專利名稱：球膽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于可充氣的球的球膽，尤其是用于足球的球膽。
背景技術(shù)：
很多運動，比如足球、手球、排球，希望為某些觀看比賽的觀眾提 供一些附加的信息。這種信息包括，例如，運動員和球在比賽的某一時 刻的位置，或者球的速度以及運動員個人的速度和表現(xiàn)。此外，裁判員 和其他按照規(guī)則監(jiān)督比賽過程的人員，也能從這些信息中獲得幫助，并 能更可靠地控制比賽。最后，從受訓(xùn)人員或者運動員的保健醫(yī)生的觀點 出發(fā)，這一點也是很重要的，即，不僅要觀察到場上的比賽，而且還要 獲得比賽全過程的可靠的數(shù)據(jù)。
因此，近年來提出了幾種方法，其中的一種方法是在球中植入發(fā)射 器，而且，如有可能，還要在運動員身上植入若干發(fā)射器，這些發(fā)射器 能發(fā)射或反射電磁波或其他信號。這些信號能夠被布置在適當(dāng)位置上的 接收器所捕獲，從而獲得關(guān)于考察對象的位置和速度的信息，例如，球 在比賽過程中任意時刻的位置和速度。在專利號為DE42 33 341 C2、 DE 100 55 289 Al、 DE 100 29 464 Al 、 DE 100 29 456 Al 、 DE 100 29 463 Al 和DE 20004 174U1的專利文獻(xiàn)中，/>開了這種^^蹤系統(tǒng)的一些實際例 子。
對于這樣的跟蹤系統(tǒng)，在球內(nèi)安裝可靠而且持久的發(fā)射器或反射器 是絕對必要的。這是一個很重要的問題，特別是對于具有充氣的球膽， 而又比較大的球，例如足球。在這種球的內(nèi)部，首先應(yīng)該在懸掛的發(fā)射 器上加緩沖墊，以免當(dāng)球在變形或加速狀態(tài)下受到機械載荷時，損壞電子元件。此外，所植入的發(fā)射器最好不要影響球的機械特性和運動軌跡。 最后，在^艮多場合下，需要對球的中心是否越過某一條特定的線(如足 球的球門線)進行準(zhǔn)確的判斷。因此，發(fā)射器在球內(nèi)應(yīng)該處于準(zhǔn)確的固 定的位置，并始終保持在這個位置上。
到目前為止，在現(xiàn)有技術(shù)中公開的解決上述問題的技術(shù)方案還僅僅 是這樣的結(jié)構(gòu)，即，其中的發(fā)射器或其他相應(yīng)的裝置，用幾根有彈性的 繩索之類的工具自由地懸掛在球的球膽里。這種裝置的實例可以從所提
到過的專利號為DE200 04 174 Ul專利文獻(xiàn)，和專利號為DE 100 29 459 Al、 WO 97/20449、 FR 2 667 510的專利文獻(xiàn)中了解到。類似的結(jié)構(gòu)也 可以從專利號為US 6, 251, 035 Bl和DE 829 109的專利文獻(xiàn)中了解到， 其中，最后兩篇文獻(xiàn)涉及另兩種永久固定在球內(nèi)部的裝置。
然而，目前已知的技術(shù)方案因為下述原因而存在若干缺點 一方面， 制造現(xiàn)有技術(shù)中公知的球膽和相應(yīng)的球非常困難，并且需要大量的手工 加工工序；另一方面，到目前為止，公知的球膽還沒有必要的，能持久
地保護敏感的電子元件不受到損壞的穩(wěn)定性。此外，到目前為止，還不 能做到把電子元件可靠而穩(wěn)固地定位在^U々中心。
專利號為US 4,826， 177和DE 39 18 038 C2的專利文獻(xiàn)/>開了增加 球膽本身的穩(wěn)定性的措施。然而，這兩篇文獻(xiàn)僅僅涉及球外形的穩(wěn)定性 (例如，分別具有普通球形的等軸線球或精確的圓形球)，并沒有為改 進球膽內(nèi)部的穩(wěn)定性或正確懸掛敏感儀器提供任何線索。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于可充氣球的，特別是足球的球 膽，這種球膽能夠把發(fā)射器或其他電子儀器固定保持在某一預(yù)定的位置 上，并能夠?qū)λ艿降妮d荷給予充分的緩沖保護，以避免裝置損壞。另 一方面，制造這種5求膽應(yīng)該經(jīng)濟，并且不應(yīng)該對i^的其它性能產(chǎn)生負(fù)面 影響。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的第 一 方面，上述問題是通過提供 一 種用于可充氣的球 的，特別是足球的球膽來解決的，其中，上述球膽包括至少兩個在其內(nèi)部延伸的平坦的加固面，以及至少 一 個安裝在球膽內(nèi)部并由平坦的加固 面保持在預(yù)定位置上的電子儀器。
與上文中所述的現(xiàn)有技術(shù)相反，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述電子 儀器由一種構(gòu)件來定位，這種構(gòu)件不僅能傳遞拉力，也能傳遞其它力量。 當(dāng)電子儀器偏離預(yù)定位置時，這些平坦的加固面能夠提供額外的剪力。 此外，這些平坦的加固面能像液壓減振器一樣減小儀器產(chǎn)生的振動，因 為加固面的任何運動都會造成球膽內(nèi)部氣體的移動。因此，例如，如果 具有本發(fā)明所述球膽的足球由于運動員的大力射門而產(chǎn)生嚴(yán)重變形，就 會造成電子^f義器極大地偏離它原來的位置，而平坦的加固面不僅能保證 球膽迅速恢復(fù)其外形，還能使它的內(nèi)部也恢復(fù)到原來的形狀。
另一個優(yōu)點是，通過所述氣體體積的變化，對作用在電子儀器上的 加速力進行更加有效的緩沖，這種氣體體積是由球膽內(nèi)部的加固面形成 的。這樣就減小了電子儀器的機械載荷，從而延長了使用壽命。
電子儀器通常安裝在球膽大致中心的位置上。此外，它最好安裝在 至少兩個加固面的相交線上。當(dāng)電子儀器從球膽中心偏離時，這樣的安 裝方式就確保了幾個加固面能夠提供返回力。
最好，上述至少兩個加固面的相交線基本上從球膽中心沿徑向向外 延伸。上述至少兩個加固面最好以不等于90。角的夾角相交。在本發(fā)明 特別優(yōu)選的實施例中，球膽具有至少兩條相交線，其中相交線之間的夾
角基本上為120°。相交線與球膽外表面的4妾觸點基本上構(gòu)成了一個正四 面體。正是有了這些數(shù)量有限的內(nèi)部加固面，這樣的裝置才能兼有高度 的穩(wěn)定性與很輕的重量。
在另 一個根據(jù)本發(fā)明所述的特別堅固的球膽的實施例中，加固面與 球膽外表面的接觸線，基本上與上述可充氣的球的外殼的至少 一塊表皮 的形狀相對應(yīng)。
通常，至少一個加固面上具有至少一個開口，以使球膽中的氣壓均 勻，在一個實施例中，這種開口基本上在加固面的中心位置上。
所述加固面最好包括一個或多個不與球膽外表面接觸的輔助面。這 種輔助面通常形成一個內(nèi)部空間，至少一個電子儀器布置在其中。這個內(nèi)部空間為所述電子儀器提供了額外的緩沖保護，并且限制了它離開預(yù) 定位置的偏移。
按照本發(fā)明的另一個方面，涉及一種用于可充氣的球的，特別是足 球的球膽，它包括至少一個安裝在球膽內(nèi)部的電子儀器，以及多個安裝 在球膽內(nèi)部，用來使電子儀器保持在預(yù)定位置上的牽引件，其中，電子 儀器最好布置在球膽內(nèi)部的獨立的腔室中。
這種常用的腔室為電子儀器的敏感元件提供了額外的保護。它不僅 在使用時有用，在組裝時，即在電子儀器第一次插入球膽，還沒受到緩 沖懸架抵抗沖擊和其他機械載荷的保護時也有用。
在第一實施例中，腔室是由在多個在牽引件之間延伸的輔助面形成 的。結(jié)果，在電子儀器周圍形成一個額外的獨立空氣墊，提高了緩沖效 果。
在另一個優(yōu)選實施例中，上述腔室具有一個勻稱的，最好基本上呈 球形的形狀。這樣的形狀能為抵抗機械載荷提供最大限度的保護。如果 在球膽變形極大情況下，例如足球比賽中射點球的情況，外表面的變形 超過電子儀器的預(yù)定位置，腔室圓形的形狀確保所產(chǎn)生的沖擊力使腔室 偏移到 一側(cè)，不會引起使，敏感的電子元件損壞的這樣大的加速度。
此外，球形能保證球膽內(nèi)的重量分布最佳的對稱性，因此，對球的 機械性能和飛行軌跡的影響就最小。最后，當(dāng)球在極大的變形時，把腔 室做成圓形能避免萬一球膽壁的內(nèi)表面與腔室接觸而損壞球膽。
在多個牽引件中的至少一個牽引件，在其一端具有一個安裝節(jié)，用
來將牽引件固定在球膽的外表面和/或電子儀器或腔室上。通常，至少一 個牽引件具有一束纖維，其中，安裝節(jié)具有注射在纖維束周圍的塑料。
這樣的安裝節(jié)比較容易制造，并且便于將腔室/電子儀器最后組裝在球膽 內(nèi)部。
纖維束通常具有大于500N的瞬間4立伸強度，優(yōu)選地大于1000N， 特別優(yōu)選地大于1200N。然而， 一般，也可能小于500N。類似于車輪的 輻條，較高的拉伸強度能讓牽引件具有更高的預(yù)加張力，轉(zhuǎn)而又使電子 儀器在球膽里的位置更加穩(wěn)定。如果牽引件具有足夠的耐熱性能，將對降低制造成本更加有利。這 樣，在制造過程的最后的模制步驟之前，把牽引件，如有需要還可以把 電子儀器插入球膽內(nèi)部。
最后，按照本發(fā)明的又一個方面，本發(fā)明涉及一種用于可充氣的球 的，特別是足球的球膽，它具有多個中空支桿。當(dāng)球膽充滿氣時，這種 中空支桿從球膽的外面沿著徑向向里面延伸，并且在球膽大致中心的位 置上形成一個腔室。此外，上述球膽具有至少一個安裝在腔室中的電子 儀器，其中至少一根中空支桿具有足夠的尺寸，以便電子儀器能夠通過 中空支桿從外面插入球膽中心。
這樣的結(jié)構(gòu)不僅能將電子儀器插入球膽，而且，如果以后發(fā)現(xiàn)儀器 壞了，還可以將它卸掉。用于插入電子儀器的中空支桿，與球膽的其他 支桿相比，通常具有不同的尺寸。最好的結(jié)構(gòu)方式是，把用于插入電子 儀器的中空支桿對稱地安裝在用于容納球膽的閥門開口的接受槽中。結(jié) 果，球膽內(nèi)的重量分布更加均勻了 ，并且球膽中的插件對球的運動軌跡 的影響也更加小了。
在 一 個實施例中，球膽可以在芯子周圍通過模制熱塑性材料的方法 制造，所述芯子能夠熔化或溶解在液體(像油或水)中，其中，在球膽 材料模制時，把上述芯子布置成離開一定的距離。結(jié)果，球膽就能獲得 相當(dāng)復(fù)雜的形狀，而這種形狀是專門為具有預(yù)定形狀和大小的電子儀器 設(shè)計的。例如，當(dāng)球膽材料是用注塑方式制造時，就可以用這種結(jié)構(gòu)。 或者，制造球膽時，也可以把這種隔開距離的模制芯子的裝置浸入液態(tài) 的球膽材料中，例如，浸入液體橡膠中，來制造這種球膽。
其余從屬權(quán)利要求的主旨，是為本發(fā)明的球膽提供具有附加優(yōu)點的 改進型球膽。
最后，本發(fā)明涉及一種球，這種球具有按照本發(fā)明的上述實施例中 的任何一個實施例的球膽。通常，這種5求具有一個布置在球膽與球外殼 之間的骨架。如果球的^y旦^f吏用上述平坦的加固面，那么與電子儀器和/ 或骨架相互連接的安裝繩索，結(jié)合在至少一個加固面中，成為一個整體。 這樣，球的骨架就包含在電子儀器的附件中，從而使它準(zhǔn)確而穩(wěn)定地固 定在球內(nèi)部的位置上。通常，安裝繩索布置在一個加固面的兩個局部表面之間。這種"三 明治"式的結(jié)構(gòu)特別容易制造。
如果球使用了以上所說的，帶有通過一個安裝座連接在球膽上的牽 引件的球膽，那么球膽本身通常是在安裝座的范圍內(nèi)，連接在與骨架接 觸的固定面上。這個實施例還提供了一種球膽與骨架之間的連接方式， 即，當(dāng)球加速運動或變形時，球膽受到來自電子儀器的最大的拉力載荷 的區(qū)域上的連接方式。
同樣， 一根連接電子儀器與骨架的附加安裝繩索，安裝在具有上述 至少具有一根中空支桿的球膽的球里，并且，通常就安裝在這根中空支 桿中。
提供按照本發(fā)明的球的其它優(yōu)選實施例，是其它從屬權(quán)利要求的主


圖1總體表示本發(fā)明的第一實施例。
圖2示意地表示加固面的一個實施例的細(xì)節(jié)。 圖3示意地表示加固面的另一個實施例的細(xì)節(jié)。 圖4示意地表示加固面的又一個實施例。
圖5示意地說明另一個在球膽內(nèi)部具有與其做成一個整體的安裝繩 索的加固面的實施例。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，示意地表示球膽中的牽引構(gòu)件 和腔室的細(xì)節(jié)。
圖7示意地表示另一個實施例的用于電子儀器的牽引構(gòu)件和腔室。 圖8顯示了又一個實施例，其中，在安裝電子元件時另外使用了骨架。
圖9是按照本發(fā)明又一個實施例，示意地表示具有若干中空支桿的 另一個實施例。
圖IO是圖9中的實施例的改進型，其中附加的安裝繩索把發(fā)射器錨 固在骨架上。
圖11示意地表示用于制造復(fù)雜形狀的球膽的模制構(gòu)件。圖12是在模制球膽過程中用于支承圖11中的模制構(gòu)件的框架。
圖13a 圖13d是安裝裝置的實施例，例如，可用于如圖7中的實施例。
圖14是在牽引構(gòu)件之間具有附加橫向聯(lián)桿的實施例。 圖15是帶有分支牽引構(gòu)件的另一個實施例。
圖16a和圖16b是測試各種不同厚度的TPU薄膜時發(fā)射器的加速和 偏移的有限元分析結(jié)果。
圖17是TPU薄膜的膨脹滯后曲線。
圖18a和圖18b表示測試使用不同種類的橡膠時，發(fā)射器的加速和 偏移的有限元分析結(jié)果。
圖19a和圖19b表示本發(fā)明的一個實施例在不同撞擊速度下的動力 學(xué)反應(yīng)特性。
具體實施例方式
下面，以足球的球膽為例，詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中， 用于跟蹤系統(tǒng)的發(fā)射器位于球膽的內(nèi)部。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明同樣
能夠應(yīng)用于其他使用充氣球膽的球類，如手球、排球、橄欖球或籃球。 更進一步的講，在球膽的內(nèi)部也可以植入不同的儀器，來代替發(fā)射器， 例如，簡易的壓力傳感器，或提供聲頻信號的儀器，或者其他任何使用 電流來測量或提供信號的儀器。還有，在下文中，無源電磁波反射器在 本發(fā)明中也可以認(rèn)為是一種電子儀器。
不過，如果發(fā)射器是一種有源的電子元件，那么就需要供應(yīng)電力， 這可以通過，例如， 一個小蓄電池得到保障。各種不同的設(shè)備都可以用 于為下文中說明的球膽的實施例中的蓄電池充電(圖中未示)。
第一種可能性是在球表層的內(nèi)部或接近外表面的位置上，例如，在 閥門開口的周圍，設(shè)置一個感應(yīng)器。如果這個感應(yīng)器受到外部交變電磁 場的作用，那么發(fā)射器的蓄電池就能在不接觸的條件下充電。不過，這 個感應(yīng)器也可以布置在球內(nèi)部，在這種情況下，最好放掉球中的氣體， 這樣通常布置在球的中心位置上的感應(yīng)器就能十分接近交變電磁場的發(fā) 生器。然而，同樣也可以使用與蓄電池連接的方式充電，例如，在球的柔 性的外表面上，或者在閥門中或閥門上噴鍍適當(dāng)?shù)慕饘?，以便通過相應(yīng) 的插頭使得與發(fā)射器電聯(lián)接。這種情況下，至少提供一條附加的數(shù)據(jù)線 路，以便通過它讀取存儲在發(fā)射器中的信息，例如，有關(guān)充電狀態(tài)或其 他數(shù)據(jù)的信息。
除了使用從外界為蓄電池充電的方法外，還可以設(shè)想為發(fā)射器準(zhǔn)備 一個電源，這種電源可以利用球的加速運動來產(chǎn)生能量。這種供電系統(tǒng)， 例如，已經(jīng)在自供電手表中公開了，它的優(yōu)點是，這種球可以長久使用， 而且不需要充電。
通常， 一個球，例如足球，都有一個布置在外殼里面的球膽。以足 球為例，外殼通常由多塊粘接、縫合或熔接在一起的表皮(例如，已知 的五邊形或六邊形表皮)組成。為了提高外形的穩(wěn)定性， 一種可供選擇 的辦法是，在球膽與外殼之間設(shè)置一個骨架。舉一個簡單的例子，這種 骨架是一條纏繞在球膽周圍的帶子或類似的裝置，這條帶子也可以粘貼
在球膽上。另一種典型的足球結(jié)構(gòu)^^開在專利號為DE 197 32 824 C2的 專利文獻(xiàn)中。
圖1是按照本發(fā)明第一方面的球膽1的總體圖。球膽1以及下面還 要討論的更進一步的另一個實施例中的球膽，設(shè)置在球的外殼(圖中未 示)和可能會使用的骨架(圖1中未示)內(nèi)。然而，也可以設(shè)想在球膽 的表面上設(shè)置一層適當(dāng)?shù)谋韺?，這樣球膽1本身就可以作為一個球使用， 而不需要單獨的外殼了。
從圖1的整個圖形可以看出，在球膽內(nèi)布置了若干平坦表面10,它 把球膽1的球形容積分隔成若干個腔室20。僅僅示意地表示的電子儀器 30布置在這些平坦表面10的交叉點上，所以，它實際上是位于球膽1 的中心。不過，也可以布置若干只電子儀器，例如若干只對稱地分布在 球膽中心附近的平面上的多個同樣的發(fā)射器，以提高防止失敗的可靠性。
或者，還可以設(shè)想把發(fā)射器較重的元件布置在球膽的中心，而把較輕的 元件對稱地分布在球膽中。例如，天線或類似功能的元件可以分布在加 固構(gòu)件IO、牽引構(gòu)件60、安裝繩索310之類的構(gòu)件之間，這些構(gòu)件將在 下文說明。此外，還可以設(shè)想在球膽的外表面上布置一根或幾根天線。關(guān)于球膽l內(nèi)部的平坦表面10的選擇與布置，必須妥善處理以下兩
個方面 一方面，重量要輕，另一方面，要能足夠穩(wěn)定地支承電子儀器 30。從這方面來i兌，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，力。固面IO成直角地相交并不很有利。相 反，最好的布置方式是如圖1-3所示，其中， 一共六個平坦的加固面， 兩兩以大約120。的角度相交。因此，各交線11與球膽1表面相交的各 交點12 (圖1中僅顯示了一個交點12，而在圖2和圖3中沒有表示)， 確定了一個正四面體的各個角部。
圖4表示帶有數(shù)量更多的加固面10的另一個實施例。從圖4可以看 出，加固面10與球膽1的外表面2的各條交線13 (圖中僅顯示了一部 分)，主要是與充氣后的球外殼的至少一塊表皮的形狀相對應(yīng)，例如與 常用的五邊形表皮的形狀相對應(yīng)。
在圖l-圖4所示的實施例中，使用了若干機械裝置，以確保當(dāng)電子 儀器30相對于球膽中心偏移時，能夠在很短的時間里回到原來的位置。 首先，通常布置在各加固面10交叉位置上的電子儀器30的任何偏移， 都會在加固面10上造成張力，因而導(dǎo)致產(chǎn)生主動恢復(fù)力。此外，儀器 30偏離球膽1的中心的，改變了由加固面10和/或球膽1的外表面2所 形成的腔室20的容積，因而與鄰近的腔室20之間出現(xiàn)了壓力差，這種 壓力差進一步促使電子儀器30快速返回原位。
為了避免電子儀器30圍繞著原位頻繁擺動，在各個腔室20之間設(shè) 置開口21是很有用的。這樣能讓壓力均勻，并且使得儀器30圍繞原始 位置的擺動由于空氣從一個腔室20到另 一個腔室20的流動而受到抑制。 這種功能與汽車上的液壓減震器類似，在液壓減震器里，油通過小孔從 減震器的一個缸流動到另一個缸，以抑制震蕩運動。
在本發(fā)明球膽1的情況下，這種效果要受到腔室20之間的開口 21 大小的影響。開口 21的最佳位置是(i)在球膽外側(cè)的交線13的各交 叉點12;或(ii)如圖4所示的那樣，在加固面1的中心附近。此外， 這種緩沖效果還受到灌進球膽1里面的氣體粘度的影響。
圖2與圖3的對比揭示了另外的一個方面。在圖2所示的實施例中， 電子儀器30直接布置在六個加固面10的相交處，相反，在圖3所示的 實施例中，還有四個額外的輔助面40 (從圖3中可以看到兩個)。這些輔助面40在六個加固面10的交線周圍形成了一個獨立的空間，電子4義 器30就安裝在其中。這就為保護電子儀器30 (圖3中未顯示)防止它 損壞提供了附加的可能性。
例如，如果在大力射門的情況下，運動員的鞋的腳背部分深深地陷 入球和球膽1的內(nèi)部時，可以設(shè)想用泡沫塑料或其他類似材料填充輔助 面40所形成的容積，以避免損壞。更簡單的另一種選擇是，用壓力特別 高的氣體填充內(nèi)部的容積，以避免變形。除了這種保護功能之外，輔助 面40還能起增大加固面10所形成的球膽1的內(nèi)部構(gòu)架的穩(wěn)定性的作用。
加固面10、輔助面40和球膽1的外表面通常Y吏用輕質(zhì)并且抗撕裂 的材料制作，并且可以通過熱塑成形的方法加工成所需的形狀。首選的 材料是使用熱塑性聚氨酯(TPU)制作的薄膜。所使用的TPU的厚度、 它的材料特性以及制造過程中適當(dāng)?shù)奶幚聿襟E(如果采用)，諸如對薄 膜的預(yù)膨脹等，都能在很大范圍內(nèi)改變球膽1的動力學(xué)性能。還可以設(shè) 想使用玻璃纖維來加強TPU薄膜，例如，Elastogran GmbH公司就能夠 提供這種加強的TPU薄膜。
圖16a和圖16b說明不同材料厚度對球膽動力學(xué)性能的影響。這兩 個曲線圖表示，具有如圖2所示的六個加固面的球膽，在受到80mph(英 里/小時)的速度撞擊時的動力學(xué)性能。圖16a表示球膽內(nèi)部發(fā)射器的合 成加速度(加上重力加速度g的合成加速度)，圖16b表示發(fā)射器的偏 移。其中，假定發(fā)射器的質(zhì)量為80g，立刻就能發(fā)現(xiàn)，所使用的TPU薄 膜的厚度對球膽的反應(yīng)特性有很大的影響。從曲線閨可知薄膜壁的厚 度大約在lmm范圍內(nèi)時，加速度值相對較小，偏移最小。壁的厚度接近 0.5mm時，仍然得到很好的結(jié)果，而當(dāng)壁的厚度接近0.15nim時，將導(dǎo) 致與球膽的外殼持續(xù)地接觸。
圖17表示預(yù)處理的影響，特別是表示TPU薄膜在用于球膽之前的 擴張的影響。從圖中可以看出，例如，薄膜的偏移并不遵循單一的滯后 曲線，例如，并不遵循擴張的滯后曲線。相反， 一條與偏移周期相對應(yīng) 的滯后曲線的形狀決定于最大的最初偏移(按順序，線9 0為第 一 次擴張， 線92為第二次擴張，線94為第三次擴張)。于是，新的滯后曲線的增長 基本上與最初滯后曲線的返回路線重合。因此，如果要使球膽內(nèi)TPU薄膜達(dá)到某種特定的擴張?zhí)匦?，那么，最好在安裝它之前，把薄膜擴張到 這樣一個值，此時的最后一條滯后曲線，因而也就是TPU薄膜的擴張?zhí)?br> 性，顯示出所期望的形狀。結(jié)果，就能避免球膽中的TPU薄膜在球強烈
變形或極大的加速度之后發(fā)生松弛。
圖5表示圖1-圖4中的實施例改進之后的實施例， 一根或多根能承 受很大拉力的安裝繩索310之類，與加固面IO結(jié)合成一個整體，并且它 們的 一端直接或間接連在電子儀器30上，而另 一端則連接在圍繞著球膽 1的球的骨架300上。包括懸桂電子元件的骨架300,進一步增加了在球 內(nèi)部錨定電子儀器30的穩(wěn)定性。不過，也可以只把安裝繩索310連接在 i求膽1的外表面2上。
在圖5所示的實施例中，安裝繩索310的位置在加固面10的兩個局 部表面之間。這樣既能夠在局部表面與安裝繩索310之間產(chǎn)生相對運動， 還能用諸如粘接、熱塑密封等方法，把安裝繩索310錨定。在一個說明 圖5原理的簡單的例子(圖中未表示)中，只設(shè)有一個局部表面，而繩 索310就利用適當(dāng)?shù)墓炕虼┻^相應(yīng)的孔的方法錨固在其上。在這樣的情 況下，仍然有可能把它與加固面10粘接起來。除了單純的安裝功能之外， 還可以把電線與一根或多根安裝繩索310結(jié)合成一個整體，不論這根電 線是用于為上述發(fā)射器30的蓄電池充電的，還是用于向外界輸出數(shù)據(jù) 的。由于在任何情況下繩索310都要通過球膽1通到外部去(參見圖5), 所以，如果發(fā)射器30需要充電或與之傳遞信息，都不需要額外的通道。
圖6和圖7涉及本發(fā)明的另一個方面。在這兩個實施例中，電子儀 器布置在處于球膽1中心的腔室50中。正如已經(jīng)在圖3中說明了的，腔 室50為電子儀器30提供了額外的保護。然而，如果腔室由足夠堅硬的 材料制成，例如輕質(zhì)但剛硬的塑料，那么它在裝配按照本發(fā)明的球膽的 時候，就已經(jīng)對電子儀器的敏感元件提供了保護。優(yōu)選的塑料是熱塑性 聚氨酯(TPU)，特別是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，這些塑 料可從TERLURAN公司獲得。
圖6表示一個筒化的實施例，其中的腔室50由在幾個牽引件60之 間的幾個相互連接的表面51形成，這幾個表面確定了腔室50,因而也 確定了在球膽l中心的電子儀器30的位置。在這個實施例中，這幾個相互連接的表面51都有同樣的尺寸，使得三分之一以上的通常呈放射狀布
置的牽引件60都處于腔室50中，或由腔室50取代。結(jié)果，用于懸掛電 子儀器30的全部構(gòu)架在球膽的中心大大加固了。同樣，可以設(shè)想，使用 較小的相互連接的表面51，腔室50也較小。
圖7表示當(dāng)前最佳的改進型實施例。 一個基本上呈球形的，內(nèi)部裝 有電子儀器(圖中未表示)的腔室50布置在球膽1的中心。腔室50相 對于球膽1的內(nèi)部是密封的。如果腔室50在球膽1的最后制造步驟之前 就布置在球膽l的內(nèi)部，就特別有利。因為，這樣做至少減小了腐蝕性 氣體或者高溫氣體對電子儀器的敏感元件的影響。不過，也可以設(shè)想， 在腔室50上設(shè)置一個開口 52(參見圖7)，以降低球膽1內(nèi)部空氣的高 壓施加在腔室50上的機械載荷。
這種優(yōu)選的球形腔室50為電子儀器提供了進一步的保護。施加在球 膽l中心的沖擊力，在大多數(shù)情況下，不是撞擊在一個平坦的側(cè)面上， 而只造成球形腔室50的橫向偏移。這樣，就有效地減小了作用在電子儀 器30上的，由加速度所產(chǎn)生的力。
用于把腔室50懸掛在球膽1中心的徑向牽引件60，通常使用一束 高穩(wěn)定性的纖維61來制作，例如芳香族聚酰胺纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相反， 例如與專利號為DE200 04 174U的專利文獻(xiàn)所迷的相反，牽引件60最 好是基本上沒有彈性的，至少是沒有很高的彈性。最常用的是用PPTA (聚合超亞苯基-對苯二酸酯)的共聚物制成的纖維，它們可以從 Technora (商品名)中獲得。通常，大約用200股纖維平行排列，組成 一束纖維，而若千束(如20至40束)這樣的纖維編織在一起，形成一 條最終的牽引件60。這種纖維除了具有很高的拉伸強度外，還具有耐高 溫的優(yōu)點，這樣，就能在250。C的高溫下進一步加工球膽1。 一個更重要 的方面是，這種纖維要具有極小的延伸率，哪怕它具有很高的拉伸強度。 牽引件所拉長的長度最多不超過原始長度的30%， 一般應(yīng)小于25%，最 好小于20%。 一般，組成纖維束，并且最終構(gòu)成牽引件的單股纖維的延 伸率要小于20%,最好是小于原始長度的15%。
(這段文字，特別是對現(xiàn)有技術(shù)中的彈性牽引件的限制，是很重要 的，它定量地說明，例如，在l， OOON的力的作用下，Technora牽引件應(yīng)該伸長多少。在現(xiàn)有技術(shù)提供的圖表中，在X軸線上沒有標(biāo)明任何單 位。它們是不是百分比(如在給定的負(fù)載下，牽引件延長了百分之多少)？ 從左邊的單根纖維的性能的圖表中，我們沒有看到單根纖維樣本之間的 區(qū)別，以及不同的測量方法怎樣得出結(jié)果。)
牽引件60的拉伸強度優(yōu)選地大于1,200N。這樣就能用很大的拉力 把腔室50懸掛在球膽1內(nèi)部，以便在產(chǎn)生偏移時，能以極快的加速度返 回:原位，從而提高球的定位精確度。
圖19a和圖19b表示四面安裝了牽引件，受到兩種不同撞擊速度 (60mph和80mph)的球膽的反應(yīng)特性。從圖中可以明顯地看出，速度 越快，加速度就越大(曲線96、 96，)，并且外表面(表皮)接觸的時 間越長。
在這個實施例中， 一般地講，能夠通過對牽引件60的適當(dāng)?shù)脑O(shè)計， 來影響球膽的動力學(xué)性能，即球膽對變形作出的反應(yīng)。為此目的，牽引 件中纖維的數(shù)量，以及它們彼此相互的連接可以互不相同。使用與前面 提到的芳香族聚胺酯纖維不同，具有非線性延伸特性的其他纖維，就有 可能有選擇地影響發(fā)射器錨固的穩(wěn)定性。
通常，把一種塑料用注塑工序注射在纖維束61的外端和內(nèi)端周圍， 制成安裝節(jié)62,例如，只在纖維束上注射一層加厚的塑料。這種情況下， 牽引件60只需要穿過適當(dāng)尺寸的孔53，就能把牽引件錨固在球形腔室 50上。還可以設(shè)想用兩個或者兩個以上的(半)殼制成腔室50,這些(半) 殼用注塑工序注射在安裝節(jié)62周圍，并且在插入電子儀器30之后，把 它們相互夾住，或者熔接住。結(jié)果，極大地方便了球膽的制造。
在與腔室50相對的牽引件60的端部上，也使用注塑工序注射的安 裝節(jié)62和安裝座63。安裝座63的作用是把腔室50和牽引件60固定在 球膽1的外表面2上。這可以通過粘接、高頻熔接或其他普通的塑料加 工技術(shù)來達(dá)到。如果安裝座63也是用能耐很高溫度的材料制造的，那么 在用最終成型步驟制成所要求的形狀和尺寸之前，可以先對整個球膽1 進行預(yù)裝配。
圖13a-圖13d表示現(xiàn)有的，用于將牽引件60固定在球膽1的外表面 2上的各種安裝座63的優(yōu)選實施例。 一方面，安裝座63必須有與球膽外表面2接觸的足夠大的接觸表面65,另一方面，還必須有用于支承相 應(yīng)的牽引件60的，能保其證拉伸強度的支撐件。
在圖13a所示的實施例中，牽引件(圖中未表示)繞過一個銷子(圖 中未表示)，繞成一個箍，這個銷子安裝在安裝座63的接觸面65上的 凹槽64中。這個銷子可以由足夠堅固的塑料或金屬材料制作，以便能承 受極大的拉力。在本實施例中，牽引件60 (圖中未示)的兩個自由端固 定在腔室50上。
圖13b表示一個改進型的實施例，它使用一個紐扣狀的插件67來代 替(金屬)銷子，牽引件就繞在這個插件67上。如果安裝座63完全是 用塑料制造的，那么本實施例就有更多優(yōu)點，因為紐扣狀的插件67具有 更大的表面來承受很高的拉伸應(yīng)力。
圖13c表示又一個不同的，能筒化生產(chǎn)過程的實施例。在這個實施 例中，牽引件60的箍(圖中未示)繞過接觸表面65上的一個適當(dāng)?shù)陌?槽68,而不需要其它的構(gòu)件。
最后，圖13d表示這樣一個實施例，其中，首先在牽引件的端部周 圍進行注塑工序，然后再把牽引件插入接觸面的凹槽中(圖13d中未示 細(xì)節(jié))。這種變型的實施例能使得生產(chǎn)更加容易地自動化。同樣，可以 設(shè)想在牽引件的外端打一個結(jié)(圖中未示)來代替注塑工序，并容納在 上述接觸面65中的凹槽里。
在一個小型實施例中，上述用于球膽上的牽引件的安裝座63的例
子，還可以用于將腔室50固定在相應(yīng)的牽引件60的內(nèi)端。此外，如果 多個牽引件60都穿過球膽的外表面2，并且錨固在骨架300上，也可以 使用所述的安裝座63。建議在所有實施例中都要加固纖維的兩端，這對 于牽引件特別有利。
假如把牽引件60布置成每一對牽引件所夾的角度都相同，就非常理 想。在如圖7所示的那樣有四根牽引件60的情況下，這四根牽引件就構(gòu) 成了一個角度為109.47°的四面體。如果使用六根牽引件60,則所構(gòu)成 的角度為90° 。
為了進一步提高發(fā)射器懸掛的穩(wěn)定性，可以在牽引件60之間設(shè)置幾 根橫向的連接件。在圖14中示意地表示了這樣的實施例。除了從中心沿著徑向延伸的牽引件60之外，還有多個橫向連接件69。結(jié)果，形成了 類似三維蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。這樣，球在加速或變形時所產(chǎn)生的力就更加均 勻地分布在整個球膽上，而球的反應(yīng)特性變得更加單純。
圖15表示另一個實施例。在這個實施例中，至少一根牽引件60分 岔成多根從分叉點161延伸到球膽的外表面2上的輔助牽引件160。這 樣，通過牽引件60傳遞到接觸點的拉力載荷就能分布在外表面2更大的 范圍上。在圖15所示的方案中，分叉點161靠近外表面。然而，分叉點 的位置也可以在牽引件60的中央，甚至靠近腔室50。還可以設(shè)想:fc多 個輔助牽引件再進行分叉的結(jié)構(gòu)(圖中未表示)。最后，還可以把圖14
中所使用的橫向連接件69與圖15中的輔助牽引件結(jié)合在一起(圖中未 表示)。這時，橫向連接件可以在牽引件之間把它們連接起來，或者在 牽引件與輔助牽引件之間，或者在輔助牽引件之間把它們相互連接起來。 在這種情況下，構(gòu)件的布置最好基本上對稱，以確保球均勻的機械性能。
如果牽引件使用的是纖維束，例如前面提到的芳香族聚酰胺纖維， 那么在分叉點161處劈叉就特別容易實現(xiàn)。這時，只要把這束纖維分成 若干分開的分纖維束，然后再把它們從分叉點161沿著不同的方向延伸 到外表面2上。
圖8表示圖7中的實施例的改進方案。在這個實施例中，安裝座63 用粘接或高頻熔接的方法，或其它類似的技術(shù)，與骨架300內(nèi)側(cè)對應(yīng)的 安裝面330連接(參見圖8中的箭頭)。與圖5的實施例相似，骨架300 也包含在圖8中的發(fā)射器的懸架里，以便獲得更進一步的穩(wěn)定性。
圖9和圖IO涉及本發(fā)明的另一個方面。在這個實施例中，球膽l、 支桿60，和腔室50，通常是使用一塊完整的材料，例如橡膠，制造的。 如有必要，可以用外加的纖維，和/或一個預(yù)處理工序，例如膨脹工序， 來加固這種橡膠。加固纖維可以在生產(chǎn)橡膠乳液過程中添加，也可以在 以后加入。還可以設(shè)想，將這種纖維放置在橡膠乳液的模制工具的特定 位置上，以便能夠在生產(chǎn)過程中讓這種纖維埋在橡膠材料中。在又一個 實施例中，使用了具有不同厚度的橡膠材料，以便在局部影響球膽1的 彈性。
19球膽1包括多個從球膽的外表面2延伸到球膽內(nèi)部，并且形成一個
腔室50，的中空支桿60，。其中的一根中空支桿60，具有用于插入電子儀 器30，以及在需要時將其拆卸下來的，較大的直徑。為了平衡中空支桿 的較大的重量，最好在相對的一側(cè)上設(shè)置用于球膽1的閥門的接受槽70。 結(jié)果，就能在很大程度上避免充氣后的球膽的不平衡。如果球膽1充滿 了氣體，空氣的壓力將迫使腔室50，的壁51，緊靠電子儀器30,并且讓它 固定在球膽l的中心不動，而不需要任何附加措施。與以上描述過的實 施例相反，在插入電子儀器之后，不再需要粘接或熔接了。中空支桿60' 和腔室50，在圖9中的結(jié)構(gòu)和直徑4叉僅是示意性的。還可以在其他方面 進行設(shè)想，也可以布置多個腔室50，用來容納多個電子儀器，例如，以 上所說的備用發(fā)射器。
圖IO表示圖9中的實施例的改進型，其中發(fā)射器30借助于附加的 安裝繩索310固定在骨架300上，安裝繩索穿過中空支桿60，。這個實 施例也可以不用任何加固的橡膠材料，因為繩索310可以承受足夠的張 力，使發(fā)射器30在球膽1的中心保持穩(wěn)定狀態(tài)。因此，圖10中的實施 例，是以有利的方式把圖7和圖8中的實施例與圖9中的變型方案結(jié)合 起來了。
圖18a和圖18b表示不同的橡膠材料對加速和偏移的影響。從圖中 可以看到，實際上，在第一次撞擊之后，振動特性隨所使用的材料不同 而有明顯差別。曲線98、 98，顯示大約在357ms之后，發(fā)射器有明顯的 第二次加速；然而在相應(yīng)的曲線99、 99，上，卻很難觀察到這種材料的 "后振動，，。與指定的"基本橡膠"材料相比，指定的"2xC10橡膠"
材料基本上具有雙倍的硬度。
圖ll和圖12表示一種能用于制造復(fù)雜的球膽，例如，圖1 圖4所 示的球膽l的裝置。為達(dá)到這個目的，用低熔點的材料，例如石蠟，或 者溶化在水或油中的液體形態(tài)的材料，制造了幾個模制構(gòu)件100。在這 個公開的實施例中，這些模制構(gòu)件100的形狀是一個球的各個球缺。用 針狀連接銷IOI把這些球缺IOO組裝起來，并使得水平和垂直的間隙102 在整個球上延伸。從幾何學(xué)的觀點看，間隙102都位于笛卡兒坐標(biāo)系所限定的平面上，這個坐標(biāo)系的中心在這個球的中心上。其它各種結(jié)構(gòu)， 特別是形成圖2中所示的加固件的四面體結(jié)構(gòu)，也可以使用這種裝置。
如果把組合起來的模制構(gòu)件ioo用于模制，例如，用于注塑成形，
或者用于在一種適當(dāng)?shù)那蚰懖牧系娜芤?如橡膠)中的浸漬成形，就能 制造出內(nèi)部具有加固面的完整的球膽1。在最后的成形步驟中，發(fā)射器
(圖中未表示)既可以靠模制構(gòu)件100保持在自己位置上，也可以在球 膽制作完成后再插入。由于有針狀連接銷101,所以在圍繞塑型模具球 缺100塑造的球膽球缺之間有多個管狀的互連件。結(jié)果，為整個球膽1 充氣只需要一個閥門連接件(圖中未表示)。
圖12表示在塑造球膽1的過程中，用于將模制構(gòu)件100保持在所要 求位置上的裝置。為達(dá)到上述目的，要同時使用一個由金屬或塑料條201 之類制造的外框架200，和從幾個方向延伸穿越組合模子內(nèi)部的金屬絲 202。此外，金屬絲202可在制造球膽過程中用于將發(fā)射器保持在適當(dāng)?shù)?位置上。最后，在制造過程中，可以把金屬絲202整合到球膽中，這樣， 它們隨后就可以用作安裝繩索310,以上述的方式將發(fā)射器錨固在骨架 上。
模制過程結(jié)束后，拆掉外框架200，并把包括模制構(gòu)件100在內(nèi)的 球膽加熱到所使用材料的熔化溫度。然后，移動球膽，通過用于閥門的 孔倒掉液態(tài)的材料(在插入閥門之前)。在模制的零件是能夠溶解在液 體中的情況下，它就因為與適當(dāng)?shù)娜軇┙佑|而被溶解了。結(jié)果，就能用 上述方法制造出復(fù)雜的球膽來，這種方法在很大的程度上不再需要人工 步驟把電子儀器固定在球膽中心。
權(quán)利要求
1.一種用于可充氣的球的球膽(1)，它包括a.至少兩個在上述球膽(1)內(nèi)部延伸的平坦的加固面(10)；b.至少一個布置在上述球膽(1)內(nèi)部，并且由上述平坦的加固面(10)將其保持在預(yù)定位置上的電子儀器(30)。
2. 如權(quán)利要求1所述的球膽(1),其特征在于，上述電子儀器(30) 基本上布置在上述球膽(1)的中心。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1 )，其特征在于，許多電子儀器 (30)布置在上述球膽(1)內(nèi)部。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1)，其特征在于，上述電子儀器 (30)布置在至少兩個加固面(10)之間形成的一條相交線(11)上。
5. 如權(quán)利要求4所述的球膽(1),其特征在于，在至少兩個加固面 (10)之間形成的上述相交線(11),從球膽(1)的中心基本上沿著徑向向外延伸。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1 )，其特征在于，至少兩個上述 加固面(10)以不等于90。的夾角相交。
7. 如權(quán)利要求4所述的球膽U),其特征在于，具有至少兩條相交 線(11),上述至少兩條相交線的夾角基本上為120° 。
8. 如權(quán)利要求7所述的球膽(1 ),其特征在于，上述這些相交線(11 ) 與球膽(1 )的外表面(2)接觸的許多點(12)，基本上形成了一個正四 面體。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1 )，其特征在于，上述加固面(10) 與上述球膽(1)的外表面(2)的接觸線(13),基本上與可充氣的球的 外殼的至少 一 塊表皮的形狀相對應(yīng)。
10. 如4又利要求1或2所述的球膽(1 )，其特征在于，至少一個加 固面(10)上包含至少一個開口 (21),以使球膽(l)內(nèi)的氣壓均衡。
11. 如權(quán)利要求IO所述的球膽(1),其特征在于，上述開口 (21) 基本上在上述加固面(10)中心的位置上。
12. 如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1 ),其特征在于，上述加固面 (IO)包括至少一個不與上述球膽(1 )的外表面(2)接觸的輔助面(40)。
13. 如權(quán)利要求12所述的球膽(1 ),其特征在于，它包括多個輔助 面(40),上述多個輔助面(40)形成了一個內(nèi)部空間，在其中安裝了至 少一個電子〗義器。
14. 如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1 )，其特征在于，用于上述球 膽(1)、和/或加固面(10)的材料包含TPU。
15. 如權(quán)利要求12所述的球膽(1 ),其特征在于，用于上述球膽(1 )、 和/或加固面(10)、和/或輔助面(40)的材料包含TPU。
16. 如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1 )，其特征在于，上述球膽(1 ) 是圍繞著一個或多個成形片段(100)，用熱塑性材料成型法制造的，該 成形片段隨后將從制造完成的球膽中去掉。
17. 如權(quán)利要求16所述的球膽(1),其特征在于，從上述完成的球 膽中去掉一個或多個成形片段包括以下步驟a.加熱該成形片段，使其熔化成液體材料；b.從完成的球膽中去掉上述液體材料。
18. 如權(quán)利要求16所述的球膽(1)，其特征在于，從上述完成的球膽中去掉一個或多個成形片段包括以下步驟a. 在溶劑中將該成形片段溶化成溶化了的材料；b. 從完成的球膽中去掉上述溶化了的材料。
19. 一種帶有如權(quán)利要求1或2所述的球膽(1 )的球。
20. 如權(quán)利要求19所述的球，其特征在于，它還包括一個安裝在上 述球膽(l)與上述球的外殼之間的骨架(300)。
21. 如權(quán)利要求20所述的球，其特征在于，與電子儀器(30)和/ 或骨架(300)相互連接的安裝繩索(310),結(jié)合在至少一個加固面(10) 中，成為一個整體。
22. 如權(quán)利要求21所述的球，其特征在于，安裝繩索(310)布置 在加固面(10)的兩個局部平面之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可充氣的球的球膽，特別是足球的球膽，一種包括這種球膽的球，以及這種球膽的制造方法。這種球膽包括至少兩個在球膽內(nèi)部延伸的平坦的加固面，以及至少一個安裝在球膽內(nèi)部，并通過平坦的加固面保持在預(yù)定位置上的電子儀器。這種球膽能夠把電子儀器保持在某一預(yù)定的位置上，并能夠?qū)λ艿降妮d荷給予充分的緩沖保護，還能保證包括這種球膽的球的良好的運動特性，同時這種球膽的制造方法簡便經(jīng)濟。
文檔編號A63B41/02GK101601915SQ20091015815
公開日2009年12月16日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者大衛(wèi)·約翰·哲瑞, 漢斯皮特·紐倫堡, 羅蘭德·甘特·賽德爾, 蒂姆·大衛(wèi)·盧卡斯 申請人:阿迪達(dá)斯國際經(jīng)營管理有限公司