Auch Sportwissenschaftler nutzen hydraulische Maschinenelemente in ihren Konstruktionen. Vor allem, wenn die Schnellkraft an bestimmten Trainingsgeräten analysiert wird. Da hierbei in den Endlagen hohe Kräfte walten können, setzt das Institut für Sportwissenschaften der Universität Tübingen auf einstellbare Industriestoßdämpfer von ACE zum Schutz von Mensch und Maschine.
Seit über 180 Jahren ist das Tübinger Sportinstitut eine feste Größe in der deutschen Hochschullandschaft. Mittlerweile forschen und lehren mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu verschiedenen Schwerpunktthemen in den Bereichen Leistung, Gesundheit und Bildung. Das Spektrum reicht dabei von der Talentförderung und dem Design von Sportwettbewerben bis zur Schulbildung und der individualisierten Gesundheitsförderung.
Den Arbeitsbereich III mit den Schwerpunkten Biomechanik, Bewegungs- und Trainingswissenschaft leitet Professor Dr. Veit Wank. Sein Team beschäftigt sich unter anderem mit der Analyse und der Optimierung von sportlichen Bewegungsabläufen. In der trainingswissenschaftlichen Forschung steht die Diagnose von Kraftfähigkeiten in Individualsportarten im Vordergrund. Zudem werden Talente aus Kadern von Leichtathletikverbänden und Mannschaften leistungsdiagnostisch betreut.
Bewegungstechnik und Schnellkräfte beim „geraden Wurf“
Dafür werden am Institut seit Jahren verschiedene Trainingsgeräte entwickelt. Das so genannte „Trainings- und Testgerät für den Schlagwurf“ wurde vornehmlich für den Speerwurf und Handball konstruiert.
Während im Handball der Schlagwurf die Grundtechnik für alle Würfe ist, wird in der Leichtathletik der Begriff „gerader Wurf“ als Synonym und als Basis des Speerwerfens verwendet. In beiden Fällen bauen die Werfenden für den maximalen Beschleunigungsweg eine Bogenspannung auf. Durch den aktiven Einsatz und den damit verbundenen Schub des hinteren Druckbeines in der Abwurfphase wird die wurfarmseitige Hüfte nach vorn gebracht, wodurch der Oberkörper vorgespannt wird. Dieser Prozess und die nacheinander eingesetzte Schulter, Ellenbogen und Wurfhand optimieren die Beschleunigung des Wurfgerätes. Mit dieser Technik wird die Endgeschwindigkeit des Wurfgerät respektive Wurfschlittens maximiert.
Bei den Messungen am Test- und Trainingsgerät entstehen durch die Wurfbewegungen wieder und wieder hohe Massenkräfte, die in den oberen und unteren Endlagen zum Schutz der Probanden und des Geräts durch Industriestoßdämpfer rückprallfrei abgebaut werden – Bild: Universität Tübingen
Anhand der simultanen Betrachtung von Bewegungsposen und Positionen der Probanden im Video und den zeitlich dazu gehörenden Werten von Schlittenposition, Schlittengeschwindigkeit und Beschleunigung lassen sich die Bewegungstechnik und auch die physischen Fähigkeiten beurteilen, insbesondere die Schnellkräfte der Werfenden.
Das Trainingsgerät kommt in Tübingen primär zu Testzwecken zum Einsatz. Dabei überprüfen Professor Wank und sein Team, wie es um die Schnellkraftwerte bestellt ist. Der Sportwissenschaftler erläutert: „Bei Sportlerinnen und Sportlern mit längerer Kaderzugehörigkeit lässt sich so auch überprüfen, ob die Trainingsinhalte der vergangenen Wochen und Monate richtig gewählt waren. Weil bei den Messungen am Test- und Trainingsgerät durch die Wurfbewegungen wieder und wieder hohe Massenkräfte entstehen, benötigen wir für das Abbremsen in den oberen und unteren Endlagen geeignete Dämpfungslösungen, die eine dauerhafte Nutzung der Anlage und gleichzeitig einen größtmöglichen Schutz unserer Probanden ermöglichen.“
Flexibel einsetzbare Dämpfer für die schiefe Ebene
Wank hat bereits bei einem Test- und Trainingsgerät für Messungen von Leistungen der Oberschenkelmuskulatur gute Erfahrungen mit Lösungen der ACE Stoßdämpfer GmbH gemacht. Nun wandte er sich während der Konstruktionsphase des Trainings- und Testgeräts für den Schlagwurf wieder an die Dämpfungsspezialisten aus Langenfeld.
„Bei der abgewandelten Beinpresse für isometrische und dynamische Beinstreckbewegungen hatte ich mich über das Internet und den Katalog schlau gemacht. Dort sind in der Endlage Massen von 25 kg bis 200 kg, die mit Geschwindigkeiten von je circa 3 m/s bis 5 m/s beschleunigt werden, bei Auffahrgeschwindigkeiten von circa 0,5 m/s abzubremsen“, berichtet Wank. „Auch wenn der seinerzeit von uns ermittelte Dämpfer des Typs MA64150 diesen Bereich rein technisch nicht schafft, funktioniert die Verzögerung empirisch gut. Im Fall der Dämpfung der Kräfte beim Schlagwurf habe ich mich zusätzlich noch telefonisch beim Kundendienst von ACE rückversichert.“
Der Aufbau dieser Testmaschine besteht im Wesentlichen aus einer mittels Linearschienen konstruierten geneigten Ebene mit einem linear geführten Lastschlitten. An diesen kann wahlweise ein Speergriff oder ein Wurfball montiert werden. Ziel ist es, den Schlitten entweder aus dem Stand oder mit einer Auftaktbewegung entlang der Ebene wie bei einem Wettkampfwurf maximal zu beschleunigen. Die Strecke, die der Schlitten dabei zurücklegt, ist 4,5 m lang. Kurz vor dem höchsten Punkt der Konstruktion sowie beim Zurückfahren in die Startposition wird der beschleunigte und dann die schiefe Ebene wieder herunterschnellende Schlitten jeweils von einem Industriestoßdämpfer abgebremst.
Das Besondere an der Konstruktion in Tübingen: die Ebene kann den speziellen Anforderungen der einzelnen Sportlerinnen und Sportlern entsprechend zwischen Winkeln von 0 Grad und 35 Grad stufenlos eingestellt werden. So wird beispielsweise beim Handball ein flacher Wurfwinkel benötigt, während im Speerwurf bis zu 35 Grad für Bestwerte ermittelt werden.
Im Vergleich mit anderen Lösungen wie Stahlfedern oder Gummidämpfern sind die verwendeten Komponenten von ACE deutlich hochwertiger und langlebiger. Eine Erfahrung, die der Sportwissenschaftler im Interview teilt: „Wie beim Abbremsen der Beinstreckbewegungen arbeiten die einstellbaren Dämpfer beim Verzögern der Wurfbewegungen ebenfalls gut. An unserer Konstruktion haben wir einen zweiten Dämpfer für den Rücklauf des Lastschlittens verbaut. Der ist zwar leicht überdimensioniert, aber zunächst probierte Billiglösungen mit einer Art Türstopper haben nicht funktioniert, daher die größere Investition. Diese ist zwar für unser Budget erheblich, aber so solide, dass ich das auch in Anbetracht von Sicherheitsaspekten und Verantwortung gegenüber den Probanden investiert habe. Wie sich zeigt, war das eine gute Entscheidung. Wir haben nur wenig an den Einstellungen getestet und die Komponenten funktionieren seitdem ohne großen Aufwand und ohne Probleme. Allerdings werden die Dämpfer für Industrieverhältnisse nicht sehr hoch frequentiert, denn die Testgeräte werden ausschließlich für Studien eingesetzt, was in etwa zwei bis drei Mal pro Jahr für Zeiträume von ein bis drei Wochen geschieht.“
Konzipiert für den Dauereinsatz
Aufgrund der in den Messungen an dem Trainings- und Testgerät für den Schlagwurf zu bewegenden Schlittengesamtgewichte zwischen 1,7 kg bis maximal 25 kg und der dabei entstehenden Beschleunigungsgeschwindigkeiten von bis zu 13 m/s entschied sich Professor Wank für einstellbare Stoßdämpfertypen von ACE
Die in Tübingen zum Einsatz kommenden Industriestoßdämpfer gehören zu der Magnum-Serie von ACE. Seit der Markteinführung im Jahr 2000 gilt die Serie als Referenzklasse für mittlere Baugrößen in der industriellen Stoßdämpfungstechnik. Diese hydraulischen Maschinenelemente bauen in kürzester Zeit die Kräfte von bewegten Massen über den gesamten Hub materialschonend ab und wandeln die kinetische Energie in Wärme um, welche an die Außenumgebung abgegeben wird.
Konzipiert für den Dauereinsatz in der Industrie, profitieren Anwender dort vor allem dank eines ausgeklügelten Dichtungspakets, gehärteter Führungslager und eines integrierten Festanschlags von der Robustheit und Langlebigkeit. Kompakte Baugrößen und erweiterte Massenbereiche im Vergleich zu Vorgängerlösungen geben Konstrukteuren mehr Spielraum bezüglich der Dämpfergröße und der Ausnutzung der Maschinenleistung.
Einstellbare Magnum-Dämpfer sind in den Gewindegrößen M33x1,5 bis M64x2 mit Hüben von 23 mm bis 150 mm sowie Energieaufnahmen zwischen 170 Nm und 6.780 Nm verfügbar
Eine Besonderheit dieser Serie ist die wahlweise Verfügbarkeit von selbsteinstellenden oder einstellbaren Typen mit M33-, M45- und M64-Gewinden. Die Justierbarkeit auf Front- und Bodenseite machen sich auch Wank und sein Team in Tübingen an den für die Wurfanalysen eingesetzten Dämpfern vom Typ MA4575EUM zunutze. Aufgrund der in den Messungen an dem Trainings- und Testgerät für den Schlagwurf zu bewegenden Schlittengesamtgewichte zwischen 1,7 kg bis maximal 25 kg und Beschleunigungsgeschwindigkeiten von bis zu 13 m/s kamen nur einstellbare Typen infrage.
Der Sportwissenschaftler und Konstrukteur sagt rückblickend: „Hinsichtlich der möglichen Einstellwerte an den Dämpfern von ACE habe ich mich auf mein Gefühl verlassen und am Ende mit Trial-and-Error wohl ein gutes Händchen gehabt. Wir sind jedenfalls mit der Lösung zufrieden.“
Für die Standfestigkeit der Dämpfer zeichnet neben der Dichtungstechnologie mit Membranspeicher der massive Körper ohne Sicherungsring verantwortlich, wodurch im Vergleich zu anderen Stoßdämpferkonstruktionen zum einen Undichtigkeiten vermieden und zum anderen über 50 Prozent mehr Energie aufgenommen werden kann. Dass die Magnum-Typen über eine noch kompaktere Bauform verfügen als die Vorgängermodelle von ACE, erweist sich vor allem bei immer kleiner werdenden Maschinen in der Automatisierung als Vorteil.
Auch technisch ein großer Wurf
Bei einem Hub von 73,9 mm eignen sich diese Dämpfer für das Abbremsen von effektiven Massen in Bereichen zwischen 70 kg und bis zu 15.000 kg, wobei die Energieaufnahme für rückprallfreies und lineares Verzögern pro Hub einen Wert von bis zu 1.300 Nm erreicht. Eine breite Palette an Zubehör und Anschlussteilen sorgt für einfache Integration auch in bestehende Konstruktionen und für viele Einsatzmöglichkeiten. So werden auch die in Tübingen verbauten Magnum mit Sonderaufprallköpfen genutzt, die aus Polyurethan gefertigt sind. Das führt bei den intensiven Beinstreck- und Wurftests zu Lärmminderungen von bis zu 7 dB. Die schonenden Dämpfungseigenschaften für Mensch und Maschine wie auch die Gesamtkonstruktion können als großer Wurf bezeichnet werden.
Autor: Robert Timmerberg M. A., Fachjournalist, Plus2 GmbH, Düsseldorf im Auftrag der ACE Stoßdämpfer GmbH
Quelle: ACE Stoßdämpfer; Bilder: Aufmacherbild und Bild 01: Universität Tübingen; weitere Bilder: ACE Stoßdämpfer
