EP0400325A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abwurf von Bällen sowie zum Erzeugen eines Spinneffektes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abwurf von Bällen sowie zum Erzeugen eines Spinneffektes Download PDF

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EP0400325A2
EP0400325A2 EP90107762A EP90107762A EP0400325A2 EP 0400325 A2 EP0400325 A2 EP 0400325A2 EP 90107762 A EP90107762 A EP 90107762A EP 90107762 A EP90107762 A EP 90107762A EP 0400325 A2 EP0400325 A2 EP 0400325A2
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EP
European Patent Office
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ball
friction
departure
spin
wheel
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Heinrich Prof. Dr. Ing. Reents
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Original Assignee
Individual
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    • A63B69/408—Stationarily-arranged devices for projecting balls or other bodies with spring-loaded propelling means with rotating propelling arm

Definitions

  • the ball is made using a device between two counter-rotating discs. It is accelerated and gets its spin at different disc speeds.
  • a spin can only be created in one dimension - only forward or backward, but this is not a normal course of the game.
  • a table tennis player, a tennis player, squash or soccer player can generate the spin in any direction.
  • Another disadvantage is that the change of the departure angle can only be achieved with a high mechanical effort.
  • the presented method tries to counter the disadvantages described above with the associated devices.
  • the system consists of only one wheel or alternatively a rotating racket with counterweights.
  • the ball is pressed between a wheel and a rail and accelerated.
  • the friction coefficients can e.g. can be reduced by a Teflon coating or by appropriate processing of the surface.
  • the surface of one wheel is elastic and therefore has a high coefficient of friction.
  • the size can be significantly reduced by this method.
  • a relatively large wheel achieves high peripheral speeds at a low speed, and the larger mass means that the flywheel energy stored is relatively large. Since only energy is consumed when a ball is shot, relatively small drive powers are sufficient. The result is small dimensions of the drive units.
  • the striking side is also elastic.
  • the racket moves in a closed chamber with an opening for the ball feed in the middle of the housing and an opening for the ball flying out.
  • the ball is fed in the middle of the chamber, since the peripheral speeds are relatively low here. Due to gravity and centrifugal force, it moves outwards and is accelerated.
  • the walls of this chamber are also designed to be elastic to prevent the ball from jumping. Only the outer tread is inelastic.
  • the sizes can still be reduced by driving the wheel via an integrated direct drive or via a flanged angular gear with a motor.
  • the drive is carried out by pulleys or gear wheels or roller wheels.
  • the energy of a flying ball with spin can be divided into an energy component that serves the forward movement and a component that serves the spin effect.
  • the energy component for generating the forward component is much larger than the component for generating the spin effect.
  • the process for spin generation does justice to these considerations: With a friction surface that can be moved concentrically around the departure channel, e.g. Any spin effects can be achieved in the form of an elastic roller.
  • the spin effect can be generated by the decrease in energy.
  • the strength of the spin effect can be changed by changing the coefficient of friction of the surface or by increasing the contact pressure.
  • the coefficient of friction is changed by introducing different materials to the ball.
  • the roller is coupled to an eddy current brake, the effect of which can be controlled / regulated by changing the load resistance.
  • roller system consisting of several rollers is attached around the departure channel. These are moved into the departure channel as required.
  • the change in the take-off angle is achieved by changing the position of the entire device with the aid of an adjusting screw.
  • the set screw is driven by a motor, so that any angle can be reached during the course of the game.
  • the departure angle is changed by changing the position of the counter pressure rails relative to the main wheel.
  • This rail is designed flexibly in this variant. Since this rail is arranged concentrically around the main wheel, it only needs to be raised or lowered. Due to the centrifugal force, the ball will always be oriented towards the rail.
  • the balls are fed either from above or from the side.
  • the ball is allocated by being guided to the channel or chamber via a drop shaft with a T-end.
  • a slide operated by an electric motor or electromagnet, is moved forwards or backwards and thus allocates the balls.
  • the allocation can be made by a motor with two disks, which are mounted offset on one axis.
  • ball feeders ensure that unauthorized persons cannot reach into the machine. They can be combined with any storage containers that are either plugged onto the ball throwing machine or connected to it indirectly via hoses.
  • the device is rotatably mounted on an axis.
  • a controllable motor with ring gear or cam disc produces the change in the angle.
  • sensors e.g. realized in the form of passive infrared converters, it is detected whether people are in the vicinity of the departure channel.
  • Another sensor detects the speed of the drive wheel and thus provides a measure of the take-off speed of the balls. If these signals are sent to a controller, there is the possibility of changing the speed.
  • the system receives further signals via radio remote control.
  • the transmitter can also be coupled with a ball departure sensor, which enables an automated interplay: whenever a player plays a ball, the ball is dropped with a delay.
  • the system can also be combined with a ball arrival sensor. This can be in the form of a vibration detector. Ball dropping starts as soon as a ball arrives in the field.
  • Another sensor is provided for determining the departure angle. This can e.g. be carried out in the form of a simple code disk on the departure channel with photoelectric scanning.
  • Another sensor monitors the spin specification. It detects the spin angle. An additional sensor detects the contact pressure or alternatively the impulse to monitor the spin effect.
  • the sensors deliver their signals to a control unit.
  • a control unit In a simple embodiment, only gates are used, coupled with relays. In the more noble variant, a computer will take over the function of regulation.
  • This is equipped with a storage unit, program buttons and a small display element. It has a standardized interface to other systems. This enables coordinated ball dropping from several machines. The computer can save and call up other programs. Any combination is possible.
  • the spin is added.
  • the system is equipped with sensors and a simple control. Embodiments follow up to a device with egg intelligence.
  • Figure 1 shows the overall mechanical system.
  • the device has the dimensions of a medium briefcase with a handle (1) and the main drive wheel (2) with the internal drive (3).
  • the surface of the drive wheel is provided with a flexible material (4).
  • This can be implemented, for example, in the form of embedded rubber rings, an adhesive tape with a rough or adhesive surface, or by an adhesive tape with a foam layer.
  • the tennis ball (5) is guided through a narrowing channel (6), which is open on the side of the drive wheel.
  • the channel can also be replaced in connection with the housing by a simple rail, which is however curved.
  • the friction of the surface of the rail / channel must be less than the friction on the drive wheel.
  • the channel / rail is coated with a low-friction material or alternatively consists of a low-friction material.
  • the channel / rail is either screwed tightly to the housing or it is guided in grooves (7).
  • the ball will always move tangentially away from the drive wheel due to the centrifugal force. If the channel, which can also be implemented in the form of a flexible rail, is now moved forwards or backwards, e.g. by means of a servomotor with a spindle (8), the outlet opening of the ball will move up or down - this changes the departure angle.
  • the balls are fed through a chute (9).
  • the allocation system is provided with a return spring (11).
  • the storage container (13) can be attached above the chute.
  • the housing is supported on a rail (15) by a swivel joint (16).
  • the spreading angle is changed by the drive motor (17).
  • the take-off angle can be changed additionally or alternatively by means of an adjusting device (18).
  • the radio receiver (19), the control / regulating unit / computer (20) and, in the case of network-independent operation, the battery system (21) are installed in the housing.
  • Figure 2 shows the stand part in the simple embodiment. This consists of a main rail (15) with the height adjustment device (18) and the ring gear (22) for fixing the spreading angle and the swivel joint (16).
  • the stand has rotatable rails (23, 24) to increase stability. These rails have feet at the end (25/26).
  • Figure 3 shows the device for achieving the spin effect.
  • the tennis ball (5) will touch the friction roller (27) by centrifugal force.
  • This friction roller is driven into the channel by controllable adjusting devices (28).
  • the friction roller is connected to an eddy current brake (29).
  • the friction roller is connected to a servomotor.
  • the friction roller consists of segments with different types of friction coefficients.
  • the servomotor rotates the desired friction surface into the departure channel.
  • the position of the friction roller can be changed concentrically around the departure channel by means of a servomotor (30) with worm drive (31) and toothed ring (32). This means that spins are possible in any direction and continuously.
  • friction systems can be provided concentrically around the departure channel.
  • a passive infrared sensor (33) is used for safety reasons. It causes the ball to be blocked when people are in the area of the departure channel.
  • a speed sensor (34) measures the speed of the drive wheel and thus enables the ball dropping speed to be determined.
  • the departure angle is determined via a further sensor (35).
  • the spin (36) applied is also measured (36).
  • vibration sensors (37) measure the impact of the ball and thus automatically initiate the next ball sequence.
  • the control unit implemented in an embodiment variant (38) by a microcomputer, records the sensor data, processes it and passes it on to the control units motor control main drive (39), motor control spin (strength of the spin and direction) (40), motor control Scatter angle (41). Departure angle (42) and control ball allocation (43) further.
  • the computer can communicate with other systems via an interface (44). This can either be another ball throwing machine or a higher-level computer. This allows several ball throwing systems to work in a coordinated manner on a line.
  • the computer is coupled to a program memory (45). This means that any type of game can be specified by the program.
  • the programs are called up via program keys (46), possibly coupled to a display unit (47).
  • the controller receives further data via a receiver (48). This evaluates the signals from the transmitter (49).
  • the transmitter works with pulse code modulation. Any address and data combinations are possible. This means that numerous devices can be operated simultaneously. Any program sequences can be called up via buttons, possibly coupled with a display unit (50).
  • this transmitter is combined with a ball departure sensor (51). This sensor detects the player's ball throw. The signal is transmitted to the system by radio - the return follows automatically.
  • FIG 5 shows the alternative ball dropping system, which is implemented by a rotating racket (52) instead of a wheel.
  • the racket is equipped with counterweights (53) to reduce the tendency to vibrate.
  • the racket is coated on the front and back with elastic material. This reduces the impact of the ball being fed.
  • the ball is through the opening (54) fed to the system. This opening should preferably be in the middle of the system, since the peripheral speeds are still relatively low there.
  • the ball is automatically transported into the outer orbit by centrifugal force.
  • the inside of the housing should also be equipped with elastic, damping material with the exception of the outer tread (55).
  • the departure channel is represented by (56).
  • the take-off angle can be changed relatively easily in this system by rotating the entire acceleration housing with the aid of a ring gear (57) with a servomotor (58).
  • the spin-generating system is firmly coupled to the drive housing (59) and is simply rotated with it when the take-off angle changes.
  • Figure 6 shows a preferred variant of the ball dropping system.
  • the driving wheel is designed in a defined geometry to increase the throwing speed, which increases the coefficient of friction and at the same time ensures that the ball does not receive any spin during the acceleration phase (60).
  • the ball is gripped in a defined manner and fixed in its position by the counterpressure of the acceleration rail (61).
  • the acceleration rail is guided concentrically around the shafts of the drive wheel and is movably connected to the shaft of the drive wheel via bearings (62) and fastening elements (63). It hangs on the drive shaft like a swing.
  • the acceleration rail is segmented. In the area of the ball feed, it is designed to be relatively elastic (64). This can reduce the load on the ball during the start of the acceleration phase.
  • the load-bearing structure of the housing is significantly relieved.
  • the take-off angle can be changed using an adjusting system consisting of a spindle, motor and fixing devices (65).
  • the spin-generating system is driven into the departure channel by the computer, connected to servomotors. (66).
  • friction wheels friction surfaces in the form of elastic rubber strips can be used.
  • the rubber strips have a different elasticity. This allows the spin effect to be increased or decreased by a defined entry into the departure channel.
  • the spin is caused by friction surfaces (72.73), e.g. executed by rubber lips, which are rotated or driven into the departure channel from above or below by servomotors.
  • the ball feed in this variant is carried out with the help of a rotating spiral, which is driven by a motor.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown, but is often variable within the scope of the disclosure.

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Abstract

Ballwurfmaschinen sind im gesamten Bereich des Massensports ein unverzichtbares Trainingshilfsmittel. Dies gilt sowohl für Tennis, Tischtennis, Squash oder sogar Fußball. Um die Baugröße solcher Ballwurfmachinen gering halten zu können ist erfindungsgemäss vorgesehen, die Energie für den Abflug einerseits und den Spin andererseits in unterschiedlichen Systemkomponenten (2-8; 14) aufzubringen. Der Ballabwurf erfolgt dabei mit Hilfe eines Reibrades (2) oder eines umlaufenden Schlages während der Spineffekt mit Hilfe von am Abflugkanal angebrachter Rollwielerrstände (14) erzeugt wird. Ein Spin in allen Richtungen wird dadurch möglich. Darüberhinaus wird das System mit einer umfangreichen Sensorik und Elektronik bestückt. Durch die eingesetzten Mikrorechner können beliebige Ballabwurfkombinationen oder Kombinationsfolgen programmiert werden. Das System ist fernsteuerbar. Es ermöglicht einen vollautomatischen Ballwechsel durch die Integration eines Ballabflugsensors und eines Ballankunftssensors.

Description

  • Die Freizeit hat in unserer Gesellschaft eine zunehmende Bedeutung. Die Sportarten Tennis, Tischtennis und Squash sowie Golf und Fußball spielen im Rahmen des Massensportes eine große Rolle. So gibt es z.B. 2,7 Mio Tennisspieler, 1,3 organisierte Tischtennisspieler und unzählige Fußballfreunde. All diese Sportarten verlangen jedoch nach einem Partner.
  • Je höher die Ballgewichte sind,und je höher die Anforderungen an die Abfluggeschwindigkeit der Bälle gestellt werden, desto größere Abmessungen und Gewichte haben die Ballwurfmaschinen. Sie sind zum Teil kaum handhabbar.
  • Durch die verwendeten Techniken ist der Energieverbrauch relativ hoch- ein Netzbetrieb ist zum Teil unerläßlich.
  • Die Aufgabenstellung dieser Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren mit den dazu gehörigen Vorrichtungen zu entwickeln, das es ermöglicht,Ballwurfmaschinen mit folgenden Eigenschaften zu bauen:
    • 1. Sie sollen mobil sein und tragbar
    • 2. Das System soll relativ leicht sein und sehr kompakt­die Größe eines Aktenkoffers wäre die ideale Größe
    • 3. Das System soll auch netzunabhängig arbeiten können.
    • 4. Die Ballgeschwindigkeit soll über Sensoren erfaßbar sein und regelbar
    • 5. Das System soll einen Spin in jeder Richtung erzeugen können.
    • 6. Der Spin soll über Sensoren erfaßbar sein und nach Stärke und Richtung regelbar.
    • 7. Der Ballabwurf soll ferngesteuert auslösbar sein ebenso wie bestimmte Programmaufrufe ( Ballgeschwindigkeit, Spin oder sogar gesamte Spielfolgen)
    • 8. Das Gerät soll eine eigene Intelligenz besitzen, so daß Spielprogramme gespeichert und nach Bedarf abgerufen werden können.
    • 9. Über die eigene Intelligenz soll das System auch im Verbund mit anderen Ballwurfmaschinen arbeiten können, so daß mehrere Maschinen an einer Linie oder im Feld stehen,und koordiniert ein Ballwurf erfolgt.
    • 10.Das System verfügt über geeignete Sensoren z.B. in Form von Passivinfrarotsensoren, die verbunden mit der Regeleinheit/Steuereinheit einen Ballwurf verhindern, sobald sich Personen im Nahbereich des Abflugkanals aufhalten
    • 11. Darüberhinaus ist das System ausgestattet mit Vorrichtungen, die einen automatisierten Ballwurf, entsprechend den Anforderungen des Spielers ermöglichen- so wird z.B. über Sensoren der Ballwurf des Spielers erfaßt, das Signal wird über Funk weitergegeben und ein Return erfolgt automatisch.
  • Die heute verwendeten Systeme arbeiten wie folgt:
  • In der Patentschrift (P 284686103) erfolgt der Ballwurf durch eine Schlagstange. Ein anderes Verfahren ist in der Anmeldung (PCT/ HU 87/0033) beschrieben: Es kommt eine umlaufende Flügelstange zum Einsatz. Mit einem elastischen, rückfederndem Schlagarm wird in der Anmeldung (P2918872) gearbeitet.
  • Alle bisher angeführten Systeme sind jedoch nicht in der Lage, einen Spin zu erzeugen.
  • Diese Möglichkeit besteht bei dem heute verwendeten Zwei-­Scheiben-Verfahren. Der Ball wird mit Hilfe einer Vorrichtung zwischen zwei sich gegenläufig drehende Scheiben geschoben. Er wird beschleunigt und erhält bei unterschiedlichen Drehzahlen der Scheiben seinen Spin.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens ist:
  • Durch zwei rotierende Scheiben ist die Baugröße dieser Geräte relativ groß. Sie sind damit sehr schwer. Die Ursache ist darin zu sehen, daß hohe Ballabwurfgeschwindigkeiten nur zu erzielen sind durch hohe Umfangsgeschwindigkeiten.
  • Diese sind jedoch nur veränderbar durch die Drehzahl einerseits und den Radius andererseits.
  • Hohe Drehzahlen erfordern durch die zunehmenden Rollwiderstände hohe Antriebsleistungen und damit große Abmessungen der Antriebseinheiten.
  • Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß ein Spin nur in einer Dimension erzeugt werden kann - nur vorwärts oder rückwärts.Dies entspricht jedoch nicht einem normalen Spielverlauf. Ein Tischtennisspieler, ein Tennisspieler, Squash- oder Fußballspieler kann den Spin in beliebiger Richtung erzeugen.
  • Ein weiterer Nachteil ist, daß die Änderung des Abflugwinkels nur mit einem hohen mechanischen Aufwand erreicht werden kann.
  • Weiterhin sind die oben genannten Systeme nicht mit einer Sensorik ausgestattet, die ein wechselweises Spielen, entsprechend dem tatsächlichen Spielverlauf ermöglichen. Weiterhin haben die heutigen Systeme keine eigene Intelligenz, können dadurch keine Spielverläufe speichern und ausgeben, sie können nicht im Verbund arbeiten.
  • Ein netzunabhängiger Betrieb ist aufgrund der eingesetzten Verfahren nicht möglich. Eine kompakte Bauform z.B. in der Größe eines Aktenkoffers ist nicht möglich.
  • Den oben beschriebenen Nachteilen versucht das vorgestellte Verfahren mit den dazu gehörigen Vorrichtungen zu begegnen.
  • Das System besteht nur aus einem Rad oder alternativ einem umlaufenden Schläger mit Gegengewichten.
  • Der Ball wird zwischen ein Rad und eine Schiene gepreßt und beschleunigt. Je geringer die Reibbeiwerte der Schiene sind, desto geringer ist die benötigte Energie. Die Reibbei­werte können z.B. verringert werden durch eine Teflonbeschichtung oder durch eine entsprechende Bearbeitung der Oberfläche. Demgegenüber ist dieOberfläche des einen Rades elastisch und besitzt dadurch einen hohen Reibbeiwert.
  • Es ist auch möglich, in einer Ausführungsvariante auf die elastische Oberfläche zu verzichten,und statt dessen die Oberfläche lediglich aufzurauhen oder anzuriffeln. Dies führt jedoch zu einem schnelleren Verschleiß des Ballvlieses.
  • Durch dieses Verfahren kann die Baugröße wesentlich verringert werden. Durch ein relativ großes Rad erreicht man hohe Umfangsgeschwindigkeiten bei niedriger Drehzahl,und durch die größere Masse ist die gespeicherte Schwungradenergie relativ groß. Da nur Energie abgenommen wird bei Abschuß eines Balls, reichen relativ kleine Antriebsleistungen aus. Die Folge sind kleine Abmessungen der Antriebseinheiten.
  • In der Variante mit einem umlaufenden Schläger mit Gegengewichten ist die Schlagseite ebenfalls elastisch ausgeführt. Der Schläger bewegt sich in einer geschlossenen Kammer mit einer Öffnung für die Ballzuführung in der Mitte des Gehäuses und einer Öffnung für den herausfliegenden Ball. Der Ball wird in der Mitte der Kammer zugeführt, da hier die Umfangsgeschwindigkeiten relativ gering sind. Durch die Schwerkraft und die Zentrifugalkraft wandert er nach außen und wird beschleunigt. Die Wandungen dieser Kammer sind ebenfalls elastisch ausgeführt, um ein Springen des Balls zu vermeiden. Lediglich die äußere Lauffläche ist unelastisch.
  • Durch diese kontinuierlichen Verfahren ist die Schwingneigung des Systems sehr gering.
  • Die Baugrößen können in einer Ausführungsform noch dadurch verringert werden, daß der Antrieb des Rades über einen integrierten Direktantrieb erfolgt oder über ein angeflanschtes Winkelgetriebe mit Motor. In einer weiteren Ausführ ungsvariante erfolgt der Antrieb durch Riemenscheiben oderZahnräder oder Rollräder.
  • Die Energie eines fliegenden Balles mit Spin kann unterteilt werden in einen Energieanteil, der der Vorwärtsbewegung dient und einen Anteil, der dem Spineffekt dient.
  • Der Energieanteil zur Erzeugung der Vorwärtskomponente ist viel größer als der Anteil zur Erzeugung des Spin-effektes. Diesen Überlegungen wird das Verfahren zur Spinerzeugung gerecht: Durch eine um den Abflugkanal konzentrisch bewegbare Reibfläche z.B. in Form einer elastischen Rolle lassen sich beliebige Spineffekte erzielen. Der Spineffekt kann durch die Abnahme von Energie erzeugt werden.
  • Da die REibfläche konzentrisch um den Kanal bewegt werden kann, ist jeder Winkel für den Spineffekt möglich.
  • Die Stärke des Spineffektes kann verändert werden durch die Veränderung des Reibbeiwertes der Fläche oder durch die Erhöhung des Anpreßdruckes.
  • In einer Variante wird der Reibbeiwert verändert durch das Heranführen unterschiedlicher Materialien an den Ball. In einer anderen Ausführungsform wird die Rolle mit einer Wirbelstrombremse gekoppelt, deren Wirkung durch Veränderung des Lastwiderstandes steuerbar/regelbar ist.
  • Während in einer Ausführungsform nur eine Reibfläche vorgesehen ist, deren Lage veränderbar ist um den Abflug­kanal, ist in einer weiteren Variante ein Rollensystem, bestehend aus mehreren Rollen um den Abflugkanal angebracht. Diese werden je nach Bedarf in den Abflugkanal hineingefahren.
  • Die Veränderung des Abflugwinkels wird dadurch erreicht, daß das gesamte Gerät mit Hilfe einer Stellschraube in seiner Lage verändert wird.
  • In einer Ausführungsform wird die Stellschraube durch einen Motor angetrieben, so daß während des Spielverlaufs beliebige Winkel erreicht werden können.
  • In der Variante mit einem umlaufenden Schlä ger ist alternativ vorgesehen, die Wurfkammer in der Lage veränderbar zu gestalten.
  • In einer weiteren Variante wird der Abflugwinkel durch Veränderung der Lage der Gegendruckschienen gegenüber dem Hauptrad verändert. Diese Schiene wird in dieser Variante flexibel ausgeführt. Da diese Schiene konzentrisch um das Hauptrad angeordnet ist, braucht sie lediglich hochoder heruntergefahren zu werden. Durch die Zentrifugal­kraft wird der Ball immer sich zur Schiene orientieren.
  • Die Zuführung der Bälle erfolgt entweder von oben oder von der Seite. In einer Ausführungsvariantewird der Ball zugeteilt, indem er über einen Fallschacht mit T-Ende an den Kanal oder die Kammer geführt wird. Ein Schieber, elektromotorisch oder elektromagnetisch betrieben, wird nach vorne oder hinten bewegt und teilt damit die Bälle zu.
  • Alternativ dazu kann die Zuteilung erfolgen durch einen Motor mit zwei Scheiben,d ie gegeneinander versetzt auf einer Achse angebracht sind.
  • Diese Ballzuführungsvorrichtungen stellen sicher, daß nicht unbefugt in die Maschine gegriffen werden kann. Sie können mit beliebigen Vorratsbehältern kombiniert werden, die entwe der auf die Ballwurfmaschine gesteckt werden oder mit ihr mittelbar verbunden sind über Schläuche.
  • Zur Erzielung eines Streuwinkels wird das Gerät auf einer Achse drehbar gelagert. Ein steuerbarer Motor mit Zahnkranz oder Nockenscheibe erzeugt die Änderung des Winkels.
  • Wesentlich an dem gesamten System ist neben der Mechanik die Elektronik mit der Sensorik. Diese Komponenten machen das Gerät sehr sicher und flexibel einsetzbar:
  • Durch Sensoren z.B. realisiert in Form von Passiv-Infrarot-­Wandlern wird erfaßt, ob sich Personen im Nahbereich des Abflugkanals befinden. Ein weiterer Sensor erfaßt die Drehzahl desAntriebsrades und liefert damit ein Maß für die Abfluggeschwindigkeit der Bälle. Werden diese Signale einer Steuerung/REgelung zugeführt, besteht die Möglichkeit der Drehzahländerung.
  • Weitere Signale erhält das System über eine Funkfernsteuerung. Diese arbeitet zweckmäßigerweise nach dem Pulscodeverfahren. Beliebige Kombinationen von Adressen und Daten können durch dieses Verfahren sehr sicher übertragen werden. Dadurch lassen sich mehrere Systeme parallel auf engstem Raum betreiben z.B. in einer Tennishalle.
  • Der Sender kann auch gekoppelt werden mit einem Ballabflugsensor, der ein automatisiertes Wechselspiel ermöglicht: immer dann, wenn ein Spieler einen Ball abspielt, folgt mit einer zeitlichen Verzögerung der Ballabwurf der Maschine. Weiterhin kann das System mit einem Ballankunftssensor kombiniert werden. Dieser kann ausgeführt sein in Form eines Erschütterungsmelders. Der Ballabwurf wird gestartet, sobald ein Ball im Feld eingetroffen ist.
  • Ein weiterer Sensor ist vorgesehen zur Ermittlung des Abflugwinkels. Dieser kann z.B. ausgeführt sein in Form einer einfachen Codescheibe am Abflugkanal mit fotoelektrischer Abtastung.
  • Ein weiterer Sensor überwacht die Spinvorgabe. Er erfaßt den Spinwinkel. Ein zusätzlicher Sensor erfaßt den Anpreßdruck oder alternativ den Impuls zur Überwachung des Spineffektes.
  • Die Sensoren liefern ihre Signale an eine Steuer-/Regeleinheit. In einer einfachen Ausführungsform kommen, lediglich Gatter zum Einsatz,gekoppelt mit Relais. In der nobleren Variante wird ein REchner die Funktion der REgelung übernehmen.
  • Diese ist ausgestattet mit einer Speichereinheit, Programmtasten und einem kleinen Anzeigeelement. Er verfügt über eine genormte Schnittstelle zu anderen Systemen. Dadurch wird ein koordinierter Ballabwurf von mehreren Maschinen ermöglicht. Der REchner kann bei iebige Programme speichern und abrufen. Damit sind beliebige Kombinationen möglich.
  • Die einzelnen Ausführungsformen werden je nach Markterfordernissen eingeführt.
  • Man wird beginnen mit einem einfachen System, bestehend aus den Komponenten Hauptantrieb, Ballzuführung, Antrieb zur Steuerung des Streuwinkels.
  • Es folgt die Ergänzung um den Spin.
  • In einer weiteren Variante wird das System mit Sensoren bestückt und einer einfachen Steuerung. Es folgen Ausführungsformen bis zu einem Gerät mit ei gener Intelligenz.
  • Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden:
  • Bild 1 zeigt das mechanische Gesamtsystem. Das Gerät hat die Abmessungen eines mittleren Aktenkoffers mit Tragegriff(1).Weiterhin ist zu erkennen das Hauptantriebsrad (2) mit dem innenliegenden Antrieb(3). Das Antriebsrad ist an seiner Oberfläche mit einem flexiblen Material (4) versehen. Dies kann z.B. realisiert sein in Form von eingelassenen Gummiringen, einem Klebeband mit einer rauhen oder haftenden Oberfläche oder durch ein Klebeband mit Schaumstoff­auflage.
  • Der Tennisball (5) wird durch einen sich verengenden Kanal geführt(6), der an der Seite des Antriebsrades offen ist.
  • Der Kanal kann auch in Verbindung mit dem Gehäuse durch eine einfache Schiene ersetzt werden, die jedoch gebogen ist. Die Reibung der Oberfläche der Schiene/des Kanals muß kleiner sein als die Reibung am Antriebsrad.
  • In einer Ausführungsvariante ist der Kanal/die Schiene mit einem reibarmen Material beschichtet oder besteht alternativ aus einem reibarmen Material.
  • Der Kanal/die Schiene wird entweder fest mit dem Gehäuse verschraubt,oder er ist in Nuten(7) geführt.
  • Durch die Zentrifugalkraft wird sich der Ball immer tangential vom Antriebsrad weg bewegen. Wird nun der Kanal, der sich auch in Form einer flexiblen Schiene realisieren läßt nach vorne oder hinten bewegt z.B. durch einen Stellmotor mit Spindel (8), wird die Austrittöffnung des Balles sich nach oben oder nach unten bewegen - dadurch verändert sich der Abflugwinkel. Die Bälle werden durch einen Fallschacht(9) zugeführt.
  • Durch einen elektromechanischen Schieber(10) werden sie dem sich verengenden Kanal einzeln zugeteilt. Das Zuteilungssystem ist mit einer Rückholfeder(11) versehen.
  • Durch flexible Elemente (12) oder alternativ durch die Baugröße des Antriebsrades,bezogen auf das Gehäuse,wird sichergestellt, daß der Ball nur in den Zuführungskanal fallen kann.
  • Oberhalb des Fallschachtes kann der Vorratsbehälter (13) ange­bracht werden.
  • Sobald der Ball den Abflugkanal verläßt,durchfliegt er die spinerzeugende Vorrichtung.(14)
  • Das Gehäuse ist auf einer Schiene (15) durch ein Drehgelenk(16) gelagert. Der Streuwinkel wird durch den Antriebsmotor (17) verändert. Durch eine Stellvorrichtung (18) läßt sich der Abflugwinkel zusätzlich oder alternativ verändern.
  • In der einfachsten Variante besteht sie aus einer STellschraube, in einer weiteren Ausführungsform aus einem Stellmotor. Weiterhin ist im Gehäuse der Funkempfänger(19), die Steuer-/­Regeleinheit/Rechner (20) und im Falle des netzunabhängigen Betriebes das Batteriesystem (21) eingebaut.
  • Bild 2 zeigt in der einfachen Ausführungsform das Standgesteil. Dieses besteht aus einer Hauptschiene (15) mit der Höhenver­stelleinrichtung (18) und dem Zahnkranz (22) zur Fixierung des Streuwinkels sowie dem Drehgelenk(16). Darüberhinaus besitzt das Standgestell herausdrehbare Schienen(23,24) zur Erhöhung der Standsicherheit. Diese Schienen haben am Ende Standfüße (25/26).
  • Bild 3 zeigt die Vorrichtung zur Erzielung des Spineffektes. Der Tennisball (5) wird durch die Zentrifugalkraft die Reib­rolle (27) berühren. Diese Reibrolle wird durch steuerbare Stelleinrichtungen (28) bei Bedarf in den Kanal gefahren. In einer Ausführungsform ist die Reibrolle mit einer Wirbel­strombremse(29) verbunden.
  • In einer anderen Ausführungsform wird die Reibrolle mit einem Stellmotor verbunden. In dieser Ausführungsform besteht die Reibrolle aus Segmenten mit verschiedenartigen REibkoeffizienten. Der Stellmotor dreht die jeweils gewünschte Reibfläche in den Abflugkanal.
  • Die Reibrolle kann durch einen Stellmotor (30) mit Schnecken­antrieb (31) und Zahnkranz (32) beliebig in der Lage konzentrisch um den Abflugkanal verändert werden. Dadurch sind Spins in jeder Richtung möglich und zwar stufenlos.
  • Alternativ können mehrere Reibsysteme konzentrisch um den Abflug­kanal vorgesehen sein.
  • Die Komponenten der Elektronik und Sensorik sind in Bild 4 dargestellt.
  • Ein Passiv-Infrarotsensor (33) wird eingesetzt aus Sicher­heitsgründen. Er veranlaßt die Blockierung des Ballabwurfes, wenn sich Personen im Bereich des Abflugkanals aufhalten. Ein Drehzahlsensor(34) mißt die Drehzahl des Antriebsrades und ermöglicht damit die Bestimmung der Ballabwurfgeschwindigkeit. Über einen weiteren Sensor (35) wird der Abflugwinkel ermittelt. Der aufgebrachte Spin(36) wird ebenfalls gemessen(36).
  • In einer Variante ist vorgesehen, durch Erschütterungssensoren (37) das Auftreffen des Balls zu messen und damit automatisch die nächste Ballfolge zu veranlassen.
  • Die Steuer-/Regeleinheit,in einer Ausführungsvariante (38) durch einen Mikrorechner realisiert,erfaßt die Sensordaten, verarbeitet sie und gibt sie an die Stelleinheiten Motorsteuerung Hauptantrieb(39), Motorsteuerungen Spin (Stärke des Spins und R ichtung) (40), Motorsteuerung Streuwinkel (41).Abflugwinkel (42) und Steuerung Ballzuteilung (43) weiter. Der Rechner kann über eine Schnittstelle (44) mit anderen Systemen kommunizieren. Das kann entweder eine andere Ballwurfmaschine sein oder ein übergeordneter Rechner. Dadurch können mehrere Ballwurfsysteme an einer Linie koordiniert arbeiten. Der Rechner ist mit einem Programmspeicher gekoppelt (45). Dadurch können beliebige Spielarten durch Programm vorgegeben werden. Die Programme werden aufgerufen über Programmtasten (46) ggfs. gekoppelt mit einer Anzeigeeinheit (47).
  • Weitere Daten erhält die Steuerung/Regelung über einen Empfänger (48). Dieser wertet die Signale des Senders (49) aus. Der Sender arbeitet pulscodemoduliert. Beliebige Adress- und Datenkombinationen sind möglich. Dadurch können zahlreiche Geräte gleichzeitig betrieben werden. Über Tasten ggfs. gekoppelt mit einer Anzeigeeinheit können beliebige Programmfolgen abgerufen werden (50). In einer Ausführungsform wird dieser Sender mit einem Ballabflugsensor kombiniert(51). Di eser Sensor erfaßt den Ballabwurf des Spielers. Das Signal wird dem System per Funk übermittelt - der Return folgt automatisch.
  • Bild 5 zeigt das alternative Ballabwurfsystem, das durch einen umlaufenden Schläger (52) statt eines Rades realisiert wird. Zur Verringerung der Schwingungsneigung ist der Schläger mit Gegengewichten (53) ausgestattet. Der Schläger ist an der Vorderseite und Rückseite mit elastischem Material beschichtet. Dadurch wird der Stoß des zugeführten Balles gemildert. Der Ball wird durch die Öffnung (54) dem System zugeführt. Diese Öffnung sollte möglichst in der Mitte des Systems liegen, da dort die Umfangsgeschwindig­keiten noch relativ gering sind. Durch die Zentrifugalkraft wird der Ball automatisch in die äußere Umlaufbahn befördert. Die Gehäuseinnenseiten sollten ebenfalls mit elastischem, dämpfenden Material ausgestattet sein mit Ausnahme der äußeren Lauffläche (55). Der Abflugkanal ist durch (56) dargestellt.
  • Der Abflugwinkel kann bei diesem System relativ einfach verändert werden, indem das gesamte Beschleunigungsgehäuse mit Hilfe eines Zahnkranzes (57) mit Stellmotor(58) gedreht wird.
  • Das spin-erzeugende System ist fest mit dem Antriebsgehäuse gekoppelt (59) und wird einfach mit ihm bei Änderung des Abflugwinkels gedreht.
  • Bild 6 zeigt eine bevorzugte Variante des Ballabwurfsystems. Zur Erhöhung der Abwurfgeschwindigkeit wird in dieser Variante das Treibrad in einer definierten Geometrie ausgeführt, die den Reibbeiwert erhöht und gleichzeitig dafür sorgt, daß der Ball während der Beschleunigungsphase keinen Spin erhält (60). Der Ball wird definiert umfaßt und durch den Gegendruck der Beschleunigungsschiene (61) in seiner Lage fixiert.
  • Die Beschleunigungsschiene wird in dieser Ausführungsform kon­zentrisch um die Welles des Treibrades geführt und ist über Lager (62) und Befestigungselemente (63) mit der Welle des Antriebsrades beweglich verbunden. Sie hängt gleich einer Schaukel an der Antriebswelle. Gleichzeitig ist die Beschleunigungsschiene segmentiert. Im Bereich der Ballzuführung ist sie relativ elastisch (64) ausgeführt. Dadurch kann die Belastung des Balls während des Beginns der Beschleunigungsphase verringert werden.
  • Durch diese Ausführungsform werden alle wesentlichen Kräfte durch die Welle aufgenommen. Die Tragkonstruktion des Gehäuses wird dadurch wesentlich entlastet. Durch ein Stellsystem, bestehend aus Spindel, Motor und Fixiervorrichtungen (65) kann der Abflugwinkel verändert werden.
  • In dieser Variante wird das spinerzeugende System durch den Rechner, verbunden mit Stellmotoren,in den Abflugkanal gefahren. (66). Alternativ zu Reibrädern können Reibflächen in Form elastischer Gummistreifen zum Einsatz kommen.
  • Die Gummistreifen weisen eine unterschiedliche Elastizität auf. Dadurch kann durch ein definiertes Einfahren in den Abflugkanal der Spineffekt verstärkt oder vermindert werden.
  • Während bei den bisher gezeigten Varianten das Treibrad senk­recht stand und die Seitenwinkel durch eine Verschiebung des gesamten Gerätes erreicht wird, ist in der folgenden Variante (Bild 7) das Treibrad mit der Beschleunigungsschiene in horizon­taler Lage. Das Treibrad steht also nicht- es liegt. Da das Ballwurfsystem im normalen Spielbetrieb größere Seitenwinkel als Höhenwinkel abdecken muß, werden in dieser Variante die Kräfte zur Überwindung des Kreiseleffektes minimiert. Zur Änderung des Seitenwinkels muß lediglich die Beschleunigungs­schiene, der Beschleunigungskanal verstellt werden. Die Lage des Treibrades ändert sich nicht. Lediglich bei der Höhenverstellung ist eine Lageveränderung des Treibrades notwendig. Die Höhenver­stellung erfolgt dadurch, daß das hintere Ständerbein (68) oder eines oder beide der vorderen Beine (69,70) herauf- bzw. heruntergefahren werden. Durch die Regelung/_Steuerung der einzelnen Beine kann zusätzlich Einfluß genommen werden auf den Spin. Die Beschickung des Ballwurfsystems erfolgt von oben (71). Durch Führungsschienen wird der Ball in den Beschleunigungskanal geführt.
  • In dieser Variante wird der Spin durch Reibflächen (72,73), z.B. ausgeführt durch Gummilippen,die von oben oder von unten durch Stellmotoren in den Abflugkanal gedreht oder hineingefahren werden, erzeugt.
  • Die Ballzuführung ist in dieser Variante mit Hilfe einer drehenden Spirale, die durch Motor angetrieben wird, ausgeführt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
  • Alle neuen in der Beschreibung/Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (25)

1. Verfahren zum Werfen von Tennisbällen, Tischtennisbällen und Squash-Bällen dadurch gekennzeichnet, daß die Flugenergie des Ballesdurch nur ein in seiner Drehzahl regelbares, umlaufendes Rad mit einer elastischen Oberfläche oder alternativ einer starren Oberfläche definierter Geometrie zur Erhöhung des Reibbeiwertes und einer gegenüberliegenden reibarmen Fläche erzeugt wird, und der Spineffekt durch eine veränderbare, regelbare Abnahme der Energie an der Balloberfläche erzeugt wird mit Hilfe eines im Rollwiderstand veränderbaren, lagerveränderbaren Reibrades.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zu Anspruch 1 der Spineffekt durch eine Vielzahl konzentrisch um den Abflugkanal angebrachter Rollwiderstände oder Reibflächen, die jedoch einzeln veränderbar und regelbar sind, erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß durch Sensoren die Winkelgeschwindigkeit des Hauptantriebsrades, das die Flugenergie erzeugt, erfaßt wird und einem Rechner zur Auswertung zugeführt wird, und der Rechner nach einem vorgegebenen Programm mit Hilfe geeigneter Stellglieder die Drehzahl verändern kann.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß über Sensoren der Reibwert zur Erzeugung des Spineffektes erfaßt wird, einem Rechner zugeführt wird und durch geeignete Stellglieder nach einem vorgegebenen Programm der Reibwert an jeder beliebigen Stelle der Oberfläche konzentrisch um den Abflugkanal verändert werden kann.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Ballabwurfs sowohl in der Höhe als auch in der Breite durch Sensoren erfaßt, einem Rechner zugeführt und durch geeignete Stellglieder nach Programm verändert werden kann.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Abflug des Balls nach Geschwindigkeit, Spin, Richtung und Programm mit Hilfe einer Funkfernsteuerung, basierend auf einem pulscodemodulierten oder frequenzmodulierten Verfahren mit Adressierbarkeit abgerufen werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß durch das Aufstellen mehrerer Ballabwurfmaschinen an oder in einem Tennisfeld und einer Vernetzung der Ballwurfmaschinen mit einem Rechner beliebige Spielfolgen entweder nach fest vorgegebenem Programn oder Zufallsprogrammen möglich sind.
8. Vorrichtung nach den Verfahrensansprüchen 1-7 dadurch ge­kennzeichnet, daß der Antrieb des Hauptrades durch einen Direktantrieb und eines im Rad integrierten Elektromotors erfolgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Rades durch ein Winkelgetriebe oder alternativ durch einen Riemenantrieb kombiniert mit einem Elektromotor oder Benzinmotor erfolgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß das Rad mit einer starren, jedoch rauhen, angeriffelten Reibfläche ausgestattet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zu Anspruch 10 das Rad mit einer elastischen Reibfläche versehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck durch eine in der Lage und im Reibbeiwert, veränderbare, reibarme, gebogene Schiene aufgebracht wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene/der Kanal, auf der/in der der Ball geführt wird mit einer Vielzahl von kleinen Rollen mit veränderbarem Reibwiderstand ausgeführt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1-13 dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal/die Schiene in seiner Lage und Richtung verändert werden kann und in sich selbst flexibel ist mit der Folge, daß der Abflugwinkel verändert werden kann.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1-14 dadurch gekennzeichnet, daß die Ballzuführung in die Maschine automatisch erfolgt und geregelt werden kann durch einen an die Ballmaschine befestigbaren Vorratsbehälter.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1-15 dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit Sensoren ausgestattet ist, die Personen im Nahbereich der Abflugrichtung erfaßt und die Ballzuführung und/oder den Ballabwurf sperrt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1-16 dadurch gekennzeichnet, daß die Abwurfmaschine mit Drehvorrichtungen gekoppelt ist, die steuerbar/regelbar sind, so daß sowohl die Streu­breite der Bälle in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung durch Mikrorechner programmgesteuert verändert werden kann.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1-17 dadurch gekennzeichnet, daß die Ballmaschine mobil ist und derart zusammengelegt werden kann, daß sie in einen kleinen Koffer paßt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1-18 dadurch gekennzeichnet, daß wesentliche Komponenten des Systems wie Gehäuse und Antriebsrad aus hochfesten Textilfasern gefertigt werden und dadurch das Gewicht des Gesamtsystems wesentlich verringert wird.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1-19 dadurch gekennzeichnet, daß das Ballabwurfsystem netzunabhängig betrieben werden kann.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1-20 dadurch gekennzeichnet, daß das System mit Sensoren kombiniert wird, die den Ballabflug des Gegners erfassen nach Zeitpunkt und Geschwindigkeit und ein automatisches Rückspiel in Verbindung mit dem Rechner und dem Ballabwurfgerät veranlassen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1-21 dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zu Anspruch 21 das System mit Sensoren verbunden ist, die das Auftreffen des Balls im Feld erkennen und ein automatisiertes Rückspiel in Verbindung mit dem Rechner und dem Ballabwurf veranlassen.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1-22 dadurch gekennzeichnet, daß das Standgestell des Systems zusammenklappbar ist und im Gehäuse integriert ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 1-23 dadurch gekennzeichnet, daß das System mit Transporthilfen in Form von Transportrollen und Tragegriffen versehen ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 1-24 dadurch gekennzeichnet,daß das Treibrad mit der Beschleunigungsschiene horizontal liegt, die Beschleunigungsschiene dadurch die Veränderung des Seitenwinkels übernimmt, die Höhenwinkel durch Ein-/Ausfahren eines oder mehrerer Ständerbeine verändert werden.
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