Das Patent

Urkunde über die Erteilung des Patentes

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Bei Kampfsportarten wie Boxen, Thai-Boxen, Kick-Boxen und allen anderen schlagenden Kampfsportarten geht es darum, mit möglichst viel Kraft zuzuschlagen. In einem Buch mit dem Titel 'Selbstverteidigung' aus dem Jahre 1925 schreibt der Polizei-Oberleutnant Stephan "Der Boxer sagt deshalb, der Stoß beginne 'in der großen Zehe'".

Aber kann man den Körpereinsatz messen?

Die Antwort ist: Ja. Man verfolgt einfach, wie sich Hüfte, Schulter Ellbogen und Hand beim Schlag bewegen. Dazu braucht man eine umfangreiche technische Ausrüstung und muß Kämpfer und Meßeinrichtung erst einmal eine 1/2 Stunde vorbereiten, bis alles fertig ist.

Geht es einfacher?

Wieder Ja: Und das ohne, daß vorhandene Geräte groß geändert werden müssen. Lediglich die Auswerteelektronik muß ein bißchen ergänzt werden.

Die Patentschrift zeigt, was man messen muß und wie man ein Gerät aussehen muß.


Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des körperlichen Trainingszustandes einer Person, insbesondere bei Faustschlägen, wobei eine Person auf ein Auftreffelement einer Zieleinrichtung schlägt und der Verlauf der auf das Auftreffelement wirkenden Kraft über der Zeit diskret oder kontinuierlich gemessen und einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird, in der der Maximalwert Fmax der Kraft bestimmt wird.

Derartige Verfahren sind allgemein bekannt und werden beispielsweise beim Training im Boxsport oder bei anderen Kampfsportarten eingesetzt. Typischerweise steigt die gemessene Schlagkraft relativ steil innerhalb einer Zeit von ca. 8 bis ca. 20 ms auf ihren Maximalwert an, um dann innerhalb einer u.a. von den Dämpfungseigenschaften des Auftreffelements sowie u.U. den Handschuhen einer schlagenden Person abhängenden Abklingzeit von 20 bis 40 ms wieder bis auf Null abzusinken. Als Maß für den körperlichen Trainingszustand der schlagenden Person wird bei Verfahren nach dem Stand der Technik der Maximalwert Fmax der Kraft herangezogen.

Bei den Zieleinrichtungen, wie sie zur Durchführung des bekannten Verfahrens verwendet werden, ist das Auftreffelement entweder als sogenannte Schlagplatte bzw. als Schlagpolster jeweils starr mit einem Gebäudebauteil verbunden oder als beweglicher Sandsack von großer Masse ausgebildet. Die Schlagplatten oder -polster sind in der Regel mit Dehnungsmeßstreifen zur Bestimmung der auf sie einwirkenden Kräfte versehen. Die bekannten Sandsäcke sind im Auftreffbereich mit einem Druckaufnehmer versehen, der die Ermittlung der Schlagkraft gestattet.

Bei einem bekannten Verfahren, bei dem der Maximalwert Fmax der Kraft als Maß für den Trainingszustand verwendet wird, ist es leicht einzusehen, daß diese Größe stark von der Körpergröße und dem Gewicht der trainierenden Person abhängt und daher eine von diesen Einflüssen unabhängige Aussage über den individuellen physischen Trainingszustand der Person nicht erlaubt. Außerdem kommt es bei der Maximalkraftmessung oft zu starken Streuungen, die den Informationswert einer solchen Messung herabsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem unabhängig von der absoluten Körpergröße bzw. dem Körpergewicht einer trainierenden Person deren Trainingszustand in Form einer normierten und gegenüber Streuung wenig anfälligen Größe angegeben werden kann.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

dass ein Maß für den körperlichen Trainingszustand darstellt,

mit

tmax =

Zeit, bei der die maximale Kraft Fmax auftritt,

F(t) =

Kraft in Abhängigkeit von der Zeit,

tEnde =

Zeit, bei der die Kraft wieder auf Null abgesunken ist

Das Impulsverhältnis e stellt ein von den absoluten Körpermaßen bzw. dem Körpergewicht unabhängiges Maß für den körperlichen Trainingzustand einer Person dar, da hierdurch zum Ausdruck gebracht wird, welchen Krafteinsatz die Person insbesondere in der zweiten Phase des Schlags, in der die Kraftkurve wieder abklingt, aufbringt. In dieser Phase kann der Krafteinsatz bei einer guten Schlagtechnik insbesondere durch die Muskulatur des Rumpfes und der Beine positiv beeinflußt werden.

Während bei einem elastischen Stoß ohne Zufuhr äußerer Energie im idealisierten, d. h. verlustlosen Fall die Anstiegskurve der Kraft bis zum Erreichen der Maximalkraft Fmax spiegelsymmetrisch zur Abklingkurve der Kraft verläuft, ist es für einen menschlichen Faustschlag typisch, daß die Abklingzeit der Kraft wesentlich größer ist als die Anschwellzeit. Insbesondere der Verlauf der Kraft nach Überschreitung von deren Maximum ist charakteristisch für den (Ganz-)Körpereinsatz der schlagenden Person. Das Impulsverhältnis e beschreibt somit den Quotienten aus dem Impuls nach Überschreiten des Kraftmaximums und dem Impuls vor Erreichen dieses Kraftmaximums, wobei ein großer Wert des Impulsverhältnisses e auf eine zeitliche lange Krafteinwirkung, d.h. auf einen großen Körpereinsatz, hindeutet. Die Impulszahl e erlaubt auch eine Aussage über die zeitliche Koordination der Muskelanspannung, optimalerweise beginnend im 'großen Zeh' und endend in der Faust.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher insbesondere dazu, von absoluten Körpermaßen bzw. -gewichten unabhängige Aussagen über die individuelle Schlagtechnik bzw. den Trainingszustand zu machen. Auch in der Medizin lassen sich z. B. die Erfolge einer Rehabilitation nach einer Krankheit oder einem Unfall objektiv mit der Erfindung ermitteln. Typischerweise liegen die Werte des Impulsverhältnisses e zwischen Werten nur wenig über 1 für vergleichsweise ungeübte Personen einerseits und Werten über 3 für Personen in gutem Trainingszustand und mit ausgereifter Schlagtechnik andererseits.

Alternativ wird die oben angegebene Aufgabe, ausgehend von dem eingangs erwähnten Verfahren, auch dadurch gelöst, daß

das ein Maß für den körperlichen Trainingszustand darstellt,

mit

tmax =

Zeit, bei der die maximale Kraft Fmax auftritt,

t*Anf =

Zeit, bei der die Kraft auf den Wert FU angestiegen ist,

t*Ende =

Zeit, bei der die Kraft wieder auf den Wert FU abgesunken ist,

Fu =

konstanter Schwellwert der Kraft

F(t) =

Kraft in Abhängigkeit von der Zeit

Bei einer derartigen Verfahrensweise beginnt die Impulsberechnung erst bei einem Schwellwert FU der Kraft, so daß insbesondere ein Grundrauschen bei der Kraftmessung, das beispielsweise durch Gebäudeschwindungen ausgelöst werden kann, bei der Bestimmung der Anfangszeit sowie der Endzeit bei der Integralberechnung nicht verfälschend in Erscheinung treten kann.

Die Auswahl des konkreten Wertes von FU sollte in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten am Aufstellungsort der Zieleinrichtung sowie von der in der Auswerteeinrichtung verwendeten Elektronik erfolgen. Typischerweise sollte FU im Bereich zwischen 0,05 Fmax und 0,2 Fmax liegen.

Schließlich ist nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch vorgesehen, daß die Kraft mit einer Abtastfrequenz von mindestens 1 000 Hz gemessen wird.

Alternativ zu dem Verhältnis der Teilimpulse nach und vor dem Kraftmaximum kann auch das Verhältnis des Gesamtimpulses zu den Teilimpulsen vor oder nach dem Kraftmaximum zur Beurteilung des körperlichen Trainingszustands herangezogen werden. Hieraus resultiert unter Umständen eine Vereinfachung der Meßelektronik. Es gilt z. B.:

IGes/I1 = (I1 + I2)/I1 = 1 + e

Eine weitere Variante besteht darin, anstelle des Impulsverhältnisses ein Verhältnis der Energie bis zu dem Kraftmaximum zu der Energie nach dem Kraftmaximum zu bilden. Das Verhältnis der Energien stimmt mit dem Quadrat des Impulsverhältnisses überein.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

eine Person beim Schlag auf eine Zieleinrichtung;

Fig. 2

den Verlauf der Kraft F über der Zeit t beim Schlag einer Person A;

Fig. 3

wie Fig. 2, jedoch für eine Person B;

Fig. 4

einen anderen Verlauf der Kraft F, wobei der Verlauf unterhalb eines Schwellwerts FU nicht bei der Impulsberechnung berücksichtigt wird;

Fig. 5

eine Ansicht einer Zieleinrichtung in Form einer Schlagplatte und

Fig. 6

einen Querschnitt durch die Schlagplatte gemäß Fig. 5.

In Fig. 1 ist schematisch eine trainierende Person A beim Schlag auf eine Zieleinrichtung dargestellt, die an der Wand eines Gebäudes befestigt ist.

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Kraft F über der Zeit t, wie sie durch den Schlag der Person A auf ein Auftreffelement der Zieleinrichtung verursacht und von einer Auswerteeinrichtung aufgenommen wird. Es ist erkennbar, daß die Kraft F, beginnend bei einem Wert 0, vergleichsweise steil bis zu einem Maximalwert Fmax ansteigt und von dort wieder - zunehmend flacher - abfällt, wobei die Zeit (tEnde - tmax) wesentlich größer ist als die Zeit tmax bis zum Erreichen des Kraftmaximums Fmax. Das liegt darin begründet, daß die trainierende Person auch während des Schlags nachdrückt und - in Abhängigkeit ihres Körpereinsatzes - das Abklingen der Kraft verzögert. Aus diesem Grunde ist auch das Integral der Kraft über die Zeit zwischen tmax und tEnde größer als das Integral von 0 bis tmax. Das Verhältnis, nämlich das Impulsverhältnis eA der beiden Integrale, beträgt im vorliegenden Fall ca. 2.

Fig. 3Demgegenüber zeigt Fig. 3 einen Kraftverlauf, bei dem die Anstiegskurve bis zum Erreichen des (größeren) Kraftmaximums steiler verläuft, wohingegen die Abklingkurve weniger steil verläuft und die Kraft erst zu einem späteren Zeitpunkt tEnde wieder auf Null absinkt. Das Integral über die Kraft von tmax bis tEnde ist daher größer als im Fall, der in Fig. 2 dargestellt ist.

Daraus ergibt sich auch ein größerer Wert für das Impulsverhältnis eB, das im dargestellten Fall ca. 3 beträgt. Bei höherer Maximalkraft Fmax ist der Schlag der Person B gemäß Fig. 3 durch einen größeren Körpereinsatz bzw. eine bessere Schlagtechnik gekennzeichnet als der Schlag mit dem Kraftverlauf gemäß Fig. 2. Fig. 4 Fig. 4 verdeutlicht, wie der Kraftverlauf unterhalb eines Schwellwertes FU ausgeblendet wird, wenn das Integral nicht über die eigentliche Kraftfunktion F(t) gebildet wird, sondern über die um den Schwellwert FU reduzierte Kraftfunktion F(t) -FU. Die Ausblendung des Sockelbereichs der Kraftfunktion hat auf die Aussagekraft keinen spürbaren Einfluß, sie eliminiert jedoch den u. U. verfälschenden Einfluß von Störfaktoren, wie sie beispielsweise durch Schwingungen, die nicht durch den Schlag der trainierenden Person ausgelöst werden, u.U. verursacht werden könnten. Impulsverhältnis Das Impulsverhältnis e* bestimmt sich im vorliegenden Fall gemäß In Fig. 5 ist schematisch eine Zieleinrichtung 1 in Form einer Schlagplatte dargestellt, die eine Rechteckform besitzt und mit Hilfe von vier Schrauben 2, die jeweils ecknah angeordnet sind, an einer Säule 3 (Fig. 1) eines Gebäudes befestigt ist. In der Mitte der Schlagplatte ist in einem runden Auftreffelement 4 ein Dehnungsmeßstreifen 5 angeordnet, mit dem die Bestimmung der auf das Auftreffelement 4 wirkenden Kraft möglich ist. Der Dehnungsmeßstreifen 5 ist über zwei Anschlußleitungen 8 mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung 9 verbunden, die mit einem digitalen Anzeigeelement 10 zur Anzeige des aktuell gemessenen Wertes des Impulsverhältnisses e versehen ist.

Aus dem Querschnitt durch die Schlagplatte gemäß Fig. 6 ergibt sich, daß die Schlagplatte aus einer Metallplatte 6 und einer davor angeordneten Schaumstoffschicht 7 besteht, die die Gelenkbelastung der trainierenden Person mindern soll. Die Schaumstoffschicht 7 sollte jedoch nicht zu dick bemessen werden, da hierdurch die Kraftkurve F(t) zu sehr abflacht und zeitlich in die Länge gezogen wird, wodurch die Aussagekraft des Impulsverhältnisses e herabgesetzt würde.

Außer zu Trainingszwecken im Bereich des Kampfsports kann das erfindungsgemäße Verfahren auch sehr vorteilhaft dazu verwendet werden, den Erfolg körperlicher Rehabilitationsmaßnahmen, beispielsweise nach Unfällen oder Operationen, zu überprüfen.


Patentansprüche
  1. Verfahren zur Bestimmung des körperlichen Trainingszustandes einer Person, insbesondere bei Faustschlägen, wobei eine Person auf eine Zieleinrichtung schlägt, mit der der Verlauf der auf ein Auftreffelement der Zieleinrichtung wirkenden Kraft über der Zeit diskret oder kontinuierlich gemessen und einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird, in der der Maximalwert Fmax der Kraft bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet daß

    das ein Maß für den körperlichen Trainingszustand darstellt,

    mit

    tmax =

    Zeit, bei der die maximale Kraft Fmax auftritt,


    F(t) =

    Kraft in Abhängigkeit von der Zeit,


    tEnde =

    Zeit, bei der die Kraft wieder auf Null abgesunken ist

  2. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

    das ein Maß für den körperlichen Trainingszustand darstellt,

    mit

    tmax =

    Zeit, bei der die maximale Kraft Fmax auftritt,

    t*Anf =

    Zeit, bei der die Kraft auf den Wert FU angestiegen ist,

    t*Ende =

    Zeit, bei der die Kraft wieder auf den Wert FU abgesunken ist,

    Fu =

    konstanter Schwellwert der Kraft

    F(t) =

    Kraft in Abhängigkeit von der Zeit

  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fu im Bereich zwischen 0,05 Fmax und 0,2 Fmax liegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft F(t) mit einer Abtastfrequenz von mindestens 1 000 Hz gemessen wird.

Zusammenfassung

Bei einem Verfahren zur Bestimmung des körperlichen Trainingszustands einer Person, insbesondere bei Faustschlägen, schlägt eine Person auf eine Zieleinrichtung, mit der der Verlauf der auf ein Auftreffelement der Zieleinrichtung wirkendenden Kraft über der Zeit diskret oder kontinuierliche gemessen und einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird. In der Auswerteeinrichtung wird der Maximalwert Fmax der Kraft bestimmt. Um eine vom Körpergewicht und der Körpergröße der trainierenden Person unabhängige Aussage über den individuellen Trainingszustand machen zu können, wird vorgeschlagen, daß

das ein Maß für den körperlichen Trainingszustand darstellt,

mit

tmax =

Zeit, bei der die maximale Kraft Fmax auftritt,

F(t) =

Kraft in Abhängigkeit von der Zeit,

tEnde =

Zeit, bei der die Kraft wieder auf Null abgesunken ist