In einem dynamischen Forschungsgebiet wie der Sporttechnologie interessieren sich die Forscher ganz besonders für die Energie, die in Sportgeräten gespeichert wird und verloren geht. Ein wichtiges Kriterium bei aufblasbaren (und auch bei massiven) Bällen ist der Restitutionskoeffizient, der das Verhalten eines Balls beim Auftreffen auf eine starre Platte charakterisiert. Durch entsprechende Auswahl von Material, Konstruktion und Luftdruck können optimale dynamische Eigenschaften erzielt werden. Fabrikneue Bälle sind in Material und Bauweise relativ konsistent, der Luftdruck jedoch bleibt dem einzelnen Sportler überlassen - der Hersteller gibt hierzu lediglich eine Empfehlung. Mit einer Studie wurde die Beziehung zwischen einem zu hohen und zu niedrigen Luftdruck und dem Energieverlust bei unterschiedlichen Verformungen aufgezeigt.
Für diese Studie wurden mit einem Prüfsystem ElectroPuls™ E3000, das mit leichten Druckplatten ausgestattet war, ganze Bälle zusammengedrückt. Im Verlauf der Studie wurden zahlreiche unterschiedliche Balltypen untersucht (Fußbälle, Volleybälle, Hallenfußbälle, Netball-Bälle, Gymnastikbälle) - hier dargestellt werden die Ergebnisse, die mit einem Basketball gewonnen wurden. Jeder Ball wurde zyklisch mit konstanter Frequenz und einer Amplitude von 5 mm zusammengedrückt, und zwar um einen Weg-Mittelwert herum, der anschließend in Stufen von 5 mm erhöht wurde. Die Bewegung wurde durch eine digitale Weggeber-Steuerung mit Hilfe der dynamischen Prüfsoftware WaveMatrix™ vorgegeben. Jeder Ball wurde bei drei verschiedenen Drücken geprüft:
- Der "Nenndruck" entsprach dem Mittelwert des auf dem Ball angegebenen Bereichs
- Der Unterdruck lag 25 % unter dem Nennwert
- Der Überdruck war 25 % über dem Nennwert des Balls.
Kraft-Weg-Kurven wurden im letzten Zyklus (dem 20.) bei jedem Wegmittelwert aufgezeichnet. Die Differenz zwischen den numerisch integrierten Belastungs- und Entlastungskurven ergab die Verlustenergie in jedem Kompressionszyklus. Die Grafik stellt das Verhältnis zwischen Verlustenergie und der dem System zugeführten Energie in den verschiedenen Zyklen dar. Die größeren Balken weisen auf einen höheren relativen Energieverlust hin.
Der korrekt aufgeblasene Ball, dargestellt durch die grünen Balken, verliert im Vergleich der geprüften Drücke am wenigsten Energie. Der höhere Energieverlust des Balls mit dem zu niedrigen Druck kann auf das Zusammenwirken zwischen Biegeverformungen und Verformungen in der Umfangsebene (tangentialen Dehnungen) der einzelnen Felder des Balls zurückgeführt werden. Bei höheren Drücken unterliegt der Ball prinzipiell einer Vorlast und die einzelnen Felder sind höheren Dehnungen ausgesetzt, die unter Umständen auch den elastischen Bereich überschreiten. Bei hyperelastischen Materialien ist es nicht weiter verwunderlich, dass bei höheren Dehnungen mehr Energie verloren geht. Dynamische Kompressionsprüfungen an kompletten Bällen ermöglichen ein besseres Verständnis der Auswirkungen des Luftdrucks in Sportbällen. Schnell durchführbare Studien wie die hier beschriebene ermöglichen eine Quantifizierung des globalen Verhaltens des Balls und weisen auf Bereiche hin, in denen weitere Untersuchungen von Interesse wären.
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