EP0310169A2 - Schläger für Ballspiele, insbesondere Tennisschläger - Google Patents
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- A63B49/02—Frames
- A63B2049/0211—Frames with variable thickness of the head in a direction perpendicular to the string plane
Definitions
- the invention relates to a racket for ball games, in particular a tennis racket, with covering provided in a tensioning frame made of a profile bar in one plane, a heart zone (H) adjoining the tensioning frame and flanked by profile bar sections of the tensioning frame, and a frame part connecting these profile bar sections - in particular with a frame bridge - as well as an end handle in the longitudinal axis of the racket.
- a tensioning frame made of a profile bar in one plane
- a heart zone (H) adjoining the tensioning frame and flanked by profile bar sections of the tensioning frame
- a frame part connecting these profile bar sections - in particular with a frame bridge - as well as an end handle in the longitudinal axis of the racket.
- Such a conventional tennis racket has a height of the uncovered handle of 23 to 32 mm, and the height of the tensioning frame - seen in the direction of impact, that is to say at right angles to the covering - is below the handle thickness.
- a racket of this customary dimension is given, for example, in DE-A 30 18 354.
- US-A-15 39 019 describes the development of a tennis racket whose center of vibration lies in the center of the stringing surface. Its handle continues up to the racket oval in an "intermediate portion", whose - to reduce the air resistance - the oval cross-section near the racket frame is knotted higher than its cross-section.
- the club head has a heavier knot-like cross-section in the club axis and is supplemented by an additional weight in the form of a metal strip.
- the usual thickness of the handle is without casing - that is, without grip leather, foam rubber covering or the like.
- Its rack axis forms a line of symmetry, and the height of a cross section of the stenter is greater than that thickness of the handle. The latter is determined by the human hand and therefore remains without influence on the club design.
- the above stipulation of the ratio of handle thickness to the height of a cross section also applies to a profile rod from which the stenter frame is made.
- the height of the cross-section of the profile bar and / or stenter has proven to be a measure above the thickness of the handle up to approximately 45 mm.
- the racket has its greatest height in the area of the heart zone and tapers both to the handle and to the racket head, that is to say in both directions of the longitudinal axis.
- the greatest height of the profiled bar should lie in the vicinity of the connection point between the profiled bar and the frame web, advantageously on both sides of this frame web. It is also advantageous if its greatest height is constant in an area running on both sides of the heart zone.
- the greatest height may decrease steadily while creating a straight longitudinal contour of the profile, but it is also possible to produce the contour curved or curved.
- the height of the cross section or profile of the racket or stenter which is perpendicular to the covering, increases suddenly or gradually compared to the grip thickness and can also decrease again from the point of greatest extent to the racket head.
- the racket according to the invention - which corresponds to known rackets insofar as its tensioning frame or a profile rod resulting from it has a cross-sectional width between 8 and 16 mm measured in the plane of the covering - has an moment of inertia which is 4 to 16 times higher than the moment of inertia of a tennis racket according to the prior art, the cross-sectional height of which is equal to or less than the thickness of its handle.
- the longitudinal axis of the racket is also an axis of symmetry, ie the cross-section of the clamping frame described is on the other side of the axis of symmetry a corresponding cross-section.
- the covering determines a plane of symmetry according to a feature of the invention.
- a tennis racket 10 of known type shown in FIGS. 1 to 3 has an oval clamping frame 12 made of a correspondingly curved profile rod 13, which ends on both sides of the racket longitudinal axis M in - defining a plate-shaped heart 14 - profile arms 15.
- the latter are fixed in a handle 16 with a thickness i of 26 to 32 mm; the thickness i is measured on handles 16 without wrapping leather and without considering a handle cap 17.
- Tensioning frame 12 and heart 14 surround a stringing surface Q composed of transverse strings 18 and longitudinal strings 19 crossing them.
- the preferred point of impact for a tennis ball (not shown) is designated by S in FIG. 1.
- the tensioning frame 12 or its profile bar 13 is rectangular in cross section, the side walls 20 of which run, for example, at a distance a of 7 mm and the transverse walls 21 of which run at a distance b of 17 mm.
- the outer width m is 11 mm and the outer height n is 21 mm. The latter is otherwise far lower than the thickness i of the handle 16.
- the natural frequency f o of the tennis racket 10 clamped in accordance with the diagram according to FIG. 5 can be measured by an action on the longitudinal axis M of the racket Force P is suddenly removed.
- the dimension d is proportional to the deflection of the force P made clear in FIG. 5. But it is also related to the natural frequency of the tennis racket 10 in the longitudinal direction; if a tennis racket under the same force P has a deflection of d1 and another has a deflection of d2, the natural frequency of the second tennis racket can be calculated approximately according to the following relationship:
- FIG. 4 shows a longitudinal vibration curve for a conventional tennis racket 10 according to FIGS. 1 to 3.
- a ball touches the net of covering Q and forces the tenter 12 to follow the ball frequency. This movement seeks to counteract dynamic inertial forces of the tenter frame 12.
- Arrived at point B the ball reverses its direction and leaves the string Q following the ball approximately at point C.
- the design of a tennis racket 30 according to FIGS. 6 to 8 has a resonance frequency, which remedies the described defect;
- the cross section of the profile rod 33 contains the following dimensions according to FIG. 8: inner width a 1 8 mm, outer width m1 10 mm, inner height b1 32.2 mm, outer height n1 37 mm as the result of a calculation which confirms the agreement of the natural frequency of this tennis racket 30 and the "ball resonance", that is to say the agreement of the excitation frequency with the natural frequency.
- the deflection under a load P must be 1/6 compared to TS10 at TS30.
- the deflection d is a function of 1 J .
- the resonance frequency is a constant
- FIG. 7 A frame shape that takes these findings into account is shown in FIG. 7, in which an area E with the above profile height n 1 extends on both sides of a frame web 34.
- the profile height n o decreases steadily from the area E to the club head 40 on the one hand and to the handle attachment 41.
- the frame web 34 shown in section in FIG. 7 replaces the previously described heart 14 and has a lower average profile height h than the profile bar 33.
- the vibration behavior of the tennis racket 30 according to the invention in the longitudinal direction can be seen in FIG. 9.
- the excitation frequency of the ball now corresponds to its natural frequency.
- the tennis racket 30 has reached point C or in the immediate vicinity thereof, and in addition to an additional acceleration from the clamping frame 32 of the tennis racket 30, the ball receives an exact trajectory which is no longer falsified by the dimension Z of the deflection is, as shown in Fig. 4. If inaccurate - d. H. outside the longitudinal axis M on the tennis racket 30 or its strings Q --- hitting balls, a torsional vibration occurs about the longitudinal axis M. This torsional vibration is superimposed on the longitudinal vibration.
- this oscillation is also brought to preferably 125 Hz by tuning the frame web 34 from FIG. 7, the entire tennis racket 30 only vibrates sinusoidally at a frequency when it touches the ball and also compensates for torsional deflection by timely swinging back.
- the handles 16 of the tennis racket 30 (FIGS. 6 to 8) and the embodiments 30 b to 30 c shown in FIGS. 10 to 12 are of conventional thickness i, which - as said - measures 23 to 32 mm compared to this Thickness i have the adjoining profile bars - better known as frame profiles 33 for their changing heights - in all cases a longer outer height n 1.
- the frame profile 33 b of FIG. 10 is a total of that max. Height n 1, while the max. Height n 1 of the frame profile 33 c (FIG. 11) ends approximately at the heart zone H and decreases as the height n o to the club head 40.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schläger für Ballspiele, insbesondere einen Tennisschläger, mit in einem Spannrahmen aus einem Profilstab vorgesehener Bespannung in einer Ebene, einer an den Spannrahmen anschließenden, von Profilstababschnitten des Spannrahmens flankierten Herzzone (H), einem diese Profilstababschnitte verbindenden Rahmenteil -- insbesondere mit einem Rahmensteg -- sowie einem endwärtigen Handgriff in der Schlägerlängsachse.
- Ein derartiger üblicher Tennisschläger weist eine Höhe des nicht ummantelten Handgriffes von 23 bis 32 mm auf, und die Höhe des Spannrahmens -- in Schlagrichtung, also rechtwinklig zur Bespannung gesehen -- liegt unterhalb der Handgriffdicke. Ein Schläger dieser üblichen Bemaßung wird etwa in DE-A 30 18 354 wiedergegeben.
- An im Bereich des Handgriffes eingespannten Tennisschlägern dieser Art wurde durch Versuche eine Eigenfrequenz von 25 bis max. 50 Hz festgestellt; unbespannte Tennisschläger zeigen im allgemeinen geringfügig höhere Werte an.
- Ein auf die Bespannung treffender Ball zwingt den Spannrahmen bekanntlich aus der Längsachse des Schlägers und führt zu einer Verschlechterung der Treffsicherheit; die beschriebene Auslenkung des Spannrahmens ist für die Richtung des Balles mit verantwortlich.
- Durch die unterschiedlichen Maße der Eigenfrequenz des Tennisschlägers einerseits sowie der "Ballresonanz" von etwa 125 Hz anderseits entstehen über die gesamte Länge eines Spielfeldes nachweislich Abweichungen bis zu einem Meter von der gewünschten Fluglinie des Balles. Die Schlagpräzision bekannter Tennisschläger läßt somit erheblich zu wünschen übrig.
- In der US-A-15 39 019 wird die Entwicklung eines Tennisschlägers beschrieben, dessen Schwingungsmittelpunkt im Zentrum der Bespannungsfläche liegt. Sein Handgriff setzt sich bis zum Schlägeroval in einer "intermediate portion" fort, deren -- zur Verminderung des Luftwiderstandes -- ovaler Querschnitt nahe des Schlägerrahmens knotenartig höher ausgebildet ist als dessen Querschnitt. Der Schlägerkopf ist durch einen ebenfalls knotenartig größeren Querschnitt in der Schlägerachse schwerer gestaltet und durch ein Zusatzgewicht in Form eines Metallstreifens ergänzt.
- Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, einen Schläger der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die beschriebenen Abweichungen erheblich vermindert sind. Das Schlagverhalten des Schlägers soll insgesamt verbessert werden.
- Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Schläger, an dessen Profilstab die quer zur Ebene der Bespannung verlaufende größte Höhe größer ist als die dazu parallele Dicke des Handgriffes; es hat sich gezeigt, daß eine solche Erhöhung des Profilstabquerschnittes -- vor allem beidseits der Schlägerlängsachse, also in den Seitenbereichen des Rahmens -- das Schlagverhalten des Schlägers erheblich verbessert.
- Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Ausgestaltung der Herzzone mit schmalem Rahmensteg dessen Höhe wenigstens teilweise geringer ist als die größte Höhe des Profilstabes.
- Bei dem Schläger nach der Erfindung liegt die übliche Dicke des Handgriffes ohne Ummantelung -- also ohne Griffleder, Schaumgummiumhüllung od.dgl. nicht zum konstruktiven Schlägerprofil gehörenden Zutaten -- und ohne Berücksichtigung der Griffkappe zwischen etwa 23 und 32 mm. Seine Schlägerachse bildet eine Symmetriegerade, und die Höhe eines Querschnittes des Spannrahmens ist größer als jene Dicke des Handgriffes. Letztere ist durch die menschliche Hand vorgegeben und bleibt deshalb selbst ohne Einfluß auf die Schlägergestaltung. Erfindungsgemäß gilt die voranstehende Maßgabe des Verhältnisses von Handgriffdicke zu der Höhe eines Querschnittes auch für einen Profilstab, aus welchem der Spannrahmen hergestellt ist.
- Als bevorzugte max. Höhe des Querschnittes von Profilstab und/oder Spannrahmen hat sich ein Maß über der Dicke des Handgriffes bis zu etwa 45 mm erwiesen.
- Als günstig hat es sich erwiesen, daß der Schläger im Bereich der Herzzone seine größte Höhe aufweist und sich sowohl zum Handgriff als auch zum Schlägerkopf, also in beide Richtungen der Längsachse, verjüngt. So soll bei einer bevorzugten Ausführungsform die größte Höhe des profilstabes in der Nähe der Verbindungsstelle von Profilstab und Rahmensteg liegen, vorteilhafterweise beidseits dieses Rahmensteges. Auch ist von Vorteil, wenn seine größte Höhe in einem beidseits der Herzzone verlaufenden Bereich gleichbleibend verläuft.
- Die Abnahme der größten Höhe mag unter Erzeugung einer geraden Längskontur des Profiles stetig erfolgen, jedoch ist es auch möglich, die Kontur geschwungen oder gekrümmt herzustellen.
- Erfindungsgemäß nimmt die senkrecht zur Bespannung gerichtete Höhe des Querschnittes oder Profiles von Schläger bzw. Spannrahmen gegenüber der Griffdicke sprunghaft oder allmählich zu und kann von der Stelle des höchsten Ausmaßes zum Schlägerkopf hin -- ebenfalls sprunghaft oder allmählich -- wieder abnehmen.
- Der erfindungsgemäße Schläger -- der insoweit mit bekannten Schlägern übereinstimmt, als sein Spannrahmen bzw. ein diesen ergebender Profilstab eine in der Ebene der Bespannung gemessene Querschnittsbreite zwischen 8 und 16 mm besitzt -- weist ein Trägheitsmoment auf, welches 4- bis 16fach höher ist als das Trägheitsmoment eines Tennisschlägers nach dem Stande der Technik, dessen Querschnittshöhe gleich oder geringer ist als die Dicke seines Handgriffes.
- Soweit vorstehend ein Querschnittsmaß erwähnt wird, bleibt zu berücksichtigen, daß die Längsachse des Schlägers auch Symmetrieachse ist, d.h. dem beschriebenen Querschnitt des Spannrahmens liegt auf der anderen Seite der Symmetrieachse ein entsprechender Querschnitt gegenüber. Zudem bestimmt nach einem Merkmal der Erfindung -- wie an sich bekannt -- die Bespannung eine Symmetrieebene.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
- Fig. 1: die teilweise wiedergegebene Draufsicht auf einen bekannten Tennisschläger mit Spannrahmen aus Profilrohr;
- Fig. 2: die Seitenansicht zu Fig. 1;
- Fig. 3: den vergrößerten Querschnitt durch Fig. 1 nach deren Linie III - III;
- Fig. 4: eine Schwingungsgrafik für den Tennisschläger nach Fig. 1 bis 4;
- Fig. 5: eine Schemaskizze zu einem Belastungsfall;
- Fig. 6: eine Teildraufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tennisschlägers mit Spannrahmen;
- Fig. 7: die der Fig. 2 entsprechende Darstellung des Tennisschlägers der Fig. 6;
- Fig. 8 einen Querschnitt des Spannrahmens des erfindungsgemäßen Tennisschlägers;
- Fig. 9: eine Schwingungsgrafik zu Fig. 6 bis 8;
- Fig. 10 bis Fig. 12: schematisierte Seitenansichten zu ausgewählten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Tennisschlägers.
- Ein in den Fig. 1 bis 3 besipielhaft dargestellten Tennisschläger 10 bekannter Art weist einen ovalen Spannrahmen 12 aus einem entsprechend gekrümmten Profilstab 13 auf, der beidseits der Schlägerlängsachse M in -- ein plattenförmiges Herz 14 begrenzenden -- Profilarmen 15 endet. Letztere sind in einem Handgriff 16 einer Dicke i von 26 bis 32 mm festgelegt; die Dicke i ist an Handgriffen 16 ohne Umwicklungsleder und ohne Berücksichtigung einer Griffkappe 17 gemessen.
- Spannrahmen 12 und Herz 14 umgeben eine Bespannungsfläche Q aus Quersaiten 18 und diese kreuzenden Längssaiten 19. Der bevorzugte Auftreffpunkt für einen nicht gezeigten Tennisball ist in Fig. 1 mit S bezeichnet.
- Der Spannrahmen 12 bzw. sein Profilstab 13 ist gemäß Fig. 3 rechteckigen Querschnitts, dessen Seitenwände 20 beispielsweise in einem Abstand a von 7 mm und dessen Querwände 21 in einem Abstand b von 17 mm verlaufen.
- Bei einer Wanddicke q der Seiten- bzw. Querwand 20 bzw. 21 von 2 mm ergeben sich eine Außenbreite m von 11 mm und eine äußere Höhe n von 21 mm. Letztere ist im übrigen weit niedriger als die Dicke i des Handgriffs 16.
- Die aus vorstehenden Maßen errechenbare Querschnittsfläche für den Profilstab 13 beträgt in mm²:
21 . 2 . 2 + 7 . 2 . 2 = 112.
- Die Eigenfrequenz fo des entsprechend dem Schema gemäß Fig. 5 eingespannten Tennisschlägers 10 ist meßbar, indem eine an der Schlägerlängsachse M angreifende Kraft P plötzlich entfernt wird.
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- Im Elastizitätsbereich ist das Maß d der in Fig. 5 deutlich gemachten Durchbiegung der Kraft P proportional. Sie ist aber auch in eine Beziehung zu der Eigenfrequenz des Tennisschlägers 10 in Längsrichtung zu bringen; hat ein Tennisschläger unter der gleichen Kraft P eine Durchbiegung von d₁ und ein anderer eine solche von d₂ , kann die Eigenfrequenz des zweiten Tennisschlägers annähernd nach folgender Beziehung berechnet werden:
- Die Kontaktzeit zwischen Tennisschläger 10 und Ball wurde durch viele Versuche -- u. a. durch Hochgeschwindigkeitsfotografie -- mit 2 bis max. 6 ms festgestellt, im Mittel also mit 4 ms, was für eine ganze Schwingung t = 8 ms oder 125 Hz erbringt.
- Fig. 4 zeigt eine Schwingungskurve in Längsrichtung für einen üblichen Tennisschläger 10 nach Fig. 1 bis 3. Bei Punkt A berührt ein Ball das Netz der Bespannung Q und zwingt den Spannrahmen 12,der Ballfrequenz zu folgen. Dieser Bewegung trachten dynamische Trägheitskräfte des Spannrahmens 12 entgegenzuwirken. Am Punkt B angelangt, kehrt der Ball seine Richtung um und verläßt die dem Ball folgende Bespannung Q etwa an Punkt C. Der Tennisschläger 10 schwingt in seiner Eigenfrequenz nach und befindet sich erst am Punkt D, wenn sich der Ball von der Bespannung Q bei C trennt (t = 8 ms, t/₄= 2 ms).
- Die unterschiedlichen Maße der Eigenfrequenz des Tennisschlägers 10 von 25 bis 50 Hz einerseits sowie der Erregerfrequenz des Balles von etwa 125 Hz anderseits führen -- über die ganze Länge eines Spielfeldes gesehen -- zu bedeutenden Abweichungen des Balles von der gewünschten Fluglinie; diese Abweichung kann -- wie erwähnt -- bis zu einem Meter betragen.
- Die Ausführung eines Tennisschlägers 30 nach Fig. 6 bis 8 weist ein Resonanzfrequenz auf, welche dem beschriebenen Mangel abhilft; der Querschnitt des Profilstabes 33 enthält gemäß Fig. 8 die folgenden Maße:
innere Breite a₁ 8 mm,
äußere Breite m₁ 10 mm,
innere Höhe b₁ 32,2 mm,
äußere Höhe n₁ 37 mm
als Ergebnis einer Berechnung, welche die Übereinstimmung der Eigenfrequenz dieses Tennisschlägers 30 und der "Ballresonanz" bestätigt, also die Übereinstimmung der Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz. - Die errechenbare Querschnittsfläche ist hier
37 . 1 . 2 + 8 . x . 2 und bei x = 2,4
112 mm²,
gleicht also der Querschnittsfläche von Tennisschläger 10, der nachfolgend mit TS₁₀ bezeichnet sei.
*) Werte gelten für Graphitschläger, also für harte Werkstoffe -
- Die Einfederung unter einer Last P muß -- gegenüber TS₁₀-- bei TS₃₀ 1/6 betragen.
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- Eine diese Erkenntnisse berücksichtigende Rahmenform gibt Fig. 7 wieder, in der sich ein Bereich E mit vorstehender Profilhöhe n₁ beidseits eines Rahmensteges 34 erstreckt. Vom Bereich E nimmt die Profilhöhe no zum Schlägerkopf 40 einerseits und zum Handgriffansatz 41 stetig ab.Der in Fig. 7 geschnitten dargestellte Rahmensteg 34 ersetzt das zuvor beschriebene Herz 14 und weist eine geringere mittlere Profilhöhe h auf als der Profilstab 33.
- Das Schwingungsverhalten des erfindungsgemäßen Tennisschlägers 30 in Längsrichtung entnimmt man Fig. 9. Mit dessen Eigenfrequenz stimmt jetzt die Erregerfrequenz des Balles überein. Bei dessen Abheben von der Bespannung Q ist der Tennisschläger 30 am Punkt C oder in dessen unmittelbarer Nachbarschaft angelangt, und der Ball erhält neben einer zusätzlichen Beschleunigung aus dem Spannrahmen 32 des Tennisschlägers 30 eine genaue Flugbahn, die nicht mehr durch das Maß Z der Auslenkung verfälscht ist, wie sie Fig. 4 erkennen läßt. Bei ungenau -- d. h. außerhalb der Längsachse M auf den Tennisschläger 30 bzw. dessen Bespannung Q --- treffenden Bällen entsteht eine Torsionsschwingung um die Längsachse M. Diese Torsionsschwingung ist der Längsschwingung überlagert.
- Wird auch diese Schwingung durch Abstimmung des Rahmenstegs 34 aus Fig. 7 auf bevorzugt 125 Hz gebracht, schwingt der gesamte Tennisschläger 30 bei Ballberührung nur noch sinusförmig in einer Frequenz und kompensiert auch torsionsbedingte Schlagabweichungen durch rechtzeitiges Rückschwingen.
- Die Handgriffe 16 des Tennisschlägers 30 (Fig. 6 bis 8) und der in den Fig. 10 bis 12 wiedergegebenen Ausführungsformen 30b bis 30c sind von üblicher Dicke i, welche -- wie gesagt -- 23 bis 32 mm mißt, gegenüber dieser Dicke i besitzen die anschließenden Profilstäbe -- ihrer wechselnden Höhen halber besser als Rahmenprofile 33 bezeichnet -- in allen Fällen eine längere äußere Höhe n₁.
- Das Rahmenprofil 33b nach Fig. 10 ist insgesamt von jener max. Höhe n₁, während die max. Höhe n₁ von Rahmenprofil 33c (Fig. 11) etwa an Herzzone H endet und als Höhe no zum Schlägerkopf 40 abnimmt.
- Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen von der max. Höhe n₁ ausgehende Gerade, also jeweils eine stetige Abnahme der variablen Höhe no. Statt diesem stetigen Verlauf können die entsprechenden Querschnittskonturen auch gekrümmt sein, wie dies in Fig. 12 bei 33a angedeutet ist.
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet,
daß die quer zur Ebene der Bespannung (Q) verlaufende größte Höhe (n₁) des Profilstabes (33, 33a bis 33c) größer ist als die dazu parallele Dicke (i) des Handgriffes (16).
Priority Applications (1)
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AT88202025T ATE63226T1 (de) | 1984-09-22 | 1985-09-17 | Schlaeger fuer ballspiele, insbesondere tennisschlaeger. |
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Related Parent Applications (1)
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EP0310169A3 EP0310169A3 (en) | 1989-08-02 |
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EP0310169B2 EP0310169B2 (de) | 1996-08-07 |
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EP88202025A Expired - Lifetime EP0310169B2 (de) | 1984-09-22 | 1985-09-17 | Schläger für Ballspiele, insbesondere Tennisschläger |
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