Entwicklung einer benutzerfreundlichen Tennisballwurfmaschine

Abstract

Tennisballwurfmaschinen sind schon seit den 1920er-Jahren am Markt erhältlich. Obwohl die Anzahl der Tennisspieler in Österreich kontinuierlich steigt, werden sie aber trotz zahlreicher Weiterentwicklungen kaum auf Tennisplätzen genutzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, mögliche Verbesserungen für Tennisballwurfmaschinen zu analysieren und technisch umzusetzen. Dazu wurden in einem ersten Schritt bestehende Produkte analysiert und mit Kundenanforderungen verglichen, welche unter anderem durch Online-Umfragen ermittelt wurden. Als größte Probleme am Markt befindlicher Maschinen wurden mangelnde Bedienungsfreundlichkeit und schlechte Transportierbarkeit identifiziert. Nach Festlegung einer verbesserten Lösungsvariante wurde diese durch ein Funktionsmuster erprobt. Dazu wurde eine funktionsfähige Maschine hergestellt und programmiert. Der Fokus lag dabei auf dem Erproben verbesserter und exakterer Bedienungsmöglichkeiten. So wurde unter anderem eine Simulation von Flugkurven unter Berücksichtigung strömungsmechanischer Effekte durchgeführt und vollständig programmiertechnisch implementiert und getestet. Dadurch soll ein intuitives und direktes Einstellen der Maschine sowie das einfache Anpassen auf individuelle Bedürfnisse durch den Benutzer ermöglicht werden. Die mathematischen Berechnungen wurden mit MATLAB durchgeführt, während zur CAD-Konstruktion Inventor eingesetzt wurde. Die programmiertechnische Umsetzung erfolgte über Arduino- und Raspberry Pi- Boards. Zuletzt werden die daraus gewonnenen Erkenntnisse aus mechanischer und elektronischer Sichtweise aufgezeigt und mögliche Verbesserungen vorgeschlagen. Da die Arbeit von zwei Personen verfasst wurde, wurde diese nach Möglichkeit inhaltlich nach den Themen Produktentwicklung, Konstruktion und Fertigung sowie Programmierung, Elektronik und Versuche aufgeteilt. Der jeweilige Autor ist durch hochgestellte Zahlen im Inhaltsverzeichnis ersichtlich.

Even though types of tennis ball machines are available since the 1920s and despite continuous development, they are seldom used on tennis courts today. At the same time though, the number of active tennis players in Austria is rising every year. Therefore, the goal of this thesis was to analyze and implement possible improvements of tennis ball machines. To do this, existing products were analyzed and compared to customer requirements, which were determined by online-surveys and interviews. Poor usability and insufficient mobility were identified as key problems of todays machines. After defining an improved concept, it was tested with the help of a functional model, which was fully built and programmed. The goal of this was the testing of a user friendly and more exact method of operation of the machine. To do this, ball trajectories were simulated with regards to fluid mechanical phenomena and then implemented and tested. Thereby, intuitive and direct operation of the machine as well as easy individualization to the users needs were made possible. Mathematical calculations were first implemented in MATLAB, whereas CAD-modeling was done in Inventor. For programming, Arduino- and Raspberry Pi-boards were used. At last, knowledge gained as well as possible improvements of the machine are documented. Since the thesis was written by two authors, it was separated in terms of content in the parts of product development, design engineering and manufacturing as well as programming, electronics and testing. Authorship of the respective parts is highlighted by superscript numbers in the table of contents.