ZELLULOIDFREIER TISCHTENNISBALL

Zelluloidfreier Tischtennisball

Die Erfindung richtet sich einerseits auf einen zelluloidfreien Tischtennisball, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 38,5 bis 48 mm, einem Gewicht zwischen 2,0 und 4,5 Gramm und einer Schalendicke (etwa) zwischen 0,20 mm und 1 ,30 mm, wobei die Schale aus Kunststoff besteht, dessen Hauptbestandteil ein organisches, unvernetztes Polymer ist, sowie andererseits auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Tischtennisballes.

Seit etwa 1930 wird Zelluloid weltweit als Material für Tischtennisbälle benutzt. Zelluloid birgt jedoch einige entscheidenden Nachteile. Diese Nachteile sind: Aufwändige Herstellung unter Verwendung sehr vieler Lösungsmittel, schwierige Herstellung von Folgeprodukten, Explosionsgefahr. Aufgrund dieser Tatsachen wird Zelluloid heute fast ausschließlich in ostasiatischen Ländern hergestellt und verarbeitet. Nicht selten kommt es dabei zu Unfällen. Beim Tischtennisball hat dies dazu geführt, dass der Weltmarkt komplett abhängig von der Produktion in China, Japan und Korea ist. Zunehmend werden die technischen Materialeigenschaften des Zelluloids ein Problem, da die Fertigungstoleranzen den von den Spielern akzeptierten Rahmen verlassen.

Für den Tischtennisball gibt es eine Reihe von Vorschriften, die durch den Internationalen Tischtennisverband (International Table Tennis Federation - ITTF) festgelegt sind. Diese sind im Technical Leaflet T3 festgelegt. Dabei werden gegenwärtig folgende Eigenschaften festgelegt:

1. Durchmesser: 39,5 mm bis 40,5 mm;

2. Gewicht: 2,67 g bis 2,77 g;

3. Rollverhalten: Auf einer Rollstrecke mit einer Länge von 1 m darf der Ball mit einer Rollgeschwindigkeit von etwa 0,3 m/sec nicht mehr als 175 mm abweichen;

4. Härte am Pol: Ein Kolben mit 20 mm Durchmesser und einer Druckkraft von 50 N und einer Geschwindigkeit von 10 mm/min darf einen Ball am Pol zwischen 0,71 und 0,84 mm eindrücken;

5. Härte am Äquator: Wie Polmesser; Werte zwischen 0,72 und 0,84 mm; 6. Varianz der Härte bei Pol- und Äquatormessung: Kleiner als 0,15 mm;

7. Standardabweichung der Härte: Kleiner als 0,06 mm;

8. Sprungverhalten: Sprunghöhe zwischen 240 mm und 260 mm bei einer Fallhöhe von 305 mm auf einen Standard-Stahlblock.

Durchmesser und Gewicht sind dabei durch die Internationalen Regeln weitgehend festgelegte Eigenschaften, das Rollverhalten ist eine so festgelegte und gewünschte Qualität, während die gemäß 4 bis 8 festgelegten, mechanischen Eigenschaften die Eigenschaften des bisher verwendeten Zelluloidballs beschreiben.

Allgemeine mechanische Eigenschaften, die einen marktgerechten Ball charakterisieren, sind:

Vollständige und nicht sichtbare Rückbildung von Deformationen innerhalb von wenigen Millisekunden;

Kein Weißbruch und keine anderen, irreversiblen Materialveränderungen bei Belastung;

Stabilität beim Auftreffen auf mit Gummi beschichteten Oberflächen mit einer Relativgeschwindigkeit von bis zu 250 km/h; ^• Stabilität beim Auftreffen auf harten, beschichteten Oberflächen mit einer

Relativgeschwindigkeit von bis zu 120 km/h;

Bruchfestigkeit von Material und eventueller Naht beim 5000fach wiederholten Auftreffen bei den beschriebenen Kontaktszenarien;

Stabilität bei Rotationen bis zu 180 Umdrehungen pro Sekunde.

Ebenso entscheidend für die Akzeptanz eines Tischtennisballs ist die Meinung der Spieler, die einen Ball nach Spielgefühl, subjektiver Härte, Aufsprung beurteilen. Es ist natürlich, dass sich durch die jahrzehntelange Verwendung von Zelluloid ein sehr feststehender Standard herausgebildet hat, an dem sich neue Materialien messen lassen müssen. Eine mitentscheidende Eigenschaft dabei ist der Klang eines Tischtennisballs beim Aufsprung auf eine harte Oberfläche, zB auf einen Tisch. In den 80er Jahren versuchte die Fa. Dunlop, UK, das Material Zelluloid zu ersetzen; sowie im Jahre 1990 die Fa. Double Fish, China. Diese Versuche sind bisher aber allesamt gescheitert. Der Grund für das Scheitern lag dabei daran, dass das spezifische Eigenschaftsprofil von Zelluloid durch die neuen Materialien nicht getroffen werden konnte.

In der GB 1 222 901 der Fa. Dunlop wird der Einsatz von SAN-Acrylelastomeren als Schalenwerkstoff beschrieben. Der Ball wurde in den 80er Jahren versuchsweise im Spielbetrieb eingesetzt, dann aber aufgrund irreversibler Materialdeformationen (Beulen) wieder zurückgezogen. Zudem hatte der Ball nicht die gleichen Spieleigenschaften wie Zelluloid.

In der DE 103 15 154 A1 wird die Integration von makroskopischen Strukturelementen in die Hülle von Kunststoff-Tischtennisbällen beschrieben. Dieses Patent beschreibt nicht den Basiskunststoff des Balles, sondern nur eine Möglichkeiten zu dessen Modifizierung.

Demnach ist es bislang nicht gelungen, ein Material zu finden, das die Spieleigenschaften von Zelluloid annähernd beschreibt. Zu diesen Spieleigenschaften des Balles gehören Sprungverhalten, Klang beim Aufsprung, Härte an verschiedenen Stellen der Oberfläche, Reibung an der Oberfläche, Gefühl beim Kontakt Schläger-Ball, Rotationsverhalten.

Aus diesen Nachteilen des bisherigen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein Basismaterial für einen Tischtennisball zu finden, das nicht Zelluloid ist und das die Herstellung von Bällen mit

Spieleigenschaften ähnlich denen des Zelluloids bei gleichartigen mechanischen

Eigenschaften erlaubt. Des Weiteren sollte eine großtechnische Herstellung der

Tischtennisbälle mit heute industriell üblichen Verfahren mit diesem Material möglich sein.

Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass das organische Polymer in der Hauptkette außer Kohlenstoffatomen auch Heteroatome aufweist. Es hat sich gezeigt, dass es durch den Einsatz solcher Kunststoffmaterialien möglich ist, den mit Nachteilen behafteten Werkstoff Zelluloid in der Tischtennisballproduktion zu ersetzen und dabei die Spieleigenschaften weitestgehend beizubehalten. Außerdem kann damit die Herstellung ökologischer und ökonomischer gestaltet werden.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass das organische Polymer keine Stickstoffatome außerhalb der Hauptkette aufweist. Eine solche Nitrierung verändert die Materialeigenschaften eher negativ.

Mit der Erfindung ist es möglich, einen Thermoplast mit einer homogenen Struktur ohne Füll- und/oder Armierungsstoffe zu verwenden, der sich besser verarbeiten lässt als inhomogene Stoffe.

Es hat sich gezeigt, dass der Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Substanz eine möglichst geringe Wasseraufnahme aufweisen sollte, insbesondere eine Wasseraufnahme bei Normalklima nach DIN EN ISO 62 von weniger als 1 ,0 %. Dadurch ist ein unkontrolliertes Quellen ausgeschlossen.

Andererseits sollte die Kugeldruckhärte nach DIN EN ISO 2039-1 des Hauptbestandteils der erfindungsgemäßen Substanz bei 120 MPa oder darüber liegen, damit sich daraus ein den üblichen Beanspruchungen entsprechender Tischtennisball herstellen lässt.

Weiterhin empfiehlt die Erfindung, derartige Substanzen zu verwenden, deren Hauptbestandteil eine Dichte nach DIN EN ISO 1183 von 1 ,22 g/cm ³ oder mehr aufweist. Damit lässt sich bei dem vorgegebenen Schalenquerschnitt das Gewicht eines Tischtennisballes optimal einstellen.

Der Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Substanz sollte eine Dauergebrauchstemperatur von 80 ^C C oder mehr aufweisen (Technischer Thermoplast, Hochtemperaturthermoplast), um ausreichend widerstandsfähig gegenüber thermischen Belastungen zu sein. Noch besser geeignet sind Substanzen, deren Hauptbestandteil eine Dauergebrauchstemperatur von 150 ⁰ C oder mehr aufweist (Hochtemperaturtemperaturthermoplast).

Sofern der Hauptbestandteil teilkristallin ist, lässt sich durch die teilweise Parallelausrichtung der Polymerketten eine hohe Stabilität einstellen, was gerade bei der vergleichsweise dünnen Schale wichtig ist.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Hauptbestandteil der Schale eine der folgenden Substanzen ist: Polyoxymethylen (POM), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylennaphthalat (PEN), Polybutylennaphthalat (PBN), Polytrimethylenterephthalat (PTT), oder ein Copolymer von einem oder mehreren dieser Substanzen. Diese Kunststoffe zeichnen sich durch eine gute Verarbeitbarkeit mit verschiedenen formgebenden Verfahren wie Tiefziehen oder Spritzguss aus und können durch gezielte Modifikation der Grundkomponenten oder durch entsprechende Blends weiter modifiziert und angepasst werden. In umfangreichen Testserien wurden die verschiedenen Kunststoffmaterialien anhand ihrer mechanischen Kenndaten vorselektiert und anschließend erprobt, indem Tischtennisbälle mit entsprechender Regelgröße und -gewicht hergestellt und getestet wurden. Besonders gute Ergebnisse wurden dabei mit teilaromatischen Polyestern und POM erzielt.

Sofern die Formmasse eine Mischung oder Blend aus einem oder mehreren der genannten Kunststoffe ist, lassen sich Substanzen mit einem besonders vorteilhaften Eigenschaftsprofil schaffen.

Sofern erforderlich, lassen sich bestimmte, vorwiegend mechanische Eigenschaften des Tischtennisballes verbessern, indem die Formmasse mit Nanofüllstoffen, vorzugsweise Schichtsilikaten, Nanotubes oder sphärischen Nanopartikeln, modifiziert ist.

Demselben Zweck dient evtl. eine Weiterbildung dahingehend, dass die Schale eine strukturierte innere Oberfläche besitzt, und/oder eine strukturierte äußere Oberfläche. Weiterhin ist es möglich, der Schale eine gezielte Variation der Wandstärke zu erteilen, um ggf. durch den Herstellungsprozess (bspw. Verschweißen von zwei Schalenhälften) verursachte Inhomogenitäten bzw. Anisotropien auszugleichen.

Dadurch wird es möglich, den Tischtennisball aus einer mehrteiligen, vorzugsweise zweiteiligen, Schale zusammenzufügen, was sich als besonders rationell erwiesen hat.

Optimale Eigenschaften hat der Tischtennisball dann, wenn er beim Auftreffen von 305 mm Höhe auf eine Standard-Steinplatte eine Sprunghöhe zwischen 220 mm und 280 mm erreicht und an seiner Oberfläche bei einem Druck von 50 N auf eine Fläche von 20 mm Durchmesser an der Balloberfläche eine reversible Verformung zwischen 0,65 mm und 0,90 mm zeigt, bei einer Standardabweichung über verschiedene Punkte der Oberfläche von weniger als 0,20 mm.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Tischtennisballes zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt mehrere Schalenteile hergestellt werden, die in einem nachfolgenden Schritt zusammengefügt werden.

Es hat sich gezeigt, dass sich die für diesen Zweck neu gefundenen Materialien besonders für ein Zusammenfügen eignen, wobei unter Anwendung moderner Technologien die Ausprägung einer Schweißnaht weitgehend oder ganz vermieden werden kann. Ggf. kann die Oberfläche geglättet werden, um einen Nahtrest vollständig zu entfernen.

Die Schalen bzw. Schalenteile können durch Umformung eines Rohlings, bspw. eines Flachkörpers, hergestellt werden, bspw. durch Tiefziehen. Dieses Verfahren kann evtl. nahe oder unterhalb der Erweichungstemperatur ausgeführt werden, so dass das Materialverhalten sehr gut beherrschbar ist.

Andererseits ist es auch möglich, die Schalen bzw. Schalenteile durch Formgebung aus einer flüssigen oder pastösen Rohmasse mittels eines Urformverfahrens herzustellen, bspw. durch Spritzgießen. Solchenfalls lässt sich der Querschnitt exakt beeinflussen und dadurch eine gleichbleibende Schalenstärke gewährleisten.

Die Erfindung empfiehlt, dass die Schalenteile durch Kleben, Schweißen und/oder Klipsen zusammengefügt werden. Während die ersteren Verfahren zu einem sehr stabilen Tischtennisball führen, lässt sich mit letzterem Verfahren ein exakt definierter Querschnitt des Balles auch an der Fügestelle sicherstellen. Durch eine ausreichend starke Hinterschneidung wird erreicht, dass sich die beiden Schalenhälften nicht ohne Zerstörung des Balles mehr trennen lassen.

Der Herstellungsaufwand lässt sich weiter reduzieren, indem die Schalenteile direkt im Werkzeug verfügt werden, vorzugsweise durch Montagespritzgießen oder Hohlkörperspritzgießen.

Durch den Einsatz moderner, kunststoffverarbeitender Techniken ist es möglich, die Wandstärke der Schale gezielt zu variieren, insbesondere zwischen Äquator und Pol, vorzugsweise während eines Spritzgussprozesses, um durch das Verfügen verursachte Anisotropien auszugleichen.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass bei der Herstellung des Balles ein oder mehrere Schritte bei einer Temperatur von 110 ⁰ C oder darüber ablaufen, vorzugsweise bei mehr als 140 ⁰ C. Hierbei ist das thermoplastische Material besonders gut formbar.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.

1. Beispiel:

Ein Tischtennisball wurde aus zwei spritzgegossenen PEI-Halbschalen hergestellt, die nach einer Plasmaoberflächenbehandlung mit einem Polyvinylbutyralschmelzkleber verfügt wurden. 2. Beispiel:

Ein Tischtennisball wurde aus zwei spritzgegossenen PET-Halbschalen hergestellt, die nach einer Plasmaoberflächenbehandlung mit einem Reaktionskleber auf Epoxidbasis verfügt werden.

3. Beispiel:

Ein Tischtennisball wurde aus zwei tiefgezogenen POM-Halbschalen hergestellt, die nach Oberflächenbehandlung mit einem Reaktionskleber auf Epoxidbasis verfügt werden.