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11.01.2018

Hochpräzises Kräftemessen für den perfekten Schuss

Die Trainingskontrolle per Sensorik zieht im Leistungssport immer weitere Kreise

Jan Lochbihler ist mehrfacher Europa- und Weltmeister und seit Ende 2016 Profisportler im Schweizer Nationalkader. In Studien mit hochauflösenden Kraft-Momenten-Sensoren von Schunk hat sich gezeigt, dass es einen engen Zusammenhang zwischen der Streuung der Kraftwerte an der Schulter und dem Ergebnis gibt. Für die Studien wurden einzelne Gewehre mit einem speziellen Leichtbau-Schaft ausgerüstet, um die Sensoren zu integrieren. | © Schunk

Über Minuten, manchmal auch über Stunden hinweg verharrt der Schweizer Olympiaschütze Jan Lochbihler beim Training in stoischer Ruhe, konzentriert sich allein auf den eigenen Atem und das mit bloßem Auge kaum erkennbare Ziel. Mit maximaler Köperbeherrschung sucht der durchtrainierte Athlet den entscheidenden Moment, bis er regungslos den Abzug drückt – und trifft. Hochauflösende Sensoren im Gewehr erfassen in sechs Achsen sämtliche Kräfte, die vor, während und nach dem Schuss auf das Sportgerät wirken. Jeden Pulsschlag der Halsschlagader, jede noch so geringe Unruhe, die die Position oder Lage der Luftdruckwaffe beeinflussen, werden unaufhörlich am Kontrollmonitor protokolliert. Das Ziel ist der perfekte Schuss. Immer und immer wieder.

Ziel von der Größe eines Stecknadelkopfs

75 lange Minuten dauert in der Disziplin „10 Meter Luftgewehr“ ein olympischer Wettkampf. Für Jan Lochbihler heißt das, 75 Minuten annähernd regungslos stehen, um in dieser Zeit 60 Schuss auf einen zehn Meter entfernten Zielkreis mit 0,5 Millimetern Durchmesser abzugeben. 0,5 Millimeter – knapp so groß wie der Kopf einer Stecknadel.

In der Liga, in der Jan Lochbihler schießt, trifft jeder die Zehn. Jedes Mal. Die Zehn ist bei Olympischen Spielen, Welt- und Europameisterschaften längst nicht mehr das Ziel. Hier geht es ausschließlich um die Nachkommastellen, im besten Fall um die 10,9, und zugleich darum, sich in der kompletten Serie keinen einzigen Ausrutscher zu erlauben. Schwere Hosen, Jacken und Schuhe sorgen für einen stabilen Stand; genormte Stirnbänder mit Abdeckscheiben für das Auge für klare Sicht; feinst ausgebildete Muskulatur für ein ruckfreies Verharren in der Nullposition; und ein computergestütztes Videotracking des anvisierten Ziels für maximale Transparenz vor, beim und nach dem Schuss.

An der Uni Bern geht man noch weiter: Hochauflösende, industrielle Kraft-Momenten-Sensoren, die vor allem in der Robotik, mittlerweile aber auch zunehmend in der Medizin und Reha-Technik zum Einsatz kommen, sollen Licht in das Kräftespiel am Gewehrschaft bringen.

Technologische Anleihe beim Maschinenbau

Der Sportwissenschaftler Dr. Ralf Kredel, hier im Labor für Sensomotorik der Uni Bern, sieht im Einsatz hochauflösender Kraft-Momenten-Sensoren gute Ansatzpunkte sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die angewandte Wissenschaft. | © Schunk

„Die grundlegende Frage des Projekts war, wie man einen Präzisionssport wie das Sportschießen noch weiter optimieren kann“, erläutert Projektleiter Dr. Ralf Kredel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Sportwissenschaft der Universität Bern. „Und zwar unter Berücksichtigung des menschlichen Körpers, der ein redundantes System darstellt und eben nicht die Präzision einer Maschine aufweist.“

Dass gerade der Maschinenbau hier einen wichtigen Beitrag leisten kann, mag auf den ersten Blick verwundern. Bei genauerem Hinsehen wird deutlich, dass beide, Mensch und Maschine, längst einen Annäherungskurs fahren. Spätestens seit dem Boom der Service- und Assistenzrobotik verschwimmen die Grenzen zwischen beiden.

Aus dem abgegrenzten Nebeneinander wird ein Miteinander. Jeder macht genau das, was er am besten kann und wird dabei vom Gegenüber, im Fall des Schweizer Olympiateams, vom Sensor unterstützt. Letzterer verleiht schon seit längerem industriell eingesetzten Robotern das immer häufiger notwendige Fingerspitzengefühl. Weshalb also nicht den Spieß umdrehen und den Fingerspitzen der Schützen den technologischen Vorteil der Maschine angedeihen lassen?

Kraft-Momenten-Sensoren mit hoher Auflösung

Der Sensor in der Backenauflage detektiert, welche Kräfte und Momente an der Kontaktfläche zwischen Kopf und Gewehr wirken. | © Schunk

Insgesamt 16 Größen für Lastmessbereiche zwischen 12 N und 40.000 N umfasst die Schunk FT Baureihe. Mit ihnen lassen sich bei den Kraftkomponenten Fx, Fy und Fz Auflösungen bereits ab 1/320 N und bei den Momenten-Komponenten Mx, My und Mz Auflösungen bereits ab 1/64.000 Nm erfassen. Während herkömmliche Kraft-Momenten-Sensoren mit Folienmesstreifen arbeiten, sind die FT Sensoren von Schunk durchgängig mit Silizium-Dehnmessstreifen ausgestattet. Diese liefern ein 75-mal stärkeres Signal als konventionelle Sensorlösungen, sie verfügen über einen linearen Messbereich und reduzieren das Signalrauschen auf nahezu Null. In Verbindung mit dem serienmäßig integrierten Temperaturausgleich bleibt die hohe Messgenauigkeit im Prozessverlauf auch über eine große Temperaturspanne hinweg erhalten. Schunk FT Sensoren ermöglichen eine dezentrale Intelligenz in der einzelnen Aufgabe und eignen sich zur Überwachung von Prozessparametern, zur dezentralen Qualitätssicherung und zur Dokumentation von Qualitätskriterien.


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Unternehmensinformation

Schunk GmbH & Co. KG Spann- und Greiftechnik

Bahnhofstr. 106-134
DE 74348 Lauffen (am Neckar)
Tel.: 07133 103-0
Fax: 07133 103-2160

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