Mechanische Schuhprüfung

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Mathilde Hase
vor 6 Jahren
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1 Mechanische Schuhprüfung Bestimmung der Dämpfungs- und Biegewiderstandseigenschaften testxpo, 23. Fachmesse für Prüftechnik Ulm, 15. Oktober 2014 Dr.-Ing. Gert Schlegel

2 1. Über die Technische Universität Chemnitz/ 2. Experimentelle Methoden der Sportgeräteentwicklung 3. Mechanische Prüfverfahren zur Ermittlung funktionaler Dämpfungs-und Biegewiderstandseigenschaften von Schuhen 3

3 Technische Universität Chemnitz Zahlen und Fakten Gegründet Mitarbeiter und Studenten International ausgerichtet ausländische Studenten 8 Fakultäten, 27 Institute und 163 en 4

4 Technische Universität Chemnitz Fakultäten Human- und Sozialwissenschaften Naturwissenschaften Maschinenbau Mathematik Informatik Wirtschaftswissenschaften Philosophische Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik 5

5 Einordnung der Institut für Strukturleichtbau Human Locomotion Sports Technology Prof. Lothar Kroll Prof. Stephan Odenwald Prof. Thomas L. Milani 6

6 Tätigkeitsfelder der Realitätsnahe Prüftechnik und Testverfahren für Sportgeräte Fertigungsverfahren Systemintegration Gerätetechnik zur Individualisierung von Sportgeräten Entwicklung von nutzergruppenspezifischen Sport-, Trainings-und Therapiegeräten Instrumentierung von Mensch und Sportgerät Sportspezifische Werkstoff-und Strukturkonzepte Numerische Simulation 7

7 1. Über die 2. Experimentelle Methoden der Sportgeräteentwicklung 3. Mechanische Prüfverfahren zur Ermittlung funktionaler Dämpfungs-und Biegewiderstandseigenschaften von Schuhen 8

8 Typische Fragestellungen Sind Rockerski drehfreudiger als konventionelle Carvingski? Urheber: 9

9 Typische Fragestellungen Sind Rockerski drehfreudiger als konventionelle Carvingski? Fahrversuche & Befragung Urheber: Stephan Odenwald 10

10 Typische Fragestellungen Welcher Schwimmanzug ist am Schnellsten? Quelle: 11

11 Typische Fragestellungen Welcher Schwimmanzug ist am Schnellsten? Probandenversuch Urheber: Cguertinforbfox Urheber: Ralf Pfeifer+ 12

12 Typische Fragestellungen Welcher Laufschuh dämpft am Besten? Urheber: Stefan Schwanitz 13

13 Typische Fragestellungen Welcher Laufschuh dämpft am Besten? 3d-Bewegungsanalyse Urheber: Christian Maiwald 14

14 Experimentelle Methoden der Subjektive Testverfahren Sportart-spezifische Tests Mechanische Prüfverfahren Biomechanische Messung 15

15 1. Über die 2. Experimentelle Methoden der Sportgeräteentwicklung 3. Mechanische Prüfverfahren zur Ermittlung funktionaler Dämpfungs-und Biegewiderstandseigenschaften von Schuhen 16

16 Dämpfungseigenschaften von Laufschuhen Führen Urheber: Jens Heidenfelder Traditioneller Ansatz: Laufschuheigenschaften Dämpfen Stützen 17

17 Zielstellung Simulation Nachbildung des Fersenkontakts beim Laufen Messung Ermittlung mechanischer Laufschuheigenschaften Prognose Vorhersage funktionaler Eigenschaften 18

18 Grundlegende Betrachtungen Urheber: Jens Heidenfelder Viskoelastische Zwischensohlenmaterialien EVA bzw. TPU Druckspannungs-Zeit-Verhältnis muss realitätsgetreu simuliert werden 19

19 Biomechanik des Ausdauerlaufens Urheber: Stefan Schwanitz Urheber: Jens Heidenfelder Urheber: Jens Heidenfelder 20

20 Funktionale Parameter des Fuß-Boden-Kontakts Vertikalkraft Erkenntnisse: Betrag 1. Kraftspitze PIF: 1,5- bis 3-fache des Läufergewichts abhängig von Laufgeschwindigkeit und individuellem Laufstil unabhängig von Schuhmodell!!! Zeit 1. Kraftspitze TPIF: ms abhängig von Schuhbedingung, Geschwindigkeit und Laufstil Kontaktzeit Ferse ca. 100 ms Urheber: Jens Heidenfelder 21

21 Simulation der vertikalen Bodenreaktionskraft (v = 3,5 m/s) Urheber: Jens Heidenfelder 22

22 Simulation der Kontaktfläche 1. Ermittlung der plantaren Fersenfläche (Vergleichsgröße EUR 42): geometrische Analyse von ca Fußscans Urheber: Jacob Müller Urheber: Jens Heidenfelder 2. Herstellung eines geeigneten Stempels: Normleisten nach DIN EN erfüllt die Anforderungen! Urheber: Jacob Müller 23

23 Mechanische Prüfung der Rückfußdämpfung Ermittlung Lastkollektiv aus biomechanischen Studien Simulation Laufen auf Asphalt bei v = 3,5 m/s Vorbelastung Belastung auf Kraftspitze Entlastung Pause bis nächster Zyklus beginnt Langzeitmessung bis Zyklen Entspricht ca. 600 km laufen in 47 h 24

24 Vergleich biomechanische und mechanische Alterung Urheber: Jens Heidenfelder Das entwickelte Prüfverfahren bewirkt eine realistische Veränderung der mechanischen Eigenschaften eines Laufschuhs im Fersenbereich infolge der Alterung 25

25 Ergebnisse Rückfußdämpfung 60% 50% Energieverlust [%] 40% 30% 20% 10% 0% Kategorie 26

26 Mechanische Prüfung der Vorfußdämpfung Ermittlung Lastkollektiv aus biomechanischen Studien Simulation Laufen auf Asphalt bei v = 3,5 m/s Vorbelastung Belastung auf Kraftspitze Entlastung Pause bis nächster Zyklus beginnt Langzeitmessung bis Zyklen Entspricht ca. 600 km laufen in 47h 27

27 Ergebnisse Vorfußdämpfung 40% 35% 30% Energieverlust [%] 25% 20% 15% 10% 5% 0% Handball Handball Handball Handball Handball Handball Running Running Running Running Running Kategorie 28

28 Winkel [ ] Mechanische Prüfung des Biegewiderstandes HS TO mean sd Zeit [s] Ermittlung Lastkollektiv aus biomechanischen Studien Simulation Laufen auf Asphalt bei v = 1,0 m/s Belastung Entlastung Pause bis nächster Zyklus beginnt Langzeitmessung 29

29 Ergebnisse Biegesteifigkeit 2,5 Bending Stiffness [Nm/ ] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Kategorie 30

30 Zusammenfassung Mechanische Simulation des Fersenkontakts beim Ausdauerlauf liefert Aussagen zum Systemverhalten bei realen Laufuntersuchungen Mechanische Alterung des Laufschuhs unter Anwendung eines realistischen Kraft-Zeit-Profils bewirkt wirklichkeitsnahe Materialermüdung In Verbindung mit subjektiven, sportmotorischen und biomechanischen Messungen bieten mechanische Prüfverfahren im Allgemeinen eine umfassende Beschreibung der Funktionalität von Sportgeräten Funktionalität der Schuhe ist von seinen Eigenschaften abhängig diese können objektiv durch mechanische Prüfungen quantifiziert werden 31

31 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! 32

32 Kontakt Dr.-Ing. Gert Schlegel Fakultät für Maschinenbau Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70 R. D120b Chemnitz, Germany Tel: Fax: Urheber: Jacob Müller 33

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