Technische Universität Chemnitz Fakultät für Maschinenbau Professur Sportgerätetechnik

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1 Technische Universität Chemnitz Fakultät für Maschinenbau Professur Sportgerätetechnik Chemnitz Stadt der Moderne Technische Universität Chemnitz TUC Fakultät für Maschinenbau Roter Turm und Rote Turm Galerie Campus Straße der Nationen Campus Hörsaal Reichenhainer Straße 1

2 Technische Universität Fakultät für Maschinenbau TU Chemnitz in Zahlen 8 Fakultäten an 4 Standorten mit ca. 100 Studiengängen Studenten davon ausländische Studenten aus 79 Nationen Mitarbeiter an 175 Professuren 2

3 Technische Universität Fakultät für Maschinenbau Fakultäten der TU Chemnitz 3

4 Technische Universität Fakultät für Maschinenbau Institute der Fakultät Maschinenbau 1 Automobilforschung 2 Betriebswissenschaften und Fabriksysteme 3 Füge und Montagetechnik 4 Fördertechnik und Kunststoffe 5 Konstruktions- und Antriebstechnik 6 Mechanik und Thermodynamik 7 Print- und Medientechnik 8 Strukturleichtbau 9 Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnik 10 Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse 4

5 Technische Universität Fakultät für Maschinenbau Institute der Fakultät Maschinenbau: 27 Professuren 2 Stiftungsprofessuren 1.5 Mio. Drittmittel-Einnahmen pro Professur im Maschinenbau 5

6 Fakultät für Maschinenbau Institut für Strukturleichtbau Institut Strukturleichtbau Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Professur Sportgerätetechnik Professur Textile Technologien Stiftungsprofessur Textile Kunststoffverbunde Stiftungsprofessur Systemtechnik und Schaltmodule 6

7 Professur Sportgerätetechnik verbindet zwei spannende Wissensgebiete, die Wissenschaft der menschlichen Bewegung und die Ingenieurswissenschaft. 7

8 Institut für Strukturleichtbau Professur Sportgerätetechnik Institut für Strukturleichtbau Professur Sportgerätetechnik Entwicklung spezieller Geräte für bestimmte Trainingsziele im Fitness-, Gesundheits- und Leistungssport Prüfungen von Sportgeräten zur Optimierung und Verbesserung der Geräte- Leistungsfähigkeit (z.b.: Vergleichstest unterschiedlicher Geräte mit gleicher Funktion) Optimierung von Sportgeräten und Ausrüstungsgegenstände im Hinblick auf sportliche Höchstleistungen oder unter gesundheitlichen Aspekten Anwendungsfelder 8

9 Institut für Strukturleichtbau Professur Sportgerätetechnik Forschung Neben Studium und Lehre sind Aktivitäten im Bereich anwendungsorientierte Forschung und Technologietransfer eine wichtige Aufgabe der SGT und trägt eine beachtliche Mitwirkung zur wirtschaftlichen Entwicklung in der Region. Um auf die ständig wachsenden Anforderungen und neuen Herausforderungen im Sportbereich einzugehen, untersuchen und entwickeln wir Sport- und Trainingsgeräte im Hochleistung-, Breiten-, Präventions- und Rehabilitationssport. Hierbei kommen innovative Werkstoffe, effiziente Konstruktionsprinzipien und moderne Fertigungstechnologie zum Einsatz. Unser Schwerpunkt liegt dabei in der Mess- und Prüftechnik. Für die Sportgeräte- und Medizintechnik konzipieren wir mechanische Prüf- und Testverfahren in der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. 9

10 Institut für Strukturleichtbau Professur Sportgerätetechnik Ausstattung ZWICK HC10 Servohydraulische Prüfmaschine Eigenschaftsprofil Die servohydraulische Prüfmaschine HC 10 zeichnet sich durch ihre hohe Dynamik aus. Sie bietet damit die ideale Grundlage zur Nachbildung der bei sportiven Bewegungen auftretende Kräfte und Relativbewegungen. Das Repertoire an Versuchsaufbauten und Testverfahren wird ständig erweitert. Dabei fließen aktuelle Erkenntnisse aus dem Feld der Bewegungswissenschaften ein. Einsatzbereiche Stoßdämpfungseigenschaften von Laufschuhen Ermittlung der Biegesteifigkeit von Schuhen und Schuhsohlen Bestimmung der Kennlinie von Mountainbike- Federelementen Ansitzverhalten von Sitzpolstern Untersuchung der Schwingungsübertragung auf das Hand-Arm-System des Menschen Nennkraft Kolbenhub Prüffrequenz Arbeitsraum Genauigkeit des Kraftaufnehmers Linearität des Wegaufnehmers + 10 kn 100 mm Bis 100 Hz 60 x 460 x 950 mm Klasse 1 (ab 40 N); Klasse 0,5 (ab 200 N) + 0,25 % 10

11 Institut für Strukturleichtbau Professur Sportgerätetechnik Ausstattung Mechanisches Prüflabor Objektive Messungen basierend auf realistischen Lastfällen Zielstellung Im mechanischen Prüflabor können Sportgeräte mechanisch charakterisiert werden. An der servohydraulischen Prüfmaschine HC 10 können Lastkollektive, welche die Realität abbilden, simuliert werden. Hierdurch ist es möglich Sport- und Medizinprodukte objektiv, reliabel und valide zu prüfen. Messtechnik - 1 x Zug-/Druckprüfmaschine Zwick HC 10 (±10 kn, 100 mm, 100 Hz) - 2 x Universalmessverstärker (8 Kanäle) - 2 x CAN-Messmodule (8 Kanäle) - Kraftsensoren - Drucksensoren - Beschleunigungsaufnehmer - Inertialsensoren Software - Workshop Release - imcdevices - LabView - Matlab 11

12 Verletzungen pro 1000 Stunden Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Motivation In Deutschland: 14 % aller Sportverletzungen der Männer durch Handball verursacht [Gläser & Henke, 2003] Häufigste Verletzungsart: Distorsion (65 %) [Pieper & Muschol, 2007] ,9 Spox.com ,4 1,9 1,7 5,7 4,1 3 5,6 0 Training Spiel Gesamt Handball Volleyball Fußball [Yde & Nielsen, 1990] 12

13 Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Methodik 19 männliche Probanden mit mehrjähriger Spielerfahrung Bewegungsanalyse mittels Vicon und Kraftmessplatte Körpertäuschung, Sprungwurf und Sprint wurden betrachtet Vergleich von einfachen und spielnahen Bedingungen Auswertung der vertikalen Bodenreaktionskraft Auswertung des Winkels am Metatarsophalangealgelenk (MPG) Statistische Betrachtung der jeweiligen Maximalwerte blogs.hutchesons.org mz-web.de/ 13

14 Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Methodik F Vertikaler Anteil KMP Medio-lateraler Anteil Anterior-posteriorer Anteil r 1 r 2 r 3 = n = h 1 h 2 h t 1 t 2 t 3 α + β = 90 α = 90 - arccos r n r n r = (r 1 ²+r 2 ²+r 3 ²) 14

15 Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Ergebnisse: Vertikale Bodenreaktionskraft bei der Körpertäuschung Einfache Bedingungen (Gruppe 1) Spielnahe Bedingungen (Gruppe 2) Mittelwert SD Lastfall Gruppe 1 Gruppe 2 Mittelwert der maximalem BRK ± SD [bw] 2,2 ± 0,6 2,5 ± 0,5 Bodenkontaktzeit [%] Zeitpunkt der Kraftspitze ± SD [%] 33,51 ± 20,39 26,92 ± 13,58 15

16 Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Ergebnisse: Vertikale Bodenreaktionskraft beim Sprungwurf Einfache Bedingungen (Gruppe 1) Spielnahe Bedingungen (Gruppe 2) Mittelwert SD Lastfall Gruppe 1 Gruppe 2 Mittelwert der maximalem BRK ± SD [bw] 2,7 ± 0,2 3,1 ± 0,3 Bodenkontaktzeit [%] Zeitpunkt der Kraftspitze ± SD [%] 56,34 ± 7,97 49,66 ± 14,76 16

17 Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Ergebnisse: Vertikale Bodenreaktionskraft beim Sprint Dominantes Bein Nicht dominantes Bein Mittelwert SD Lastfall Dominantes Bein Nicht dominantes Bein Mittelwert der maximalem BRK ± SD [bw] 2,4 ± 0,3 2,3 ± 0,2 Bodenkontaktzeit [%] Zeitpunkt der Kraftspitze ± SD [%] 41,8 ± 11,04 41,19 ± 11,27 17

18 Energieverlust [%] Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Ergebnisse Vorfußdämpfung 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Handball Handball Handball Handball Handball Handball Running Running Running Running Running Kategorie 18 18

19 Winkel Winkel Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Ergebnisse: Winkel am MPG bei der Körpertäuschung Einfache Bedingungen (Gruppe 1) Spielnahe Bedingungen (Gruppe 2) Mittelwert SD Lastfall Position bzw. Maximalwert Gruppe 1 Gruppe 2 Mittelwert des maximalem Winkels ± SD [ ] 17,6 ± 13,5 17,2 ± 14,5 Bodenkontaktzeit [%] Zeitpunkt des Maximalwertes ± SD [%] 65,28 ± 34,28 79,10 ± 13,97 19

20 Bending Stiffness [Nm/ ] Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Ergebnisse Biegesteifigkeit 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Kategorie 20 20

21 Winkel Winkel Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen 3. Ergebnisse: Winkel am MPG beim Sprungwurf Einfache Bedingungen (Gruppe 1) Spielnahe Bedingungen (Gruppe 2) Mittelwert SD Lastfall Position bzw. Maximalwert Gruppe 1 Gruppe 2 Mittelwert des maximalem Winkels ± SD [ ] 32,3 ± 6,7 22,2 ± 5,1 Bodenkontaktzeit [%] Zeitpunkt des Maximalwertes ± SD [%] 92,83 ± 2,41 92,86 ± 2,35 21

22 Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Ergebnisse: Winkel am MPG beim Sprint Dominantes Bein Nicht dominantes Bein Mittelwert SD Lastfall Position bzw. Maximalwert Dominantes Bein Nicht dominantes Bein Mittelwert des maximalem Winkels ± SD [ ] 48,9 ± 9,6 47,5 ± 8,4 Bodenkontaktzeit [%] Zeitpunkt des Maximalwertes ± SD [%] 22,92 ± 1,75 27,72 ± 2,20 22

23 Evaluation spezifischer Lastfälle zur mechanischen Prüfung von Handballschuhen Zusammenfassung Spielnahe Bedingungen erhöhen die vertikale Bodenreaktionskraft Spielnahe Bedingungen senken Winkel am MPG bei Sprungwurf Spieldynamik kann nicht vollständig erreicht Erstmals Daten der BRK bei der Körpertäuschung im Handball Erstmals Daten zu Winkelverläufen am MPG während Sprint, Sprungwurf und Körpertäuschung Lastfälle zur mechanischen Prüfung der Vor- und Rückfußdämpfung von Handballschuhen Lastfälle zur mechanischen Prüfung der Biegesteifigkeit von Handballschuhen 23

24 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! 24 24

25 Kontakt Dr.-Ing. Gert Schlegel Fakultät für Maschinenbau Professur Sportgerätetechnik Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70 R. D120b Chemnitz, Germany Tel: Fax: Urheber : Jacob Müller gert.schlegel@mb.tu-chemnitz.de /mb/sgt 25 25