WO2001017622A1 - Messeinrichtung für schläge bzw. treffer bei kampfsportarten - Google Patents

Messeinrichtung für schläge bzw. treffer bei kampfsportarten Download PDF

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Johann Trabesiner
Hubert Moser
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Norbert Alt
Johann Trabesiner
Hubert Moser
Karl Heinz Hammerer
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Definitions

  • the present invention relates to a measuring device for strikes or hits in martial arts, in particular measuring vest for taekwondo, with at least one gas-filled, compressible cavity, which has an opening through which the gas when the cavity is compressed by impact or hits in the Environment flows out, with means for measuring the flow of the gas are provided.
  • US 4,850,224 shows a measuring device for strikes in martial arts with an open measuring system.
  • the cavity communicates with the surroundings through the opening, so that a constant pressure equalization takes place.
  • This is associated with the transition to a new measurement method in which the flow of the gas is measured instead of the pressure.
  • a type of wind turbine is provided for the measurement, which is set in rotation by the escaping gas.
  • Such a measuring device would be completely unsuitable for the preferred application of the present invention, the taekwondo sport. This sport sometimes results in a stroke frequency that is less than a second.
  • a measuring system that measures the flow by means of a wind turbine to be accelerated would be far too slow for this and could not provide usable measuring results.
  • the object of the invention is therefore to provide a more reliable measuring device which allows a higher measuring frequency.
  • the means for measuring the flow comprise a temperature-dependent resistance.
  • the temperature-dependent resistance responds faster than the known wind turbine and, on the other hand, it reaches the original initial state much faster, in order to also precisely measure another subsequent blow.
  • the temperature-dependent resistance is preferably preheated and cooled by the gas flowing past.
  • the at least one cavity is arranged in a layer made of plastic, particularly polyurethane, which has good resilience.
  • the reset properties are therefore not based on how with closed measuring systems on the increased internal pressure, but on the quality of the enveloping material.
  • the layer has a large number of gas-filled, compressible cavities.
  • the cavities open into at least one collecting space. This makes it possible to connect a single measuring device.
  • the cavities in the transition area to the collecting space have a cross-section which is reduced in the manner of a throttle. In this way, it is prevented that a rapid compensation takes place over the cavities not hit by the respective impact, which adversely affects the measurement quality.
  • FIG. 1 shows a vest which is provided with a measuring device according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through this layer along the line BB in FIG. 3
  • FIG. 3 shows a cross section through this layer along the line AA in FIG. 2
  • FIG. 4 the structure of the means for measuring the flow.
  • the vest 10 shown in FIG. 1 represents a preferred embodiment of a measuring device for strikes in martial arts. It is worn by the athlete on the upper body and fastened by means of loops, Velcro fasteners or the like and secured against slipping.
  • the inside of the vest 10 is provided with a layer 1 which, due to its special structure, allows an objective measurement of the impacts on the vest 10 in the region of the layer 1.
  • the layer 1 can in principle be of any size, but will generally be shaped so that its surface corresponds to those zones on the body of the athlete on which valid blows may be judged. The contour of layer 1 therefore varies depending on which martial arts the vest is used for.
  • any elastic material with good resilience properties is suitable for forming layer 1, with polyurethane in particular having proven itself.
  • Polyurethane enables the largely gas-tight closed cavities 2 to be easily produced by compressing the plastic in the edge zones to form the cavities 2.
  • the tubular cavities 2 can, as shown in FIGS. 2 and 3, be evenly distributed or have different distances. Different distances are essential, for example, in an application for taekwondo, where a distinction must be made between hand and foot blows.
  • Hoses 5 are connected to the collecting spaces 3 which are closed at the top and which open together.
  • the arrows drawn in FIG. 2 show the flow in the case of a blow which strikes centrally in the upper region of layer 1: the air flows on both sides via the throttle-like transition region 4 from the cavities 2 into the collecting spaces 3 and over the hoses 5 to the opening 12, where it flows into the environment.
  • the means 6 for measuring the flow are also arranged in the area of the opening 12, this arrangement having the effect that all occurring flows can be measured centrally.
  • the temperature-dependent resistor 13 is a micro-thermistor, the resistance interval of which is approximately between 10 ohms and 20 ohms.
  • the auxiliary resistor 16 serves as a voltage divider.
  • the operational amplifier 14 is connected to a microprocessor 15, which extracts the desired measurement parameters (threshold values, rise times, spectral power density) from the measured voltage pulse. If there is a valid hit, the corresponding information is forwarded to a radio transmitter 7, which transmits the measured values to a display device. Temperature compensation is also achieved via the negative feedback 17, so that the circuit operates independently of the respective ambient temperature.
  • the continuous measurement possible with the device according to the invention also allows the measuring devices to be compared before a fight. This may be necessary, for example, if the porosity of the plastic surrounding the cavities is slightly different. For comparison, both vests are exposed to a standard impact, with the measured signals then being equated using a correction factor.
  • the measuring device according to the invention is suitable for a wide range of applications.
  • the vest described can, for example, also be worn by fencers, the forces to be measured in this case coming from hits by the fencing weapon.
  • the insert layer for measuring the acting forces can also be installed not only in protective vests, but also in head guards, boxing gloves, sandbags and punch pads of all kinds.

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Abstract

Messeinrichtung für Schläge bzw. Treffer bei Kampfsportarten, insbesondere Messweste (10) für Taekwondo, mit zumindest einem gasgefüllten, komprimierbaren Hohlraum (2), der eine Öffnung (12) aufweist, durch die das Gas bei Kompression des Hohlraumes (2) durch einwirkende Schläge bzw. Treffer in die Umgebung ausströmt, wobei Mittel (6) zur Messung der Strömung des Gases vorgesehen sind, die einen temperaturabhängigen Widerstand (13) umfassen.

Description

Meßeinrichtung für Schläge bzw. Treffer bei Kampfsportarten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung für Schläge bzw. Treffer bei Kampfsportarten, insbesondere Meßweste für Taekwondo, mit zumindest einem gasgefüllten, komprimierbaren Hohlraum, der eine Öffnung aufweist, durch die das Gas bei Kompression des Hohlraumes durch einwirkende Schläge bzw. Treffer in die Umgebung ausströmt, wobei Mittel zur Messung der Strömung des Gases vorgesehen sind.
Der Bedarf nach einer derartigen Einrichtung ergibt sich aus der Praxis und wird bereits seit einiger Zeit öffentlich diskutiert. Bei Kampfsportarten wie beispielsweise Taekwondo schlagen die beiden Gegner nach bestimmten Regeln mit Händen und Füßen aufeinander ein, wobei Schläge ab einer bestimmten Mindeststärke zu einem Punktegewinn führen. Die Zielflächen für die Schläge, das heißt jene Bereiche am Körper des Gegners, auf die gültige Schläge gerichtet werden dürfen, sind auf einer Schutzweste, die die Sportler während des Kampfes tragen, eingezeichnet. Diese Schutzweste hat außerdem die Funktion, die einwirkenden Schläge zu dämpfen und damit die Verletzungsgefahr für die Sportler zu reduzieren. Die Beurteilung der Qualität der Schläge war bisher Kampfrichtern überlassen, deren subjektiver Eindruck über die Stärke eines Schlages für die Punktevergabe ausschlaggebend war. Da der Kampfrichter nie die gesamte Zielfläche an den Schutzwesten der beiden Sportler überblicken kann, ist er bei seiner Beurteilung vielfach auf den akustischen Eindruck eines Schlages angewiesen. Aufgrund der vielfach festgestellten Unzulänglichkeit einer derartigen Beurteilung besteht insbesondere für internationale Wettkämpfe das Bedürfnis nach objektiver Messung der Schlagqualität.
Bekannt geworden ist in diesem Zusammenhang aus der DE 39 03 127 eine Vorrichtung zur Anzeige von Schlägen bei Kampfsportarten, die einen geschlossenen, gasgefüllten, komprimierbaren Hohlraum aufweist. Wirkt ein Schlag auf die Vorrichtung ein, so steigt im Hohlraum aufgrund des durch die Komprimierung verringerten Volumens der Druck. Diese Druckschwankung kann mitteis einer Druckmeßeinrichtung mit einer Membran gemessen werden. Problematisch ist in diesem Zusammenhang, daß der gasgefüllte Hohlraum gemeinsam mit der Druckmeßeinrichtung als geschlossenes System ausgebildet ist. Steigt oder fällt der Umgebungsdruck, so führt dies zu einer Verschiebung der Nullinie. Meßtechnisch noch kritischer ist die individuell unterschiedliche Erwärmung des im Hohlraum eingeschlossenen Gases, die durch die Körperwärme der Sportler bewirkt wird.
Weiters zeigt die US 4,850,224 eine Meßeinrichtung für Schläge bei Kampfsportarten mit einem offenen Meßsystem. Durch die Öffnung steht der Hohlraum mit der Umgebung in Verbindung, sodaß ein ständiger Druckausgleich stattfindet. Damit verbunden ist der Übergang zu einer neuen Meßmethode, bei der statt dem Druck die Strömung des Gases gemessen wird. Konkret vorgesehen ist zur Messung eine Art Windrad, das durch das ausströmende Gas in Drehung versetzt wird. Eine derartige Meßeinrichtung wäre für den bevorzugten Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung, den Taekwondo-Sport, völlig ungeeignet. Bei diesem Sport kommt es teilweise zu einer Schlagfrequenz, die unterhalb einer Sekunde liegt. Ein Meßsystem, das die Strömung mittels eines zu beschleunigenden Windrades mißt, wäre hierzu viel zu träge und könnte keine brauchbaren Meßergebnisse liefern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine zuverlässigere Meßeinrichtung zu schaffen, die eine höhere Meßfrequenz erlaubt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittel zur Messung der Strömung einen temperaturabhängigen Widerstand umfassen.
Der temperaturabhängige Widerstand spricht einerseits schneller an als das bekannte Windrad und erreicht andererseits wesentlich schneller den ursprünglichen Ausgangszustand, um einen weiteren, nachfolgenden Schlag ebenfalls exakt zu messen.
Der temperaturabhängige Widerstand wird vorzugsweise vorgeheizt und durch das vorbeiströmende Gas gekühlt.
Da bei Umgebungsdruck gearbeitet wird, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der mindestens eine Hohlraum in einer Schicht aus gut rückstellendem Kunststoff, insbesondere Polyurethan angeordnet ist. Die Rückstelleigenschaften beruhen somit nicht wie bei geschlossenen Meßsystemen auf dem erhöhten Innendruck, sondern auf der Qualität des einhüllenden Materials.
Für eine differenzierte Beurteilung der Schlagqualität ist es vorteilhaft, wenn die Schicht eine Vielzahl gasgefüllter, komprimierbarer Hohlräume aufweist.
Meßtechnisch günstig ist es dabei, wenn die Hohlräume in zumindest einen Sammelraum münden. Dies ermöglicht es, eine einzige Meßeinrichtung anzuschließen.
Um sicherzustellen, daß die durch die einwirkenden Schläge bewirkten Gasströmungen von der Meßeinrichtung erfaßt werden, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Hohlräume im Übergangsbereich zum Sammelraum einen drosselartig verkleinerten Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise wird verhindert, daß über die vom jeweiligen Schlag nicht getroffenen Hohlräume ein rascher Ausgleich stattfindet, der die Meß- qualität beeinträchtigt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Weste, die mit einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung versehen ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Schicht entlang der Linie B-B in Fig. 3, Fig. 3 einen Querschnitt durch diese Schicht entlang der Linie A-A in Fig.2 und Fig. 4 den Aufbau der Mittel zur Messung der Strömung.
Die in Fig. 1 gezeigte Weste 10 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung für Schläge bei Kampfsportarten dar. Sie wird vom Sportler am Oberkörper getragen und über Schlaufen, Klettverschlüsse oder ähnliches befestigt und gegen Verrutschen gesichert. Die Weste 10 ist in ihrem Inneren mit einer Schicht 1 versehen, die aufgrund ihres speziellen Aufbaus eine objektive Messung der auf die Weste 10 im Bereich der Schicht 1 einwirkenden Schläge erlaubt. Die Schicht 1 kann grundsätzlich jede beliebige Größe aufweisen, wird jedoch im allgemeinen so geformt sein, daß ihre Fläche mit jenen Zonen am Körper des Sportlers übereinstimmt, auf die gültige Schläge gerichtet werden dürfen. Die Kontur der Schicht 1 variiert daher je nachdem, bei welcher Kampfsportart die Weste eingesetzt wird.
Zur Ausbildung der Schicht 1 eignet sich grundsätzlich jedes elastische Material mit guten Rückstelleigenschaften, wobei sich insbesondere Polyurethan bewährt hat. Polyurethan ermöglicht eine einfache Herstellung der weitgehend gasdicht abgeschlossenen Hohlräume 2 durch Verdichtung des Kunststoffes in den Randzonen zu den Hohlräumen 2.
Die Fig. 2 und 3 zeigen den genauen Aufbau der Schicht 1. Diese wird von einer Vielzahl schlauchförmiger Hohlräume 2 durchzogen, die sich im wesentlichen über die gesamte Fläche der Schicht 1 erstrecken. Die Hohlräume 2 münden mit ihren Enden jeweils in einen gemeinsamen Sammelraum 3, wobei der Übergangsbereich 4 von den schlauchförmigen Hohlräumen 2 zu den Sammelräumen 3 im Querschnitt drosselartig verkleinert ist.
Die schlauchförmigen Hohlräume 2 können wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, gleichmäßig verteilt sein oder auch unterschiedliche Abstände aufweisen. Unterschiedliche Abstände sind beispielsweise bei einer Anwendung für Taekwondo wesentlich, wo zwischen Schlägen mit der Hand und mit dem Fuß unterschieden werden muß.
An die nach unten abgeschlossenen Sammelräume 3 sind am oberen Rand Schläuche 5 angeschlossen, die zusammenmünden. Die in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile zeigen den Strömungsverlauf bei einem zentral im oberen Bereich der Schicht 1 auftreffenden Schlag: Die Luft strömt dabei beidseits über den drosselartigen Übergangsbereich 4 aus den Hohlräumen 2 in die Sammelräume 3 und über die Schläuche 5 hin zur Öffnung 12, wo sie in die Umgebung ausströmt. Im Bereich der Öffnung 12 sind auch die Mittel 6 zur Messung der Strömung angeordnet, wobei diese Anordnung bewirkt, daß zentral alle auftretenden Strömungen gemessen werden können.
Fig. 4 zeigt die Mittel 6 zur Messung der Strömung im Detail. Wesentlich ist der temperaturabhängige Widerstand 13, an den eine Gleichspannung angelegt ist. Er befindet sich direkt im Luftstrom, der durch den zu messenden Schlag entsteht und wird da- durch kurzzeitig abgekühlt. Der temperaturabhängige Widerstand 13 erfährt dadurch eine Änderung seines elektrischen Widerstands, der entstehende Spannungsabfall wird einem Operationsverstärker 14 zugeführt. Beim temperaturabhängigen Widerstand 13 handelt es sich um einen Mikro-Thermistor, dessen Widerstandsintervall in etwa zwischen 10 Ohm und 20 Ohm liegt. Der Hilfswiderstand 16 dient als Spannungsteiler.
Der Operationsverstärker 14 ist an einen Mikro-Prozessor 15 angeschlossen, der aus dem gemessenen Spannungsimpuls die gewünschten Meßparameter (Schwellwerte, Anstiegszeiten, spektrale Leistungsdichte) extrahiert. Liegt ein gültiger Treffer vor, wird die entsprechende Information an einen Funksender 7 weitergeleitet, der die Meßwerte zu einer Anzeigeeinrichtung überträgt. Über die Gegenkopplung 17 wird weiters eine Temperaturkompensation erzielt, sodaß die Schaltung unabhängig von der jeweiligen Umgebungstemperatur arbeitet.
Die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung mögliche kontinuierliche Messung erlaubt auch den Abgleich der Meßeinrichtungen vor einem Kampf. Dies kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn die Porosität des die Hohlräume umgebenden Kunststoffes leicht unterschiedlich ist. Zum Abgleich werden beide Westen einem Normschlag aus- gesetzt, wobei die gemessenen Signale anschließend über einen Korrekturfaktor gleichgesetzt werden.
Abschließend sei angeführt, daß sich die erfindungsgemäße Meßeinrichtung für ein breites Anwendungsspektrum eignet. Die beschriebene Weste kann beispielsweise auch von Fechtern getragen werden, wobei die zu messenden Kräfte in diesem Fall von Treffern der Fechtwaffe herrühren. Die Einlageschicht zur Messung der einwirkenden Kräfte kann darüberhinaus nicht nur in Schutzwesten, sondern auch in Kopfschützer, Boxhandschuhe, Sandsäcke und Schlagpolster aller Art eingebaut werden. Darüberhinaus ist es sogar vorstellbar, die erfindungsgemäße Meßeinrichtung bei weiteren Sporteinrichtungen einzusetzen, bei denen eine Kraftmessung erwünscht ist. So stellen Einlagsohlen für Laufschuhe, Meßwände für Tennisanlagen sowie Kraftmeßschichten an Ruderblättern denkbare Anwendungsgebiete dar.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Meßeinrichtung für Schläge bzw. Treffer bei Kampfsportarten, insbesondere Meßweste (10) für Taekwondo, mit zumindest einem gasgefüllten, komprimierbaren Hohlraum (2), der eine Öffnung (12) aufweist, durch die das Gas bei Kompression des Hohlraumes (2) durch einwirkende Schläge bzw. Treffer in die Umgebung ausströmt, wobei Mittel (6) zur Messung der Strömung des Gases vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (6) zur Messung der Strömung einen temperaturabhängigen Widerstand (13) umfassen.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (13) vorgeheizt ist und durch das vorbeiströmende Gas abgekühlt wird.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsintervall des temperaturabhängigen Widerstandes (13) unterhalb von 50 Ohm liegt.
4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hohlraum (2) in einer Schicht (1) aus gut rückstellendem
Kunststoff, insbesondere Polyurethan angeordnet ist.
5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl vorzugsweise miteinander verbundener Hohlräume (2) vorgesehen ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (2) in zumindest einen Sammelraum (3) münden.
7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (2) im Übergangsbereich (4) zum Sammelraum (3) einen drosselartig verkleinerten Querschnitt aufweisen. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlräumen (2) vor und nach der Krafteinwirkung durch Schläge bzw. Treffer annähernd Umgebungsdruck herrscht.
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