. Gegenwärtig wird bevorzugt, mindestens ein Wandlerpaar 610 und 612 an der Vorderseite 622 und/oder der Rückseite 624 des Schlägerrahmens 602 bereitzustellen. Mit anderen Worten, die Wandler 610 und 612 können auf einer oder beiden Seiten des Schlägers 600 angebracht werden. Wenn sie nur auf einer Seite montiert werden, sind insgesamt zwei Wandler vorhanden, je einer pro Joch des Rahmens 602. Wenn sie auf beiden Seiten montiert werden, sind insgesamt vier Wandler vorhanden, je einer pro Joch und Seite. Es können jedoch noch mehr Wandler an jedem Joch gestapelt werden, um die Leistung des Schlägers 600 zu verbessern.
Der auf den Schlägerrahmen 602 auflaminierte, mindestens eine Wandler weist vorzugsweise durch Siebdruck mit Silberdruckfarbe aufgebrachte, ineinandergreifende Elektroden (IDE) auf Polyestersubstratmaterial, in einer Richtung ausgerichtete bleihaltige piezoelektrische PZT-5A-Fasern und wärmehärtbares Harzmatrixmaterial auf. Wie oben bereits erwähnt, dienen die Wandler einem doppelten Zweck als Sensor und Betätigungselement. Sie dienen zum Erfassen der Dehnung im Schlägerrahmen 602 und übermitteln über ein Elektroden-Teilsystem ein elektrisches Ausgangssignal zur elektrischen Schaltung. Sie werden außerdem zur Betätigung des Schlägerrahmens 602 verwendet, sobald eine Bewegungsdeformation erfaßt worden ist. Tatsächlich sind die piezoelektrischen Fasern Wandler und wandeln mechanische Deformation in elektrische Energie um und umgekehrt. Bei Deformation entwickeln sie eine Oberflächenladung, und umgekehrt wird bei Anlegen eines elektrischen Feldes eine Deformation ausgelöst. Die mechanischen Verformungen im Schläger infolge des Ballaufschlags deformieren den Wandler und dehnen die piezoelektrischen Fasern. Die ineinandergreifende Elektrode nimmt die durch die gedehnten piezoelektrischen Fasern entwickelten Oberflächenladungen auf und bietet einen elektrischen Leitungsweg für die Ladungen, die der entsprechenden elektrischen Schaltung 618 zuzuführen sind. Umgekehrt bietet die ineinandergreifende Elektrode auch den Leitungsweg zur Ansteuerung der piezoelektrischen Fasern im Wandler, um den durch den Ballaufschlag im Schläger 600 ausgelösten Vibrationen entgegenzuwirken.
Diese gegenwärtig bevorzugten Wandler werden hergestellt, indem die piezoelektrischen Fasern und das Matrixharz unter vorgegebenen Druck-, Temperatur- und Zeitprofilen zwischen zwei IDE-Elektroden laminiert werden. Die IDE-Struktur kann auf einer oder beiden Seiten des Verbundelements benutzt werden. Der laminierte Verbundstoff wird bei vorgeschriebenen Temperatur- und Zeitprofilen unter Hochspannung gepolt. Dieser Prozeß stellt eine polare Betriebsweise der Wandler her und macht es notwendig, die elektrische "Masse"-Polarität an den Stromzuführungskontakten des Wandlers zu kennzeichnen. Weitere Einzelheiten über diesen Wandlertyp und seine Herstellung sind in US-A-5 869 189 zu finden. Ein im Handel erhältlicher Wandler, der gegenwärtig, bevorzugt bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist eine aktive Faserverbundstoffschicht mit der Bezeichnung "Smart Ply" (Continuum Control Corporation, Billerica, Massachusets, USA).
Die elektrische Verbindung 614 zwischen den Wandlern 610 und 612 und die elektrische Schaltung 618 werden vorzugsweise mittels einer sogenannten "Flexschaltung" hergestellt. Zum Beispiel weist eine solche Flexschaltung einen Satz von Y-förmigen, durch Siebdruck mit Silberdruckfarbe aufgebrachten Leiterbahnen auf Polyestersubstratmaterial auf. Auf die Leiterbahnen wird eine Schicht Isoliermaterial aufgebracht, mit Ausnahme eines Bereichs an den drei Kontaktfahnen. Auf der Oberseite der Y-Form ist die freiliegende Leiterbahn in der Form an die oben erwähnte Kontaktfahne des Wandlers angepaßt. An der Unterseite der Y-Form werden lötbare Stifte an die freiliegenden Leiterbahnen angequetscht. Am unteren Ende des "Y" befindet sich ein 90°-Winkel, um die Flexschaltung wirksam in den Schlitz oder Ausschnitt 616 für die Elektronikplatine einzuführen, welche die elektrische Schaltung 618 trägt, die im Griffabschnitt 608 des Schlägers 600 vorgesehen ist.
Die elektrische Schaltung 618, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Schläger 600 verwendet wird, ist eine eigenbetriebene bzw. selbstversorgte Elektronik, d. h. es ist keine äußere Energiequelle notwendig, wie z. B. eine Batterie. Vorzugsweise weist die elektrische Schaltung 618 eine Leiterplatte (PWB) auf, die unter Anwendung von Standardverfahren der Oberflächenmontagetechnologie (SMT) mit aktiven und passiven Komponenten bestückt wird. Zu den Komponenten der elektrischen Schaltung gehören im allgemeinen Hochspannungs-MOSFETs, Kondensatoren, Widerstände, Transistoren und Induktionsspulen. Nachstehend wird die angewandte Schaltkreistopologie ausführlich beschrieben.
Der Zweck der elektrischen Schaltung oder Elektronikplatine 618 besteht darin, den Wandlerbetätigungselementen die Ladung zu entziehen, sie vorübergehend zu speichern und so wieder zuzuführen, daß die Vibration im Schläger 600 vermindert oder gedämpft wird. Die Elektronik arbeitet so, daß sie pro Betriebszyklus zweimal im Maximum der Spannungswellenform schaltet. Die Schaltphase verschiebt die Klemmenspannung des Transistors um 90°, bezogen auf die theoretische Leerlaufspannung. Durch diese Phasenverschiebung wird dem Wandler und dem Schläger Energie entzogen. Die entzogene Energie erhöht die Klemmenspannung durch Vorspannen der Wandlerbetätigungselemente. Die Spannung baut sich wegen der endlichen Verluste in den MOSFETs und anderen elektronischen Komponenten nicht bis zur Unendlichkeit auf. Der Schaltvorgang tritt auf, bis genügend Energie entzogen worden ist, um die Vibration des Schlägers zu verringern, z. B. auf 35%, vorzugsweise 25% der Anfangsamplitude.
Zum Beispiel kann der Wandler ein piezoelektrischer Wandler, ein antiferroelektrischer Wandler, ein elektrostriktiver Wandler, ein piezomagnetischer Wandler, ein magnetostriktiver Wandler, ein Wandler mit magnetischem Formgedächtnis oder ein piezokeramischer Wandler sein.
Der mindestens eine Wandler und vorzugsweise auch die Flexschaltung werden mit einem geeigneten Harzmaterial unter spezifischen Temperatur-, Druck- und Zeitprofilen auf den Schlägerrahmen 602 auflaminiert. Vorzugsweise wird der mindestens eine Wandler mit dem gleichen Harz, wie es für die Herstellung des Rahmens 602 selbst verwendet wird, auf den Rahmen 602 auflaminiert. Das Laminieren der Wandler und der Flexschaltung kann entweder gleichzeitig oder in einem zusätzlichen Schritt nach der Herstellung des Rahmens 602 ausgeführt werden. Nach dem Auflaminieren des Wandlers und der Flexschaltung auf den Schlägerrahmen 602 kann über dem Wandler und/oder der Flexschaltung eine zusätzliche Schutzschicht aufgebracht werden. Die Schutzschicht kann z. B. Glasgewebe oder Glasfasermatten und/oder einen Lack oder eine Lackfarbe aufweisen. Vorzugsweise hat jeder an dem erfindungsgemäßen Schläger 600 montierte Wandler eine Größe von etwa 6 bis 16 cm², stärker bevorzugt von etwa 10 bis 14 cm², und am stärksten bevorzugt von etwa 12 cm².
Im Hinblick auf den Rahmen 602 des erfindungsgemäßen Schlägers 600 wird besonders bevorzugt, daß der Rahmen in unterschiedlichen Rahmenpositionen entsprechend den dort auftretenden Hauptspannungsarten ein Profil mit unterschiedlichen Querschnittsformen aufweist, wobei die Querschnittsformen Widerstandsmomente aufweisen, die den jeweiligen Beanspruchungsarten angepaßt sind. Zum Beispiel kann der Rahmen 602 in Bereichen, in denen Biegung auftritt, mit im wesentlichen recht eckigen oder elliptischen Querschnittsprofilen, oder in Bereichen, in denen Torsion auftritt, mit im wesentlichen runden Querschnitten versehen werden. Außerdem können am Rahmen 602 höckerartige Versteifungselemente 630 und 632 vorgesehen werden, wie in 1 dargestellt. Insbesondere können die höckerartigen Versteifungselemente 632 in einem Bereich zwischen 4 und 6 Uhr bzw. auch in einem Bereich zwischen 6 und 8 Uhr vorgesehen werden. Die Versteifungselemente 630, die anstelle oder zusätzlich zu den Versteifungselementen 632 angebracht werden können, befinden sich im Herz- bzw. Halsbereich 606 des Rahmens 602 des erfindungsgemäßen Schlägers 600. Das Achsenverhältnis des Profils, d. h. das Verhältnis zwischen Höhe und Breite des Profils im Bereich des Höckers 630 und/oder 632, liegt zwischen 1,0 und 1,4, vorzugsweise zwischen 1,2 und 1,35.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der elektrischen Schaltung 618 unter Bezugnahme auf die 3A bis 32 beschrieben.
Wie aus 3A erkennbar, weist eine elektronische Schaltung 10 zur Gewinnung von elektrischem Strom von einem Wandler 12, auf den eine Störung 14 einwirkt, z. B. eine Deformation als Reaktion auf einen Ballkontakt des Schlägers 600, die folgenden Komponenten auf: eine Verstärkerelektronik 15, z. B. einen Verstärker, der einen bidirektionalen Stromfluß zu und vom Wandler 12 ermöglicht, wie z. B. ein Schaltverstärker, ein geschalteter Kondensatorverstärker oder eine kapazitive Ladungspumpe; eine Steuerlogik 18 und ein Speicherelement 20, z. B. einen Kondensator. Die Verstärkerelektronik 15 sorgt für elektrischen Stromfluß vom Wandler 12 zum Speicherelement 20 sowie vom Speicherelement 20 zum Wandler 12.
In 3B weist ein Schaltverstärker 16 Schalter, z. B. MOSFETs 32, 34, Bipolartransistoren, Bipolarfeldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) oder steuerbare Siliciumgleichrichter (SCRs), die in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind, und Dioden 36, 38 auf. (Alternativ können die Schalter bidirektional sein und keine Dioden aufweisen.) Die MOSFETs 32, 34 werden mit hohen Frequenzen ein- und ausgeschaltet, z. B. mit Frequenzen von etwa 10 kHz – 100 kHz. Der Schaltverstärker 16 ist über eine Induktionsspule 30 mit dem Wandler 12 verbunden. Der Induktivitätswert der Induktionsspule 30 wird so gewählt, daß die Induktionsspule 30 auf eine Frequenz unterhalb der hohen Schaltfrequenz der MOSFETs 32, 34 und oberhalb der höchsten Frequenz abgestimmt wird, die bei der Energie der Störung 14 von Bedeutung ist, wobei die Induktionsspule 30 als Filter für die hochfrequenten Schaltsignale der Schaltung 16 wirkt.
Der Stromfluß durch die Induktionsspule 30 wird durch die Schaltvorgänge der MOSFETs 32, 34 bestimmt und kann in vier Phasen unterteilt werden:

Phase I: Der MOSFET 32 ist gesperrt, der MOSFET 34 ist eingeschaltet, der Strom in der Induktionsspule 30 steigt an, während die Induktionsspule Energie vom Wandler 12 speichert.
Phase II: Der MOSFET 34 ist gesperrt und der MOSFET 32 ist eingeschaltet, der Strom wird zwangsweise durch die Diode 36 und zum Speicherelement 20 geleitet, während die Induktionsspule 30 die Energie freisetzt.
Phase III: Während der Strom in der Induktionsspule 30 negativ wird, hört der Strom auf, durch die Diode 36 zu fließen, und fließt durch den MOSFET 32, und vom Speicherelement 20 wird Energie zur Induktionsspule 30 übertragen.
Phase IV: Der MOSFET 32 wird dann gesperrt, und der MOSFET 34 wird eingeschaltet, der Stromfluß durch die Diode 38 nimmt zu, und die in der Induktionsspule 30 gespeicherte Energie wird zum Wandler 12 übertragen.

4A zeigt eine graphische Darstellung der vier Phasen, die darstellt: (i) den Stromfluß durch die Induktionsspule 30 in Abhängigkeit von der Zeit, (ii) welcher MOSFET- oder Diodenstrom in jeder Phase durchfließt, und (iii) den Zustand der MOSFETs in jeder Phase. Der Nettostrom während der Schaltphasen kann positiv oder negativ sein, in Abhängigkeit vom Zustand der Störung und vom Arbeitszyklus der Schalter. Wie aus 4B erkennbar, kann der Strom während aller vier Phasen positiv sein, in welchem Fall der Strom durch den Schalter 34 und die Diode 36 fließt. Alternativ kann, wie in 4C dargestellt, der Strom während aller vier Phasen negativ sein, in welchem Fall der Strom durch den Schalter 32 und die Diode 38 fließt.
Der MOSFET 32 kann während der Phase II gesperrt sein, und der MOSFET 34 kann während der Phase IV gesperrt sein, ohne den Stromfluß zu beeinflussen, da während der entsprechenden Phasen kein Strom durch diese MOSFETs fließt. Wenn die MOSFETs 32, 34 während der Phasen II bzw. IV eingeschaltet sind, kann zwischen dem Ausschalten eines MOSFETs und dem Einschalten eines anderen MOSFETs eine Totzeit eingefügt werden, um Schaltverluste durch Querleitung zwischen den MOSFETs 32, 34 zu vermindern.
In den 5A–5G ist ein Beispiel der vom Wandler 12 entnommenen Leistung graphisch dargestellt, wobei die Amplitude der Spannung am offenen Wandlerstromkreis 10 V beträgt (siehe 6A). In diesem Beispiel ist der Wandler 12 ein piezoelektrischer Wandler PZT-5H mit einer Dicke von 2 mm und einer Fläche von 10 cm². Die Eigenschaften dieses Wandlers sind: elastische Nachgiebigkeit S^E ₃₃ = 2,07×10^–11 m²/N, Dielektrizitätskonstante ε^T ₃₃/ε₀ = 3400 und Kopplungskoeffizient d₃₃ = 593 × 10^–12 m/V. Die Kapazität dieses Wandlers beträgt 15 nF. Die folgenden Wellenformen entsprechen einer sinusförmigen Störung von 100 Hz mit einer Amplitude von 250 N in Dickenrichtung, wodurch eine Leerlaufspannung von 10 V am Wandler erzeugt wird.
5A zeigt die Spannung am Wandler 12 als Funktion von der Zeit. Die Maximalamplitude der Spannung ist größer als das Zweifache jeder Maximalspannung eines Wandlers im Leerlauf. Hier beträgt die Maximalamplitude der Spannung etwa 60 V. 5B zeigt die Stromwellenform am Wandler 12, und 5C zeigt die Ladungswellenform am Wandler 12. Wegen des Stromflusses vom Speicherelement 20 zum Wandler 12 ist das Maximum des Integrals des Stromflusses zum und vom Wandler 12 größer als das Zweifache jedes Maximums eines Stromintegrals eines Kurzschlußwandlers aufgrund der Störung allein (siehe 6B und 6C).
Wegen des Phasenabgleichs der Spannungs- und Stromwellenformen wechselt die zum Wandler und vom Wandler 12 in 5D fließende Leistung zwischen Maxima von etwa 0,021 Watt und –0,016 Watt. Folglich fließt im Verlauf der Störung 14 am Wandler 12 Leistung vom Speicherelement 20 zum Wandler 12 und vom Wandler 12 zum Speicherelement 20, z. B. während einer einzigen Sinusperiode 46, wobei die Nettoleistung vom Wandler 12 zum Speicherelement 20 fließt. Der Zyklus braucht nicht sinusförmig zu sein, z. B. in Fällen, wo die Störung Oberwellen mit mehreren Frequenzen oder einen breiten Frequenzgehalt aufweist, wie z. B. bei einer Rechteckwelle, einer Dreieckwelle, einer Sägezahnwelle, und bei weißem Rauschen mit begrenzter Bandbreite oder in anderen Fällen.
Die in die Induktionsspule 30 eintretende Leistung ist in 5E dargestellt. Die oben beschriebenen hochfrequenten Schaltvorgänge der MOSFETs 32, 34 sind in der Leistungswellenform erkennbar. Falls die Wellenform positiv ist, wird Leistung in der Induktionsspule 30 gespeichert, und wenn die Wellenform negativ ist, wird Leistung aus der Induktionsspule 30 abgegeben.
Die entnommene Leistung und Energie sind in den 5F und 5G dargestellt. Während einer Periode von 0,06 Sekunden werden etwa 1,5 × 10^–4 Joule Energie entnommen. Ein Vorteil der Schaltung 10 ist, daß der Wandler eine höhere Spitzenspannung und Spitzenladung erfährt, als sonst auftreten würden, und das folglich eine höhere Leistung aus der Eingangsstörung entnommen werden kann. Durch Anlegen eine Spannung an den Wandler 12 mit einer geeigneten Amplitude und Phaseneinstellung bezüglich der Störung 14 erfährt der Wandler 12 eine stärkere mechanische Ablenkung unter der Last, als sonst auftreten würde. Daher wird am Wandler 12 durch die Störung 14 mehr Arbeit geleistet, und durch die Schaltung 10 kann mehr Energie entnommen werden.
Wie wieder aus 3B erkennbar, wird der Arbeitszyklus der MOSFETs 32, 34 durch Messen der Störungsbewegung 14 und Auswahl eines zeitlich veränderlichen Arbeitszyklus gesteuert, um der Störungsbewegung 14 zu entsprechen. Dies sorgt für eine effektive Leistungsentnahme über einen breiten Frequenzbereich der Störung. Die Steuerlogik 18 weist einen Sensor 40 auf, z. B. einen Dehnungsmesser; einen Mikrodrucksensor, einen PVDF-Film, einen Beschleunigungsmesser oder einen Verbundsensor, wie z. B. einen Aktivfaser-Verbundsensor, der die Bewegung oder irgendeine andere Eigenschaft der Störung 14 mißt, sowie eine Steuerelektronik 44. Der Sensor 40 übermittelt ein Sensorsignal 42 zur Steuerelektronik 44, welche die MOSFETs 32, 34 des Schaltverstärkers 16 ansteuert. Systemzustände, die vom Sensor 40 gemessen werden können, sind unter anderem die Schwingungsamplitude, die Schwingungsart, die physikalische Dehnung, Position, Verschiebung, Beschleunigung, elektrische oder mechanische Zustände, wie z. B. Kraft, Druck, Spannung oder Strom und irgendeine Kombination davon oder deren Änderungsgeschwindigkeit, sowie Temperatur, Luftfeuchte, Höhe oder Luftgeschwindigkeitsrichtung. Im allgemeinen kann jede physikalisch meßbare Größe gemessen werden, die einer mechanischen oder elektrischen Eigenschaft des Systems entspricht.
Mögliche Steuerungsverfahren oder Prozesse zur Bestimmung des Arbeitszyklus der MOSFETs 32, 34 sind unter anderem Geschwindigkeitsrückführung, positive Lagerückführung, Positions-Integral-Differential-Rückführung (PID), linearquadratische Gaußsche Regelung (LPG), modellbasierte Regler oder irgendeiner aus einer großen Zahl von dynamischen Kompensatoren.
Für das oben anhand der 5A–5G beschriebene Beispiel mit einer Störung von 100 Hz wurde eine Schaltfrequenz von 100 kHz verwendet. Es wurde ein Induktivitätswert von 1,68 H gewählt, so daß die Zeitkonstante der Induktionsspule 30 und des Wandlers 12 einer Frequenz von 1000 Hz entspricht. Der Arbeitszyklus der MOSFETs 32, 34 wurde mittels Geschwindigkeitsrückführung geregelt. Die Spannung am Speicherelement 20 wurde auf 60 V eingestellt.
Wie aus 3A ersichtlich, wird in anderen, alternativen Steuerungsverfahren oder -prozessen zur Leistungsentnahme aus dem Wandler 12 der Arbeitszyklus gesteuerter Schalter in der Schaltung 15 auf der Basis der Regelungsgleichungen für einen Boost- oder Buck-Wandler so spezifiziert, daß die Wandlerspannung auf die Spannung des Speicherelements herauf- oder heruntertransformiert wird. Der Boost-Wandler ermöglicht die Stromentnahme aus dem Wandler 12, wenn die am Wandler 12 ent wickelte Leerlaufspannung niedriger als die Spannung am Speicherelement 20 ist. Der Buck-Wandler ermöglicht die effiziente Stromentnahme aus dem Wandler 12, wenn die am Wandler 12 entwickelte Leerlaufspannung höher als die Spannung am Speicherelement 20 ist.
Die Steuerungsverfahren oder -prozesse können eine Abschaltbetriebsart einschließen, so daß, wenn die Größe der Spannung am Wandler 12 unter einem bestimmten Grenzwert liegt, die MOSFETs 32, 34 und Teile der Unterstützungselektronik abgeschaltet werden, um einen unnötigen Leistungsverlust vom Speicherelement 20 zu verhindern. Alternativ können die MOSFETs 32, 34 abgeschaltet werden, wenn der durch das Steuerungsverfahren geforderte Arbeitszyklus oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Schwellwerts liegt.
7 zeigt den Leistungsfluß zwischen der Störung 14 und dem Speicherelement 20 sowie den Informationsfluß (unterbrochene Linien). Die Leistung von der mechanischen Störung 14 wird zum Wandler 12 übertragen, der die mechanische Leistung in elektrische Leistung umwandelt. Die Leistung vom Wandler 12 wird über den Schaltverstärker 16 zum Speicherelement 20 übertragen. Es kann auch Leistung vom Speicherelement 20 über den Schaltverstärker 16 zum Wandler 12 fließen. Der Wandler 12 kann dann jede empfangene elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandeln, die ihrerseits auf eine Struktur 602 (8) einwirkt, die eine Störung 14 erzeugt. Die Nettoleistung fließt zum Speicherelement 20.
Die Leistung für den Sensor 40 und die Steuerelektronik 44 sowie die vom Wandler 12 benötigte zyklische Spitzenleistung wird durch die im Speicherelement 20 gesammelte Energie geliefert, die aus der Störung 14 entnommen wurde. Im Speicherelement 20 gesammelte Energie kann auch oder alternativ zum Betrieb einer externen Anwendung 48 oder der Leistungsentnahmeschaltung selbst benutzt werden.
Zu den Verlusten im System gehören Verluste bei der Energieumwandlung durch den Wandler 12, Verluste infolge von Spannungsabfällen an den Dioden 36, 38 und den MOSFETs 32, 34, Schaltverluste und Verluste infolge parasitärer Widerstände und Kapazitäten durch Schaltung 10.
Die Steuerungsverfahren oder -prozesse können in Abhängigkeit davon variieren, ob eine maximale Energieerzeugung oder der Eigenbetrieb eines Wandlers gewünscht wird, der als Betätigungselement für eine Schwingungsdämpfung wirkt. Wenn maximale Energieerzeugung gewünscht wird, dann verwendet eine Regelungsschleife das Signal vom Sensor 40, um die MOSFETs 32, 34 anzuweisen, eine Spannung an den Wandler 12 anzulegen, die eine Erhöhung der mechanischen Arbeit am Wandler 12 bewirkt, die den Wandler 12 in Phase mit der Störung 14 zusammenzieht und ausdehnt und den Wandler 12 im wesentlichen für die Störung 14 weichmacht. Aus der Störung 14 wird mehr Energie entnommen, jedoch die Vibration der Struktur 602 (8), welche die Störung 14 erzeugt, kann verstärkt werden.
Wenn der Wandler 20 benutzt wird, um die Vibration der mechanischen Störung 14 zu dämpfen, nutzt eine Regelungsschleife das Signal vom Sensor 40 zur Einstellung des Arbeitszyklus der MOSFETs 32, 34, um eine Spannung an den Wandler 12 anzulegen, die eine Dämpfung der Vibrationen bewirkt. Das System liefert eine eigenbetriebene Vibrationsdämpfung insofern, als vom Wandler 12 erzeugte Leistung dazu benutzt wird, den Wandler 12 für die Dämpfung anzutreiben.
Wie in 8 erkennbar, können ein oder mehrere Wandler 12 an einer oder mehreren Stellen am Schlägerrahmen 601 angebracht, auflaminiert und mit einer Leistungsentnahme-/Ansteuerungs- bzw. Treiberschaltung 16 (einer oder mehr als einer Leistungsentnahme-/Ansteuerungsschaltung) verbunden werden. Durch Deformation des Schlägerrahmens 602 wird eine mechanische Störung 14 am Wandler 12 erzeugt.
Der Wandler 12 ist z. B. ein piezoelektrischer Wandler, ein antiferroelektrischer Wandler, ein elektrostriktiver Wandler, ein piezomagnetischer Wandler, ein magnetostriktiver Wandler oder ein Wandler mit magnetischem Formgedächtnis. Beispiele von piezoelektrischen Wandlern sind unter anderem polykristalline Keramiken, wie z. B. PZT 5H, PZT 4, PZT 8, PMN-PT, feinkörniges PZT und PLZT; Polymere, wie z. B. elektrostriktive und ferroelektrische Polymere, beispielsweise PVDF und PVDF-TFE; einkristalline ferroelektrische Materialien, wie z. B. PZN-PT, PMN-PT, NaBiTi-BaTi und BaTi; und Verbundstoffe dieser Materialien, wie z. B. Aktivfaser-Verbundstoffe und teilchenförmige Verbundstoffe, im allgemeinen mit 1-3-, 3-3-, 0-3- oder 2-2-Konnektivitätsstrukturen.
Mögliche mechanische Konfigurationen des Wandlers 12 sind unter anderem Scheibe oder Bahn im Dickenschwingungsmodus (33), im Transversalschwingungsmodus (31) oder planaren Modus (p), oder im Scherungsmodus (15), eine ein- oder mehrschichtige, bimorphe oder monomorphe Stapelkonfiguration im Dickenschwingungsmodus (33), ein Stab oder eine Faser, die in Quer- oder Längsrichtung der Faser gepolt sind, ein Ring, Zylinder oder Rohr, die radial, in Umfangsrichtung oder axial gepolt sind, radial gepolte Kugeln, Rollen, laminiert für magnetische Systeme. Der Wandler 12 kann in eine mechanische Vorrichtung integriert werden, die außerhalb der Vorrichtung wirkende Kräfte/Drücke und Deformationen in geeignete, vorteilhafte Kräfte/Drücke und Deformationen am Wandler 12 umwandelt.
Die Störung 14 kann eine angelegte Kraft, eine angelegte Verschiebung oder eine Kombination davon sein. Wenn das System durch Spezifikation der Spannungsamplitude am Wandler 12 konstruiert wird, dann sollte für eine am Wandler 12 anliegende Störung in 33-Richtung das Material, aus dem der Wandler 12 besteht, so gewählt werden, daß k_gen ²s_gen ^E maximiert wird, zum Beispiel k₃₃ ²s₃₃ ^E. Wenn das System durch Spezifikation der Dehnung am Wandler 12 konstruiert wird, sollte ein Material gewählt werden, das k_gen ²/s_gen ² maximiert, zum Beispiel k₃₃ ²/s₃₃ ^D. Wenn k_gen der effektive Materialkopplungskoeffizient für die jeweilige verallgemeinerte Störung am Wandler 12 ist, dann ist s_gen ^E die effektive Nachgiebigkeit, bezogen auf die verallgemeinerte Störung oder Verschiebung des Wandlers im Kurzschlußzustand, und s_gen ^D ist die effektive Nachgiebigkeit, bezogen auf die verallgemeinerte Störung oder Verschiebung des Wandlers im Leerlaufzustand.
Wie aus 9 erkennbar, weist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Schaltung 110 zur Leistungsentnahme vom Wandler 12 ein Speicherelement 120 auf, das zwei in Serie geschaltete Speicherkomponenten 122, 124 aufweist. Eine Seite 126 des Wandlers 12 ist mit einem Mittelknoten 128 der Komponenten 122, 124 verbunden. Durch diese Verbindung wird der Wandler 12 vorgespannt und ein Betrieb der Schaltung 110 bei positiver oder negativer Spannung am Wandler 12 ermöglicht.
In 10 weist eine Schaltung 210 einen Schaltverstärker 216 in H-Brückenschaltung auf. In einem ersten Verfahren betreibt die Steuerlogik 218 die MOSFETs 232, 232a zusammen und die MOSFETs 234, 234a zusammen:

Phase I: Die MOSFETs 232, 232a sind gesperrt, die MOSFETs 234, 234a sind eingeschaltet, Strom fließt durch die MOSFETs 234, 234a, und Energie vom Wandler 12 wird in den Induktionsspulen 240, 240a gespeichert.
Phase II: Die MOSFETs 234, 234a sind gesperrt und die MOSFETs 232, 232a sind eingeschaltet, Strom fließt durch die Dioden 236, 236a, und die in den Induktionsspulen 240, 240a gespeicherte Energie wird zum Speicherelement 20 übertragen.
Phase III: Während der Strom negativ wird, fließt der Strom nicht mehr durch die Dioden 236, 236a, sondern durch die MOSFETs 232, 232a, und Energie vom Speicherelement 20 wird zu den Induktionsspulen 240, 240a übertragen.
Phase IV: Die MOSFETs 232, 232a sind gesperrt, der Stromfluß durch die Dioden 238, 238a steigt an, und die in den Induktionsspulen 240, 240a gespeicherte Energie wird zum Wandler 12 übertragen.

In einem zweiten Betriebsverfahren wird zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt nur die Hälfte der H-Brücke betrieben, in Abhängigkeit von der am Wandler 12 gewünschten Polarität der Spannung. Wird eine positive Spannung gewünscht, dann wird der MOSFET 234a gesperrt, und der MOSFET 232a wird eingeschaltet, wobei die Seite 226a des Wandlers 12 geerdet wird. Die MOSFETs 232 und 234 werden dann auf Durchlaß geschaltet bzw. gesperrt, wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, um die Spannung auf der Seite 226 des Wandlers 12 zu beeinflussen. Wenn am Wandler 12 eine negative Spannung gewünscht wird, dann wird der MOSFET 232 gesperrt, und der MOSFET 234 wird eingeschaltet, wobei die Seite 226 des Wandlers 12 geerdet wird. Die MOSFETs 232a und 234a werden dann ein- und ausgeschaltet, wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, um die Spannung an der Seite 226a des Wandlers 12 zu beeinflussen.
In 11 ist die Schaltung von 10 modifiziert worden, indem eine unabhängige Stromquelle einbezogen wurde, zum Beispiel eine Batterie 250, die den Sensor 40 und die Steuerelektronik 44 speist. Das Speicherelement 20 speichert nach wie vor Energie, die zum Wandler 12 übertragen und von diesem empfangen wird.
Wie aus 12A erkennbar, kann anstelle der Verstärkerelektronik 15 eine vereinfachte Resonanzleistungsentnahmeschaltung 300 zur Leistungsentnahme aus dem Wandler 12 eingesetzt werden. Die Schaltung 300 weist einen Resonanzkreis 302, einen Gleichrichter 304, eine Steuerlogik 306 und ein Speicherelement 20 auf, beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie oder einen Kondensator. Der Resonanzkreis 302 enthält Elemente wie z. B. Kondensatoren und Induktionsspulen, die bei Kopplung an den Wandler elektrische Resonanzen im System erzeugen. Der Resonanzkreis 302 sorgt für den Fluß elektrischer Leistung vom und zum Wandler 12. Der Sensor 40 und die Steuerelektronik 308 können benutzt werden, um den Spannungspegel des Speicherelements 20 anzupassen, wobei z. B. ein Nebenschlußregler benutzt wird, oder um den Resonanzkreis durch Einschalten verschiedener Induktionsspulen oder Kondensatoren innerhalb einer Gruppe von Komponenten mit verschiedenen Werten abzustimmen.
Zum Beispiel wird, wie aus 12B erkennbar, ein piezoelektrischer Wandler 12 mit einem Resonanzkreis 302 verbunden, der durch eine Induktionsspule 312 gebildet wird. Der Resonanzkreis 302 arbeitet in einem schmalen Frequenzband, das vom Induktivitätswert der Induktionsspule 312 abhängig ist. Die Induktivität der Induktionsspule 312 wird so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der Kapazität des Wandlers 12 und der Induktivität der Induktionsspule 312 auf oder in den Bereich der dominierenden Frequenz, der Frequenzen oder des Frequenzbereichs der Störung 14 oder auf die Resonanz des mechanischen Systems abgestimmt wird. Der Gleichrichter 304 ist ein spannungsverdoppelnder Gleichrichter mit Dioden 314, 316. Die vom Wandler 12 entnommene Leistung wird in Speicherelementen 318, 320 gespeichert.
Für einen magnetostriktiven Wandler 12 kann der Resonanzkreis 302 einen Kondensator aufweisen; der parallel zum Wandler 12 geschaltet ist.
Die Amplitude der Spannung an der Induktionsspule 312 wächst als Ergebnis der Resonanz, bis die Spannung hoch genug ist, um eine der Dioden 314, 316 in Durchlaßrichtung vorzuspannen. Dies erfolgt, wenn die Spannung an der Induktionsspule 312 höher ist als die Spannung an einem der Speicherelemente 318, 320.
Im Falle einer sinusförmigen Störung, wie sie in einem Schläger für Ballspiele auftritt, kann der durch die Schaltung 310 fließende Strom in vier Phasen beschrieben werden:

Phase I: Während die Wandlerspannung von null ansteigt, fließt kein Strom durch die Dioden 314, 316, solange die Wandlerspannung kleiner als die Spannung an den Speicherelementen 318, 320 ist.
Phase II: Wenn die Wandlerspannung größer wird als die Spannung am Speicherelement 318, wird die Diode 314 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und durch die Diode 314 fließt Strom in das Speicherelement 318.
Phase III: Beim Abfall der Wandlerspannung werden die Dioden 314, 316 in Sperrichtung vorgespannt, und es fließt wieder kein Strom durch die Dioden.
Phase IV: Wenn die Wandlerspannung negativ wird und einen größeren Betrag als die Spannung am Speicherelement 320 aufweist, wird die Diode 316 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und durch die Diode 316 fließt Strom in das Speicherelement 320. Wenn die Wandlerspannung anzusteigen beginnt, werden die Dioden 314, 316 wieder in Sperrichtung vorgespannt, und die Phase I wiederholt sich.

In den 13A–13G ist ein Beispiel der Leistung dargestellt, die in der Schaltung 310 vom Wandler 12 entnommen wird, wobei die Leerlaufamplitude der Spannung am Wandler 12 10 V beträgt. In diesem Beispiel werden der gleiche Wandler und die gleiche Störung verwendet, wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Eine Induktionsspule von 168H wird in diesem Beispiel benutzt, so daß die Zeitkonstante der Induktivität und des Wandlers 100 Hz entspricht.
13A zeigt die am Wandler 12 gemäß 12 anliegende Spannung als Funktion der Zeit. Die Spitzenamplitude der Spannung wächst als Ergebnis der Resonanz, bis sie höher ist als die Spannung an den Speicherelementen 318, 320. Diese Spannung ist höher als der zweifache Wert irgendeiner Spitzenspannung der Leerlaufspannung des Wandlers 12 infolge der Störung 14 allein (siehe 6A). Hier beträgt die Spitzenamplitude der Spannung etwa 60 V. (Die Schaltung kann in rein nichtstationären Szenarien arbeiten, obwohl der nichtstationäre bis stationäre Zustand dargestellt ist).
13B zeigt die Stromwellenform am Wandler 12, und 13C zeigt die Ladungswellenform am Wandler 12. Wegen der Resonanz der Schaltung ist das Maximum des Stromintegrals zum und vom Wandler 12 mehr als zweimal höher als jedes Maximum eines Stromintegrals eines Kurzschlußwandlers aufgrund der Störung allein (siehe 6B und 6C).
Aufgrund des Phasenabgleichs der Strom- und Spannungswellenformen wechselt der Leistungsfluß zum und vom Wandler 12, 13D, zwischen Maxima von etwa 0,02 und –0,02 Watt. Daher fließt Leistung vom Resonanzkreis 312 zum Wandler 12 und vom Wandler 12 zum Resonanzkreis 312 im Verlauf der Störung 14 am Wandler 12, z. B. während eines einzigen sinusförmigen Zyklus 346, wobei die Nettoleistung vom Wandler 12 zum Speicherelement 318, 320 fließt. Der Zyklus braucht nicht sinusförmig zu sein, z. B. in Fällen, wo die Störung mehrere Oberwellen oder einen breiten Frequenzgehalt aufweist, wie z. B. in einer Rechteckwelle, einer Dreieckwelle, einer Sägezahnwelle und in breitbandigem Rauschen.
Die in die Induktionsspule 312 eintretende Leistung ist in 13E dargestellt. Wo die Wellenform positiv ist, wird Leistung in der Induktionsspule 312 gespeichert, und wo die Wellenform negativ ist, wird Leistung von der Induktionsspule 312 abgegeben.
Die entnommene Leistung und Energie sind in den 13F und 13G dargestellt. Während einer Zeitspanne von 0,06 Sekunden werden etwa 1,0 × 10^–4 Joule entnommen.
Die Spannung an den Speicherelementen 318, 320 wird so abgestimmt, daß der Wirkungsgrad der Leistungsentnahme opti miert wird. Zum Beispiel hat die Spannung an den Speicherelementen 318, 320 optimal etwa den halben Wert der Spitzenspannung am Wandler im stationären Zustand; wenn kein Gleichrichter mit dem Wandler gekoppelt wäre und der Wandler und die Induktivität in Parallelschaltung unter der gleichen Störung in Resonanz schwingen würden. Ein adaptives System verwendet einen Sensor zur Anpassung an veränderliche Systemfrequenzen, Dämpfung oder veränderliches Verhalten, um den Resonator anzupassen oder den Spannungspegel der Speicherelemente anzupassen.
14 zeigt den Leistungsfluß zwischen der Störung 14 und dem Speicherelement 20 und den Informationsfluß (unterbrochene Linien). Die Leistung von der mechanischen Störung 14 wird zum Wandler 12 übertragen, der die mechanische Leistung in elektrische Leistung umwandelt. Die Leistung vom Wandler 12 wird über den Resonanzkreis 302 und den Gleichrichter 304 zum Speicherelement 20 übertragen. Es kann auch Leistung vom Resonanzkreis 302 zum Wandler 12 fließen. Der Wandler 12 kann dann jede empfangene elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandeln, die ihrerseits auf die mechanische Störung 14 einwirkt.
Die Leistung für den Sensor 40 und die Steuerelektronik 308 wird durch die im Speicherelement 20 akkumulierte Energie geliefert, die von der Störung 14 entnommen wurde. Die vom Wandler 12 benötigte zyklische Spitzenleistung wird vom Resonanzkreis 302 geliefert. Im Speicherelement 20 akkumulierte Energie kann auch oder alternativ zum Betrieb einer externen Anwendung 48 oder der Leistungsentnahmeschaltung selbst zur Vibrationsunterdrückung eingesetzt werden.
Statt ein Speicherelement zu verwenden, kann entnommene Leistung direkt zum Betrieb einer externen Anwendung 48 eingesetzt werden.
Ein alternativer Resonanzkreis 322 ist in 15 dargestellt. Die Schaltung 322 weist eine Induktionsspule 312 und vier Dioden 324, 326, 328 und 330 auf, die als Doppelwegbrücke geschaltet sind. Die vom Wandler 12 entnommene Leistung wird im Speicherelement 332 gespeichert.
Der Stromfluß durch die Schaltung 322 kann in vier Phasen beschrieben werden:

Phase I: Bei von null ansteigender Wandlerspannung fließt kein Strom durch die Dioden 324; 326, 328 und 330, solange die Wandlerspannung kleiner als die Spannung am Speicherelement 332 ist.
Phase II: Wenn die Wandlerspannung über die Spannung am Speicherelement 332 ansteigt, werden die Dioden 324, 326 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und es fließt ein Strom durch die Dioden 324, 326 in das Speicherelement 332.
Phase III: Mit abfallender Wandlerspannung werden alle Dioden in Sperrichtung vorgespannt, und das System arbeitet im Leerlaufzustand bzw. als offener Stromkreis.
Phase IV: Wenn die Wandlerspannung negativ wird und einen Betrag aufweist, der höher als die Spannung am Speicherelement 332 ist, werden die Dioden 328 und 330 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und durch die Dioden 328 und 330 fließt Strom in das Speicherelement 332. Wenn die Wandlerspannung anzusteigen beginnt, werden alle Dioden wieder in Sperrichtung vorgespannt, und Phase I wiederholt sich.

Wie aus 16 ersichtlich, weist eine weiterentwickelte Resonanzschaltung 350 zwei Kondensator- und Induktionsspulenpaare 352, 354 bzw. 355, 356 und zwei Resonanzspulen 357, 358 auf. Jedes Kondensator/Spule-Paar ist auf eine andere interessierende Frequenz abgestimmt. Daher weist die Schaltung 350 mehrere Resonanzen auf, die auf mehrere Störungsfrequenzen oder in deren Bereich oder auf mehrere Resonanzen des mechanischen Systems abgestimmt werden können. Um die Anzahl der Resonanzen in der Schaltung 350 zu erhöhen, können zusätzliche Kondensatoren und Induktionsspulen eingebaut werden. Breitbandverhalten kann erreicht werden, indem ein Widerstand in Reihe oder parallel zu den Induktionsspulen geschaltet wird. 16 zeigt den Resonanzkreis 350, der an einen spannungsverdoppelnden Gleichrichter 360 angeschlossen ist, der ebenso wie in 12B arbeitet.
Die verschiedenen Resonanzkreise von 12B und 16 können an unterschiedliche Gleichrichterschaltungen ange schlossen werden, wie z. B. einen Doppelwegbrückengleichrichter oder einen N-stufigen parallel gespeisten Gleichrichter.
Eine passive spannungsverdoppelnde Gleichrichterschaltung 410 zur Leistungsentnahme aus dem Wandler 12 ist in 17 dargestellt. Die Schaltung 410 weist Dioden 414, 416 auf. Aus dem Wandler 12 entnommene Leistung wird in Speicherelementen 418, 420 gespeichert.
Der Stromfluß durch die Schaltung 410 kann in vier Phasen beschrieben werden:

Phase I: Bei von null ansteigender Wandlerspannung fließt kein Strom durch die Dioden 414, 416, solange die Wandlerspannung niedriger als die Spannung am Speicherelement 418 ist.
Phase II: Wenn die Wandlerspannung über die Spannung am Speicherelement 418 ansteigt, wird die Diode 414 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und durch die Diode 414 fließt Strom in das Speicherelement 418.
Phase III: Mit abfallender Wandlerspannung werden die Dioden 414, 416 in Sperrichtung vorgespannt, und die Schaltung arbeitet im Leerlaufzustand.
Phase IV: Wenn die Wandlerspannung 4 negativ wird und einen Betrag aufweist, der höher als die Spannung am Speicherelement 420 ist, wird die Diode 416 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und durch die Diode 416 fließt Strom in das Speicherelement 420. Wenn die Wandlerspannung anzusteigen beginnt, werden die Dioden 414, 416 in Sperrichtung vorgespannt, und Phase I wiederholt sich.

In den 18A–18F ist ein Beispiel der Leistung graphisch dargestellt, die in der Schaltung 410 vom Wandler 12 entnommen wird, wobei die Leerlaufamplitude der Spannung am Wandler 12 gleich 10 V wäre. 18A zeigt die Spannung am Wandler 12 als Funktion der Zeit. Die Spitzenamplitude der Spannung beträgt etwa 5 V. 18B zeigt die Stromwellenform am Wandler 12, und 18C zeigt die Ladungswellenform.
Die zum und vom Wandler 12 fließende Leistung, 18D, hat einen Spitzenwert von etwa 5 × 10^–4 Watt. Die entnommene Leistung und Energie sind in den 18E und 18F dar gestellt. Während einer Zeitspanne von 0,06 Sekunden werden etwa 0,75 × 10^–5 Joule Energie entnommen.
Die Spannung an den Speicherelementen 418, 420 wird so abgestimmt, daß die Leistungsentnahme optimiert wird. Die Spannung an den Speicherelementen 418, 420 hat optimal etwa den halben Wert der Spannung, die an einem Wandler im Leerlaufzustand auftreten würde, der die gleiche mechanische Störung erfährt.
Wie aus 19 erkennbar, ist in einem passiven, N-stufigen, parallel gespeisten Spannungsgleichrichter 430 die Spannung des Speicherelements 432 gleich dem N-fachen der Spannungsamplitude der Störung 14. Die Kondensatoren 434, 436 wirken als Energiespeicherelemente, wobei die Spannung in jeder Stufe höher ist als die Spannung in der vorhergehenden Stufe. Die Kondensatoren 438, 440 und 442 wirken als Pumpen, die durch Dioden 444–449 Ladung von jeder Stufe zur nächsten transportieren. In den Gleichrichter 430 kann ein Resonanzkreis eingebaut werden, wie oben beschrieben.
Ein Wandler kann unterteilt werden, und verschiedene Elektroden- oder Spulenkonfigurationen, d. h. die elektrischen Anschlüsse des Wandlers 12, können zur Optimierung elektrischer Eigenschaften benutzt werden. Solche Konfigurationen sind für piezoelektrische Wandler in den 20A und 20B dargestellt, wobei für das gleiche Materialvolumen und die gleiche äußere Störung verschiedene Elektrodenkonfigurationen Kompromisse zwischen Spannung- und Stromabgabe des Wandlers 12 bilden. Zum Beispiel ist in 20A der Wandler 12 in Längsrichtung in Segmente unterteilt und elektrisch parallel zu den Elektroden 450, 452 und 454 geschaltet, wodurch ein höherer Strom und höhere Spannung bereitgestellt werden. In 20B ist die Wandlerfläche in Abschnitte unterteilt und elektrisch in Reihe mit den Elektroden 456, 458, 460 und 462 geschaltet, wodurch höhere Spannung und niedrigerer Strom bereitgestellt werden.
Wie aus 21 erkennbar, weist eine Schaltung 500 zur Entnahme von elektrischer Leistung aus einem Wandler 501 eine Induktionsspule 502 und zwei symmetrische Teilschaltungen 504a, 504b auf. Jede Teilschaltung 504a, 504b weist eine Diode 505a, 505b, ein Schaltelement 506a, 506b, ein Speicherelement 507a, 507b und eine Steuerschaltung 508a bzw. 508b auf. Das Schaltelement 506a, 506b ist z. B. ein MOSFET, ein Bipolartransistor, ein Bipolarfeldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (SCR). Das Speicherelement 507a, 507b ist z. B. ein Kondensator, eine Akkumulatorbatterie oder eine Kombination davon.
Die Schaltung 500 wird vorzugsweise zur Dämpfung von Vibrationen des Schlägers für Ballspiele benutzt, mit dem der Wandler 501 gekoppelt ist.
Die Arbeitsweise der Schaltung 500 wird unter Bezugnahme auf die 22A–22C beschrieben. Zur Bezugnahme zeigt 22A die Spannung am Wandler 501 als Ergebnis einer oszillierenden äußeren Störung, in Abwesenheit der Schaltung 500. Der Betrieb der Schaltung 500 kann in vier Phasen unterteilt werden. Die 22B und 22C zeigen graphische Darstellungen der vier Phasen, wobei 22B die Spannung am Wandler 501 als Funktion der Zeit und 22C den Strom durch den Wandler 501 als Funktion der Zeit darstellt.

Phase I: Während die Spannung am Wandler 501 als Reaktion auf die oszillatorische Störung ansteigt, sind beide Schalter 506a und 506b in der Aus-Stellung, und durch die Schalter fließt kein Strom.
Phase II: Nachdem die Spannung am Wandler 501 ihr Maximum erreicht, schaltet die Steuerschaltung 508a den Schalter 506a ein. Vom Wandler 501 fließt Strom durch die Induktionsspule 502, die Diode 505a und den Schalter 506a zum Energiespeicherelement 507a.
Phase IIa: Während der Schalter 506a eingeschaltet ist, steigt die Amplitude des Stroms vom Wandler 501 an, und in der Induktionsspule 502 und im Speicherelement 507a wird Energie gespeichert. In dem Prozeß nimmt die Spannung am Wandler 501 ab, und die Spannung am Speicherelement 507a nimmt zu. Der Strom vom Wandler 501 steigt weiter an, bis die Spannung an der Induktionsspule 502 null erreicht.
Phase IIb: Während der Strom vom Wandler 501 abzunehmen beginnt, wird die in der Induktionsspule 502 gespeicherte Energie freigesetzt und zwingt die Spannung am Wandler 501, un ter null abzufallen. Dies dauert an, bis die Energie in der Induktionsspule 502 erschöpft ist, an welchem Punkt die Spannung am Wandler 501 den negativen Wert der Spannung erreicht, die sie vor Beginn der Phase II hatte.
Phase III: Während beide Schalter 506a, 506b für die nächste Halbwelle ausgeschaltet sind, fällt die Spannung am Wandler 501 als Reaktion auf die oszillatorische Störung weiter ab.
Phase IV: Nachdem die Spannung am Wandler 501 ein Minimum erreicht, wird der symmetrische Teil 504b der Schaltung aktiviert. Die Steuerschaltung 508b schaltet den Schalter 506b ein. Der Strom vom Wandler 501 fließt durch die Induktionsspule 502, die Diode 505b und den Schalter 506b zum Energiespeicherelement 507b.
Phase IVa: Während der Schalter eingeschaltet ist, nimmt die Amplitude des Stroms vom Wandler 501 zu, und in der Induktionsspule 502 und im Speicherelement 507b wird Energie gespeichert. In dem Prozeß nimmt die Spannung am Wandler 501 ab, und die Spannung am Speicherelement 507b nimmt zu. Der Strom vom Wandler 501 nimmt weiter zu, bis die Spannung an der Induktionsspule 502 null erreicht.
Phase IVb: Während der Strom vom Wandler 501 abzunehmen beginnt, wird die in der Induktionsspule 502 gespeicherte Energie freigesetzt und zwingt die Spannung am Wandler 501, unter null abzufallen. Dies dauert an, bis die Energie in der Induktionsspule 502 erschöpft ist, an welchem Punkt die Spannung am Wandler 501 den negativen Wert der Spannung erreicht, die sie vor Beginn der Phase IV hatte.

Während der Wiederholung der vier Phasen nimmt der Betrag der Spannung am Wandler 501 zu. Die Spannung kann vielfach höher sein als die Spannung, die man bei Abwesenheit der Schaltung 500 am Wandler 501 gemessen hätte. Als Ergebnis wird während der Phasen II und IV mehr Energie aus dem Wandler 501 entnommen.
Die in 33 dargestellte graue Kurve stellt die Schwingungscharakteristik des Schlägers 600 gemäß der vorliegenden Erfindung dar, in dem keine elektrische Schaltung mit den Wandlern verbunden ist. Um die Vibration des Schlägers zu dämpfen, wird vorzugsweise die in 21 dargestellte Schaltung 500 mit dem Wandler verbunden. Die Schaltung 500 weist zwei Energiespeicherelemente 507a und 507b auf, die zur Speicherung von Energie vorgesehen sind, die während der Vibration des Schlägers aus dem Wandler entnommen wird. Sobald der Schläger vibriert, wandelt der Wandler die daran angelegte mechanische Störung in ein Spannungssignal um. Während der Phasen II und IV wird dieses Spannungssignal zur Speicherung elektrischer Energie in den Energiespeicherelementen 507a bzw. 507b genutzt. Diese gespeicherte elektrische Energie wird dann während der Phasen III und I (siehe 22B) zur aktiven Dämpfung des Schlägers verwendet, indem die elektrische Energie zum Wandler zurückgeführt wird. Der Zeittakt der Schalter 506a und 506b wird so gesteuert, daß die Spannung, die auf diese Weise dem Wandler zugeführt wird, veranlaßt, daß der Wandler sie in mechanische Energie wandelt, die der Vibrationsbewegung des Schlägers entgegenwirkt und daher die Vibration dämpft. Aus einem Vergleich der 22A und 22B ist ersichtlich, daß die von der Schaltung 500 an den Wandler angelegte Spannung zwischen zwei aufeinander folgenden Schwingungsmaxima (d. h. den Maxima der Kurve von 22A) ihre Polarität nicht ändert. Daher übt die angelegte Spannung eine Kraft auf den Schläger aus, die der Bewegungsrichtung des Schlägers von einem Maximum zum nächsten Maximum (z. B. Phase III) entgegenwirkt. Anschließend erzwingt die Schaltung einen Polaritätswechsel der Spannung am Wandler. Während der Rückwärtsbewegung des Schlägers (Phase I) wird eine entgegengesetzte Spannung an den Wandler angelegt, wodurch eine Kraft angreift, die wieder der Bewegung des Schlägers entgegenwirkt und die Vibration des Schlägers dämpft. Die schwarz ausgezogene Kurve im Diagramm von 33 veranschaulicht die Schwingungscharakteristik des erfindungsgemäßen Schlägers 600 mit der eigenbetriebenen elektrischen Schaltung.
Wie aus 23 erkennbar, weist die Steuerschaltung 508a bzw. 508b eine Filterschaltung 531 zur Verarbeitung der Spannung am Schalter 506a bzw. 506b sowie eine Schalteransteuerschaltung 532 auf. In dieser Ausführungsform wird die Steuerschaltung von einer nicht dargestellten externen Spannungs quelle betrieben, wie z. B. einer Batterie oder Stromversorgung. Die Filterschaltung 531 differenziert das Signal und schaltet den Schalter ein, wenn die Spannung am Schalter abzunehmen beginnt. Außerdem kann die Filterschaltung 531 Komponenten zur Rauschunterdrückung und zum Einschalten des Schalters aufweisen, wenn die Spannung am Schalter größer als ein vorgegebener Schwellwert wird. Die Filterschaltung 531 kann außerdem Resonanzelemente enthalten, um auf spezifische Störungsarten zu reagieren.
Wie aus 24 erkennbar, weist die Steuerschaltung in einer alternativen Ausführungsform ein Speicherelement 541 auf, das durch Strom vom Wandler 501 aufgeladen wird. Das Speicherelement 541 dient dann als Stromfilterschaltung 531 und Schalteransteuerschaltung 532. Diese Ausführungsform ist in dem Sinne eigenbetrieben, als keine externe Stromversorgung benötigt wird.
Wie aus 25 erkennbar, erfordert eine eigenbetriebene Schaltung 550 zur Entnahme elektrischer Leistung aus einem Wandler 501 keine externe Stromquelle zur Betrieb der Steuerschaltungen 549a, 549b und des Wandlers 501. Ein Kondensator 551, der über einen Widerstand 552 und/oder über einen Widerstand 554, einen Kondensator 555 und eine Diode 557 während der Phase I des Schaltungsbetriebs aufgeladen wird (d. h. während die Spannung am Wandler ansteigt), wirkt als Speicherelement 541. Eine Zenerdiode 553 verhindert, daß die Spannung am Kondensator 551 erwünschte Grenzwerte übersteigt. Wenn die Spannung am Wandler 501 abzunehmen beginnt, schaltet ein Filter (Widerstand 554 und Kondensator 555) einen p-Kanal-MOSFET 556 ein. Der MOSFET 556 schaltet dann den Schalter 506a ein, wobei die im Kondensator 551 gespeicherte Energie zum Betrieb des Gates des MOSFETs 556 verwendet wird. In diesem Prozeß wird der Kondensator 551 entladen, wodurch der Schalter 506a nach einem gewünschten Zeitintervall ausgeschaltet wird. Der gleiche Prozeß wird dann in der zweiten Hälfte der Schaltung wiederholt.
Wie aus 26 erkennbar, weist eine Schaltung 569 zur Entnahme elektrischer Leistung aus einem Wandler 570 einen Gleichrichter 571, eine Induktionsspule 572, ein Schaltelement 573, ein Speicherelement 574 und eine Steuerschaltung 575 auf. Das Schaltelement 573 ist z. B. ein MOSFET, ein Bipolartransistor, ein Bipolarfeldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (SCR). Das Speicherelement 574 ist z. B. ein Kondensator, eine Akkumulatorbatterie oder eine Kombination davon. Die Steuerschaltung 575 entspricht der eigenbetriebenen Steuerschaltung 549a, die weiter oben unter Bezugnahme auf 25 beschrieben wurde. Der Gleichrichter weist erste und zweite Eingangsanschlüsse 571a, 571b und erste und zweite Ausgangsanschlüsse 571c, 571d auf. Die ersten und zweiten Eingangsanschlüsse 571a, 571b sind an die ersten und zweiten Anschlüsse 570a, 570b des Wandlers 570 angeschlossen. Die Induktionsspule 572 weist erste und zweite Anschlüsse 572a, 572b auf. Der erste Anschluß 572a der Induktionsspule 572 ist an den ersten Ausgangsanschluß 571c des Gleichrichters 571 angeschlossen. Das Schaltelement 573 ist an den zweiten Anschluß 572b der Induktionsspule 572 und den zweiten Ausgangsanschluß 571d des Gleichrichters 571 angeschlossen.
Wie aus 27 erkennbar, weist eine Schaltung 510 zur Schwingungsdämpfung eines Schlägers, an dem ein Wandler 511 angebracht ist, eine Energieableitungskomponente 513, wie z. B. einen Widerstand, in der Schaltung auf. Die Schaltung 10 enthält außerdem eine Induktionsspule 512 und zwei symmetrische Teilschaltungen 514a, 514b. Jede Teilschaltung 514a, 514b weist eine Diode 516a bzw. 516b, ein Schaltelement 517a bzw. 517b und eine Steuerschaltung 518a bzw. 518b auf. Das Schaltelement 517a, 517b ist z. B. ein MOSFET, Bipolartransistor, ein Bipolarfeldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (SCR). Das Dissipations- bzw. Ableitungselement 513 kann eliminiert werden, wenn der Eigenenergieverlust in den übrigen Schaltungskomponenten für eine ausreichende Energiedissipation sorgt.
28 zeigt eine Implementierung der Schaltung gemäß 27, welche die eigenbetriebene Steuerschaltung 549a, 549b enthält, die weiter oben unter Bezugnahme auf 26 beschrieben wurde.
Wie aus 29 erkennbar, weist eine Schaltung 520 zur Vibrationsdämpfung eines Schlägers, an dem ein Wandler 521 angebracht ist, eine Induktionsspule 522, eine Energieableitungskomponente 523, wie z. B. einen Widerstand, und zwei symmetrische Teilschaltungen 524a, 524b auf. Jede Teilschaltung 524a bzw. 524b enthält eine Diode 525a bzw. 525b, ein Schaltelement 526a bzw. 526b und eine Steuerschaltung 527a bzw. 527b. Das Schaltelement 526a, 526b ist z. B. ein MOSFET, Bipolartransistor, ein Bipolarfeldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (SCR). Die Dissipations- bzw. Ableitungskomponente 523 kann eliminiert werden, wenn der Eigenenergieverlust in den übrigen Schaltungskomponenten für eine ausreichende Energiedissipation sorgt. Die Steuerschaltung 527a, 527b kann der Beschreibung entsprechen, die weiter oben unter Bezugnahme auf 28 gegeben wurde.
Die Anordnung der Dissipationskomponente in den 27 und 29 beeinflußt die Größe der Schaltungskomponenten, die so gewählt werden, daß die gewünschte Dissipation erreicht wird. Die jeweilige Anordnung ist von der Amplitude und Frequenz der Vibrationen der mechanischen Störung und von der Kapazität des Wandlers abhängig.
Wie aus 30 erkennbar, weist eine Schaltung 580 zur Entnahme elektrischer Leistung von einem Wandler 581 eine Induktionsspule 582 und zwei symmetrische Teilschaltungen 583a, 583b auf. Jede Teilschaltung 583a bzw. 583b weist ein. Paar Dioden 584a und 585a bzw. 584b und 585b, einen Kondensator 586a bzw. 586b, eine Induktionsspule 587a bzw. 587b, ein Schaltelement 588a bzw. 588b, eine Steuerschaltung 589a bzw. 589b und ein Speicherelement 593a bzw. 593b auf. Das Schaltelement 588a, 588b ist z. B. ein MOSFET, Bipolartransistor, ein Bipolarfeldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (SCR). Die Induktionsspule 582 weist einen ersten Anschluß 582a auf, der mit einem ersten Anschluß 581a eines Wandlers 581 verbunden ist, und einen zweiten Anschluß 582b, der mit der Teilschaltung 583a verbunden ist. Die Teilschaltung 583a ist außerdem mit einem zweiten Anschluß 581b des Wandlers 581 verbunden. Die Teilschaltung 583b ist ferner mit dem zweiten Anschluß 582b der Induktionsspule 582 und dem zweiten Anschluß 581b des Wandlers 581 verbunden. Die Speicherelemente 593a, 593b weisen relativ hohe Kapazitätswerte auf, und daher ist ihre Spannung im Vergleich zur Wandlerspannung oder zur Spannung an den Kondensatoren 586a, 586b niedrig. Dioden 584a, 584b, 585a, 585b gewährleisten, daß Leistung in die Speicherelemente 593a, 593b fließt.
Die Schaltung 580 kann auch zur Vibrationsdämpfung eines Schlägers benutzt werden, mit dem ein Wandler 531 gekoppelt ist. Zu diesem Zweck können die Speicherelemente 593a, 593b durch Dissipationskomponenten ausgetauscht werden, z. B. durch Widerstände, wie in 25. Alternativ kann eine Dissipationskomponente parallel zum Wandler 581 geschaltet werden, wie in 29. Die Dissipationskomponente kann eliminiert werden, wenn der Eigenenergieverlust in den übrigen Schaltungskomponenten für ausreichende Energiedissipation sorgt.
Die Arbeitsweise der Schaltung 580 wird unter Bezugnahme auf die 31A–31C beschrieben. 31A zeigt die Spannung am Wandler 581 als Funktion der Zeit und kann mit der Wellenform von 22B verglichen werden. Die zusätzlichen Induktionsspulen 587a, 587b und Kondensatoren 586a, 586b in jeder Teilschaltung führen in Kombination mit Steuerschaltungen 589a, 589b, die weiter unten beschrieben werden, zu mehreren Stufen in der Spannung während der Phase II und der Phase IV. Die 31B und 31C geben eine detailliertere Darstellung der Spannung am Wandler 581 und am Kondensator 586a während der Phase II.

Phase I: Während die Spannung am Wandler 581 als Reaktion auf die oszillatorische. Störung ansteigt, befinden sich beide Schalter 588a, 588b in der Aus-Stellung, und durch die Schalter fließt kein Strom. Die Spannung am Kondensator 586a ist effektiv gleich der Spannung am Wandler 581.
Phase II: Nachdem die Spannung am Wandler 586a das Maximum erreicht, schaltet die Steuerschaltung 589a den Schalter 588a ein. Vom Kondensator 586a fließt Strom 590 über die Diode 585a und die Induktionsspule 587a zum Schalter 588a. Daher fällt die Spannung am Kondensator 586a schnell ab. Während die Spannung am Kondensator 586a unter die Spannung am Wandler 581 abfällt, beginnt Strom 592 vom Wandler 581 durch die Induktionsspule 582 und die Diode 584a zum Kondensator 586a zu fließen. Wenn der Strom 592 größer als der Strom 590 wird, hört die Spannung am Kondensator 586a auf abzunehmen und beginnt anzusteigen. Der Schalter 588a wird abgeschaltet, sobald die Spannung am Kondensator 586a anzusteigen beginnt. Der Strom vom Wandler 581 bewirkt dann eine schnelle Zunahme der Spannung am Kondensator 586a auf einen Wert, der möglicherweise größer ist als ihr Wert vor Beginn der Phase II. Während dieses Prozesses verringert sich die Spannung am Wandler 581 auf einen Bruchteil ihres Wertes vor der Phase II. Nach einer kurzen Verzögerung schaltet die Steuerschaltung den Schalter 588a wieder ein, und der Prozeß wird während der Phase II mehrmals wiederholt. Daher nimmt die Spannung am Wandler 581 in mehreren Schritten ab.
Phase III: Während beide Schalter 588a, 588b während der nächsten Halbperiode ausgeschaltet sind, nimmt die Spannung am Wandler 581 als Reaktion auf die oszillatorische Störung weiter ab. Die Spannung am Kondensator 586b ist effektiv gleich der Spannung am Wandler 581.
Phase IV: Nachdem die Spannung am Kondensator 586 ein Maximum erreicht, wiederholt sich der Prozeß von Phase II für die Teilschaltung 583b.

Während der Wiederholung der vier Phasen nimmt der Betrag der Spannung am Wandler 581 zu. Die mehreren Schaltereignisse, die während der Phasen II und IV auftreten, verzögern im wesentlichen den Übergang der Wandlerspannung, der während dieser Phasen auftritt. Als Ergebnis wird im Verlauf der Dämpfung der niederfrequenten Vibration im Vergleich zur Schaltung von 21 in dem Schläger, mit dem der Wandler 581 gekoppelt ist, weniger hochfrequentes Rauschen verursacht.
Wie aus 32 erkennbar, ist eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerschaltung 589a eigenbetrieben und erfordert keine äußere Stromversorgung. Ein Kondensator 711 wird über einen Widerstand 710 und/oder über einen Widerstand 715, einen Kondensator 716, eine Diode 721 und einen Transistor 717 während der Betriebsphase I der Schaltung (d. h. während die Spannung am Wandler ansteigt) aufgeladen. Eine Zenerdiode 712 verhindert, daß die Spannung am Kondensator 711 erwünschte Grenzwerte übersteigt. Wenn die Spannung am Kondensator 586a abzunehmen beginnt, schaltet ein Hochpaßfilter (Widerstand 715 und Kondensator 716) einen p-Kanal-MOSFET 714 ein. Der MOSFET 714 schaltet einen Schalter 588a ein, wobei die Energie vom Kondensator 711 zum Betrieb des Gates des Schalters 588a genutzt wird. Durch die Induktionsspule 587a fließt Strom 590, und der Schalter 588a bewirkt, daß die Spannung am Kondensator 586a schnell abnimmt. Mit abnehmender Spannung am Kondensator 586a beginnt Strom 592 vom Wandler 581 durch die Induktionsspule 582 und die Diode 584a zum Kondensator 586a zu fließen. Wenn der Strom 592 größer als der Strom 590 wird, hört die Spannung am Kondensator 586a auf abzunehmen und beginnt zuzunehmen, an welchem Punkt ein Hochpaßfilter (Kondensator 713) den MOSFET 714 über die Diode 721 sperrt und den Transistor 717 auf Durchlaß schaltet, wodurch veranlaßt wird, daß der Transistor 719 auf Durchlaß schaltet. Als Ergebnis wird der Schalter 588a ausgeschaltet. Der Prozeß wird mehrmals wiederholt, wodurch die Spannung am Wandler 581 in einer Reihe von Stufen abnimmt, wie in 31 dargestellt.
33 zeigt ein Dämpfungs- oder Schwingungsdiagramm, in dem die Beschleunigung über der Zeit aufgetragen ist. Genauer gesagt, dieses Diagramm zeigt eine Schwingungscharakteristik des Schlägers 600 gemäß der vorliegenden Erfindung mit und ohne Anschluß der elektrischen Schaltung an die Wandler. Die in 33 dargestellte graue Kurve stellt die Schwingungscharakteristik des erfindungsgemäßen Schlägers 600 dar, in dem keine elektrische Schaltung an die Wandler angeschlossen ist. Die schwarz ausgezogene Linie im Diagramm zeigt die Schwingungscharakteristik des erfindungsgemäßen Schlägers mit der eigenbetriebenen elektrischen Schaltung. Wie aus dem Diagramm zu erkennen ist, kann die Schwingungscharakteristik des Schlägers mit der an die Wandler angeschlossenen elektrischen Schaltung wesentlich beeinflußt werden, und die Zeit, bis die Schwingung ihre halbe Amplitude erreicht, wird verkürzt, z. B. um 1/3 bis 2/3, vorzugsweise um etwa 50%, wodurch wesentlich verbesserte Handhabungseigenschaften erzielt werden können.

Claims

Schläger (600) für Ballspiele, der einen Rahmen (602) mit einem Schlägerkopf (604), einem Halsbereich (606) und einem Griffabschnitt (608) aufweist, wobei der Schläger ferner mindestens einen Wandler (610, 612), der bei Deformation mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, und eine an den Wandler (610, 612) angeschlossene elektrische Schaltung (618) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung den Wandler mit Energie versorgt, wobei die gesamte, dem Wandler zugeführte elektrische Energie von Energie abgeleitet wird, die aus der mechanischen Verformung entnommen wird, wobei der Wandler (610, 612) die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, wobei die mechanische Energie die Schwingungseigenschaften des Schlägers (600) beeinflußt, wobei der Wandler (610, 612) auf den Rahmen (602) des Schlägers (600) auflaminiert ist.
Schläger nach Anspruch 1, wobei die elektrische Schaltung (618) ein Speicherelement (20) zum Speichern von Energie aufweist, die aus dem Wandler (610, 612) entnommen wird.
Schläger nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Griffabschnitt (608) mit einem Ausschnitt (616) zur Aufnahme der elektrischen Schaltung (618) und/oder des Speicherelements (20) versehen ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Griffabschnitt (608) ein Hohlprofil und eine Trennwand aufweist, die in dem Hohlprofil zwei benachbarte Kammern definiert, wobei die Trennwand so unterteilt ist, daß sie den Ausschnitt (616) bildet.
Schläger nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Ausschnitt (616) in dem Hohlprofil zumindest teilweise mit einem Material gefüllt ist, um die elektrische Schaltung (618) und/oder das Speicherelement (20) zu fixieren.
Schläger nach Anspruch 5, wobei das Material ein Schaumstoff (620) ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wandler (610, 612) aus mindestens einem Material besteht, das unter einem piezoelektrischen, antiferroelektrischen, elektrostriktiven, piezomagnetischen, magnetostriktiven Material, einem Material mit magnetischem Formgedächtnis oder einem piezokeramischen Material ausgewählt ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wandler (610, 612) faserförmiges Wandlermaterial aufweist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mindestens eine Wandler (610, 612) an einer Stelle des Schlägers (600) montiert ist, wo infolge des Ballaufschlags auf den Schläger eine wesentliche Verformung auftritt.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wandler (610, 612) paarweise an dem Schläger (600) angebracht sind, wobei jedes Paar auf einer Seite des Schlägers angeordnet ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Wandler (610, 612) in einem Übergangsbereich (626) zwischen dem Schlägerkopf (604) und dem Halsbereich (606) des Schlägers angeordnet ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei vier Wandler (610, 612) an dem Schläger (600) vorgesehen sind, zwei auf jeder Seite des Schlägers.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei alle Wandler (610, 612) elektrisch mit der gleichen elektrischen Schaltung (618) verbunden sind.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der mindestens eine Wandler (610, 612) mit dem gleichen Harz, wie es für die Fertigung des Rahmens selbst verwendet wird, auf den Rahmen (602) auflaminiert ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Wandler (610, 612) und der elektrischen Schaltung (618) durch laminierte Flexschaltungen (614) hergestellt ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der mindestens eine Wandler (610, 612) eine Größe von etwa 8 bis 16 cm², vorzugsweise von etwa 10 bis 14 cm², und am stärksten bevorzugt von etwa 12 cm² aufweist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Rahmen (602) ein Profil besitzt, das in verschiedenen Rahmenpositionen entsprechend den dort auftretenden Hauptbeanspruchungsarten unterschiedliche Querschnittsformen aufweist, wobei die Querschnittsformen Widerstandsmomente aufweisen, die an die jeweiligen Beanspruchungsarten angepaßt sind.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei in einem Bereich zwischen 4 und 6 Uhr, 6 und 8 Uhr und/oder im Halsbereich des Schlägers mindestens ein höckerartiges Versteifungselement (630, 632) vorgesehen ist.
Schläger nach Anspruch 18, wobei das Achsenverhältnis des Profils im Bereich des Höckers (630, 632) gleich 1,0 bis 1,4, vorzugsweise gleich 1,2 bis 1,35 ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eine am Wandler (610, 612) auftretende Spitzenspannung mehr als zweimal höher ist als jede Spitzenspannung eines Leerlaufwandlers, die auf die Verformung allein zurückgeht.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei ein Maximum des Integrals über den Strom, der zum Wandler und vom Wandler (610, 612) fließt, mehr als zweimal höher ist als jedes Maximum eines Stromintegrals eines Kurzschlußwandlers, das auf die Deformation allein zurückgeht.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die elektrische Schaltung (618) eine am Wandler (610, 612) angeschlossene Schaltelektronik und eine Steuerlogik aufweist, welche die Schaltelektronik mit einer Frequenz schaltet, die höher ist als das Zweifache einer Anregungsfrequenz der Verformung.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die elektrische Schaltung (618) am Wandler (610, 612) angeschlossen und in der Lage ist, Energie aus dem Wandler zu entnehmen und die Energie während anderer Zeitabschnitte im Verlauf der Verformung dem Wandler zuzuführen.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die elektrische Schaltung (618) aufweist: eine Induktionsspule mit ersten und zweiten Anschlüssen, wobei der erste Anschluß mit einem ersten Anschluß des Wandlers (610, 612) verbunden ist; eine erste Teilschaltung, die mit dem zweiten Anschluß der Induktionsspule und einem zweiten Anschluß des Wandlers (610, 612) verbunden ist, wobei die erste Teilschaltung einen Schalter aufweist; und eine zweite Teilschaltung, die mit dem zweiten Anschluß der Induktionsspule und dem zweiten Anschluß des Wandlers (610, 612) verbunden ist, wobei die zweite Teilschaltung einen Schalter aufweist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die elektrische Schaltung (618) aufweist: eine Gleichrichterschaltung mit ersten und zweiten Eingangsanschlüssen und ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen, wobei der erste und der zweite Eingangsanschluß an die ersten und zweiten Anschlüsse des Wandlers (610, 612) angeschlossen sind; eine Induktionsspule mit ersten und zweiten Anschlüssen, wobei der erste Anschluß an den ersten Ausgangsanschluß der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist, und eine Teilschaltung, die mit dem zweiten Anschluß der Induktionsspule und dem zweiten Ausgangsanschluß der Gleichrichterschaltung verbunden ist, wobei die Teilschaltung einen Schalter aufweist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 25, der einen Sensor zur Messung eines mechanischen Zustands aufweist, wobei die mit dem Wandler (610, 612) gekoppelte elektrische Schaltung (618) auf der Basis des gemessenen mechanischen Zustands gesteuert wird und die elektrische Schaltung (618) so konfiguriert ist, daß sie aus dem Wandler (610, 612) Energie entnimmt und die entnommene Energie in der elektrischen Schaltung und/oder dem Speicherelement speichert.
Schläger nach Anspruch 26, wobei die elektrische Schaltung (618) Schalter aufweist, die auf der Basis des gemessenen mechanischen Zustands gesteuert werden.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei die elektrische Schaltung (618) einen Resonanzkreis aufweist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 28, der so konfiguriert ist, daß die gesamte der elektrischen Schaltung (618) und/oder Speicherelement zugeführte Energie von Energie abgeleitet wird, die aus der mechanischen Verformung entnommen wird.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei die elektrische Schaltung (618) eine Verstärkerelektronik aufweist.
Schläger nach Anspruch 30, wobei die Verstärkerelektronik eine H-Brücke und/oder eine Halbbrücke aufweist.
Schläger nach Anspruch 30 oder 31, wobei die elektrische Schaltung (618) eine Steuerelektronik zur Steuerung der Verstärkerelektronik aufweist.
Schläger nach Anspruch 32, wobei die Steuerelektronik einen Arbeitszyklus der Verstärkerelektronik steuert.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei die elektrische Schaltung (618) und/oder das Speicherelement einen Kondensator und/oder eine Akkumulatorbatterie aufweist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 34, wobei die elektrische Schaltung (618) und/oder das Speicherelement zwei in Serie geschaltete Komponenten aufweist, wobei eine Seite des Wandlers (610, 612) mit einem Knoten zwischen den beiden Komponenten verbunden ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 35, wobei das Speicherelement auf der gleichen Leiterplatte wie die elektrische Schaltung angebracht ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 36, der für die Dämpfung von Verformungsschwingungen konfiguriert ist.
Schläger nach einem der Ansprüche 1 bis 37, wobei der Wandler (610, 612) ein Verbundelement ist, das eine Reihe von flexiblen, langgestreckten, in einer Parallelanordnung angeordneten Fasern aufweist.
Verfahren zur Herstellung des Schlägers (600) für Ballspiele gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38, mit den Schritten: a) Bereitstellen des Rahmens (602) des Schlägers; b) Auflaminieren des mindestens einen Wandlers (610, 612) auf den Rahmen (602) des Schlägers (600); und c) elektrische Verbindung des Wandlers (610, 612) mit der elektrischen Schaltung (618) und/oder einem Speicherelement.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Schritte a) und b) gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt b) nach der Bereitstellung des Rahmens (602) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 41, wobei der Wandler (610, 612) mit dem gleichen Harz, wie es zur Fertigung des Rahmens verwendet wird, auf den Rahmen (602) des Schlägers (600) auflaminiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 42, wobei über dem Wandler (610) und/oder der elektrischen Verbindungen (614) eine Schutzschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, wobei der Griffabschnitt (608) hohl und durch eine Trennwand in zwei Kammern unterteilt wird, wobei die elektrische Schaltung (618) in einem Ausschnitt (616) in der Trennwand montiert und durch einen in den hohlen Griffabschnitt (608) eingefüllten Schaumstoff fixiert wird.