WO2008055279A1

WO2008055279A1 - Messeinrichtung zur erfassung und bewertung eines schlages

Info

Publication number: WO2008055279A1
Application number: PCT/AT2007/000504
Authority: WO
Inventors: Andreas Oberleitner
Original assignee: Austrian Research Centers Gmbh - Arc
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2008-05-15
Also published as: AT504851A1; US20100307222A1; AT504851B1; EP2086650A1; DE502007003546D1; ATE464938T1; US8333104B2; EP2086650B1

Abstract

Messeinrichtung zur Erfassung und Bewertung eines Schlages, Stoßes od. dgl. umfassend eine Trefferfläche (2), auf die der zu bewertende Schlag, Stoß bzw. Impuls auftrifft, Mittel zur wertmäßigen Erfassung der dadurch auf die Trefferfläche einwirkenden Kraft bzw. zumindest einen Kraftsensor (6), Mittel zur wertmäßigen Erfassung der dadurch auf die Trefferfläche einwirkenden Beschleunigung bzw. zumindest einen Beschleunigungssensor (7), sowie eine Auswertungseinheit (9) zur Verarbeitung der ermittelten Kraft- und Beschleunigungswerte.

Description

Messeinrichtung zur Erfassung und Bewertung eines Schlages

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung gemäß Anspruch 1.

Im Kampfsport, insbesondere in Vollkontakt-Sportarten und in der Selbstverteidigung, ist man bestrebt, durch körperliches Training die „Schlagwirkung" zu erhöhen. Neben der physiologischen, psychologischen und taktischen

Wirkungskomponente ist die physikalische Komponente, d.h. physikalische Parameter, wie z.B. die Kraft, der Hauptaspekt zur Beurteilung der Schlagwirkung. Die Schlagwirkung selbst beschreibt im Prinzip die Übertragung von Energie in diesem Stoßprozess. Es handelt sich dabei um dynamische Prozesse, da die Person den Schlag unmittelbar vor, während und nach dem Treffer beeinflusst, beispielsweise durch Körpereinsatz, Beeinflussung der Kontaktzeiten etc. Zudem beeinflusst bei mobilen Lösungen auch die Person, die hält, die Trefferwirkung. Die gleichzeitige Berücksichtigung von Kraft, Zeit und Weg bzw. Schlagtiefe wird zur Ermittlung der sogenannten Schockkraft, d.h. einer über einen sehr kurzen Zeitraum wirkenden sehr hohen Kraft, verwendet.

Kräfte in der Biomechanik werden hauptsächlich über Kraftmessplatten gemessen. Solche Platten sind fest mit einem Bezugssystem verbunden d.h. an einer starren Wand befestigt und messen die Krafteinwirkung auf diese starre Platte. Solche Systeme können jedoch in der Biomechanik nur bei statischen oder quasi-statischen Kräften, d.h. bei langsamen Änderungen der Kraft bzw. bei kleinen Kräften sinnvoll eingesetzt werden, da Schläge mit großer Kraft und großer Beschleunigung auf eine solche starre Platte verletzungsgefährlich sind. Außerdem können solche Systeme bei Messungen eingesetzt werden, wo sich der die Kraft ausübende Körper von der Platte wegbewegt, z.B. bei Sprungkraftmessung. Daher sind solche Systeme zur Schlagkraftmessung nur bedingt bis gar nicht tauglich. Zudem sind solche Systeme sehr teuer in der Anschaffung, und meist nicht mobil, sondern setzen die Montage an einem unbeweglichen, starren und massereichen Körper, z.B. einer Wand voraus.

Die direkte Anwendung solcher Messaufnehmer in einem Hand-Held-Gerät ist daher nicht möglich (bewegliches, nicht reproduzierbar nachgiebiges Ziel) und erfordert eine Berücksichtigung von Kraft- und kinetischen Parametern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht erstmals die Ermittlung der für den Schlagprozess wesentlichen, zum Teil nicht direkt messbaren Kenngrößen. Die Realisierung erfolgt gemäß den Patentansprüchen.

Speziell für den Kampfsport gibt es bereits einige Ansätze, um Trainingsfortschritte bezüglich der Schlagkraft zu objektivieren. Diese sind aber entweder in starren

Konstruktionen untergebracht, was die Verletzungsgefahr massiv erhöht, oder es werden nur vereinzelte, bedingt aussagekräftige Parameter ermittelt. Beispielsweise fehlt die Ermittlung der „Schlagwirkung", d.h. Energieübertragung und deren Zeitverlauf.

So sind beispielsweise aus der GB 2 372 220, der DE 20001615 U1 oder der EP 1

221 333 fix an Wänden befestigbare Messplatten bekannt. Nachteilig sind dabei die oben beschriebenen Verletzungsgefahren durch Schläge gegen ein starres Hindernis. Zudem simuliert ein nachgebendes Ziel besser die Realsituation eines Treffers z.B. auf einen

Körper.

Es ist aus dem Stand der Technik weiters bekannt, die Kraft eines Schlages oder die Beschleunigung des Schlages zu messen. So wird beispielsweise in der DE 103 23 348 A1 ein Boxsack mit integriertem

Beschleunigungssensor beschrieben. Aus der US 6,611 ,782 ist eine Messeinrichtung für die Schlagwirkung bekannt, bei dem ein Kraftsensor eingesetzt wird. Auch die oben erwähnten Messplatten messen entweder nur die Kraft des Schlages oder dessen Beschleunigung. Alle weiteren notwendigen Parameter werden dann aus dieser Größe hergeleitet.

Eine derartige Messung von nur einer Größe, also von der Kraft oder der Beschleunigung, funktioniert aber nur bei konstanter bekannter Masse, wie dies beispielsweise bei fix montierten Messplatten bekannt ist und ist daher für eine „Hand- Held-Funktion", bei der die Messeinrichtung in der Hand gehalten wird, nicht geeignet. Zwar sind ähnliche Hand-Held-Geräte, beispielsweise aus der US 3270 564 oder der US 6441 745 B1 bei Golf- oder Tennisschlägern bekannt, allerdings wird auch hier entweder nur die Kraft oder die Beschleunigung gemessen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache und leichte Messeinrichtung zu schaffen, mit der die Schlagwirkung gemessen und beurteilt werden kann. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung die Messeinrichtung konstruktiv so zu gestalten, dass diese als in der Hand haltbares Hand-Held-Gerät einsetzbar ist, das vor allem im Training für Kampfsportarten ohne Verletzungsgefahr eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung beschreibt in vorteilhafterweise ein tragbares Hand-Held-Gerät, das sowohl die Kraft als auch die Beschleunigung, beispielsweise eines Schlages, misst und auch wertmäßig erfasst und daraus die beeinflusste Masse, Geschwindigkeit, Weg, Impuls, übertragene Energie und Leistung ermittelt. Dies sind aussagekräftige Parameter zur Beurteilung der Wirkung einer Schlagbewegung. Durch die wertmäßige Erfassung beider Parameter, nämlich der Kraft und der Beschleunigung, wird die Messeinrichtung masseunabhängig und somit Hand-Held-tauglich. Zur Messung der Kraft und der Beschleunigung werden Sensoren direkt im Gerät untergebracht. Ein Controllersystem übernimmt die restliche Verarbeitung. Die Anordnung der Kraft- und Beschleunigungssensoren direkt im Schlagpolster selbst ermöglicht einen absolut trainingsalltagstauglichen Einsatz ohne Verletzungsgefahr. Es sind keine Vorbereitungen notwendig um die Messungen durchzuführen, dies führt zu einer „Plug- and-Play"-Funktion. Zudem sind die Herstellungskosten im Vergleich zu anderen Geräten sehr gering. Das Hilfsmittel kann, wie es im Training üblich ist, von einem Trainingspartner gehalten werden und muss nicht auf einen Träger oder eine Wand montiert werden, was zudem die Verletzungsgefahr erheblich verringert. Die Anzahl der direkt gemessenen Parameter ist mit der Kraft und der

Beschleunigung höher als bei bekannten Vorrichtungen, die nur eine einzige Größe ermitteln und das System ist somit aussagekräftiger. Es werden somit primär die Kraft und die Beschleunigung erfasst. Daraus lässt sich durch physikalische Zusammenhänge eine Vielzahl an weiteren Parametern ermitteln. Neben den primären, an sich schon wichtigen Parametern Kraft und Beschleunigung können in weiterer Folge die Geschwindigkeit, Weg, Impuls, übertragene Energie, Leistung berechnet werden. Diese Parameter sind essentiell für die Beurteilung des Schlages und dessen Wirkung, da diese im Training die durch die Bewegungstechnik eigentlich zu optimierenden Größen darstellen.

Es wird eine zeit- bzw. wegabhängige "Pseudo-Trägheitsmasse" angenommen, die die Effekte der echten Trägheitsmasse, d.h. des Systems Schlagpolster-Haltearm und der zusätzlich auftretenden Widerstandskräfte, d.h. der zusätzlichen Muskelkräfte des Haltearms, vereint. Diese Größe ist bei anderen, eindimensionalen Messsystemen nicht ermittelbar, wodurch die oben genannten Werte nicht bestimmt werden können. Diese "Pseudo-Trägheitsmasse" wird zu jedem Zeitpunkt gemäß der Abtastrate neu ermittelt, wodurch bei der Anwendung der schon erwähnten physikalischen Zusammenhänge, z.B. der Ermittlung der Energie, des Impulses etc., von der Kenntnis der Masse und der Widerstandskräfte unabhängig gemacht werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt. Die vorteilhafte Anordnung der Sensoren gemäß Anspruch 2 gewährleistet, dass die durch allfällige Treffer ausgelösten Kräfte bzw. Impulse leicht und gut messbar sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Messeinrichtung sind durch die Merkmale des Anspruches 3 gegeben. So ist es möglich, verschiedene Leistungsparameter in verschiedenen Sportarten zu messen, um die Leistung des Athleten objektiv zu beurteilen und zu optimieren.

Um Verletzungsgefahren zu vermeiden und eine effektive Anordnung der Sensoren zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 4 vorzusehen. Vorteilhaft einsetzbare Kraftsensoren werden durch die Merkmale des Anspruches 5 gegeben.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 6 vorzusehen, da dadurch eine gute Kraftmessung bewerkstelligt werden kann.

Eine vorteilhafte Art von Beschleunigungssensoren, mit der die Beschleunigungen gut und reproduzierbar messbar sind, wird durch die Merkmale des Anspruches 7 gegeben.

Die Beschleunigungssensoren können gemäß den Ansprüchen 8 bis 10 in vorteilhafter Weise auf der Messeinrichtung bzw. Trefferfläche angeordnet werden.

Dadurch ist es möglich, die Beschleunigung eines Schlages oder eines Stoßes bestmöglich auszuwerten bzw. zu analysieren, auch wenn der Treffer nicht jedes Mal auf derselben Stelle der Trefferfläche erfolgt bzw. etwas dezentral platziert ist. Die Anordnung der Beschleunigungssensoren gemäß diesen Ansprüchen gewährleistet auch eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse.

Die Merkmale der Ansprüche 11 bis 14 beschreiben vorteilhafte Anordnungen und Ausgestaltungen der Kraftsensoren. Dadurch wird es möglich, die Kräfte, die auf die Trefferfläche einwirken, möglichst reproduzierbar und gut zu messen und ebenfalls eine hohe Genauigkeit in relativer Unabhängigkeit von der Position des Treffers zu erreichen. Insbesondere durch die Merkmale der Ansprüche 12 bis 14 kann dies besonders vorteilhaft erreicht werden.

Eine alternativ ausgestaltete Trefferfläche, die insbesondere bei Hand Mitts mit einem Handgriff eingesetzt wird, ist gemäß Anspruch 15 ausgestaltet.

Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung von Kraftsensoren ist vorteilhafterweise gemäß den Merkmalen des Anspruches 16 gegeben.

Die Merkmale des Anspruches 17 gewährleisten eine vielfältige Auswertbarkeit der Ergebnisse.

Im Anspruch 18 wird ein Trainingsgerät beschrieben, das eine erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst, mit dem in verschiedenen Sportarten aktive oder passive Stoß- oder Schlagprozesse analysiert werden können. Die Messeinrichtung ist somit vielfältig einsetzbar.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Fig.1 zeigt die Rückseite einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung in Form eines

Coaching Mitts.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht gemäß Fig. 1. Fig. 4 zeigt die Anordnung der Kraftsensoren und der Beschleunigungssensoren der Messeinrichtung im inneren des Coaching Mitts.

Fig. 5 zeigt die Anwendung der Messeinrichtung in Form eines Coaching Mitts.

Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in Form eines Hand Mitts.

Fig. 7 zeigt die Kraftsensoren und die Beschleunigungssensoren des Hand Mitts gemäß Fig. 6.

Fig. 8 zeigt die Anwendung des Hand Mitts.

Fig. 9 zeigt Anordnungsmöglichkeiten für Beschleunigungssensoren.

Fig. 10 zeigt Anordnungsmöglichkeiten für Kraftsensoren.

In den Zeichnungen sind zwei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 dargestellt. In den Fig. 1 bis 5 wird ein sogenanntes Coaching Mitt beschrieben, in den Fig. 6 bis 8 ein so genanntes Hand Mitt.

Als Coaching Mitt wird ein Trainingsgerät bezeichnet, das insbesondere für das

Training von Kampfsporttechniken eingesetzt wird. Ein derartiges Coaching Mitt wird wie ein Handschuh angezogen bzw. an der Hand oder Unterarm 5 befestigt. In Fig. 1 und Fig. 2 ist die Befestigung an einer Hand 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die

Hand 5 über eine Halterung 3 am Unterarm und eine Halterung 4 an der Handfläche mit dem Coaching Mitt 1 verbunden. Auf der der Hand 5 gegenüberliegenden Seite der

Messeinrichtung bzw. des Coaching Mitts 1 ist eine Trefferfläche 2 ausgebildet, die den zu erwartenden Schlag oder Tritt aufnimmt bzw. auf die der Schlag oder Tritt einwirkt. In Fig. 5 wird die Anwendung des Coaching Mitts 1 gezeigt. Die in Fig. 5 rechte

Person hält das Coaching Mitt 1 in der Hand 5 mit der Trefferfläche 2 einer linken zweiten

Person, dem Trainierenden, zugewendet. Diese schlägt auf die Trefferfläche 2 ein. Der

Schlagvektor geht somit durch den haltenden Körperteil, das heißt z.B. durch die Hand 5, der rechten Person hindurch. Ein derartiges Coaching Mitt 1 wird vor allem dann verwendet, wenn es erforderlich ist, den Schlägen mehr Widerstand entgegensetzen zu können.

Trifft ein Schlag die Trefferfläche 2, wird das Coaching Mitt 1 in einer kreisbogenförmigen Bahn von seiner Ausgangsposition nach rechts in eine Endposition gedrückt. Als Drehachse bzw. Drehmittelpunkt wirkt dabei, wie in Fig. 5 dargestellt, der Ellbogen der rechten Person. Durch diese Bewegung des Coaching Mitts 1 wird eine Bewegungsebene definiert. Diese Bewegungsebene verläuft durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Ausgangsposition, durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Endposition sowie durch den Drehmittelpunkt bzw. den Ellbogen. In Fig. 5 ist die Bewegungsebene senkrecht zum Boden ausgerichtet.

Fig. 3 zeigt das Coaching Mitt 1 von vorne, wobei die Vorderseite durch eine schmutz- und feuchtigkeitsabweisende Abdeckung geschützt ist. In Fig. 4 wird das Coaching Mitt mit abgenommener Abdeckung gezeigt, wobei die

Anordnung der Sensoren 6,7 der Messeinrichtung 1 erkennbar ist. Es sind bei dieser Ausführungsform drei Kraftsensoren 6 vorgesehen, die als kapazitive, induktive, piezo- oder FSR-Kraftsensoren ausgebildet sind. Die drei Kraftsensoren 6 sind kreisringförmig um den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 angeordnet und bedecken nahezu die gesamte Trefferfläche 2 vollflächig.

Außerdem sind zwei Beschleunigungssensoren 7 auf der Trefferfläche 2 angeordnet, die auf einer vertikalen, insbesondere lotrechten, Linie in der durch den Schlag bewirkten voraussichtlichen Bewegungsebene des Coaching Mitts 1 bezüglich der Drehachse bzw. dem Drehmittelpunkt, d.h. in diesem Fall dem Ellbogen, angeordnet sind. Die beiden Beschleunigungssensoren 7 liegen beide im gleichen Abstand und diametral zum Mittelpunkt der Trefferfläche 2.

In den Fig. 6 bis 8 wird eine weitere Ausführungsform einer Messeinrichtung 1 dargestellt, die in Form eines Hand Mitts ausgestaltet ist. Ein derartiges Hand Mitt 1 wird, wie in Fig. 8 ersichtlich, von einem Trainingspartner wie ein Schläger gehalten. Die in Fig. 8 dargestellte linke Person, der Trainierende, schlägt auf die Trefferfläche 2 des Hand Mitts 1 ein. Der Schlagvektor geht im Unterschied zum Coaching Mitt 1 nicht durch den haltenden Körperteil, das heißt die Hand 5, durch, sondern nur durch die Trefferfläche 2. Ein derartiges Hand Mitt 1 wird vor allem dann verwendet, wenn ein Ziel mit weniger Widerstand geboten werden soll, um größere Beschleunigungen bzw. Geschwindigkeiten zu erreichen.

Trifft ein Schlag die Trefferfläche 2, wird das Hand Mitt 1 wie auch das Coaching Mitt 1 gemäß Fig. 5 in einer kreisbogenförmigen Bahn von seiner Ausgangsposition nach rechts in eine Endposition gedrückt. Als Drehachse bzw. Drehmittelpunkt wirkt dabei aber nicht der Ellbogen, sondern eher das Schultergelenk der rechte Person. Durch diese Bewegung des Hand Mitts 1 wird eine Bewegungsebene definiert. Diese Bewegungsebene verläuft durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Ausgangsposition des Hand Mitts 1 , durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Endposition sowie durch den Drehmittelpunkt bzw. das Schultergelenk. In Fig. 5 ist die Bewegungsebene schräg bzw. nahezu horizontal zum Boden ausgerichtet.

In Fig. 6 wird der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Hand Mitts 1 dargestellt, wobei ein Handgriff 8 vorgesehen ist, an den sich die Trefferfläche 2 anschließt. Die Trefferfläche 2 bei dieser in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist nicht kreisförmig oder oval ausgestaltet, sondern hat eine eher längliche Grundform. Bei anders gestalteten Hand Mitts 1 kann die Trefferfläche 2 auch kreisförmig oder oval ausgestaltet sein.

In Fig. 7 wird die Trefferfläche 2 der Fig. 6 in Detailansicht dargestellt. Die Trefferfläche 2 ist in zwei Bereiche unterteilt, und zwar in einen rechten Teilbereich, der im wesentlichen Kreisform oder eine ovale Grundfläche aufweist, und einen linken im Wesentlichen dreieckigen Teilbereich nahe dem Haltegriff 8.

Im rechten Teilbereich sind drei Kraftsensoren 6 angeordnet, die ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 als konzentrische Kreisringe um einen Mittelpunkt des rechten Teilbereichs der Trefferfläche 2 angeordnet sind. Auch in dieser Ausführungsform sind die Kraftsensoren 6 flächig ausgebildet.

Ein weiterer Kraftsensor 6 ist im linken Teilbereich der Trefferfläche 2 angeordnet und stellt eine im Wesentlichen dreieckige Grundfläche dar.

Außerdem sind zwei Beschleunigungssensoren 7 auf der Trefferfläche 2 angeordnet, die in einer geraden Linie, insbesondere in einer Verlängerung des Handgriffes 8, in der durch den Schlag voraussichtlich bewirkten Bewegungsebene bezüglich der Drehachse bzw. dem Drehmittelpunkt angeordnet sind. Die beiden Bewegungssensoren 7 können in gleichem Abstand und/oder diametral zum Mittelpunkt des rechten Teiles der Trefferfläche 2 angeordnet sein. Weitere Anordnungsmöglichkeiten für die Kraftsensoren 6 und die

Beschleunigungssensoren 7 sind in Fig. 9 und 10 dargestellt.

Als Kraftsensoren 6 können kapazitive Aufnehmer, bei denen eine auf sie einwirkende Kraft eine Abstandsänderung eines Plattenkondensators und dadurch eine Änderung in der Kapazität und Impedanz bewirkt, eingesetzt werden, es sind aber auch induktive Aufnehmer, die nach dem Tauchspulenprinzip oder über Hallsensoren arbeiten, denkbar. Weiters sind auch sogenannte FSR (Force Sensing Resistance bzw. Force Sensitive Resistor) Sensoren möglich, bei denen sich der Widerstandswert durch die Krafteinwirkung ändert, bzw. Folien, welche durch den Piezo-Effekt Spannungen proportional zur mechanischen Einwirkung erzeugen.

Als Beschleunigungssensoren werden vorteilhafter Weise MEMS (Micro Electro Mechanical System) Sensoren eingesetzt. Diese zeichnen sich durch weite Messbereiche, gute Linearität sowie ihre kleine und robuste Bauform aus.

Bei der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 werden somit zwei Parameter, nämlich einerseits die konkreten Kraftwerte und andererseits die konkreten Beschleunigungswerte, direkt ermittelt. Somit wird das System aussagekräftiger, da zudem aus einem einzigen Parameter bei mobiler Anwendung nicht die weiteren interessanten Größen abgeleitet werden. Auch wird die Messeinrichtung 1 dadurch masseunabhängig und eignet sich zur Verwendung als Hand-Held-Gerät, was für Trainingsgeräte vorteilhaft ist. Die Kraftwerte und die Beschleunigungswerte werden demgemäß wertmäßig erfasst und die konkreten Werte fließen in die Auswertung und die Berechung der Kenngrößen zur qualitativen Bewertung des Schlages, wie z.B. der Leistung, etc. ein. Es wird mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 somit nicht lediglich festgestellt, ob eine gewisse threshhold bzw. ein bestimmter Grenzwert überschritten wird, beispielsweise ob der Schlag eine gewisse Mindestkraft übersteigt und nur dann überhaupt erfasst wird.

Aus den ermittelten Werten der Kraft und der Beschleunigung werden durch bekannte physikalische Zusammenhänge eine Vielzahl an weiteren Parametern ermittelt, die eine Aussage über die Schlagqualität liefern. Neben den primären, an sich schon wichtigen Parametern Kraft und Beschleunigung können so Geschwindigkeit, Weg,

Impuls, übertragene Energie, Leistung berechnet werden:

Geschwindigkeit v(t) = / a(t) * dt (inklusive Ermittlung der Maximalgeschwindigkeit)

- Zurückgelegte Weglänge des Targets s(t) = 1 v(t) * dt = J Ja(t) dt² - Impuls p(t) = J F(t) * dt

- Übertragene Energie W(t) = F(t) * s(t) = F * a * t² = F(t) * JJa(t) dt^z

- Leistung P(t) = W(t) / 1 = F * a * t = F(t) * a(t) * dt

Zudem können die Zeitverhältnisse, beispielsweise das Verhältnis aus Kontakt- und Ausschwungzeit ermittelt werden. Dazu kann auch die beeinflusste Masse dm(t) = dF(t) / da(t), je nach Widerstand des Trainingspartners, berechnet werden

Weiters liegen alle Größen in ihrem Zeitverlauf vor, nicht nur beispielsweise als skalarer Maximaiwert. So können aus dem morphologischen Kurvenverlauf bzw. dem Profil wichtige Informationen über die Performance des ausgeführten Stoßes ermittelt werden.

Zusätzlich ist es auch durch die Verwendung mehrerer über die gesamte

Trefferfläche verteilter Sensoren möglich, die Ziel- und Treffergenauigkeit zu beurteilen.

Hierzu können verschiedene Algorithmen, z.B. Triangulation, verwendet werden. Bei entsprechender Auflösung, d.h. Anzahl der Kraftsensor-Areale, kann auch der Druck als Kraft pro Fläche des Areals ermittelt werden. Bei der Realisierung der Messeinrichtung 1 als Hand-Mitt können zwei Beschleunigungssensoren 7 im Gerät installiert werden, um auch Rotationsgeschwindigkeiten und Drehradien zu bestimmen.

Die Messeinrichtung 1 verfügt vorteilhafterweise über ein integriertes Display, auf dem die Ergebnisse dargestellt werden können. Zudem ist die Anbindung über eine

Datenschnittstelle (z.B. über Kabel, Funk, NFC, optische oder andere Methoden) an ein

Datenverarbeitungsgerät (beispielsweise PC, PDA, Mobiltelefon etc.) möglich, um

Ergebnisse anzuzeigen und in einer Datenbank zu speichern, um beispielsweise die

Leistungsdiagnostik zu unterstützen. Außerdem können auch ganze Trainingsprogramme und Vorgaben integriert werden.

Die Energieversorgung erfolgt vorzugsweise über integrierte Akkus, welche aufgeladen werden können, entweder herkömmlich oder über Aufnahme der Bewegungsenergie.

Die Umsetzung für andere Sportarten ist bei entsprechender Adaption ebenso möglich. Im Prinzip kann jedes Sportgerät, welches aktiv oder passiv an Stoßprozessen beteiligt ist, mit dem System ausgestattet werden, beispielsweise alle Sportarten, bei denen ein Spielobjekt durch einen Schläger oder einen Körperteil getroffen wird, wie z.B. Fußball, Volleyball, Tennis, Tischtennis, Baseball, Hockey, Eishockey, Golf, Cricket, Polo etc, wobei die Messeinrichtung 1 bzw. die Sensoren 6,7 im Schläger bzw. Körperteil (Bekleidung, z.B. Schuh, Handschuh) untergebracht bzw. am Schläger/Körperteil befestigt sind.

Die Messeinrichtung ist auch zur Diagnostik des Abwurfverhaltens für Sportarten einsetzbar, bei denen ein Objekt geworfen oder gestoßen wird, beispielsweise für Kugelstoßen, Speerwurf, Diskuswerfen etc.

Prinzipiell sind zwei Fälle zu unterscheiden: im ersten Fall trifft ein aktiver Teil (Körperteil, Schläger, Objekt) auf ein Trefferziel mit Messeinheit (z.B. Faust auf Mitt, Ball auf Handschuh, Schläger auf Ball). In diesem Fall erfolgt die Erfassung im Trefferziel, welches naturgemäß nicht starr verankert ist. Im zweiten Fall trifft ein bewegter, aktiver, mit der Messeinrichtung ausgestatteter Teil (Körperteil/Kleidungsstück, Schläger) auf ein Ziel (Ball, Objekt, etc.).

In beiden Fällen wird die Erfassung der Parameter durch die erfindungsgemäße Messanordnung überhaupt erst ermöglicht, da in allen Fällen bewegliche/bewegte Objekte zu betrachten sind, die teilweise mit einem Körperteil verbunden sind und insbesondere durch diese Kopplung zu dynamisch veränderlichen, durch bisherige Methoden nicht erfassbaren, Größen führen.

Claims

Patentansprüche:

1. Messeinrichtung zur Erfassung und Bewertung eines Schlages, Stoßes od. dgl. umfassend eine Trefferfläche (2), auf die der zu bewertende Schlag, Stoß bzw. Impuls auftrifft, oder mit der der zu bewertende Schlag, Stoß bzw. Impuls durchgeführt wird, Mittel zur wertmäßigen Erfassung der dadurch auf die Trefferfläche einwirkenden Kraft bzw. zumindest einen Kraftsensor (6), Mittel zur wertmäßigen Erfassung der dadurch auf die Trefferfläche einwirkenden Beschleunigung bzw. zumindest einen Beschleunigungssensor (7), sowie eine Auswertungseinheit (9) zur Verarbeitung der ermittelten Kraft- und Beschleunigungswerte.

2. Messeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kraftsensor (6) und mindestens ein Beschleunigungssensor (7) vorgesehen sind, die mit der Trefferfläche (2) in Wirkverbindung stehen bzw. auf oder hinter der Trefferfläche (2) angeordnet sind.

3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1) in Form eines Schlagpolsters, insbesondere eines Coaching Mitts oder eines Hand Mitts, eines Tennisschlägers, eines Golfschlägers od. dgl. ausgebildet ist bzw. damit in Wirkverbindung bzw. Wechselwirkung steht, wobei insbesondere die Oberfläche bzw. Schlagfläche des Schlagpolsters, des Tennisschlägers oder des Golfschlägers als Trefferfläche (2) ausgebildet ist.

4. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trefferfläche (2) im Wesentlichen kreisförmig oder oval ist.

5. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoren (6) als kapazitive, induktive oder FSR (Force Sensing Resistor) Sensoren ausgebildet sind.

6. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoren (6) als flächige Kraftsensoren (6) ausgebildet sind und insbesondere mindestens einen Großteil der bis die komplette Trefferfläche (2) bedecken.

7. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren (7) als MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) Sensoren ausgebildet sind.

8. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Beschleunigungssensor vorgesehen ist (7), der im bzw. nahe dem Mittelpunkt der Trefferfläche (2) bzw. zentral in Schlagrichtung hinter der Trefferfläche (2) angeordnet ist.

9. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Beschleunigungssensoren (7) vorgesehen sind, die auf einer Linie in der durch die Bewegung der Messeinrichtung (1) bzw. der Trefferfläche (2) definierten Bewegungsebene, welche Bewegungsebene durch den Mittelpunkt der Trefferfläche (2) in der Ausgangsposition, den Mittelpunkt der Trefferfläche (2) in der Endposition und den Drehmittelpunkt, um den die Messeinrichtung (1) im Gebrauch bewegt wird, insbesondere einen Ellbogen od. dgl., definiert ist, vorzugsweise äquidistant und/oder diametral zum Mittelpunkt der Trefferfläche (2), insbesondere in einer Verlängerung eines Handgriffes (8), angeordnet sind.

10. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Beschleunigungssensoren (7) auf der Trefferfläche (2) vorgesehen sind, die eine Ebene aufspannen, die normal zum Schlagvektor liegt, und in dieser Ebene, insbesondere linear unabhängig, vorzugsweise äquidistant zum Mittelpunkt der Trefferfläche (7), vorzugsweise in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.

11. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Kraftsensor (6) vorgesehen ist, der als flächiger, insbesondere kapazitiver, Kraftsensor (6) ausgebildet ist, der die Trefferfläche (2) vorzugsweise möglichst vollständig bedeckt.

12. Messeinrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (6) kreisringförmig um den Mittelpunkt der, insbesondere annähernd kreisförmigen oder ovalen, Trefferfläche (2) angeordnet ist.

13. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei kreisringförmige Kraftsensoren (6) vorgesehen sind, die konzentrisch um den Mittelpunkt der, insbesondere annähernd kreisförmigen oder ovalen, Trefferfläche (2) angeordnet sind.

14. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmigen Kraftsensoren (6) eine Ringbreite von mindestens 10 mm aufweisen.

15. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trefferfläche (2) eine von der Kreisform oder der ovalen Form abweichende Ausgestaltung hat, wobei ein kreisförmiger oder ovaler erster Teilabschnitt und ein die übrige Trefferfläche (2) bildender zweiter Teilabschnitt ausgebildet sind, wobei in jedem Teilabschnitt zumindest ein Kraftsensor (6) vorgesehen ist, wobei der Kraftsensor (6) im ersten Teilabschnitt vorzugsweise gemäß den Merkmalen der Ansprüche x-y angeordnet ist.

16. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei punktuelle, insbesondere FSR-, Kraftsensoren (6) vorgesehen sind, die in einer gemeinsamen normal zur Schlagrichtung ausgerichteten Ebene, insbesondere linear unabhängig, äquidistant zum Mittelpunkt der Trefferfläche (2) und/oder mit gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.

17. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswertungseinheit (9) zumindest die Geschwindigkeit, der Weg, der Impuls, die übertragene Energie, die Leistung und weitere Kenngrößen zur qualitativen Beurteilung des Schlages bzw. Stoßes berechenbar ist.

18. Trainingsgerät, das aktiv oder passiv an Stoß- bzw. Schlagprozessen beteiligt ist, beispielsweise Schläger, Schlagpolster etc., mit einer Messeinrichtung (1) nach einem der

Ansprüche 1 bis 17.