DE8807436U1

DE8807436U1 - Vorrichtung zum Bestimmen des dynamischen Gleichgewichts eines Schlägers durch Messung des Trägheitsmomentes

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Publication number: DE8807436U1
Application number: DE8807436U
Authority: DE
Original assignee: Skis Rossignol SA
Current assignee: Skis Rossignol SA
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1988-07-21

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des dynamischen Gleichgewichts eines Schlägers für ein Ballspiel, beispielsweise eines Tennisschlägers, Squashschiägers oder Baamintonschiagers, durch Messung des Trägheitsmoments des Schlägers, bezogen auf eine vertikale Achse, die durch die Mitte des Griffbereichs des Schlägers geht.

Gegenwärtig wird ein Tennisschläger durch sein in Gramm ausgedrücktes Gewicht charakterisiert oder auch durch Angaben, die seine Gewichtskategorie kennzeichnen (USK, XSL, SL, L, LM, M sind Angaben vom leichtesten bis zum schwersten Schläger). Außerdem wird ein Tennisschläger durch die Lage seines Schwerpunktes, bezogen auf dessen Griffende definiert, wobei diese Lage auch als statisches Gleichgewicht oder allgemein als Gleichgewicht bezeichnet wird.

Dieses statische Gleichgewicht wird üblicherweise in den Katalogen aufgeführt, nicht aber an den Schlägern se¹bst. Es schwankt im allgemeinen von 305 bis 345 mm, je nach Tennisschläger. Die Mehrzahl der Schläger hat ein statisches Gleichgewicht zwischen 310 und 320 mm. Die Gewichtskategorien werden dagegen am Schläger angegeben. Sie entsprechen aber nicht den genormten Gewichtskategorien. Man muß also im Katalog des Herstellers nachschlage) um genau die Entsprechung zwischen der Gewichtskategorie und dem tatsächlichen Gewicht aufzufinden und auch den Wert des statischen Gleichgewichts des Schlägers. Diese

Entsprechungen und Werte sind wiederum vom Hersteller abhängig.

Zusätzlich zu den Problemen, die die Nichtangabe dieser Daten mit sich bringt, kann die Tatsache, daß lediglich

iü die Gewichtskiasse auf dem Schläger erscheint, ohne die Lage des Schwerpunkts anzugeben, ein Problem mit sich bringen, weil der Spieler ein falsches Gefühl für das Gewicht des Schlägers (dynamisches Gleichgewicht) erhalten kann. Wenn man beispielsweise zwei Tennisschläger in der Hand hält, die jeweils genau 334 g wiegen und wenn der ein Schläger ein statisches Gleichgewicht von 305 mm hat und der andere ein solches von 345 mm, so fühlt sich der zweite Schläger viel schwerer an, wenn man ihn am Griff hält. Dies beruht darauf, daß das auf die Achse bezogene Trägheitsmoment des zweiten Schlägers größer ist als dasjenige des ersten Schlägers.

Man hat auch schon vorgeschlagen, die Gewichtsangaben und die Angaben für das statische Gleichgewicht durch eine einzige Angabe zu ersetzen, die die Verhältnisse besser wiedergibt, nämlich die das Trägheitsmoment des Schlägers, bezogen auf eine vertikale Achse wiedergibt, die durch die Mitte des Griffbereichs des Schlägers geht. Einige Forschungseinrichtungen haben bei einigen Schlägern das Trägheitsmoment gemessen, wobei der Schläger aufgehängt wurde und nach Art eines Pendels hin und herschwingen konnte, und zwar um eine horizontale Achse, die durch die Mitte des Griffbereichs des Schlägers ging. Hierbei ist das Trägheitsmoment mit der Schwingungsperiode T des Pendels verknüpft, mit seiner Masse m, mit dem Abstand a, der den Schwingungspunkt von seinem Schwerpunkt trennt

und mit der Erdbeschleunigung g. Diese Größen sind durch die folgende Gleichung miteinander verknüpft, die aber nur für Schwingungen mit kleiner Amplitude gilt:

T = 2 7&Tgr;&Igr;/-&Idigr; _{es folgt} ! _{= T}2 _

V m &eegr; a &Lgr;

Dieses Meßverfahren ist in der Praxis aber nachteilig. Zum Messen des Trägheitsmoments muß man nämlich drei Messungen am Schläger durchführen, die Periode T, die Masse m und den Abstand a. Anschließend muß man die

gemessenen Werte rechnerisch auswerten. Die Formel gilt weiterhin nur für Schwingungen mit kleiner Amplitude (bei einem Winkel kleiner als 2 Grad). Der Meßwert ist also nicht sehr sicher.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen des Trägheitsmoments, bezogen auf eine vertikale Achse, die durch die Mitte des Griffbereichs eines Schlägers geht, vorzuschlagen, die einfach konstruiert und in der Anwendung einfach ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll zum Berechnen des Trägheitsmoments nur einen einzigen Wert messen müssen, nämlich die Schwingungsperiode.

j 30 Zur Lösung der Erfindungsaufgabe ist die erfindungsgemäße &igr; Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß an einer verti-

[ kalen Welle eine Befestigung zum Befestigen des Schlägers

am Griff entsprechend dem Griffbereich des Schlägers vorgesehen ist, wobei die vertikale Welle durch diese Mitte geht und die Welle, ausgehend von einer Gleichgewichtslage, in die sie von Federmitteln vorgespannt ist,

um die Gleichgewichtslage nach beiden Seiten schwingen kann, daß der Schläger mit seinem Griff in horizontaler Lage befestigt ist derart, daß sich der Schläger um die Achse der vertikalen Welle drehen kann, wobei er zusammen mit der Feder ein Torsionspendel ausbildet, und daß eine

iö Meßeinheit zum Messen der Periode des Torsionspendeis vorgesehen ist sowie eine Meßanzeige für wenigstens eine Größe, die ein Maß für das Trägheitsmoment des Schlägers ist. Der Schläger wird also in horizontaler Lage seines Griffs betätigt, wobei sich der Schlägerrahmen beispielsweise und vorzugsweise in einer vertikalen Ebene befindet. Der derart befestigte Schläger kann sich also um die vertikale Achse der Welle drehen. Zusammen mit den Federmitteln bildet der Schläger ein Torsionspendel aus, dessen Periode T unabhängig von der Amplitude der Schwingung ist. Für die Periode T gilt die folgende Gleichung:

= 2-77V5¹

es folgt I=T'

I bedeutet das Trägheitsmoment der Kombination Stütze + Schläger und C ist eine für das Federmittel charakteristische Konstante, beispielsweise die Torsionskonstante, wenn es sich -■-* eine Torsionsfeder handelt. Die Vorrichtung kann also die Periode T messen, jie hat weiterhin eine Meßanzeige für wenigstens einen Wert, der repräsentativ

für das Trägheitsmoment I ist. Dieser Wert wird allgemein aus der vorstehend angegebenen Gleichung abgeleitet,

2 und zwar über ein Gesetz der Form I = k &khgr; T , wobei k eine Konstante ist, die von den Federmitteln ach-Wenn I das Trägheitsmoment des Schlägers ist und I das Trägheitsmoment der Stütze ist, so erhält man

I+I=kxT² oder I = kT² - I .

ro r &ogr;

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 - perspektivisch eine Vorrichtung nach der Erfindung, an der ein Schläger befestigt ist, dessen Trägheitsmoment gemessen werden sol I ;

Fig. 2 - in vergrößertem Maßstab eine Ansicht in

Richtung des Pfeiles F von Fig. 1 als Teilschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 - eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles f

von Fig. 2;

Fig. 4 - eine schematische Ansicht von unten zur Darstellung der Federmittel mit Anschlag als Teil des horizontalen Pendels;

Fig. 5 - ein Schaltschema für den elektrisch-elektronischen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der auch der Meßwert berechnet wird.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Vorrichtung nach der Erfindung, die als Tischmodell für Sportgeschäfte ausgebildet ist. Sie weist einen Soekel 1 auf, der so schwer ist, daß die Vorrichtung über vier Gummifüße 3 auf einen Tis<~h 2 aufgestellt werden kann. Außerdem hat die

Vorrichtung eine Abdeckhaube 4 aus Kunststoff. An der Vorderseite 5 der Abdeckhaube 4 sind ein Einschaltknopf 6 mit Leuchtanzeige vorgesehen, ferner eine weitere Leuchtanzeige 7, die später erläutert wird, eine numerische Anzeige 8 und eine schreibende Anzeige 9.

Am Sockel 1 ist weiterhin ein Chassis 10 befestigt (vergl. Fig. 3), das einen zylindrischen Körper oder ein Rohr 11 mit vertikaler Achse trägt. Der zylindrische Körper selbst trägt über Kugellager 12 eine koaxiale Welle 13, die ebenfalls vertikal ausgerichtet ist. Die Welle 13 ist im Rohr 11 frei drehbar. An der Basis der Welle 13 ist über Schrauben 15 eine horizontale Stange 14 befestigt, die beidseits über die Welle 13 vorsteht. Die Basis der Welle 13 ist auch fest mit einer Welle 16 eines Potentiometers 17 verbunden, dessen Körper am Sockel 1 befestigt ist.

An einem ersten Ende 18 der horizontalen Stange 14 sind die Enden von zwei identischen Schraubenfedern 19, 20 befestigt, die miteinander fluchten und die zwischen dem Punkt und zwei Fixpunkten 21, 22 gehalten sind. Die Fixpunkte werden beispielsweise durch zwei Schrauben ausgebildet, die vertikal im Sockel 1 befestigt sind, und zwar gleichweit vom Punkt 18 beabstandet und beidseits dieses Punktes. Die gemeinsame Längsachse der beiden Federn 19, 20 erstreckt sich senkrecht zur Stange 14, wenn diese sich in der zeichnerisch dargestellten Gleichgewichtslage befindet. Am anderen Ende der Stange 14 ist eine Anschlagplatte 23 befestigt, die mit einem Anschlag 24 zusammenarbeitet, der auch in Fig. 4 gezeigt ist. Der Anschlag 24 trägt einen

Unterbrecher oder Endschalter 26, der um einen Winkel alpha bezüglich der Achse 25 der hin und herschwingenden Stange 14 in der horizontalen Achse versetzt ist, wenn diese sich in der Gleichgewichtslage befindet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Winkel alpha etwa 45 Grad.

Am oberen Ende der Welle 13 ist ein Teil 27 befestigt, das einerseits eine horizontale Platte 28 trägt, dessen Mitte als V-Profil 29 ausgebildet ist. Außerdem ist eine horizontale Stange 30 parallel zum V-Profil 29 vorgesehen, das einen vertikalen Anschlag 31 trägt, dessen axiale Stellung einstellbar sein kann. Der Abstand 6 zwischen dem Anschlag 31 und der vertikalen Drehachse 32 der Welle 13 ist gleich demjenigen Abstand, der das Ende 33 eines Handgriffs 34 eines Schlägers 35 von der Mitte 36 des Griffbereichs des Schlägers trennt. Die Mitte dieses Griffbereichs ist die Mitte des Handgriffs. Dieser Abstand d ist für alle Tennisschläger gleich. Er beträgt etwa 10 cm.

Die Platte 28 ist bezüglich einer horizontalen Ebene symmetrisch ausgebildet und arbeitet mit einer anderen Platte 37 zusammen, die identisch zur Platte 28 ausgebildet ist. Die Platte 37 ist aber oberhalb der Platte 28 und symmetrisch in Bezug auf eine Horizontalebene angeordnet. Das V-Profil 38 dieser Platte 37 erstreckt sich parallel zum V-Profil 29/ aber nach oben, d.h. in umgekehrter Richtung. Die beiden V-Profile 29, 38 greifen zwischen sich die beiden Abschrägungen 39, 40 des Handgriffs 34 des Tennisschlägers 35. Dadurch wird sichergestellt, daß der Schläger 35 stets horizontal ausgerichtet ist, wobei der Schlägerrahmen 41 vertikal

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ausgerichtet ist. Dies ist also die häufigste Schlagstellung für derartige Schläger- Weiterhin sind Befestigungen 42, 43 zum schnellen Befestigen des Schlägers vorgesehen, die entfernt werden können und einstellbar sind.Sie klemmen den Handgriff 34 des Schlägers zwischen ihren Platten 28, 37 ein. Die Befestigungen durchgreifen seitliche Fenster 44, 45, die in den Platten 2&iacgr;, 37 vorgesehen sind. Gewindebolzen 46, 47 dienen zum Anziehen der Klemmverbindung.

Vom Anschlag 24 und vom Potentiometer 17 gehen elektrische Leitungen 48, 49 ab, die zu einer elektronischen Schaltung geführt sind, die als gedruckte Leiterplatte am Sockel 1 unter der Haube 4 befestigt sind. Sie sind zeichnerisch nicht dargestellt.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.

Der Schläger 35 wird wie in rig. 1 und wie vorstehend beschrieben an der Vorrichtung befestigt. Die Spannung wird eingeschaltet und der Schläger 35 wird von Hand aus seiner Gleichgewichtslage herausgeschwenkt, wobei er sich um die vertikale Achse 32 dreht, und zwar in Richtung des Pfeiles in Fig. 4. Hat sich der Schläger um den Winkel alpha gedreht, so schlägt die Stange 14 am Endschalter 26 an, wodurch die Meßvorrichtung auf Null gestellt wird. Dies wird weiter unten noch näher erläutert. Die Anzeige 7 leuchtet auf und gibt an, daß die Messung durchgeführt werden kann , Jetzt wird der Schläger losgelassen, so daß der Schläger um die Gleichgewichtslage nach Fig. 1 hin und herschwenkt. Die elektronische Schaltung weist den ersten und den dritten

Durchgang durch die NuI lage nach und mißt die Zeitspanne zwischen diesen Durchgängen. Daraus leitet sie das Trägheitsmoment ab, das dann die Anzeigen 8 und 9 anzeigen. Die numerische Anzeige 8 gibt das Trägheitsmoment an und die schreibende Anzeige 9 gibt direkt nicht nur die Kategorie des Schlägers an (USL, XSL, SL. LM oder M). sondern auch seine Lage in der betreffenden Kategorie, bezogen auf vorbestimmte Werte von Trägheitsmomenten.

Im folgenden wird das Schaltschema nach Fig. 5 beschrie^ben-

Das Potentiometer 17 liegt zwischen der positiven Gleichspannung plus V und Masse. An seinem Schleifer 50 liegt somit eine Spannung &ngr; an, die an einen ersten Eingang eines Vergleichers 52 weitergeleitet wird, dessen anderer Eingang eine Bezugsspannung Vr erhält. Die Bezugsspannung Vr wird so eingestellt, daß sie dem Spannungswert &ngr; entspricht, wenn sich der Schläger in der Gleichgewichtslage nach Fig. 1 befindet.

Die Schaltung war über die Anschlagplatte 23 und den Endschalter 26 auf Null gestellt. Hat man jetzt den Schläger losgelassen, so geht dieser ein erstes Mal durch seine Nullage, wobei ein Impuls 53 am Ausgang ^des Vergleichers 52 erscheint. Der Ausgang 54 des Vergleichers ist mit den Zähleingang eines zweistufigen Binärzählers 55 verbunden. Der Ausgang 56 der ersten Stufe des Zählers geht jetzt vom Zustand O zum Zustand Dieser Ausgang 56 ist mit einem ersten Eingang einer Und-Schaltung 57 verbunden, deren zweiter Eingang 58 mit einem Ausgang 60 der zweiten Stufe des Zählers 55

verbunden ist, und zwar über eine logische Umkehrschaltung 59. Der Ausgang 60 nimmt daher das Niveau 0 an und der Eingang 58 das Niveau 1, so daß ein Signal am Ausgang 61 der Schaltung 57 erscheint.Der Ausgang ist mit dem Eingang 62 einer bistabilen Flipflop-Schaltung 63 verbunden, deren Ausgang 64 vom Niveau O auf das Niveau 1 übergeht. Dadurch wird eine Und-Schaltung 65 geöffnet, der Ausgangsimpulse eines Zeitgebers 67 vorbestimmter Frequenz zugeleitet werden, der eventuell in Abhängigkeit von der betreffenden Art des zu messenden Schlägers (Tennisschläger, Squashschläger, Badmintonschläger usw.) eingestellt werden kann.

Die Impulse 66 werden einem Zähleingang eines Zählers 68 zugeleitet, dessen Ausgang 69 an einen Mikroprozessor 70 angeschlossen ist, der das Trägheitsmoment berechnet und an den Anzeigen 8 und 9 anzeigt, wie vorstehend beschrieben. Beim dritten Durchgang des Schlägers durch die Nullage gehen die Ausgänge 56, 60 des Zählers 55 in den Zustand 1 über, wodurch eine Und-Schaltung 71 geöffnet wird, deren Ausgangsniveau 1 über eine Oder-Schaltung 73 einer Nullstellung 72 des Flipflops 63 zugeleitet wird. Der Ausgang 64 des Flipflops geht also jetzt in den Zustand 0 über, wodurch das Tor 65 geschlossen wird und das Zählen der Impulse durch den Zähler beendet wird. Die im Zähler 68 gespeicherte Zahl wird jetzt durch den Mikropozessor 70 ausgewertet, der in der Anzeige 8 das gemessene Trägheitsmoment numerisch anzeigt und in der Anzeige 9 fortschreitend die betreffende Kategorie des Schlägers anzeigt. Die Rechnung kann durch das Schließsignal am Ausgang 64 des Tores 65 über die Verbindung 76 ausgelöst werden oder auch

dauernd nach Betätigung des Unterbrechers oder Endschalters 26. Wird der Endschalter 26 betätigt, so wird der Zähler 55 über seine Nullstellung 71 auf Null gesetzt. Dasselbe gilt für den Flipflop 63, der über das Nullstellungssignal 74 am anderen Eingang der Oder-Schaltung 73 auf Null gesetzt wird. Der Zähler 68 wird ebenfalls auf Null gesetzt, und zwar über das Nullstellungssignal 75. Die Anzeigen 8, 9 werden auch auf Null gesetzt, und zwar beispielsweise über den Rechner 70.
15

Die elastische Federanordnung kann auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann sie als Spiralfeder ausgebildet sein. In weiterer Abänderung kann die Vorrichtung auch nur zwei Nulldurchgänge anstelle von drei Nulldurchgängen zählen. Drei Nulldurchgänge oder eine größere, ungerade Anzahl von Nulldurchgängen werden aber bevorzugt, weil man dann nicht mehr vom eventuellen Abstand zwischen dem Meßpunkt und dem wirklichen Gleichgewichtspunkt abhängig ist.
25

Die Erfindung ist auch nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt und auch nicht auf die Anwendung auf besaitete Schläger. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man beispielsweise auch das Trägheitsmoment von Tischtennisschlägern messen und allgemein gesprochen jedes Gerät, dessen Verhalten von seinem dynamischen Gleichgewicht abhängt. Lediglich beispielsweise und nicht beschränkend sei hier verwiesen auf ( Golfschläger, Poloschläger, Basketballschläger, Skier,

[ 35 Paddel, Spere, Florette, Degen, Säbel usw. Hierbei muß man die Befestigungsvorrichtung an das betreffende

Gerät anpassen.

Beschrieben wird somit eine Vorrichtung zum Messen des Trägheitsmoments eines Tennisschlägers, Squashschlägers, Badmintonschlägers oder dergl.

Der Schläger 35 wird bei horizontaler Anordnung seines Griffs 34 in seinem Griffbereich derart befestigt, daß er um eine vertikale bzw. lotrechte Achse 32 sich drehen kann. Zusammen mit Zugfedern 19, 20 wird dadurch ein Torsionspendel ausgebildet. Die Vorrichtung mißt die Periode T des Pendels und leitet daraus das Trägheitsmoment des Schlägers ab, und zwar aus der folgenden Gleichung: j

&tgr; - 27rV-i-

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen des dynamischen Gleichgewichts, beispielsweise eines Schlägers für ein Ballspiel, durch Messung des Trägheitsmoments des Schlägers,

dadurch gekennzeichnet, daß an einer vertikalen Welle (13) eine Befestigung (28, 37, 31) zum Befestigen des Schlägers (35) am Griff (34) entsprechend dem Griffbereich des Schlägers vorgesehen ist, um das Trägheitsmoment des Schlägers, bezogen auf eine vertikale Achse zu messen, die durch die Wittfei (36) des Griffbereichs geht, wobei die Welle dur(Yi diese Mitte geht und die WeIIe,ausgehend von einer Gleichgewichtslage, in die sie von Federmitteln (19,20) vorgespannt ist, um die Gleichgewichtslage nach beiden Seiten schwingen kann, daß der Schläger mit seinem Griff (34) in horizontaler Lage befestigt ist derart, daß sich der Schläger um die Achse (32) der vertikalen Welle drehen kann, wobei er zusammen mit der Feder (19, 20) ein Torsionspendel ausbildet, und daß eine Meßeinheit (17, 55, 68) zum Messen der Periode (T) des Torsionspendels vorgesehen ist sowie eine Meßanzeige (70, 8, 9) für wenigstens eine Größe, die ein Maß für das Trägheitsmoment des Schlägers ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung (31, 28, 37) zwei einstellbare V-Profilstücke (29, 38) aufweist, zwischen denen

■ · a * m ·

der mit Abschrägungen (39, 40) versehene Schläger

griff eingeklemmt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daC ein Anschlag (31) für das Griffende (33^

vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 ,· dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (31) einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (24) zur Begrenzung des Winkelaus· schlags vorgesehen ist, der einen Endschalter (26) aufweist, der alle Schaltungen (71,63,68,8,9) der Meßanzeige auf Null stellt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß eine schreibende Anzeige (9) vorgesehen ist, die direkt die Kategorie des Schlägers anzeigt.