Masterarbeit
Sprungkrafttrainingsprogramm auf Basis der
Kraft-Geschwindigkeits-Relation
zur Erlangung des akademischen Grades
Master of Science
am Institut für Sportwissenschaft
der Karl-Franzens-Universität Graz
verfasst von
Patrick Ladler, BSc
Begutachter:
Univ.-Prof. Mag. Dr.rer.nat. Markus Tilp
Graz, Februar 2019
Ehrenwörtliche Erklärung
Ich erkläre ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne fremde
Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen nicht benutzt und die den Quellen
wörtlich oder inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe. Die Arbeit
wurde bisher in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen inländischen oder
ausländischen Prüfungsbehörde vorgelegt und auch noch nicht veröffentlicht. Die
vorliegende Fassung entspricht der eingereichten elektronischen Version.
Datum:
Unterschrift:
~1~
Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung ............................................................................................................................................. 4
Abstract ................................................................................................................................................... 5
1
Einleitung ......................................................................................................................................... 6
2
Biomechanik .................................................................................................................................... 8
2.1
Definition ................................................................................................................................. 8
2.2
Anwendung im Sport ............................................................................................................... 8
2.3
Mechanische Grundlagen der Biomechanik.......................................................................... 12
2.3.1
Kinematische Grundlagen ............................................................................................. 13
2.3.2
Dynamische Grundlagen ............................................................................................... 15
2.4
3
Biomechanische Messverfahren ........................................................................................... 18
2.4.1
Grundbegriffe des Messens........................................................................................... 18
2.4.2
Eigenschaften von Messverfahren ................................................................................ 18
2.4.3
Einteilung der biomechanischen Messverfahren .......................................................... 19
2.4.3.1
Dynamometrie........................................................................................................... 20
2.4.3.2
Kinemetrie ................................................................................................................. 21
2.4.3.3
Biomechanische Anthropometrie ............................................................................. 21
2.4.3.4
Elektromyografie ....................................................................................................... 21
2.4.4
Kraftmessung mit Kraftmessplatten.............................................................................. 22
2.4.5
Ermittlung der Sprunghöhe mit Kraftmessplatten ........................................................ 23
Kraft-Geschwindigkeits-Relation ................................................................................................... 26
3.1
Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei isolierten Muskeln und eingelenkigen Bewegungen .. 26
3.2
Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei mehrgelenkigen Bewegungen .................................... 27
3.2.1
Kraft-Geschwindigkeits-Relation ................................................................................... 28
3.2.2
Leistungs-Geschwindigkeits-Relation ............................................................................ 29
3.3
Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei unterschiedlichen Testungen ..................................... 29
~2~
4
Forschungsgegenstand .................................................................................................................. 33
4.1
Definition Springen ................................................................................................................ 33
4.2
Vertikale Sprungtests ............................................................................................................ 34
4.2.1
Countermovement Jump............................................................................................... 35
4.2.2
Squatjump ..................................................................................................................... 36
4.2.3
Drop Jump ..................................................................................................................... 38
4.3
5
Ermittlung der F-v-Relation bei Sprüngen ............................................................................. 39
4.3.1
Mögliche Methoden der Testungen beim Springen ..................................................... 40
4.3.2
Theoretischer Hintergrund der Berechnung ................................................................. 41
4.4
Berechnung der optimalen Kraft-Geschwindigkeits-Relation ............................................... 43
4.5
Trainingsmethoden zur Veränderung der F-v-Relationen..................................................... 48
Empirische Studie .......................................................................................................................... 50
5.1
Zielstellung ............................................................................................................................ 50
5.2
Hypothesen ........................................................................................................................... 50
5.3
Methode ................................................................................................................................ 50
5.3.1
Probandenbeschreibung ............................................................................................... 54
5.3.2
Durchführungsbeschreibung ......................................................................................... 54
5.3.3
Trainingsprogramm ....................................................................................................... 57
5.3.4
Übungen ........................................................................................................................ 59
5.4
Statistische Auswertung ........................................................................................................ 64
5.5
Ergebnisse.............................................................................................................................. 64
5.6
Diskussion .............................................................................................................................. 70
5.7
Konklusion ............................................................................................................................. 72
Literaturverzeichnis: .............................................................................................................................. 74
Abbildungsverzeichnis: .......................................................................................................................... 77
Tabellenverzeichnis: .............................................................................................................................. 79
~3~
Kurzfassung
Das Ziel dieser Arbeit war es, die individuelle sowie die optimale Kraft-GeschwindigkeitsRelation von Sportlern während Sprüngen zu ermitteln und die Sprungkraft auf Basis dieser
Informationen zu verbessern.
An dieser Studie nahmen acht aktive Sportler und -innen teil (6 männliche, 2 weibliche;
Alter: 24,13 ± 3,09 Jahre, Größe: 1,80 ± 0,09 Meter, Gewicht: 74,46 ± 12,6 Kilogramm). Die
Probanden führten Squatjumps mit unterschiedlichen Zusatzgewichten auf einer
Kraftmessplatte aus. Das Zusatzgewicht wurde an die Körpermasse der Athleten angepasst
und so ergaben sich fünf unterschiedliche zusätzliche Gewichte, die 0; 12,5; 25; 37,5 und
50% des Körpergewichts des jeweiligen Sportlers entsprachen. Mit jedem Gewicht wurden
jeweils zwei Sprünge durchgeführt.
Durch die Verwendung der Methode von Morin und Samozino (2017) konnten sowohl die
aktuelle als auch die auf eine maximale Sprunghöhe bezogene optimale KraftGeschwindigkeits-Relation eines jeden Teilnehmers individuell bestimmt werden. Dafür
waren einige anthropometrische Daten (Beinlänge, Absprunghöhe, Körpermasse), die
zusätzlichen Gewichte und die jeweils erreichte Sprunghöhe notwendig. Aufgrund dieser
ermittelten Relationen konnte eine individuelle Kraft-Geschwindigkeits-Relation-Imbalance
(F-v-Imbalance) festgestellt werden, welche die Grundlage für die Trainingsplanung nach
Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli und Morin (2017) darstellte. Auf Basis dieser
Empfehlungen führten die Probanden ein sechswöchiges Trainingsprogramm durch.
Aufgrund des gezielt durchgeführten Trainings der Probanden ergab sich eine signifikante
Steigerung der Sprunghöhe (Pre: 0,45 ± 0,05; 0,41 ± 0,05; 0,38 ± 0,04; 0,35 ± 0,04; 0,32 ±
0,04; Post: 0,47 ± 0,05; 0,43 ± 0,04; 0,39 ± 0,04; 0,35 ± 0,03; 0,33 ± 0,03 Meter; p-Wert: 0,05)
bei einem Signifikanzniveau von 5%. Dies führte zwar zu einer Verbesserung der
F-v-Imbalance (Pre: 173,25 ± 28,07; Post: 153,13 ± 40,52; p-Wert: 0,05), jedoch nicht
signifikant. Hingegen wurde eine deutliche Verbesserung der Geschwindigkeit v der Sportler
festgestellt, wobei sich keine signifikanten Änderungen weder bei der Kraft F noch bei der
maximalen Leistung Pmax zeigten (p> 0,05).
~4~
Abstract
The aim of this study was to determine the individual and the optimal force-velocityrelationship of athletes during vertical squat jumps and to develop the jump height on the
basis of this informations.
Eight active sportsmen took part in this study (6 male, 2 female; age: 24,13 ± 3,09 years,
height: 1,80 ± 0,09 meter, weight: 74,46 ± 12,6 kilogram). They performed squat jumps with
different loads on a force plate. The additional weights were adapted to the body mass of
the athletes and so divided into five different units, which corresponded to 0, 12.5, 25, 37.5
and 50% of the body weight of each athlete. Two jumps were made with each loading.
By using the method from Morin and Samozino (2017), both the current and the optimal
force-velocity-relation, based on a maximal jump performance, of each participant could be
determined individually. For this, some anthropometric data (lower-limb length, jump
height, body mass), the additional weights and the achieved jump height were necessary. On
the basis of these ascertained relations, a individual force-velocity-relation-imbalance
(F-v-imbalance) could be determined, which was the basis for the training planning
according to Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli and Morin (2017). Based on this
recommendations the subjects conducted a six-week training program.
On the basis of the targeted training of the subjects, there was a significant increase in the
jump height (Pre: 0,45 ± 0,05; 0,41 ± 0,05; 0,38 ± 0,04; 0,35 ± 0,04; 0,32 ± 0,04; Post: 0,47 ±
0,05; 0,43 ± 0,04; 0,39 ± 0,04; 0,35 ± 0,03; 0,33 ± 0,03 meters; p-value: 0,05) at a level of
significance of 5%. On the one hand this led to an improvement in the F-v-imbalance
(Pre: 173,25 ± 28,07; Post: 153,13 ± 40,52; p-value: 0,05) but a non-significant. On the other
hand, a significant improvement was found in the velocity v of the athletes, with no
significant changes neither in the force F nor in the maximum power output Pmax (p> 0,05).
~5~
1 Einleitung
Schnelle Bewegungen wie Sprünge oder Sprints sind ein essentieller Bestandteil vieler
Sportarten wie zum Beispiel Fußball, Volleyball, Basketball oder in der Leichtathletik. Dabei
versuchen viele Wissenschafter die entscheidenden Faktoren zur Leistungssteigerung bei
diesen Bewegungen herauszufinden. Eine der wichtigsten Funktionen für die sportliche
Leistungsfähigkeit im Sport ist die Fähigkeit des Athleten während Sprüngen oder Sprints
eine möglichst hohe mechanische Leistung (P) erzeugen zu können. Dabei ist diese
Leistungsabgabe von der neuromuskulären Zusammensetzung des Sportlers abhängig, da die
Muskulatur versucht eine maximale Kraft (F) bei einer möglichst hohen Geschwindigkeit (v)
zu erzeugen. Daher sind die Kraft und die Geschwindigkeit die grundlegenden
Leistungsmerkmale der mechanischen Leistung bei sportlichen Bewegungen. Aufgrund
dieser Tatsachen haben Morin und Samozino (2016) eine Testmethode entwickelt um die
Kraft, Geschwindigkeit und die damit zusammenhängende Leistung bei Sprüngen oder
Sprints zu ermitteln. Bei dieser Methode können die wichtigsten mechanischen Daten bei
Sprüngen oder bei Sprints aus der Körpermasse, der Länge der unteren Extremitäten, der
Sprunghöhe oder aus der Weg-Zeit oder der Geschwindigkeits-Zeit Messung berechnet
werden. Danach kann aus den gesammelten Daten eine individuelle und eine optimale KraftGeschwindigkeits-Relation (F-v-Relation) des Sportlers erstellt werden. (Morin & Samozino,
2016)
Der Einsatz der F-v-Relation dient als leistungsbestimmender Parameter und dadurch kann
ein Training geplant werden um die Leistungen des Sportlers zu verbessern. Dieser Ansatz
wurde in einigen Studien zur Leistungsbeurteilung verwendet wie zum Beispiel von
Samozino et al. (2013), Feeney et al. (2016) oder von Cuk et al. (2014, 2016). Ebenso wurde
durch die ermittelten Kraft-Geschwindigkeits-Relationen ein gezieltes Training von JiménezReyes, Samozino, Brughelli und Morin (2017) geplant und durchgeführt um die jeweiligen
Anpassungen darauf untersuchen zu können. Durch die fachgemäße Interpretation der
F-v-Relation und der Planung eines geeigneten Trainings kann sowohl für Trainer als auch für
Athleten eine individuelle Trainingssteuerung ermöglicht werden.
Das Ziel in dieser Arbeit ist die Bestimmung der individuellen und der optimalen KraftGeschwindigkeits-Relation von Sportlern bei Sprüngen nach der Methode die durch
Samozino et al. (2012) beschrieben wird, um ein passendes Trainingsprogramm nach
Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli und Morin (2017) durchzuführen.
Im ersten Kapitel werden die biomechanischen Grundlagen des Sports beschrieben, welche
die theoretischen Voraussetzungen der Arbeit darstellen. Dabei wird sowohl die Anwendung
im Sport als auch die Mechanik dahinter dargestellt. Ebenso werden die möglichen
biomechanischen Messverfahren beschrieben.
~6~
Der theoretische Hauptteil der Arbeit wird im nächsten Kapitel aufgezeigt. Hierbei wird die
Kraft-Geschwindigkeits-Relation im Allgemeinen beschrieben, wie sie ermittelt werden kann
und welche Aussagekraft sie besitzt. Außerdem werden die möglichen unterschiedlichen
Testungen der F-v-Relation dargestellt.
Im darauffolgenden Abschnitt wird der Forschungsgegenstand, nämlich das Springen und die
jeweiligen Testmöglichkeiten vorgestellt. Ebenso wird auch die genaue Ermittlung der
F-v-Relation bei Sprüngen sowie der theoretische Hintergrund beschrieben. Des Weiteren
wird die Berechnung der optimalen Kraft-Geschwindigkeits-Relation dargestellt und welche
Trainingsmethoden es gibt um das Optimum erreichen zu können.
Der letzte Teil der Arbeit beinhaltet die durchgeführte Interventionsstudie. Hier werden die
gesetzten Ziele, die Hypothesen, die Methode, die Durchführung und die erzielten
Ergebnisse beschrieben.
~7~
2 Biomechanik
2.1 Definition
Die Biomechanik ist ein umfangreicher Begriff und wird nach der Grosse Brockhaus (Leipzig,
2. Auflage, 2005), S.125, wie folgt definiert:
"Biomechanik ist ein Bereich der Biophysik, der die biologischen Konstruktionen der belebten
Welt mit physikalisch-technischen Begriffen beschreibt."
Also handelt es sich dabei um die Wissenschaft, die sich mit den Bewegungsabläufen in
biologischen Systemen und den Funktionen von biologischen Bewegungsapparaten
beschäftigt. Es gilt dabei zwei wesentliche Teildisziplinen voneinander zu unterscheiden
(Römer, 2018):
 Innere
Biomechanik:
Bei
der
inneren
Biomechanik
werden
die
Regulationsmechanismen der Bewegungsabläufe, zum Beispiel auf sensomotorischer
Ebene, beschrieben.
 Äußere Biomechanik: Die Beobachtung, Darstellung und Beschreibung von
mechanischen Prozessen und Eigenschaften stehen bei der äußeren Biomechanik im
Vordergrund.
Demnach setzen sich die wissenschaftlichen Grundlagen der Biomechanik aus der Mechanik
sowie den biologischen Bedingungen und Gesetzmäßigkeiten der Bewegungssteuerung
zusammen. (Baumann, 1989)
2.2 Anwendung im Sport
Baumann (1989) beschreibt die Biomechanik des Sports als die Untersuchung von
sportlichen Bewegungen des Menschen, unter Berücksichtigung der mechanischen
Bedingungen. Die Eigenschaften von gewissen Bewegungen des Körpers können somit
beschrieben, gemessen und miteinander verglichen werden. Dadurch können Unterschiede
und Zusammenhänge ermittelt werden, welche durch die Verwendung mechanischer
Gesetze modelliert werden können, um die sportliche Leistung aufgrund von bereits
gesicherten Erkenntnissen zu verbessern. (Baumann, 1989)
Die sogenannte Sportbiomechanik beschäftigt sich mit eher praxisbezogenen Themen,
welche für Trainer und Sportler eine größere Rolle spielen. Beobachtet wird vor allem die
Wirkung von Kräften wie zum Beispiel die Veränderungen von Körperhaltungen,
unterschiedliche Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen sowohl auf Körper als auch auf
Gegenstände. Durch diese Größen ist es möglich die Technik von Bewegungen, die Kondition
~8~
von Athleten und die körperlichen Voraussetzungen objektiv und quantitativ zu beschreiben.
Vor allem geht es bei solchen Untersuchungen aber um die Optimierung des
Bewegungsverfahrens und der gleichzeitigen Schonung des Athleten. (Baumann, 1989;
Römer, 2018)
Die wichtigsten Anwendungen der Biomechanik auf den Sport beschreibt Brüggemann
(2003, S.7) wie folgt:
 Beschreibung und Erklärung von Bewegungsabläufen im Sport
 Analyse sportlicher Technik und ihre fortschreitende Optimierung (Suche nach
technomotorischen Bestlösung)
 Identifikation biomechanischer Einflussgrößen sportlicher Leistung
 Richtung biomechanischer Einflussgrößen
 Aufstellung biomechanischer Normen und Prinzipien
 Analyse von Technik- und Konditionsübungen im Hinblick auf ihre Effizienz für die
sportliche Leistung
 Analyse der mechanischen Belastung des Bewegungsapparates bei sportlichen
Bewegungen
Die Anwendung und das Interesse an der Biomechanik im Sport haben in den vergangenen
Jahrzehnten ständig zugenommen. Viele Trainer und Athleten aber auch Orthopäden oder
andere medizinische Fachrichtungen beschäftigen sich mit den leistungsbestimmenden
biomechanischen Faktoren, wie durch diese die sportliche Technik verbessert werden kann.
Unter Berücksichtigung eines zweckorientierten Ansatzes lässt sich das Forschungsgebiet der
Biomechanik des Sports nach den Zielsetzungen wie Leistung, Eignung und Vorbeugung
schwerpunktmäßig aufteilen und zwar in die Leistungsbiomechanik, die Anthropometrische
Biomechanik und die Präventive Biomechanik. Ebenso werden die Untersuchungsziele in den
jeweiligen Bereichen definiert. In Abbildung 1. wird eine Übersichtsdarstellung der
jeweiligen Untersuchungsziele dargestellt. (Brüggemann, 2003; Ballreich, 1996)
~9~
Abbildung 1.: Untersuchungsziele der Biomechanik des Sports (Rudolph, 2017)
Die Biomechanik des Sports untersucht vor allem die sportmotorische Leistung
beziehungsweise den sportmotorischen Leistungszustand. Um diesen Zustand erfassen zu
können sind drei Leistungskomponenten notwendig:
1. technomotorische Komponente
2. konditionelle Komponente
3. taktische Komponente
Die technomotorischen und die konditionellen Komponenten werden vorwiegend
untersucht. Betrachtet man diese Gegenstände genauer, so erkennt man die jeweiligen
Untersuchungsziele dieser Analyse sowohl am sportmotorischen Leistungszustand
(Technikanalyse, Konditionsanalyse, Eignungsdiagnose, Belastungsanalyse) als auch durch
seine
Steuerung
(Techniksteuerung,
Konditionssteuerung,
Leistungsprognose,
Belastungsgestaltung). (Ballreich, 1996)
Brüggemann (2003, S.8) definiert die Aufgaben der unterschiedlichen Felder wie folgt:
 Technikanalyse:
o Identifikation
leistungsbestimmender
Bewegungsabläufe
Merkmale
o Schätzung der Einflusshöhe biomechanischer Merkmale
~ 10 ~
sportlicher
 Technikansteuerung:
o Veränderung des technomotorischen Leistungszustandes
o Beschleunigung des Ansteuerungsvorganges
 Technikoptimierung:
o Identifikation bestmöglicher und zweckmäßigster Lösungen einer sportlichen
Bewegungsaufgabe
 Konditionsanalyse:
o Identifikation biomechanischer Leistungsindikatoren der konditionellen
Komponenten (Kraft, Schnelligkeit, Gelenkigkeit)
o Bewegungsstrukturelle Übereinstimmung
disziplinspezifischen Bewegungsabläufen
von
Konditionsübungen
und
 Konditionsansteuerung:
o Veränderung des konditionellen Zustandes in Richtung eines Sollwertes
o Beschleunigung des Ansteuerungsvorganges
 Belastungsanalyse:
o Identifikation mechanischer Faktoren der Belastung des passiven und aktiven
Bewegungsapparates
o Analyse der Wirkung mechanischer Belastung auf die Strukturen des
Bewegungsapparates
 Belastungsgestaltung:
o Abstimmung der mechanischen Beanspruchung auf die Belastbarkeit des
aktiven und passiven Bewegungsapparates
o Entwicklung von Techniken, Sportböden und Sportgeräten mit dem Ziel der
Minimierung von Verletzungen und belastungsbedingten Schäden
~ 11 ~
2.3 Mechanische Grundlagen der Biomechanik
"Die Mechanik befasst sich mit den Bewegungen von Körpern, den Kräften, die Bewegungen
verursachen oder miteinander im Gleichgewicht stehen." (Baumann, 1989, S.13)
Bewegungen werden in mathematischer Form, durch mechanische Gesetze, als
Zusammenhänge von Kraft als Ursache und Bewegung als Wirkung beschrieben. Vereinfacht
dargestellt sind sie das Ergebnis systematischer Messungen und den daraus gewonnenen
Erfahrungstatsachen. Für alle Körper, egal ob belebt oder unbelebt, gelten mechanische
Gesetze. Daher ist ein grundlegendes Wissen über die mechanischen Grundlagen von
Bewegungen von besonderer Bedeutung für das bessere Verständnis von sportlichen
Bewegungen. (Baumann, 1989)
Die Mechanik lässt sich nach Baumann (1989, S.13) weiter unterteilen in zwei Teilgebiete:
die Kinematik und die Dynamik.
 Kinematik:
Die räumlich-zeitlichen Charakteristika der Bewegung werden, ohne auf die
einwirkenden Kräfte und die Masse des Körpers näher einzugehen, beschrieben.
 Dynamik:
Die Dynamik beschäftigt sich mit den Wirkungen von Kräften. Weitere Unterpunkte
sind die Statik und die Kinetik.
o Statik:
Hierbei werden die Bedingungen, bei welchen die wirkenden Kräfte
miteinander im Gleichgewicht stehen und dadurch keine beschleunigte
Bewegung verursachen können, untersucht.
o Kinetik:
Im Gegensatz zur Statik beschäftigt sich die Kinetik mit den Kräften, die eine
beschleunigte Bewegung verursachen.
Um dieses theoretische Wissen in der Praxis anwenden zu können ist es nicht notwendig
über alle Eigenschaften des menschlichen Körpers und den detaillierten Ablauf einer
Bewegung Bescheid zu wissen. Um die Annahmen vereinfachen zu können ist es für viele
Untersuchungen von Vorteil, gewisse Idealisierungen vorzunehmen. So wird zum Beispiel
von der Verformbarkeit eines Körpers abgesehen und dieser wird als starr angesehen,
räumlich und flächenhaft verteilte Kräfte werden durch Einzelkräfte ersetzt, oder Gelenke
werden als idealisierte Scharnier- oder Kugelgelenke angenommen. Solche Vereinfachungen
machen eine relativ überschaubare Formulierung der mechanischen Gesetze und deren
~ 12 ~
Anwendung auf den menschlichen Körper einfacher und tragen zu einem besseren
Verständnis bei. (Baumann, 1989)
2.3.1 Kinematische Grundlagen
Die Kinematik beschreibt die Bewegungen von Körpern in Raum und Zeit als
Ortsveränderungen, welche nur in Bezug auf einen anderen Körper feststellbar sind. Dieser
Körper wird als Bezugssystem betrachtet und alle daraus folgenden Bewegungen werden
relativ dazu beobachtet und beschrieben, da es keine absoluten Bewegungen gibt.
Üblicherweise wird eine ruhende Umgebung, aus der Sicht des betrachteten Körpers, als
Bezugssystem gewählt, wie beispielsweise der Sportplatz, der Hallenboden oder ein
Sportgerät. (Baumann, 1989)
Die Kinematik unterscheidet zwei Bewegungsarten nach deren räumlichen Charakteristik:
die Translation als fortschreitende Bewegung und die Rotation als Drehbewegung.
(Baumann, 1989)
 Translation
Die Translation ist eine Bewegung, die sich grafisch als eine gerade Linie aber auch als
beliebig gekrümmte Kurve im Raum darstellen lässt. Dabei beschreiben alle Punkte
des Körpers die gleichen, parallel zueinander verschobenen Kurven, ohne, dass der
Körper dabei gedreht wird. (Baumann, 1989)
Translatorische kinematische Merkmale beschreiben die Bewegungen eines Punktes als eine
gedankliche Abstraktion, welche keine räumliche Ausdehnung besitzt und die Form oder
Größe des untersuchten Objekts nicht vernachlässigt. In Tabelle 1. werden die
translatorischen Merkmale und die der Zeit dargestellt. (Preiß, 1996)
~ 13 ~
Tabelle 1.: Translatorische Kinematische Merkmale und Zeitmerkmale (Preiß, 1996)
Größe
Symbol
Einheit
Definition
Länge
s
Meter
[m]
Eine Länge wird durch den räumlichen Ort
zweier Punkte begrenzt. Dies kann
entweder der Abstand eines Punktes vom
Ursprungspunkt des Koordinatensystems,
oder die Länge einer Strecke, die durch
zwei Punkte begrenzt ist, sein.
Geschwindigkeit
v
Meter/Sekunde
[m/s]
Die
Geschwindigkeit
ist
die
Ortsveränderung eines Punktes während
der Zeit.
Beschleunigung
a
Meter/Sekunde2 Die Beschleunigung ist definiert als die
[m/s2]
Ableitung der Geschwindigkeit nach der
Zeit.
Frequenz
f
Hertz
[1/s]
Zeit
t
Sekunden
[s]
Die Frequenz gibt die Anzahl
Bewegungen pro Zeiteinheit an.
von
Die Zeit wird im Sport entweder in
Sekunden oder in Minuten gemessen.
 Rotation
Alle Punkte eines Körpers stellen bei der Rotation konzentrische Kreise um den
Mittelpunkt eines gemeinsamen Drehpunktes dar. Dabei kann der Drehpunkt
sowohl innerhalb als auch außerhalb des Körpers liegen. (Baumann, 1989)
Rotatorische kinematische Merkmale beschreiben vor allem die Bewegungen von Körpern
um sich selbst, da ein Punkt nicht um sich selbst rotieren kann. In Tabelle 2. sind diese
Merkmale aufgezeigt. (Preiß, 1996)
~ 14 ~
Tabelle 2.: Rotatorische kinematische Merkmale (Preiß, 1996)
Größe
Symbol
Winkel
Einheit
Definition
Grad
[°]
Ein Winkel wird durch zwei Strecken
begrenzt, welche im selben Punkt
beginnen. Als Symbol werden griechische
Buchstaben verwendet.
Winkelgeschwindigkeit
ω
1/Sekunde
[1/s]
Die
Winkelgeschwindigkeit
ist
die
Änderung eines Winkels während der Zeit
und wird über die Ableitung des Winkels
nach der Zeit definiert.
Winkelbeschleunigung
α
1/Sekunde2
[1/s2]
Die Winkelbeschleunigung ist definiert als
die Ableitung der Winkelgeschwindigkeit
nach der Zeit.
Menschliche Bewegungen setzen sich im Allgemeinen aus beiden Bewegungsarten
zusammen. Wenn man sie jedoch nach der zeitlichen Charakteristik unterscheidet, so
werden sie in gleichförmige und ungleichförmige Bewegungen eingeteilt. Die gleichförmigen
Bewegungen zeichnen sich durch eine konstante Geschwindigkeit aus und daher werden in
der gleichen Zeit die gleichen Wege zurückgelegt. Im Unterschied dazu ist die
Geschwindigkeit bei ungleichförmigen Bewegungen veränderlich. Daher können diese
Bewegungen entweder gleichmäßig oder ungleichmäßig beschleunigt sein. Unter
gleichmäßig beschleunigt versteht man eine konstante Beschleunigung. In diesem Fall
werden gleiche Zeiten der Geschwindigkeitsänderung beobachtet. Wenn eine Bewegung
ungleichmäßig beschleunigt wird, heißt das, dass die Beschleunigung ungleichmäßig ist und
daher unterschiedliche Geschwindigkeitsänderungen zu erkennen sind. Bei menschlichen
Körperbewegungen treten eher ungleichförmig als gleichmäßig beschleunigte Bewegungen
auf. (Brüggemann, 2003)
2.3.2 Dynamische Grundlagen
Die Dynamik beschäftigt sich mit der Wirkung von Kräften auf Körper. Wie bereits erwähnt
unterteilt sie sich weiter in Statik und Kinetik. Die Statik untersucht jene Bedingungen, bei
denen sich der untersuchte Körper in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung befindet. Daher
wird der Körper nicht beschleunigt und die einwirkenden Kräfte befinden sich im
Gleichgewicht. Im Gegensatz dazu befasst sich die Kinetik mit dem Zusammenhang der
einwirkenden Kräfte und den daher meist beschleunigten Bewegungen von Körpern.
(Baumann, 1989)
~ 15 ~
Alle Körper sind den Newtonschen Gesetzen (Axiome) unterworfen, welche die
Grundprinzipien der klassischen Mechanik darstellen. Diese Axiome stellen
Gesetzmäßigkeiten dar, deren Anwendung auf den menschlichen Körper und dessen
Bewegungen eine wesentliche Rolle in der Biomechanik spielen. (Baumann, 1989)
 1. Newtonsches Gesetz (Trägheitsgesetz)
"Jeder Körper verbleibt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen
geradlinigen Bewegung, solange er nicht durch äußere Kräfte gezwungen wird, seinen
Bewegungszustand zu ändern." (Baumann, 1989, S.64)
In diesem Gesetz wird auf die Trägheit bzw. auf das Beharrungsvermögen von
Körpern eingegangen. Die Grundaussage ist, dass zur Änderung des
Bewegungszustandes eines Körpers, eine Kraft auf diesen einwirken muss. (Baumann,
1989)
 2. Newtonsches Gesetz (Aktionsgesetz)
"Die Änderung des Bewegungszustandes ist der einwirkenden Kraft proportional und
geschieht längs derjenigen Linie, in der die Kraft wirkt." (Baumann, 1989, S.64)
F=m*a
Die Kraft, in der Gleichung als F dargestellt, ist proportional zur Beschleunigung a,
wobei der Proportionalitätsfaktor m die Masse des Körpers darstellt. Dieses Gesetz
spielt eine wesentliche Rolle, da es die Aussage des ersten Gesetzes quantifiziert und
damit die Kraft durch ihre beschleunigende Wirkung definiert. Außerdem wird durch
dieses Gesetz der Zusammenhang von kinematischen und dynamischen Größen
hergestellt. (Baumann, 1989)
 3. Newtonsches Gesetz (Reaktionsgesetz; Actio = Reactio)
"Die von zwei Körpern aufeinander ausgeübten Wirkungen (Kräfte und Momente)
sind stets gleich groß und von entgegengesetzter Richtung." (Baumann, 1989, S.66)
In diesem Gesetz wird beschrieben, dass Kräfte immer paarweise auftreten und dass
zu jeder Kraft eine Gegenkraft existiert. Dabei greifen sowohl Kraft als auch
Gegenkraft an verschiedenen Körpern an. Die Gegenkraft wird auch als
Reaktionskraft bezeichnet. (Baumann, 1989)
~ 16 ~
Die dynamischen Merkmale von bewegenden Körpern beschreiben sowohl die bestehenden
Eigenschaften und Stoffe als auch die Ursachen und Wechselwirkungen zwischen Körpern.
Tabelle 3. zeigt die dynamischen Merkmale. (Preiß, 1996)
Tabelle 3.: Dynamische Merkmale (Preiß, 1996)
Größe
Symbol
Einheit
Masse
m
Kilogramm
[kg]
Die Masse bezieht sich auf die stoffliche
Substanz
eines
Körpers.
Die
Massenanziehungskraft der Erde auf einen
Körper auf ihrer Oberfläche bezeichnet
man als das "Gewicht" eines Körpers.
Impuls
p
Kilogramm mal
Meter/Sekunde;
Der Impuls wird berechnet durch die
Multiplikation
von
Masse
und
Geschwindigkeit: p = m ∙ v
Newtonsekunde
[kg m/s]; [Ns]
Kraft
F
Newton
[N]
Definition
Das Vorhandensein einer Kraft zeigt sich
nur durch das Einwirken auf einen anderen
Körper.
Die Kraft von einem Newton beschleunigt
einen Körper mit der Masse von 1kg um
1 m/s2.
1 N = 1 kg m/s2
Arbeit
W
Newtonmeter
[Nm]
Wenn ein Körper um 1 m durch eine
gleichbleibende Kraft von 1 N bewegt
wird, dann hat die äußere Kraft eine Arbeit
von 1 Nm verrichtet.
Energie
E
Joule
[J]
Energie und Arbeit hängen zusammen: ein
Körper, an dem die Arbeit von 1 Nm
verrichtet wurde, ändert seine Energie um
1 J.
Leistung
P
Watt
[W]
Leistung gibt an wie viel Arbeit ein System
pro Zeiteinheit verrichtet.
1 W = 1 Nm/s
~ 17 ~
2.4 Biomechanische Messverfahren
2.4.1 Grundbegriffe des Messens
Biomechanische Untersuchungen dienen der Gewinnung von Zahlenwerten
biomechanischer Merkmale, welche an die Bestimmung mechanischer Größen gebunden
sind, die als messbare Eigenschaften des menschlichen Körpers und dessen möglicher
Bewegungszustände vorliegen. Physikalische Messtechniken auf den menschlichen Körper
anzuwenden stellt einen bedeutenden Teil der biomechanischen Arbeitsweise dar. Um eine
physikalische oder biomechanische Größe messen zu können, muss diese mit einer als
Einheit gewählten Größe derselben Art ins Verhältnis gesetzt werden. Bei diesem Vergleich
erhält man einen Zahlenwert, der angibt, wie oft die Einheit in der zu messenden Größe
vorhanden ist (Baumann & Preiß, 1996; Baumann, 1989, S. 93):
physikalische Größe/Einheit = Zahlenwert
Das Produkt aus Zahlenwert und Einheit ergibt den Messwert der physikalischen Größe.
physikalische Größe = Zahlenwert ∙ Einheit
Messgrößen können entweder direkt gemessen oder indirekt aus erhaltenen Messgrößen
berechnet werden. Das erhaltene Produkt aus einem gemessenen Zahlenwert und einer
gewählten Einheit (z.B. Meter, Meter/Sekunde) einer direkt messbaren Größe
(z.B. Schrittlänge, Laufgeschwindigkeit) wird als Messwert bezeichnet. Das Messergebnis,
jener Wert, der zur Bestimmung eines biomechanischen Merkmals dient, kann entweder
gleich dem Messwert sein (= direkte Messung) oder über bekannte Zusammenhänge aus
einem oder mehreren Messwerten berechnet werden (= indirekte Messung). (Baumann &
Preiß, 1996)
2.4.2 Eigenschaften von Messverfahren
Unter einem sogenannten "Messverfahren" versteht man die Anwendung von
zweckdienlichen Geräten und Hilfsmitteln zur Bestimmung eines Zahlenwerts eines
biomechanischen Merkmals. Nach Baumann und Preiß (1996, S. 76) betreffen die
Erfordernisse der Messaufgabe folgende Punkte:
 die Randbedingungen der Messung (= Messbedingungen) und
 die Genauigkeit der Messergebnisse (= Messgenauigkeit, Messfehler).
Die Anwendbarkeit von Messverfahren kann durch die Messbedingungen eingeschränkt
werden. Als Maß für das Differenzierungsvermögen einer Messung wird die Genauigkeit
beschrieben. Umso höher die Genauigkeit bei den Messungen ist desto kleinere
~ 18 ~
Unterschiede können zwischen Messungen verschiedener Bewegungen, Versuchspersonen
oder -bedingungen festgestellt werden. (Baumann & Preiß, 1996)
Baumann und Preiß (1996, S. 76) definieren die Gütekriterien für Messverfahren wie folgt:
 Messfehler
 Grad der Rückwirkung
 Informationszeitpunkt
 Möglichkeit der Fernmessung
 Personeller und materieller Aufwand
2.4.3 Einteilung der biomechanischen Messverfahren
Die biomechanischen Messverfahren werden auf vier Verfahrensgruppen aufgeteilt und
nach der Art der gemessenen Größe eingeteilt. Die Kinemetrie beschreibt jene Verfahren die
zur Bestimmung der kinematischen Größen, Länge und Zeit sowie deren daraus ableitbaren
Größen verwendet werden. Zur Bestimmung von dynamischen Kräften und Größen werden
dynamometrische Verfahren angewandt, welche zur Gruppe der Dynamometrie zählen. Des
Weiteren beschreibt die biomechanische Anthropometrie die Bestimmung von
Körperbaumerkmalen. Als vierte Gruppe erfasst die Elektromyografie die muskuläre Aktivität
durch die Messung von Muskelaktionspotentialen. Abbildung 2. zeigt eine schematische
Übersicht der biomechanischen Messverfahren. (Baumann, 1989)
~ 19 ~
Abbildung 2.: Biomechanische Messverfahren (Tukor, 2017)
2.4.3.1 Dynamometrie
Die Dynamometrie wird zur Messung von äußeren Kräften, die an der Peripherie des
Körpers als Reaktionskräfte gemessen werden, angewendet. Der zeitliche Verlauf der
Kräfte bietet die Möglichkeit zur Berechnung des Impulses und unter bestimmten
Bedingungen auch die der Arbeit und der Leistung. Die äußeren Kräfte sind die
Voraussetzung für die Berechnung der inneren Kräfte. (Baumann & Preiß, 1996)
Zur Kraftmessung wird die verformende Wirkung der Kräfte an elastischen Körpern
genutzt. Um die mechanische Verformung in eine elektrische Größe umzuwandeln
stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung (Baumann & Preiß, 1996, S.97):
o Widerstandsgeber (Dehnungsmessstreifen)
o piezoelektrische Geber (Quarzkristalle)
~ 20 ~
2.4.3.2 Kinemetrie
Kinemetrische Verfahren werden entweder zur direkten oder indirekten Ermittlung
für Weg-Zeit-Funktionen von Ortsmerkmalen ausgewählter Körperpunkte
angewendet. Daraus können Größen wie Geschwindigkeit oder Beschleunigung
abgeleitet werden. Sollte es sich um Drehbewegungen handeln, werden die
entsprechenden rotatorischen Größen bestimmt. (Baumann & Preiß, 1996)
Merkmals-Zeit-Funktionen kommen in der Kinemetrie bei Analysen mit optischen
Messverfahren als tabellarische Funktionen vor. Durch ein Näherungsverfahren
können dadurch Merkmals-Zeit-Funktionen analytisch bestimmt werden. Wird
allerdings nur die grafische Darstellung einer solchen Funktion betrachtet spricht man
von Merkmals-Zeit-Verläufen. Bei biomechanischen Messungen werden nur selten
mechanische Verfahren der Kinemetrie eingesetzt. (Baumann & Preiß, 1996)
Mögliche Elektronische Messverfahren der Kinemetrie sind: Zeit-, Weg-, Winkel-,
Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessungen. Optische Verfahren sind: Zweibzw. Dreidimensionale Bildmessungen, Film- und Videotechnik oder Automatische
Elektrooptische Verfahren. (Baumann & Preiß, 1996)
2.4.3.3 Biomechanische Anthropometrie
Die biomechanische Anthropometrie befasst sich nach Baumann und Preiß (1996,
S.80) mit den Messverfahren, durch welche die mechanischen Eigenschaften des
Bewegungsapparates bestimmt werden können:
o Längenmaße der herkömmlichen Anthropometrie (Gliederlängen, Umfänge)
o geometrische Verteilung der Masse (Lage des Körperschwerpunkts,
Massenträgheitsmomente)
o innere Geometrie des Bewegungsapparats (Gelenkkonstruktion, Lage der
Gelenkachsen, Hebelarme der Muskulatur, Muskellängen)
o Belastbarkeit der Teilsysteme
Verformung, Bruchgrenze)
des
Bewegungsapparats
(Elastizität,
2.4.3.4 Elektromyografie
Weder kinematische noch dynamische Messungen an der Peripherie des Körpers
können über die muskuläre Beteiligung bzw. über die Stärke der Aktivität der
Muskulatur bei Bewegungen Auskunft geben. Durch die Anwendung der
~ 21 ~
Elektromyografie ist es möglich die Aktivität der Muskulatur indirekt zu bestimmen.
In der Sportwissenschaft wird die muskuläre Aktivität durch Oberflächenelektroden,
die in der Nähe der motorischen Endplatte auf die Haut über dem Muskel geklebt
werden, gemessen. Die Elektroden sind mit einem Verstärker verbunden, um die
schwachen Signale zu verstärken und registrieren zu können. Jede Innervation des
Muskels ist mit elektrischer Aktivität verbunden, welche im Elektromyogramm (EMG)
zu erkennen ist. Es kann zwischen Ruhe sowie schwacher und starker Aktivität des
Muskels unterschieden werden. (Baumann & Preiß, 1996)
Allerdings ist es sehr komplex von den Messergebnissen des EMG´s auf die
entwickelte Muskelkraft rückzuschließen. Besonders schwierig ist dies bei
dynamischer muskulärer Aktivität. Dennoch stellt es nach Baumann und Preiß (1996,
S. 101) ein wertvolles Hilfsmittel für die biomechanische Analyse von Haltung und
Bewegungen dar, vor allem durch die mögliche Feststellung von Anfang und Ende der
Aktion einer Muskelgruppe. Dadurch können folgende Punkte ermittelt werden:
o die Beteiligung bestimmter Muskeln an der Bewegung (die Kenntnis der
Nichtbeteiligung ist oft von Bedeutung)
o die Koordination verschiedener Muskeln bei der Bewegung
o die antagonistische Muskelaktion bei Fixierung des Gelenks
In Kombination mit der Kinemetrie und der Dynamometrie bildet die
Elektromyografie das komplexe System der biomechanischen Bewegungsanalyse.
(Baumann & Preiß, 1996)
2.4.4 Kraftmessung mit Kraftmessplatten
Messungen mit Kraftmessplatten basieren auf dem piezoelektronischen Effekt oder durch
Widerstandsgeber wie Dehnungsmessstreifen. Unter dem piezoelektronischen Effekt
versteht man, dass bestimmte Kristalle an definierten Flächen der Kraftmessplatte durch
Druck beansprucht werden und daher treten durch gewisse Verformungen an anderen
Kristallen elektrische Ladungen auf, welche von der Verformung der Kristallflächen abhängt.
Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt bei Quarz oder Bariumtitanat zu beobachten. Um
diesen Effekt für eine Kraftmessung zu nützen, werden eine oder mehrere Quarzscheiben
durch eine einwirkende Kraft mit Druck beansprucht. Durch eine Verbindung der
Kraftmessplatte mit einem Computer können die entstehenden Ladungen über einen
Ladungsverstärker gemessen werden. (Baumann, 1989)
Die Kraftmessung mit Dehnungsmessstreifen erfolgt auf eine ähnliche Weise. Durch eine
Krafteinwirkung auf der Oberfläche der Kraftmessplatte kommt es zur Stauchung des
~ 22 ~
Dehnungsmessstreifens und daher ändert sich der elektrische Widerstand. Mit Hilfe der
Verwendung einer Brückenschaltung können diese Widerstandsänderungen in elektrische
Spannungswerte überführt und durch einen Analog-Digital-Wandler digital weiterverarbeitet
werden. Hört die Krafteinwirkung auf die Platte auf, so nimmt der Dehnungsmessstreifen
wieder seine ursprüngliche Länge und seinen ursprünglichen elektrischen Widerstandwert
an. (Grotsch, 2018)
Baumann (1989, S. 130) beschreibt die Möglichkeiten zur Messung von Reaktionskräften und
-momenten, die während der Stützphase zwischen Körper und Boden wirken. Als
zeitabhängige Parameter lassen sich folgende Messgrößen mittels einer Kraftmessplatte
bestimmen:
 die Reaktionskräfte Fx und Fy in horizontaler sowie die Reaktionskraft Fz in vertikaler
Richtung
 das freie Moment Mz in vertikaler Richtung, das in der Oberflächenebene der Platte
wirkt
Die Kraftmessplatte liefert alles in allem den zeitlichen Verlauf der resultierenden Kraft und
des resultierenden Moments, welche sich als Summe aller angreifender Kräfte und
Momente auf die Plattenmitte ergeben. Durch die Integration der Kraft-Zeitfunktion können
die Geschwindigkeitsänderungen des Körperschwerpunktes während der Stützphase, in
allen drei Raumrichtungen, ermittelt werden. (Baumann, 1989)
Kraftmessplatten eignen sich sehr gut für dynamische Messungen. Statische Messungen
über einen längeren Zeitraum sind nicht möglich. Die Messfrequenz liegt ungefähr bei 300
Hertz, diese kann jedoch auch um einiges höher sein und die Genauigkeit ist besser als 3%.
Eine exakte Messung setzt eine sorgfältige Montage der Kraftmessplatten voraus, die vor
allem bei stoßartigen Bewegungen wie Sprints oder Sprüngen von Vorteil ist. Das Ergebnis
der Messung auf einer Kraftmessplatte ergibt eine Kraft-Zeitfunktion, aus der die Größen
Impuls, Arbeit und Leistung abgeleitet werden können. (Baumann, 1989)
2.4.5 Ermittlung der Sprunghöhe mit Kraftmessplatten
Um mittels Kraftmessplatten die Sprunghöhe zu ermitteln gibt es zwei Methoden, entweder
über die Flugzeit oder die Absprunggeschwindigkeit eines Springers.
Die Berechnung aus der Flugzeit (T) beruht auf der Annahme, dass sowohl die Steig- und die
Fallzeit als auch die Absprung- und Landeposition der springenden Person gleich sind. Die
Flugzeit T ist jene Zeit in welcher der Springer keinen Kontakt zur Kraftmessplatte hat. Diese
erhält man indem die vergangene Zeit bis zum Absprung von der gesamten Zeit bis zur
~ 23 ~
Landung abgezogen wird (T= tLandung - tAbsprung). Die Formel für den freien Fall eines Objekts
lautet (Schwameder, 2004):
Wobei h für die Sprunghöhe, g für die Erdbeschleunigung (9,81 m/s2) und t für die Zeit
stehen. Die Zeit t stellt die gesamte Sprungdauer dar. Ersetzt man nun die Zeit t durch die
Flugzeit T, so erhält man t = T/2. Die Flugzeit muss aufgrund der steigenden und der
fallenden Phase beim Sprung halbiert werden. Daher erhält man für die Berechnung der
Sprunghöhe aus der Flugzeit folgende Formel (Schwameder, 2004):
Zur Ermittlung der Sprunghöhe aus der Absprunggeschwindigkeit wird zwischen potentieller
Energie (Lageenergie) und kinetischer Energie (Bewegungsenergie) unterschieden. Im
Schwerefeld der Erde besitzt ein Körper aufgrund seiner Lage potentielle Energie. Wird ein
Körper angehoben, so wird Hubarbeit verrichtet und die vollbrachte Hubarbeit als
potentielle Energie im Körper gespeichert. Aus der Formel der Hubarbeit ergibt sich die
Formel für die potentielle Energie (Baumann, 1989):
Epot = m * g * h
Wenn ein Körper bewegt wird, so entsteht kinetische Energie. Durch eine
Geschwindigkeitserhöhung wird auf den Körper eine Beschleunigungsarbeit ausgeführt und
dieser bewegt sich dadurch. Daher ergibt sich nach der Formel der Beschleunigungsarbeit
die Formel der kinetischen Energie wie folgt (Baumann, 1989):
Ekin = 1/2 m * v2
Der Energieerhaltungssatz gibt an, dass sowohl potentielle Energie in kinetische Energie als
auch kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt werden kann. Bei einem Sprung
und dem daraufhin folgenden freien Fall eines Körpers geschieht genau das, wobei es weder
zu einem Zuwachs noch zu einem Verlust von Energie kommen kann. Die Summe aller
Energien bleibt in einem abgeschlossenen System immer konstant. (Baumann, 1989)
~ 24 ~
Bei einem Squat Jump wird die kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt.
Aufgrund des Energieerhaltungssatzes werden die beiden Energien gleichgesetzt, woraus
sich folgende Formel ergibt (Schwameder, 2004):
Durch kürzen der Masse (m) und der Division der Erdbeschleunigung (g) kann die
Sprunghöhe (h) aus der Absprunggeschwindigkeit (v) berechnet werden (Schwameder,
2004):
Die Absprunggeschwindigkeit v kann aus der Division des Kraftstoßes (Δp) durch die Masse
(m) des Springers berechnen werden (Schwameder, 2004):
Der Kraftstoß Δp stellt die Impulsänderung des Systems dar und ergibt sich aus der Formel:
Δp = F * Δt
Die Formel besagt, dass eine Kraft F über einen bestimmten Zeitraum Δt auf den Körper
einwirkt. Diese Formel stellt im Allgemeinen das Kraftgesetz: F = m * a dar, wobei hier nicht
nur der Zusammenhang zwischen der Kraft- und der Geschwindigkeitsänderung, sondern
ebenso der Zusammenhang von Kraft und Massenänderung beschrieben wird (Lernhelfer,
2010).
Aus den
Beschleunigungsund
Geschwindigkeitsverläufen
lässt
sich
die
Absprunggeschwindigkeit v ebenfalls berechnen. Die Formel für die Beschleunigung lautet
a = v/t. Sie ergibt sich aus der Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit. Hierbei handelt
es sich allerdings um eine Geschwindigkeitsveränderung und daher muss die Formel
richtigerweise a = Δv/Δt heißen, wobei Δv die Veränderung zwischen Anfangs- und
Endgeschwindigkeit der einwirkenden Kraft und Δt für die Dauer der Krafteinwirkung steht.
(Baumann, 1989)
~ 25 ~
3 Kraft-Geschwindigkeits-Relation
Die Eigenschaften der Muskulatur sind sehr komplex. Die Kraft, die ein Muskel während
einer Kontraktion aufbringen kann, hängt sowohl von der neuronalen Ansteuerung als auch
von den Kontraktionsbedingungen des Muskels ab. Da die Muskulatur direkt vom zentralen
Nervensystem gesteuert wird, sind die Eigenschaften von besonderer Bedeutung für das
allgemeine Verständnis der Funktion des menschlichen Bewegungsapparates sowie der
Modellierung als auch der routinemäßigen Testung von Muskelfunktionen. Bei Testungen
unterschiedlicher Bewegungen kann nur die Leistung des gesamten beteiligten
Muskelapparates herausgefunden werden, allerdings meist nicht die Leistung von einzelnen
Muskeln. In den nachfolgenden Kapiteln werden die Modelle der Kraft-GeschwindigkeitsRelation sowie der Leistungs-Geschwindigkeits-Beziehung bei ein- und mehrgelenkigen
Bewegungen, bei isolierten Muskeln und mehreren Muskeln beschrieben. (Jaric, 2015;
McMahon, 1984)
3.1 Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei isolierten Muskeln und
eingelenkigen Bewegungen
Bei isolierten Muskeln und eingelenkigen Bewegungen ist es ähnlich wie bei anderen
Systemen, die Energie in Arbeit oder Leistung umwandeln. Dabei sind die Kraft (F) und die
Geschwindigkeit (v) der menschlichen Muskulatur spiegelbildlich in Beziehung zu stellen. Das
bedeutet, dass ein Anstieg der Verkürzungsgeschwindigkeit (shortening velocity) mit einem
Kraftverlust eines Muskels einhergeht, was sich in einer nicht linearen Art und Weise
darstellen lässt. Daher tritt die Kraft-Geschwindigkeits-Relation (F-v Diagramm) bei
eingelenkigen Bewegungen als hyperbolische Kurve auf, wie es in Abbildung 3. gezeigt wird.
Diese Beziehung wurde bereits von Hill (1938) beschrieben. (Jaric, 2015)
~ 26 ~
Abbildung 3.: Kraft-Geschwindigkeits-Relation (durchgezogene Linie) und Leistungs-Geschwindigkeits-Relation
(unterbrochene Linie) bei eingelenkigen Bewegungen (Jaric, 2015)
Die Leistung (P) ist das Produkt aus Kraft (F) und der Geschwindigkeit (v) und daher
bestimmt die F-v-Relation direkt den Verlauf der Leistungs-Geschwindigkeits-Relation (P-v).
In Abbildung 3. ist zu erkennen, dass bei einem nicht linearen Verlauf der F-v-Relation der
Verlauf der P-v-Relationskurve sehr komplex ist und sich dieser eher zu niedrigeren
Geschwindigkeiten neigt. Ein Grund dafür ist, dass sowohl das optimale externe
Zusatzgewicht (ist abhängig von der optimalen Kraft des Muskels) als auch die optimale
Verkürzungsgeschwindigkeit unter 50% der theoretischen maximalen Werte liegen. Der
relativ komplexe Verlauf von beiden Relationen limitiert nicht nur die Genauigkeit bei der
Beurteilung von unterschiedlichen funktionalen Bewegungen, sondern auch bei der
Anwendung in verschiedenen Modellierungs- und Optimierungsprozessen von sportlichen
Trainingseinheiten sowie Rehabilitationsprozessen. (Jaric, 2015)
3.2 Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei mehrgelenkigen Bewegungen
Während bei isolierten Muskeln und eingelenkigen Bewegungen eher eine nicht lineare
F-v-Relation existiert, haben Bosco et al. (1995), Vandewelle et al. (1987) und Bobbert (2012)
bei mehrgelenkigen Bewegungen eher einen annähernden linearen Verlauf zwischen der
Kraft und der Geschwindigkeit beschrieben, wie es in Abbildung 4. dargestellt ist. Die KraftGeschwindigkeits-Relation kann durch unterschiedliche Testungen ermittelt werden, welche
im nächsten Kapitel beschrieben werden. (Jaric, 2015)
~ 27 ~
Abbildung 4.: Kraft-Geschwindigkeits-Relation (durchgezogene Linie) und Leistungs-Geschwindigkeits-Relation
(unterbrochene Linie) bei mehrgelenkigen Bewegungen (Jaric, 2015)
3.2.1 Kraft-Geschwindigkeits-Relation
Die Methode zur Ermittlung der Kraft-Geschwindigkeits-Relation basiert auf den
wegweisenden Studien von Vandewelle et al. (1987), bei der typischerweise durch die
Verwendung von zusätzlichen Gewichten eine große Anzahl an Kraft- und
Geschwindigkeitsdaten gesammelt werden können, aus denen sich ein lineares
Regressionsmodell erstellen lässt. Daher ergibt sich die folgende Gleichung (Jaric, 2015):
F(v) = F0 - a * v
F0 beschreibt den Wert auf der Kraftachse, bei einer Geschwindigkeit v von null. Die Steigung
der Geraden wird durch den Parameter a beschrieben, der sich aus der Division von F0/v0
ergibt. V0 stellt den Wert auf der Geschwindigkeitsachse bei einer Kraft F von null dar. In
Abbildung 4. sind diese Werte grafisch abgebildet. Folgend lässt sich aus der F-v-Relation die
maximale Leistung Pmax aufzeigen (Jaric, 2015):
Pmax = (F0 * v0)/4
~ 28 ~
Daher ist die Form beider Kurven, sowohl die der F-v-Relation als auch die der P-v-Relation
der getesteten Muskeln von vier gegenseitig zusammenhängenden Parametern (F0, v0, a,
Pmax) abhängig, welche physiologisch von großer Bedeutung sind. (Jaric, 2015)
3.2.2 Leistungs-Geschwindigkeits-Relation
Wie bereits erwähnt, stellt die F-v-Relation einen wichtigen Ausgangswert bezüglich der
Leistungs-Geschwindigkeits-Relation von mehrgelenkigen Bewegungen dar. Die Leistung des
Muskels P spielt nicht nur für das Training und die Rehabilitation eine große Rolle, sondern
auch für viele theoretische Modellierungen des Bewegungsapparates. Die Leistung P wird
aus dem Produkt der Kraft F und der Geschwindigkeit v berechnet (Jaric, 2015; Cormie,
McGuigan & Newton, 2011):
P(v) = F(v) * v = F0 * v - a * v2
Aus dieser Gleichung ergibt sich der parabelförmige Verlauf der P-v-Relation, der in
Abbildung 4. als die unterbrochene Linie dargestellt ist. Die maximale Leistung Pmax liegt
demnach genau bei den Werten F0/2 (Fopt) und v0/2 (vopt). (Jaric, 2015)
3.3 Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei unterschiedlichen Testungen
Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic und Jaric (2017) beschreiben in ihrer Studie vier
unterschiedliche Tests zur Ermittlung der Kraft-Geschwindigkeits-Relation. Dabei wurden
vertikale Sprünge, Cycling, Benchpress throws und Bench pulls untersucht. Im folgenden
Abschnitt werden von jeder Testung der Aufbau und die Durchführung der Übungen aus der
Studie beschrieben. Bei jeder Testung wurde der durchschnittliche und der maximal
erreichte Wert der Kraft als auch jener der Geschwindigkeit gemessen und daraus wurden
die individuellen Kraft-Geschwindigkeits-Relationen der Teilnehmer berechnet. In dieser
Studie wurde untersucht ob zwischen den berechneten Ergebnissen ein Zusammenhang
besteht.
 Vertikale Sprünge
Zur Testung der vertikalen Sprungkraft wurden Countermovement Jumps durchgeführt. Die
Probanden leiteten den Sprung aus einer aufrechten Position ein und hatten die Hände
dabei immer an den Hüften. Als Zusatzgewichte wurden Gewichtswesten und -gürtel
verwendet. Zwischen den Sprüngen wurde eine Minute lang pausiert und nach dem
Gewichtswechsel folgte eine Pause von zwei bis drei Minuten. Die Probanden führten
insgesamt 10 Sprünge (á zwei Sprünge per Ladung) mit unterschiedlichen Zusatzgewichten
~ 29 ~
(0, 8, 16, 24 und 32 Kilogramm) auf einer Kraftmessplatte aus. In Abbildung 5. ist die
Durchführung schematisch abgebildet. (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
Abbildung 5.: Schematische Darstellung Countermovement Jump (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
 Cycling
Beim Cycling wurde ein maximaler Leistungstest (Sprint) auf einem Fahrradergometer, bei
dem die Teilnehmer über einen Zeitraum von sechs Sekunden 100% Leistung erbringen
sollten, durchgeführt. Um ein Abrutschen zu vermeiden wurden die Sitzhöhe und -position
für jeden Probanden individuell angepasst und die Pedale mit Clips und Schlaufen
ausgestattet. Die Probanden mussten während der gesamten Testung sitzen bleiben. Bei der
Testung wurden fünf Sprints durchgeführt, mit zusätzlichen Gewichten von 2, 4, 6, 8 und 10
Kilogramm (ein Sprint per Ladung). Während des Sprints wurde eine Pause von vier Minuten
eingehalten. In Abbildung 6. wird der Ablauf schematisch dargestellt. (Zivkovic, Djuric, Cuk,
Suzovic & Jaric, 2017)
~ 30 ~
Abbildung 6.: Schematische Darstellung Cycling (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
 Benchpress throws
Die Benchpress throws wurden an die Studie von Sreckovic et al. (2015) angeglichen. Die
Durchführung geschah an einer Smith Maschine mit zwei eingebauten mechanischen
Stoppern, welche die Langhantelstange einen Zentimeter vor der Brust des Probanden
abfangen. Zusätzlich gab es zwei Helfer, deren Aufgabe es war die Stange in ihrer Flugbahn
abzufangen. Die Teilnehmer wurden angewiesen die Stange so hoch wie nur möglich zu
werfen. Zwischen den Benchpress throws wurde eine Pause von 45 Sekunden eingehalten
und bei einem Gewichtswechsel eine Pause von drei Minuten. Bei der Testung wurden
insgesamt 12 Benchpress throws ausgeführt mit den zusätzlichen Gewichten von 20, 27.5,
35, 42.5, 50 und 57.5 Kilogramm. Die geringste Ladung von 20 Kilogramm beinhaltet das
Gewicht der Langhantelstange sowie der Arme. Für die Versuche mit mehr Gewicht wurden
Hantelscheiben auf der Stange fixiert. Eine schematische Darstellung der Benchpress throws
wird in Abbildung 7. dargestellt. (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
Abbildung 7.: Schematische Darstellung Benchpress throws (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
~ 31 ~
 Bench pulls
Bei den Bench pulls lagen die Probanden mit dem Gesicht nach unten auf einer Hantelbank,
mit dem Kinn am Ende der gepolsterten Seite und sowohl die Beine als auch der Oberkörper
wurden durch Seile an dem Gerät fixiert. Die Teilnehmer versuchten die Langhantelstange so
schnell wie möglich nach oben zu ziehen, bis diese an der Unterseite der Hantelbank anstieß.
Schematisch wird die Übungsausführung in Abbildung 8. gezeigt. Sowohl die
Pausengestaltung als auch die Wiederholungszahl und die Zusatzgewichte wurden gleich wie
bei den Benchpress throws gewählt. (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
Abbildung 8.: Schematische Darstellung Bench pulls (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
~ 32 ~
4 Forschungsgegenstand
4.1 Definition Springen
Sprünge sind ein Teil der natürlichen menschlichen Bewegungsformen und sie treten in
unterschiedlichen Formen in diversen Sportarten auf. Bei einem Sprung gibt es verschiedene
Zielstellungen. In der Leichtathletik wird vor allem auf die Weite oder die Höhe geachtet,
wobei das Springen bei Sportspielen dem Spieler eine bessere Ausgangsposition verschaffen
soll. (Quade & Sahre, 1989)
Es gibt zwei unterschiedliche Formen von Sprüngen. Sie können entweder aus der Ruhe oder
aus der Bewegung ausgeführt werden. Die Sprünge aus der Ruhe kommen zum Beispiel bei
Mannschaftssportarten, wie beim Rebound im Basketball oder beim Startsprung im
Schwimmsport vor. Sie werden aber auch im Training zahlreicher Sportspiele eingesetzt, da
der Körper zu Beginn der Absprungbewegung keine bzw. nur eine geringe kinetische Energie
aufweist, da sich der Sportler nicht bewegt. Sprünge aus der Bewegung können entweder
mit einem oder beiden Beinen durchgeführt werden. Bei diesen wird eine höhere
Sprunghöhe erreicht, egal ob der Absprung ein- oder beidbeinig durchgeführt wird. Es wird
die horizontale Körperschwerpunktgeschwindigkeit genutzt, die bei beidbeinigen
Absprüngen ca. 2-4 m/s und bei einbeinigen ca. 7-11 m/s beträgt. Beidbeinige Sprünge aus
der Bewegung sieht man am häufigsten im Volleyball oder im Basketball. Im Gegensatz dazu
werden einbeinige Sprünge eher in Sportarten wie Leichtathletik oder Eiskunstlaufen
angewendet, bei denen der Sportler mit einer mehr oder weniger hohen Geschwindigkeit an
die Absprungstelle kommt. In der Leichtathletik gibt es unterschiedliche Arten von Sprüngen:
den Weitsprung, Hochsprung, Dreisprung und den Stabhochsprung. (Quade & Sahre, 1989)
Der Ablauf von Sprüngen lässt sich nach Wank und Heger (2009, S. 214) aus mechanischer
Sicht in folgende Phasen unterteilen:
 Die vorbereitende Phase beschreibt den Anlauf oder den Auftakt des Sprungs, sodass
der Körper beschleunigt wird.
 Durch die einleitende Bewegung des Sprungs besitzt der Körper eine gewisse
Anfangsgeschwindigkeit, die individuell unterschiedlich ist.
 Die letzte Phase ist die Stützphase zum Absprung, in der durch die Wirkung von
Stützkräften die Anfangsgeschwindigkeit in die gewünschte Abflugrichtung
umgelenkt werden soll. Dabei wird in den meisten Fällen versucht ein Maximum der
Abfluggeschwindigkeit zu erreichen.
Wissenschaftlich am besten untersucht sind der Squatjump oder der Countermovement
Jump. Bei diesen Sprungformen ist die Bewegungsrichtung ausschließlich vertikal in die
~ 33 ~
Höhe. Nach dem Bewegungsauftakt, bei dem sich der Springer aus dem aufrechten Stand in
eine gebeugte Position begibt, erfolgt eine schnelle Bewegungsumkehr um den vertikalen
Sprung auszuführen. Beim Squatjump ist die Anfangsgeschwindigkeit dabei Null, da aus der
ruhenden Hockposition abgesprungen wird. Allerdings weisen die meisten Sprünge sowohl
eine vertikale als auch eine horizontale Komponente auf. Daher müssten streng genommen
alle Richtungskomponenten bei einer Bewegungsanalyse betrachtet werden. Für viele
Sprünge kann die Auswertung jedoch auch entweder auf die vertikale oder die horizontale
Komponente reduziert werden. (Wank & Heger, 2009)
4.2 Vertikale Sprungtests
Über die letzten Jahrzehnte haben sich einfache Vertikalsprünge zur gezielten Testung von
Interventionen zur Sprungkraftentwicklung etabliert. Dazu gehören Vertikalsprünge mit
Auftakt, wie dem Countermovement Jump oder ohne Auftakt, wie beim Squatjump, aber
auch Reaktivsprünge, etwa den Drop Jump. Am besten geeignet ist der Countermovement
Jump, da er nur geringe koordinative Ansprüche an die Probanden stellt und somit einen
passenden Fitnesstest für Freizeitsportler darstellt. Im Gegensatz dazu erfordert der
auftaktfreie Absprung aus der Hockposition beim Squatjump mehr Bewegungserfahrung.
Dieser Test wird vor allem bei Skispringern als Sprungkrafttest verwendet. Das höchste
Niveau der Bewegungskoordination wird beim Drop Jump vorausgesetzt. Sie werden
besonders oft in der Leichtathletik, im Geräteturnen oder in Spielsportarten zur reaktiven
Sprungkrafttestung eingesetzt. In einigen leichtathletischen Disziplinen gibt es dafür einzelne
spezifische Sprungtests (z.B. 5er-Hop mit Anlauf). Diese Tests setzen einen entsprechenden
Fitnesszustand der Athleten voraus und sollten daher ausschließlich von Leistungssportlern
durchgeführt werden. Wegen der hohen Belastungen auf den Bewegungsapparat werden
solche Tests in Trainingsetappen zur Wettkampfvorbereitung eingesetzt. (Wank & Heger,
2009)
Um eine ausführliche Bewegungsanalyse durchzuführen werden allerdings kinematische und
dynamische Messdaten benötigt. Dadurch können die Bodenreaktionskräfte des
Körperschwerpunkts und daraus zusätzlich die Einflüsse von Teilkörperbewegungen auf den
Absprung berechnet werden. (Wank & Heger, 2009)
~ 34 ~
4.2.1 Countermovement Jump
Der Countermovement Jump ist ein Hock-Streck-Sprung, der aus dem aufrechten Stand
durchgeführt wird, wie in Abbildung 9. schematisch dargestellt. Die Sprungleistung wird
aufgrund der koordinativ-technischen Komponenten nur gering beeinflusst und die
Testparameter lassen sich mit geringem Aufwand relativ genau bestimmen. (Wank & Heger,
2009)
Abbildung 9.: Schematische Darstellung Countermovement Jump (Lünsch, 2015)
Zur Sprunghöhenermittlung wurde dieser Test früher oft als der klassische "Jump and Reach
Test" eingesetzt, bei dem lediglich eine Messskala an einer Wand benötigt wurde. Bei
diesem Test wurde die Reichhöhendifferenz der Schulterachse aus dem Stand bis zum
Gipfelpunkt der Flugphase aufgrund des Höhenunterschiedes untersucht. So spiegelte der
Test das vertikale Sprungvermögen der Testperson valide wieder. In den letzten Jahren
wurden immer häufiger Kraftmessplatten zur Ermittlung der Sprunghöhe, bei diesen
Testungen, eingesetzt. Ein typischer Kraft-Zeit Verlauf eines Countermovement Jumps wird
in Abbildung 10. dargestellt. (Wank & Heger, 2009)
~ 35 ~
Abbildung 10.: Kraft-Zeit Verlauf Countermovement Jump (Richter, 2011, S. 25)
Dem Probanden wird bei der Durchführung eines Countermovement Jumps ein relativ
großer Ausführungsspielraum gelassen, in Bezug auf Auftakttiefe, Auftaktgeschwindigkeit
und gegebenenfalls den Einsatz eines Armschwunges. Wird der Armschwung zugelassen, so
sollten die Arme vor dem Absprung ihr Geschwindigkeitsmaximum erreicht haben. Durch ein
Abbremsen der Arme wird dieser Impuls auf den Restkörper übertragen. Dadurch ergibt sich
ein Geschwindigkeitsdefizit in der Schwungeinleitung, welches in einem
Geschwindigkeitsgewinn in der Abflugphase resultiert. (Wank & Heger, 2009)
4.2.2 Squatjump
Der Squatjump ist ein Strecksprung aus der ruhenden tiefen Hockposition. Dabei sollte aus
dieser Ausgangsposition ein vertikaler Sprung ohne Auftaktbewegung ausgeführt werden,
wie in Abbildung 11. schematisch dargestellt wird. Bei der richtigen Durchführung beginnt
die Aufwärtsbewegung des Körperschwerpunkts mit einer Anfangskraft, die dem
Körpergewicht entspricht. Daher ist der gesamte Kratfstoß beschleunigungswirksam, so wie
es der schematische Kraft-Zeit Verlauf in Abbildung 12. zeigt. (Wank & Heger, 2009)
~ 36 ~
Abbildung 11.: Schematische Darstellung Squatjump (Lünsch, 2015)
Abbildung 12.: Kraft-Zeit Verlauf Squatjump (Richter, 2011, S. 24)
Die Startposition des Squatjumps kann aus verschiedenen Tiefen begonnen werden. Die
optimale Position ist für jeden Springer individuell unterschiedlich und hängt vom
Kraftniveau sowie den anthropometrischen Bedingungen ab. Durch eine tiefere
Absprungposition wird ein längerer Beschleunigungsweg ermöglicht, allerdings nehmen
dadurch die statischen Drehmomente in den Beingelenken mit niedrigerer Ausgangshöhe
des Körperschwerpunktes zu. Durch diese tiefe Ausgangsposition sind relativ hohe
Muskelkräfte zum Halten des Körpers in der Hocke notwendig und dadurch wird die
Beschleunigung in der Startphase limitiert. Bei der optimalen Ausgangsposition sollte ein
~ 37 ~
möglichst langer Beschleunigungsweg ermöglicht werden, aber auch die entsprechenden
Gelenkmomente in der tiefen Ausgangsposition sollten realisierbar sein. (Wank & Heger,
2009)
4.2.3 Drop Jump
Bei Drop Jumps handelt es sich um reaktive Sprünge, bei denen aus einer erhöhten
Absprungposition gesprungen wird, wie es in Abbildung 13. schematisch dargestellt ist. In
der ersten Phase des Sprunges, der freien Flugphase, erhöht sich die Fallgeschwindigkeit bis
zum Aufprall. Ab diesem Zeitpunkt beginnt die Stützphase. Diese ist durch
Aufprallgeschwindigkeit und Aufprallhöhe des Körperschwerpunktes gekennzeichnet. (Wank
& Heger, 2009)
Abbildung 13.: Schematische Darstellung Drop Jump (Lünsch, 2015)
Bei der Analyse eines Drop Jumps ist zu beachten, dass trotz gleicher Fallhöhe, also der
gleichen Absprunghöhe, aufgrund von unterschiedlichen Winkelstellungen der Beingelenke
am Beginn der Stützphase verschiedene Aufprallhöhen und -geschwindigkeiten vorliegen
können. Am Anfang der Stützphase kommt es zu einer exzentrischen Kontraktion, bei der die
negative Aufprallgeschwindigkeit auf null abgebremst wird. Zu diesem Zeitpunkt herrschen
kurzzeitig isometrische Bedingungen. Die, ab diesem Umkehrpunkt wirkende Anfangskraft
ist von der Fallhöhe und dem Verlauf der exzentrischen Phase abhängig. Gleich
darauffolgend wird durch die Beinstreckung die konzentrische Phase eingeleitet, bei der die
Abfluggeschwindigkeit erzeugt wird. In Abbildung 14. wird ein Kraft-Zeit Verlauf von einem
Drop Jump dargestellt, aus dem wie beim Countermovement Jump oder beim Squatjump die
Sprunghöhe ermittelt werden kann. (Wank & Heger, 2009)
~ 38 ~
Abbildung 14.: Kraft-Zeit Verlauf Drop Jump (Richter, 2011, S. 26)
Für die richtige Trainingssteuerung bei Drop Jumps ist die Einstellung einer optimalen
Absprunghöhe von besonderer Bedeutung. Wenn die Fallhöhe zu groß ist, dann drohen
Überlastungsschäden und wenn sie zu gering ist, dann bleiben die erwünschten
Trainingseffekte aus. (Wank & Heger, 2009)
4.3 Ermittlung der F-v-Relation bei Sprüngen
Zur Ermittlung der Kraft-Geschwindigkeits-Relation eines Athleten bei einem Sprung sind
laut Morin und Samozino (2016) einige anthropometrische Daten wie die Körpermasse, die
Länge der unteren Gliedmaßen in gestreckter Position und die Absprungposition sowie die
erreichte Sprunghöhe notwendig. Es sollten mehrere Sprünge durchgeführt werden, bei
denen die Sprunghöhe gemessen wird. Außerdem sollten mindestens fünf unterschiedliche
zusätzliche Gewichte bei den Testungen verwendet werden, wobei das Zusatzgewicht
zwischen null Kilogramm und der Masse liegen sollte, bei welcher der Proband noch
mindestens eine Sprunghöhe von zehn Zentimeter erreichen kann. Wenn diese Maßnahmen
durchgeführt werden, kann danach die F-v-Relation bestimmt und weitere Berechnungen
durchgeführt werden. (Morin & Samozino, 2016)
Die Testung der vertikalen Sprungkraft bietet die Möglichkeit einer indirekten Bestimmung
der Explosivkraft der unteren Extremitäten. Um die Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei
Sprüngen ermitteln zu können, werden die Kraft F, die Geschwindigkeit v und deren Produkt
die Leistung P jedes Sprungs benötigt. Samozino, Morin, Hintzy, und Belli (2008) beschreiben
~ 39 ~
eine Methode um diese Größen während eines Squatjumps zu berechnen. Die
Berechnungen basieren dabei auf drei Parametern: der Körpermasse, der Sprunghöhe und
der Absprunghöhe. In den nächsten Abschnitten werden die möglichen Testungen beim
Springen und der theoretische Hintergrund der Berechnungen genauer erklärt. (Samozino,
Morin, Hintzy & Belli, 2008)
4.3.1 Mögliche Methoden der Testungen beim Springen
Um die Kraft-Geschwindigkeits-Relation bei Sprüngen ermitteln zu können gibt es
unterschiedliche Möglichkeiten. Ein Springer muss mit unterschiedlichen Zusatzgewichten
einige Sprünge durchführen, wozu sich eine Smith Maschine oder Gewichtswesten sehr gut
eignen. Jedoch ist es auch möglich, das Gewicht des Springers mittels eines Kabelzugsystems
zu erhöhen oder zu verringern. Es wurden bereits einige Studien durchgeführt, bei denen
diese Testungen stattgefunden haben.
Eine Smith Maschine kam bei den Studien von Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli, und
Morin, (2017), Jiménez-Reyes et al. (2016) und Samozino et al. (2013) zum Einsatz, ebenso in
der bereits beschriebenen Studie von Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic und Jaric (2017). Bei den
ersten beiden Studien von Jiménez-Reyes führten die Probanden einen Sprung ohne
zusätzliche Gewichte und danach fünf bis acht Sprünge mit Zusatzgewichten, in einer Spanne
von 17 bis 87 Kilogramm, aus. Das Testprotokoll von Samozino et al. (2013) beschreibt eine
Anpassung des Zusatzgewichtes an die Körpermasse. So wurden fünf Sprünge mit
zusätzlichen Gewichten durchgeführt, welche 0, 25, 50, 75 und 100% des Körpergewichts
entsprachen. Bei allen Studien wurden die Sprünge in einer zufälligen Reihenfolge
ausgeführt.
Feeney, Stanhope, Kaminski, Machi, & Jaric, (2016) verwendeten in ihrer Studie "Loaded
Vertical Jumping: Force–Velocity Relationship, Work, and Power", eine Gewichtsweste um
zusätzliche Ladungen bei den Sprüngen zu ermöglichen. Bei den Sprüngen wurde das
Gewicht wiederum prozentuell an die Körpermasse angepasst, in einer Spannweite von
0-40%. Daher wurde bei der Gewichtsweste symmetrisch ein Gewicht von 3,62 Kilogramm
hinzugefügt bis es acht verschiedene Zusatzlasten gab, die von null bis zu 25,5 Kilogramm
reichten. Bei der neunten Zusatzladung wurden nur mehr 1,81 Kilogramm ergänzt um auf
ein maximales zusätzliches Gewicht von 27,27 Kilogramm zu kommen. Es wurden jeweils
zwei Sprünge pro Ladung ausgeführt, mit einer Pause von 30 Sekunden dazwischen und
ungefähr zwei Minuten während den Gewichtswechseln.
Die dritte Testmöglichkeit, die hier beschrieben wird, ist das Kabelzugsystem. Dieses wurde
von Cuk et al. (2014) verwendet. In dieser Studie wurden Sprünge durchgeführt, die den
Springer sowohl entlasten als auch zusätzlich belasten. Die Ladungen wurden an die
Körpermasse angepasst und entsprachen 0, 10, 20 und 30% des Körpergewichts. Es gab also
~ 40 ~
sieben unterschiedliche Gewichtsstufen mit denen die Probanden jeweils zwei Sprünge
ausführten. Diese sieben Ladungen entsprachen demnach 70, 80, 90, 100, 110, 120 und
130% der Körpermasse. Durch ein langes, reißfestes Gummiband konnte Gewicht vom
Springer genommen und dieser dadurch entlastet werden, wie es der schematische Aufbau
des Kabelzugsystems in Abbildung 15. zeigt. In der umgekehrten Richtung konnte durch das
Kabel zusätzliches Gewicht als Belastung für den Springer eingesetzt werden.
Abbildung 15.: Schematische Darstellung des Kabelzugsystems, linke Seite Entlastung des Springers, rechte
Seite Belastung des Springers (Cuk et al., 2014)
4.3.2 Theoretischer Hintergrund der Berechnung
Samozino, Morin, Hintzy, und Belli (2008) beschreiben, dass während eines Squatjumps
mechanische Arbeit von der Beinmuskulatur verrichtet wird, um den Körperschwerpunkt aus
einer aufrechten Startposition in die höchst mögliche Position zu bewegen. In diesen beiden
Augenblicken liegt die vertikale Beschleunigung oder die kinetische Energie bei null. Die
gesamte verrichtete Arbeit (WT) entspricht daher der potentiellen Energie, woraus sich die
folgende Formel ableiten lässt:
~ 41 ~
In dieser Formel steht m für die Körpermasse, g für die Erdbeschleunigung (9,81 m/s2),
hPO für die Absprunghöhe, h ist die Sprunghöhe und hS beschreibt die Startposition des
Körperschwerpunkts vor dem Sprung, wie es in Abbildung 16. dargestellt wird.
Abbildung 16.: Die drei Schlüsselposition und Höhen der Berechnungen während eines Squatjumps (Samozino,
Morin, Hintzy & Belli, 2008)
Des Weiteren entspricht die verrichtete Arbeit WT während des Absprungs dem Produkt aus
der Absprunghöhe hPO und der durchschnittlichen Kraft F der unteren Extremitäten. Daraus
ergibt sich zunächst folgende Formel:
Durch das Einsetzen der bereits bekannten Formel von WT erhält man anschließend:
~ 42 ~
Die durchschnittliche Geschwindigkeit v wird berechnet aus der Absprunghöhe hPO und der
Dauer der Absprungphase tPO:
Da die Startgeschwindigkeit beim Squatjump gleich null ist, setzt sich die Dauer der
Absprungphase tPO aus den folgenden Parametern zusammen, wobei die vertikale
Geschwindigkeit beim Absprung vTO wie folgt berechnet wird:
Durch das Einsetzen der bekannten Formel kann nun die durchschnittliche Geschwindigkeit v
berechnet werden:
Wenn diese Berechnungen durchgeführt wurden, kann die durchschnittliche Leistung P aus
dem Produkt der durchschnittlichen Kraft F und Geschwindigkeit v ermittelt werden:
4.4 Berechnung der optimalen Kraft-Geschwindigkeits-Relation
Für die Berechnung der optimalen Kraft-Geschwindigkeits-Relation gibt es einige Größen die
eine wichtige Rolle spielen. Morin und Samozino (2016) haben diese definiert und deren
praktische Interpretation zusammengefasst:
 F0 [N/kg]
F0 ist die theoretisch maximal mögliche Kraftproduktion der unteren Extremitäten bei einem
Squatjump. Diese Kraft wird auf das Körpergewicht normiert und aus dem grafischen Verlauf
der linearen F-v-Relationskurve hochgerechnet. Der Wert wird auf der y-Achse aufgetragen.
In Abbildung 17. ist der Wert als VTC-F0 grafisch dargestellt. (Morin & Samozino, 2016)
Dies ist die maximale konzentrische Kraft die ein Athlet während eines Absprung erzeugen
kann. Da diese Kraft aus der F-v-Kurve bestimmt wird, gibt sie einen genaueren Einblick über
~ 43 ~
die Kraftfähigkeiten des Sportlers als zum Beispiel das einmalige Wiederholungsmaximum
bei einem konzentrischen Squat. (Morin & Samozino, 2016)
 v0 [m/s]
Die theoretisch maximal mögliche Geschwindigkeit v0 bei einer Streckbewegung der unteren
Extremitäten beim Squatjump wird ebenfalls aus dem grafischen Verlauf der linearen
F-v-Relationskurve hochgerechnet. Dieser Wert wird auf der x-Achse eingezeichnet, welcher
in Abbildung 17. als VTC-v0 gezeigt wird. (Morin & Samozino, 2016)
Die maximale Streckgeschwindigkeit der Beine während eines Absprungs wird ebenso wie
die Kraft aus dem Verlauf der F-v-Kurve bestimmt und ist nur sehr schwer, wenn überhaupt,
experimentell zu erreichen. Dieser Wert repräsentiert die Fähigkeit des Athleten, Kraft bei
sehr hohen Geschwindigkeiten erzeugen zu können. (Morin & Samozino, 2016)
 Pmax [W/kg]
Die maximale mechanische Leistung wird folgendermaßen berechnet: Pmax = F0 * v0/4
Sie beschreibt die maximale Leistungsabgabe der unteren Extremitäten, die während der
konzentrischen, beschleunigenden Streckbewegung erzeugt werden kann. (Morin &
Samozino, 2016)
 Sfv
Sfv ist die Steigung der linearen F-v-Relationskurve und wird berechnet aus: Sfv = -F0/v0
Es ist eine Kennzahl des Athleten für dessen individuelle Kraft- und
Geschwindigkeitsfähigkeiten. Je steiler die Gerade verläuft umso höher ist der negative Wert
und die F-v-Kurve ist eher in Richtung Kraft orientiert. Ist der Verlauf flacher, dann ist der
negative Wert der Steigung nicht so hoch und der Verlauf der Kurve orientiert sich in
Richtung Geschwindigkeit. Abbildung 17. stellt den Verlauf einer individuellen KraftGeschwindigkeits-Relation und somit Sfv dar. (Morin & Samozino, 2016)
~ 44 ~
 Sfv opt
Hierbei handelt es sich um die optimale Steigung, welche bei gegebener Absprunghöhe,
Körpermasse und Pmax die Sprunghöhe maximieren kann. Die genaue Berechnung der Sfv opt
wird in diesem Kapitel später noch beschrieben. Die grafische Darstellung der optimalen
Steigung Sfv opt wird in Abbildung 17. gezeigt. (Morin & Samozino, 2016)
Die optimale Kraft-Geschwindigkeits-Relation stellt die bestmögliche Balance zwischen Kraftund Geschwindigkeitsfähigkeiten eines individuellen Athleten dar. Bei einer gegebenen Pmax
wird dieses Profil mit der höchst möglichen Sprungleistung des jeweiligen Athleten
verknüpft. Daher sollten Trainingsprogramme so geplant werden, dass es sowohl zu einer
Steigerung der Pmax als auch zu einer Annäherrung der Sfv an die Sfv opt kommt. (Morin &
Samozino, 2016)
 F-v-Imbalance [%]
Die F-v-Imbalance beschreibt die relative Differenz zwischen Sfv und Sfv opt für jeden
individuell getesteten Athleten. Sie wird folgendermaßen berechnet: F-vImb = (Sfv/ Sfv opt)*100
Mit dieser Imbalance wird das Ausmaß der Unterschiede zwischen der aktuellen und der
optimalen F-v-Relation dargestellt. Ein Wert von 100% würde eine perfekte
Übereinstimmung von Sfv und Sfv opt bedeuten. Bei einem Wert über 100% spricht man von
einem Geschwindigkeitsdefizit und bei einem Wert unter 100% von einem Kraftdefizit. Die
Höhe des erreichten Wertes gibt die Größe der Imbalance an. (Morin & Samozino, 2016)
~ 45 ~
Abbildung 17.: Darstellung der individuellen und der optimalen Kraft-Geschwindigkeitsrelation von zwei
Athleten. Athlet A: durchgezogene Linie ist die individuelle F-v-Relation, unterbrochene Linie ist die optimale
F-v-Relation. Athlet B: graue unterbrochen Linie ist die individuelle F-v-Relation, schwarze unterbrochene Linie
ist die optimale F-v-Relation. VTC-Pmax ist die maximale mechanische Leistung, FVimb die KraftGeschwindigkeits-Imbalance und SJ height ist die erreichte Sprunghöhe. (Morin & Samozino, 2016)
In ihrer Beschreibung des optimalen Kraft-Geschwindigkeits-Profils geben Samozino, Rejc, Di
Prampero, Belli und Morin (2012) eine Reihe von Voraussetzungen (Gi) an. Die dabei
verwendeten Variablen (F0, v0, Pmax, Sfv und hPO) müssen logisch mit der Sprungbewegung in
Einklang stehen.
Da es sich bei der Absprunghöhe hPO um eine Länge handelt, muss dieser Wert real und
positiv sein: hPO > 0
(G1)
Während des Absprungs muss die vertikale Kraft, die in dieser Phase produziert wird, größer
sein als die Gewichtskomponente entlang der Bewegungsrichtung. Wird diese Kraft auf die
Körpermasse normiert, so muss die durchschnittliche vertikale Kraft, also F0 ein realer
positiver Wert sein, der größer ist als die Erdbeschleunigung entlang der Bewegungsachse.
Daher lautet die zweite Gleichung: F0 > g * sin α
(G2)
In der selben Form muss die durchschnittliche Geschwindigkeit des Körperschwerpunkts
während der Absprungphase ein positiver Wert sein: v0 > 0
(G3)
Aus den Gleichungen G1 und G3 lässt sich die durchschnittliche Geschwindigkeit v0 als
Funktion von Pmax und Sfv ableiten:
(G4)
~ 46 ~
Hierbei gilt: Sfv > 0, da sowohl F0 > 0 als auch v0 > 0 sind. Weil F0 > g * sin α ist und bezüglich
der Gleichung G1 gilt für Pmax:
(G5)
Wird nun G4 in G5 eingesetzt so erhält man zunächst G6 und danach die folgende Gleichung
G7:
(G6)
(G7)
Aufgrund der Tatsache das F0 > g * sin α und v0 > 0 ist ergibt sich der Wert von Sfv:
(G8)
Wird G4 in G8 eingesetzt und die nötigen Kürzungen vollzogen, so erhält man folgende
Formel für Sfv:
(G9)
Eine weitere wichtige Größe ist die maximale Absprunggeschwindigkeit vTOmax die wie folgt
beschrieben werden kann:
(G10)
Die optimale Steigung der F-v-Relation Sfv opt ist jener Wert der zu einer maximalen
Steigerung der Absprunggeschwindigkeit vTOmax beiträgt. Der mathematische Ausdruck der
Sfv opt als eine Funktion von Pmax und hPO ist die Ableitung von vTOmax nach Sfv und ergibt:
(G11)
~ 47 ~
Aus G11 folgt die Gleichung zur Berechnung der Sfv opt:
(G12)
Wobei sich der Wert für Z aus folgender Berechnung ergibt:
(G13)
4.5 Trainingsmethoden zur Veränderung der F-v-Relationen
Die körperliche Leistungsfähigkeit bei Sportarten wie zum Beispiel Fußball, Basketball,
Volleyball oder Rugby wird eindeutig bestimmt aus der Kraft, Geschwindigkeit und der
daraus resultierenden Leistung während schnellen Bewegungen wie Sprints oder Sprüngen.
Für jeden Sportler gibt es eine aktuelle und eine optimale F-v-Relation, durch die eine
maximale Leistung erzielt werden kann. Der Abstand zwischen diesen beiden Relationen
wird durch die F-v-Imbalance als Prozentwert angegeben, durch den es möglich ist,
entweder ein Kraft- oder Geschwindigkeitsdefizit festzustellen. Die Sprunghöhe eines
Athleten wird sehr durch die maximale Leistung Pmax der unteren Extremitäten bestimmt. Bei
einer gegebenen Pmax wurde gezeigt, dass die vertikale Sprunghöhe mit der F-v-Imbalance
korreliert und daher spielt diese eine große Rolle bei der Trainingsplanung für eine
Verbesserung der sportlichen Leistungsfähigkeit (Samozino et al.,2012, Morin & Samozino,
2016). Als Trainingsformen zur Leistungssteigerung bieten sich einige traditionelle Methoden
an wie Kraft- und Schnelligkeitstraining, schweres Gewichtstraining oder eine Kombination
aus diesen. Aufgrund der individuellen F-v-Relationen von Athleten gibt es drei
Trainingsmethoden die zu einer Annäherung an die optimale F-v-Relation und zu einer
Leistungssteigerung führen können (Jiménez-Reyes et al., 2017):
 Kraftdefizit
Das Ziel bei einem Kraftdefizit ist es die maximale Leistung Pmax zu steigern und
gleichzeitig die F-v-Imbalance zu senken. Dabei wird vor allem versucht die
Kraftfähigkeiten und somit F0 zu erhöhen. Durch Krafttraining mit hohen Gewichten,
bei dem mit über 70% des einmaligen Wiederholungsmaximums trainiert wird,
versucht man die notwendige neuromuskuläre Anpassung zu erreichen. (JiménezReyes et al., 2017)
~ 48 ~
 Geschwindigkeitsdefizit
Bei einem Geschwindigkeitsdefizit wird ebenfalls versucht die maximale Leistung Pmax
zu
steigern,
allerdings
durch
eine
Erhöhung
der
maximalen
Geschwindigkeitsfähigkeiten v0. Das Training ist auf schnelle Bewegungen, die mit
maximaler Geschwindigkeit ausgeführt werden sollen, ausgerichtet. Das Gewicht bei
dieser Art von Training sollte dem eigenen Körpergewicht entsprechen oder leichter
sein. Wird mit zusätzlichem Gewicht trainiert, so sollte dies weniger als 30% des
einmaligen Wiederholungsmaximums entsprechen. (Jiménez-Reyes et al., 2017)
 Geringes Defizit
Bei einem geringen Defizit sollte das Training kombiniert gestalten werden, sodass es
zu einer Verbesserung von sowohl Kraft F0, Geschwindigkeit v0 als auch der
maximalen Leistung Pmax führt. Dabei sollte der Wert der F-v-Imbalance weiterhin
nahe am Wert des Optimums gehalten werden. (Jiménez-Reyes et al., 2017)
~ 49 ~
5 Empirische Studie
5.1
Zielstellung
Wie in den Kapiteln 3 und 4 beschrieben, gibt die Kraft-Geschwindigkeits-Relation einen
Einblick in die individuellen neuromuskulären Fähigkeiten eines Athleten während eines
Sprunges. Da jeder Sportler eine individuelle und eine optimale F-v-Relation besitzt, ist es
möglich, ein eigenes, persönliches Trainingsprogramm für jeden Sportler
zusammenzustellen, welches zu einer Leistungssteigerung - in diesem Fall zu einer höheren
Sprungleistung - führen kann.
Das Ziel ist es, die Kraft-Geschwindigkeits-Relationen von Sportlern zu ermitteln und mit den
jeweiligen individuellen optimalen F-v-Relationen zu vergleichen. Danach wird ein passendes
Trainingsprogramm nach Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli und Morin (2017) gewählt, um
so ein passendes Training durchführen zu können. Um mögliche Verbesserungen der
Sprungleistungen ermitteln zu können werden die erzielten Ergebnisse miteinander
verglichen.
5.2 Hypothesen
Durch das gezielte Sprungkrafttraining, welches in dieser Studie durchgeführt wird, ergeben
sich drei Hypothesen:
1. Durch das Training kommt es zu einer Annäherung des Wertes der F-v-Imbalance an
den Wert des F-v-Optimums.
2. Aufgrund des Sprungkrafttrainings verbessert sich die maximale Sprungleistung der
Athleten.
3. Die maximale Leistung der Beinstrecker verbessert sich nach der Trainingsperiode.
5.3 Methode
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde eine Studie durchgeführt, um die Sprungkraft von
Personen durch ein Training auf Basis der Kraft-Geschwindigkeits-Relation während eines
Sprunges zu erhöhen. Für die Trainingsplanung wurden die aktuelle sowie die optimale KraftGeschwindigkeits-Relation bei vertikalen Sprüngen bestimmt. Weitere Ein- und
Ausgangstests wurden durchgeführt bei denen die Sprunghöhe auf einer Kraftmessplatte
sowie die maximale Kraft und Leistung in einer Beinpresse gemessen wurde. Es handelt sich
hierbei um eine Interventionsstudie bei der 8 Probanden teilgenommen haben. Die
~ 50 ~
Teilnehmer vollzogen einen Eingangstest, danach ein 6-wöchiges Trainingsprogramm und
zum Abschluss einen Ausgangstest um die Effekte des Trainings bestimmen zu können.
Damit die Kraft-Geschwindigkeits-Relation der Probanden ermittelt werden konnte wurden
Sprünge mit unterschiedlichen Zusatzgewichten auf einer Kistler Quattro Jump
Kraftmessplatte durchgeführt. Die Kraftmessplatte ist über ein Kabel mit einem Computer
verbunden und mittels eines Programms werden die Sprunghöhen ermittelt. Mithilfe der
Verwendung eines Excel Sheets, das von Morin und Samozino (2017) zur freien Verfügung
gestellt wurde, konnte die optimale Kraft-Geschwindigkeits-Relation eines jeden
Teilnehmers individuell bestimmt werden. In Abbildung 19. ist die Auswertung des
Eingangstests von Proband 7 als Beispiel dargestellt.
Die Kraft-Geschwindigkeits-Relation des Probanden (= schwarze Linie) wird vom Spreadsheet
nach der beschriebenen Methode in Kapitel 4.3.2 berechnet. Dafür werden einige
Anthropometrische Daten (Beinlänge, Absprunghöhe, Körpermasse), die zusätzlichen
Gewichte und die jeweils erreichte Sprunghöhe benötigt. Ebenso wird die optimale Relation
(= blaue Linie) nach der in Kapitel 4.4 beschriebenen Vorgangsweise sowie die KraftGeschwindigkeits-Imbalance, die je nach Abweichung vom Optimum für eine genaue
Trainingsplanung genutzt wird, berechnet. Alle Daten basieren auf den Berechnungen von
Samozino et. al. (2008) und sind auf die Ergebnisse von Kraftmessplatten abgestimmt.
(Morin & Samozino, 2017)
Die maximale Kraft und Leistung der Beine wurde an einer schrägen Beinpresse ermittelt.
Die getestete Person sollte in einer aufrecht sitzenden Position versuchen einen Schlitten,
der mit einem Computer verbunden und mit einer Kraftmessplatte ausgestattet war, so
schnell und so fest wie nur möglich von sich wegzustoßen. Der Schlitten konnte auch fixiert
werden und somit wurden sowohl dynamische als auch isometrische Streckbewegungen der
Beine durchgeführt. Dabei konnten sowohl die isometrische Kraft (Fiso) als auch die Kraft in
der Bewegung (Fdyn) und die Leistung (P) gemessen werden. In Abbildung 18. ist der Aufbau
des Messverfahrens schematisch dargestellt.
~ 51 ~
Abbildung 18.: Schematische Darstellung des Messsystems (Durchführung ohne Fußgelenkseinsatz)
~ 52 ~
Abbildung 19.: Spreadsheet Eingangstest Proband 7 (Morin & Samozino, 2017)
~ 53 ~
5.3.1 Probandenbeschreibung
An dieser Studie nahmen 8 Personen (6 Männer, 2 Frauen) aus unterschiedlichen
Altersklassen teil. Alle Probanden haben einen aktiven Bezug zum Sport, vier spielen Fußball,
zwei Basketball und zwei sind Läufer. Außerdem haben alle Erfahrungen mit Krafttraining
und betreiben dieses seit einigen Jahren. In Tabelle 4. sind die Daten zu den Probanden
abgebildet.
Tabelle 4.: Personenbezogene Daten der Probanden
Alter [Jahre]
Gewicht [kg]
Größe [m]
BMI
Proband 1
28
95,4
1,92
25,88
Proband 2
24
69
1,77
22,02
Proband 3
22
72,8
1,84
21,5
Proband 4
22
52,7
1,61
20,33
Proband 5
28
80
1,83
23,89
Proband 6
19
66,7
1,77
21,29
Proband 7
25
76,1
1,83
22,72
Proband 8
25
83
1,80
25,62
Mittelwert
24,13
74,46
1,80
22,91
SD
± 3,09
± 12,6
± 0,09
± 2,04
5.3.2 Durchführungsbeschreibung
Die Messungen wurden im Bewegungslabor des Instituts für Sportwissenschaft der KarlFranzens-Universität Graz durchgeführt. Die Eingangstestungen der Probanden fanden Ende
Oktober 2018 statt und die Abschlussmessungen nach einer 6-wöchigen Trainingsperiode,
Ende Dezember 2018. Alle Probanden unterschrieben eine Einverständniserklärung, dass die
ermittelten Daten unter Anonymisierung veröffentlicht werden können. Außerdem fand
eine Eingewöhnungseinheit eine Woche vor der ersten Messung statt, um sich an das
Springen mit zusätzlichem Gewicht zu gewöhnen und den Sprung richtig auszuführen.
~ 54 ~
Zu Beginn führten alle Probanden ein standardisiertes Aufwärmen durch, welches sich aus
vier Minuten am Fahrradergometer, einer Minute Seilspringen, zehn tiefen Kniebeugen und
fünf explosiven Strecksprüngen zusammensetzte.
Danach wurde die Beinlänge der Probanden im Liegen vom Trochanter major bis zu den
Zehenspitzen und in der Ausgangsposition des Squat Jumps ebenfalls vom Trochanter major
bis zum Boden, wie in Abbildung 20. dargestellt, gemessen.
Abbildung 20.: Beinlängenmessung im Liegen und in der Hocke (Jiménez-Reyes et. al., 2016)
Folgend konnte die erste Testung mit den Sprüngen auf der Kraftmessplatte begonnen
werden. Jeder Proband führte zwei gültige Sprünge mit dem jeweiligen Zusatzgewicht aus.
Das zusätzliche Gewicht wurde auf 0; 12,5; 25; 37,5 & 50% des Körpergewichts normiert und
mittels Gewichtswesten angepasst. Zwischen den Sprüngen wurde eine Pause von 30
Sekunden eingehalten und während dem Wechseln der unterschiedlichen Gewichte, eine
Pause von einer Minute. Bei Fehlversuchen eines Sprungs, mit dem jeweiligen
Zusatzgewicht, wurde ebenfalls eine Pause von 30 Sekunden eingehalten und danach wurde
der Sprung noch einmal wiederholt, bis zwei gültige Sprünge durchgeführt wurden.
Anschließend wurde an einer Beinpresse eine weitere Messung durchgeführt. Zu Beginn
wurde die Anthropometrie der unteren Extremität der Probanden nach dem Modell von Sust
(1996, S. 205) gemessen. In Tabelle 5. werden die Eigenschaften und Messvorschriften
dargestellt und in Tabelle 6. sind die Anthropometrischen Daten der Probanden abgebildet.
Diese Daten wurden zur möglichen späteren Berechnung der Eigenschaften eines
Beinstrecker-Modellmuskels erhoben. Die Eigenschaften wurden aber nicht im Rahmen der
Masterarbeit berechnet.
~ 55 ~
Tabelle 5.: Eingangsgrößen des Streckermodells Knie (Sust, 1996)
Symbol
lo
Eigenschaft und Messvorschrift
Länge des Oberschenkels:
Abstand zwischen Articulatio genus und Trochanter Major
lu
Länge des Unterschenkels:
Abstand zwischen Articulatio genus und Malleolus fibularis
ku
Ansatz des Ersatzmuskels:
Abstand zwischen Mitte der Patella und der Tuberositas tibiae
Ir
Lage der Drehachse des Knies im Modell:
Knieumfang über die Patella dividiert durch 6.28
Tabelle 6.: Anthropometrische Daten der Probanden
lo [cm]
lu [cm]
ku [cm]
Knieumfang/Knieradius
[cm]
Proband 1
52
47
10
43/6,847
Proband 2
45
40
8,5
35/5,57
Proband 3
47,5
45,5
10,5
34/5,41
Proband 4
43
38,5
7,5
34/5,41
Proband 5
48,5
41,5
10
38/6,05
Proband 6
45
43
9,5
37,5/5,97
Proband 7
44,5
44,5
8,5
38/6,05
Proband 8
49,5
42,5
10
37/5,89
Ein Messsytem (inkrementaler Geber) am Schlitten erhob die Position des Schlittens mit
einer Messfrequenz von 500 Herz.
Insgesamt wurden sechs Messungen durchgeführt. Jeweils zwei dynamische Messungen mit
dem Gewicht des Schlittens und 20kg bzw. 40kg Zusatzgewicht sowie zwei isometrische
Kraftmessungen. Diese Messungen wurden sowohl beim Eingangs- als auch beim
~ 56 ~
Abschlusstest durchgeführt. Dabei wurde bei den dynamischen Testungen die maximale
Kraft während der Bewegung Fdyn und die maximale Leistung Pmax erhoben. Bei den
isometrischen Messungen wurde die maximal erreichte Kraft Fiso gemessen.
5.3.3 Trainingsprogramm
Das Trainingsprogramm für die durchgeführte Interventionsstudie bezieht sich auf das von
Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli und Morin (2017) beschriebene Trainingsprogramm. In
Tabelle 7. wird die jeweilige Kraft-Geschwindigkeit-Imbalance und die dafür geeignete
Zusammensetzung der Übungen für das Training beschrieben. Tabelle 8. zeigt die Übungen
für die individuelle Zielstellung des Trainingsprogramms.
Tabelle 7.: F-v Imbalance Kategorien, Grenzbereiche und zusammengehöriges Krafttrainingsprogramm
(Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli & Morin, 2017)
F-v Imbalance categorie
F-v profile in % of optimal
thresholds (%)
Training loads ratio
High force deficit
<60
3 Strength, 2 Strength-power, 1
Power
Low force deficit
60–90
2 Strength, 2 Strength-power, 2
Power
Well-balanced
>90–110
Low velocity deficit
>110–140
High velocity deficit
>140
1 Strength, 1 Strength-power, 2
Power, 1 Power-speed, 1 Speed
2 Speed, 2 Power-speed, 2
Power
3 Speed, 2 Power-speed, 1
Power
~ 57 ~
Tabelle 8.: Zielstellungen für das jeweilige F-v Spektrum, Übungen und Trainingsintensität (Jiménez-Reyes,
Samozino, Brughelli & Morin, 2017)
Loading focus/target
Exercises
Training loads
Strength
Back squat
Leg press
Deadlift
80–90% 1RM
90–95% 1RM
90–95% 1RM
Strength-power
Clean pull
Deadlift
SJ
CMJ
80% 1RM
80% 1RM
>70% of BW
>80% of BW
Power
SJ
CMJ
Single leg SJ
Single leg CMJ
Clean pull jump
20–30% of BW
35–45% of BW
BW
10% of BW
65% 1RM
Power-speed
Depth jumps
SJ
CMJ
Maximal Vertical Box Jump
BW
10% of BW
Maximal Roller Push-off
CMJ with arms
<BW
BW
Speed
RM = repetition maximum; SJ = Squat Jump; BW = body weight; CMJ = Countermovement Jump
Die Übungen der Speed Kategorie wurden durch kurze Sprints, Stiegenläufe und schnelle
Wechselsprünge auf eine Kiste erweitert, da bei diesen Übungen eine schnelle
Bewegungsausführung möglich ist und somit eine gewisse Ähnlichkeit zu den anderen
Übungen besteht. Außerdem sind diese eher in üblichen Fitnessstudios durchzuführen als
manche der beschriebenen Übungen. Die genaue Durchführung aller Übungen wird im
nächsten Kapitel genauer dargestellt.
Die Probanden führten ein sechswöchiges Trainingsprogramm durch, mit zwei Einheiten pro
Woche, welches sich aus einem Aufwärmteil, dem Hauptteil und einem Cool-down am Ende
zusammensetzte:
Begonnen wurde das Aufwärmen mit der Mobilisierung der Gelenke (Sprung-, Knie-,
Handgelenke...) und ein bis zwei Minuten Seilspringen. Danach wurde ein Circle Training
durchgeführt, welches sich aus Kniebeugen, Liegestützen, Lunges, Klimmzügen und Calf
Raises zusammensetzte. Dieser Zyklus wurde dreimal wiederholt mit je zehn
Wiederholungen pro Übung. Am Ende jedes Circles wurde ein 30 Sekunden dauernder Plank
durchgeführt. Als letzte Vorbereitung wurden noch fünf schnelle Strecksprünge absolviert.
~ 58 ~
Der Hauptteil setzte sich je nach F-v-Imbalance Profil aus sechs unterschiedlichen Übungen
zusammen, die passend für die Zielstellung und Intensität gewählt wurden. Das Training
dauerte ungefähr 60 Minuten und jede Übung wurde in drei Sätzen mit zehn bis zwölf
Wiederholungen ausgeführt.
Am Ende des Trainings wurden als Cool-down noch einige Dehnungsübungen mit
Schwerpunkt der Beinmuskulatur (Oberschenkelvorderseite, Oberschenkelrückseite,
Hüftbeuger, Waden, Gesäßmuskulatur) ausgeführt.
5.3.4 Übungen
In diesem Abschnitt werden die Übungen für alle Kategorien genau erklärt, was bei der
Durchführung zu beachten ist und welches zusätzliche Material bzw. welche Geräte dafür
benötigt werden.
 Back Squat
Für den Back Squat werden ein Squatrack und eine Langhantelstange benötigt. Bei der
Durchführung der Übung greift man die am Squatrack liegende Stange im Oberhandgriff
etwas weiter als schulterbreit an, duckt sich unter ihr hindurch und legt sie auf den Schultern
ab. Die Füße stehen dabei hüftbreit auseinander. Aus dieser Position wird mit geradem
Rücken eine Kniebeuge durchgeführt, aber nur soweit bis die Oberschenkel ungefähr parallel
zum Boden sind, wie es in Abbildung 21. gezeigt wird. Danach werden die Knie wieder
durchgestreckt und man befindet sich wieder in der Ausgangsposition. (Murphy, 2008)
Abbildung 21.: Durchführung Back Squat (Murphy, 2008, S. 142)
~ 59 ~
 Leg Press
Beim Leg Press werden die Füße schulterbreit auf die Plattform einer Beinpressmaschine
gestellt. Aus dieser sitzenden Position werden die Knie bis zu einem Winkel von 90° gebeugt
und danach wieder gestreckt, wie in Abbildung 22. dargestellt. Um die Beinbewegung zu
unterstützen kann man sich mit den Händen an seitlichen Stützgriffen festhalten. Ebenso ist
es wichtig darauf zu achten, dass die Beine nicht weiter gebeugt werden, da dies zu
unnötigen Belastungen führen kann. (Murphy, 2008)
Abbildung 22.: Durchführung Leg Press (Murphy, 2008, S. 143)
 Deadlift
Auf dem Boden liegt eine Langhantelstange. Die Füße werden schulterbreit direkt unter der
Stange platziert wie in Abbildung 23. zu sehen ist. Als nächstes geht man in die Knie und
greift die Stange mit einer Hand im Unter- und einer Hand im Oberhandgriff etwas breiter als
schulterbreit an. Die Übung kann auch nur im Oberhandgriff durchgeführt werden. Dabei
werden der Rücken und der Kopf immer gerade gehalten. Aus dieser Position steht man
langsam auf und führt die Stange dabei eng am Körper vorbei. Die Endposition ist bei fast
gestreckten Beinen erreicht. Aus dieser Schlussposition wird die Stange mit geradem Rücken
und gebeugten Knien wieder langsam auf den Boden geführt. Indem die Langhantelstange
auf einer Erhöhung abgelegt wird, zum Beispiel bei einem Powerrack, ist es möglich mit
höheren Gewichten effektiver zu trainieren, da das Anheben des Gewichtes vom Boden
wegfällt. (Murphy, 2008)
~ 60 ~
Abbildung 23.: Durchführung Deadlift (Murphy, 2008, S. 80)
 Clean Pull
Beim Clean Pull werden die Füße etwa schulterbreit vor einer am Boden liegenden
Langhantelstange gestellt. Die Stange wird dann außerhalb der Füße im Oberhandgriff
angegriffen. In dieser Ausgangsposition sind die Schultern direkt über der Stange und die
Knie sind in einem 90° Winkel gebeugt. Bei der folgenden Bewegung bleibt der Rücken
gerade und der Blick ist nach vorne gerichtet. Das Gewicht wird schnell vom Boden
angehoben und bis unter das Kinn bewegt. Dabei geht man auf die Zehenspitzen und streckt
den Körper soweit wie möglich wie es in Abbildung 24. dargestellt ist. Die Stange bleibt
während der Bewegung nahe am Körper. (Murphy, 2008)
Abbildung 24.: Durchführung Clean Pull (Murphy, 2008, S. 116)
~ 61 ~
 Clean Pull Jump
Der Clean Pull Jump unterscheidet sich vom Clean Pull nur durch einen kurzen zusätzlichen
vertikalen Sprung nach der Aufwärtsbewegung – ansonsten ist die Durchführung die gleiche.
 Squat Jump
Der Springer steht zu Beginn des Squat Jumps aufrecht mit den Händen an der Hüfte fixiert.
Dann wird die Bewegung durch eine Beugung der Hüfte und Knie eingeleitet bis eine tiefe
Kniebeugeposition oder sogenannte Squat-Position erreicht ist. Der Oberkörper ist leicht
nach vorne gebeugt, Hüft- und Kniegelenke sind in etwa 90° angewinkelt. In dieser
Ausgangsposition verharrt der Springer für ein bis zwei Sekunden bevor ein höchst möglicher
Sprung ohne zusätzliche Ausholbewegungen durchgeführt wird. (Akademie für Sport und
Gesundheit, 2018)
Die Intensität des Squat Jumps kann im Training durch die zusätzliche Verwendung von
Kurzhanteln, einer Langhantelstange oder einer Gewichtsweste gesteigert werden.
 Countermovement Jump
Die Startposition des Countermovement Jumps ist gleich der des Squat Jumps. Der Springer
steht aufrecht mit den Händen an der Hüfte fixiert und führt eine vertikale Sprungbewegung
mit Ausholbewegung durch. Im Gegensatz zum Squat Jump verharrt der Springer nicht in der
tiefen Kniebeugeposition, sondern springt sofort ab. Durch die zusätzliche Ausholbewegung
werden hier höhere Sprunghöhen erreicht. (Akademie für Sport und Gesundheit, 2018)
Ebenso kann die Trainingsintensität durch die Verwendung von Kurzhanteln, einer
Langhantelstange oder einer Gewichtsweste erhöht werden.
 Single leg Squat Jump
Für die Durchführung des Single Leg Squat Jumps wird ein Fuß auf eine Erhöhung, zum
Beispiel auf eine Hantelbank gelegt und dann wird dieselbe Bewegung wie beim Squat Jump
ausgeführt. Durch das Springen auf einem Bein wird zusätzlich die Koordination gefördert.
~ 62 ~
 Single leg Countermovement Jump
Gleich wie bei der Durchführung des Single Leg Squat Jumps wird ein Fuß beim Single leg
Countermovement Jump auf eine Erhöhung gelegt und eine vertikale Sprungbewegung mit
Ausholbewegung ausgeführt.
 Countermovement Jump with arms
Beim Countermovement Jump with arms wird ein Countermovement Jump mit einer
Ausholbewegung der Arme durchgeführt.
 Depth jumps
Bei Depth Jumps oder auch Drop Jumps genannt, handelt es sich um einen Tief-Hoch Sprung,
bei dem der Springer von einer vorgegebenen Höhe, zum Beispiel einer Kiste, einen
Niedersprung auf den Boden durchführt. Nach der Landung, welche abgefedert wird, erfolgt
ein sofortiger vertikaler Absprung. Die Fersen haben dabei keinen Kontakt zum Boden.
Während des gesamten Bewegungszykluses sind die Hände an der Hüfte fixiert und führen
keine Ausholbewegung durch. (Akademie für Sport und Gesundheit, 2018)
Um die Intensität im Training zu steigern kann die Sprunghöhe variieren oder zusätzliche
Gewichte in Form von Hanteln oder Gewichtswesten verwendet werden.
 Maximal Vertical Box Jump
Beim Maximal Vertical Box Jump handelt es sich um eine vertikale Sprungbewegung auf eine
Box oder eine Kiste. In der Ausgangsposition steht der Springer mit den Füßen etwa
schulterbreit am Boden vor der Box. Die Bewegung wird mit einer Kniebeuge eingeleitet und
einem schnellen vertikalen Sprung auf die Kiste durchgeführt. Mit den Armen wird dabei
eine Ausholbewegung ausgeführt, um eine maximale Sprunghöhe erreichen zu können. Zur
Intensitätssteigerung dieser Übung können höhere Gegenstände gewählt werden auf die
gesprungen werden soll oder es kann eine Gewichtsweste verwendet werden.
 Maximal Roller Push-off
Die Ausführung des Maximal Roller Push-off wird in einer liegenden Position durchgeführt,
wie in Abbildung 25. schematisch dargestellt. Der Proband liegt auf einem beweglichen
~ 63 ~
Schlitten und stellt die Füße schulterbreit gegen eine Plattform und streckt die Beine so
schnell wie möglich durch. (Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli & Morin, 2017)
Abbildung 25.: Schematische Darstellung Maximal Roller Push-off; (A) Startposition, (B) Endposition (JiménezReyes, Samozino, Brughelli & Morin, 2017, S. 9)
5.4 Statistische Auswertung
Die ermittelten Daten wurden in Excel ausgewertet und bearbeitet. Alle Daten werden mit
den Mittelwerten und Standardabweichungen (SD) dargestellt. Um die Ergebnisse
vergleichen zu können wurden die Mittelwerte der Parameter von Ein- und Ausgangstest
mittels gepaarter T-Tests (Signifikanzniveau von 5%) berechnet.
5.5
Ergebnisse
Die Ergebnisse der Athleten beim Eingangs- und Abschlusstest der mechanischen Parameter
der F-v-Relation bei Squatjumps sind in Tabelle 9. abgebildet. Es werden auch die
Mittelwerte aller Daten und deren Standardabweichung dargestellt, um die Effekte
erkennen zu können. Man erkennt, dass der Wert der Kraft F0 nach der Trainingsperiode
etwas gesunken ist aber auch, dass sich der Wert der Geschwindigkeit v0 verbessert hat.
Zusätzlich kommt es zu einer Steigerung der maximalen Leistung Pmax. Die F-v-Imbalance
verbessert sich von 173,25% ±28,07 beim Eingangstest zu 153,13% ±40,52 und beim
Abschlusstest in die Richtung des Optimums von 100%, jedoch nicht signifikant. In Abbildung
26. werden die Werte der F-v-Imbalance der Probanden bei der Eingangs- und
Abschlusstestung gezeigt.
~ 64 ~
Tabelle 9.: Mechanische Parameter der F-v-Relation beim Ein- und Ausgangstest
F0 [N]
F0 normiert [N/kg]
v0 [m/s]
Pmax [W]
Pmax [W/kg]
F-V Imbalance [%]
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Proband 1
4763
4099
49,9
45,1
2,49
2,77
2969
2841
31,1
31,1
148
120
Proband 2
4004
3589
58
52,2
2,1
2,66
2105
2390
30,5
34,7
199
141
Proband 3
4856
3611
66,7
49,2
2,42
3,03
2942
2737
40,4
37,3
185
110
Proband 4
2747
3283
52,1
63
2,16
2,04
1485
1676
28,2
32,2
158
202
Proband 5
5281
5251
66
66,4
2,19
2,25
2894
2954
36,2
37,3
219
214
Proband 6
3255
2979
48,8
46,3
2,46
2,60
2001
1933
30
30
154
138
Proband 7
3871
3701
50,9
47,5
2,72
2,96
2629
2741
34,5
35,2
138
118
Proband 8
5003
4871
60,3
58,3
2,31
2,28
2892
2779
34,8
33,3
185
182
Mittelwert
4222,5
3923
56,59
53,5
2,36
2,57
2489,63
2506,38
33,21
33,89
173,25
153,13
SD
± 902,97
± 779,39
± 7,22
± 8,09
± 0,21
± 0,35
± 557,45
± 467,02
±4
± 2,72
± 28,07
± 40,52
T-Test
p= 0,14
p= 0,30
p= 0,05
~ 65 ~
p= 0,79
p= 0,46
p= 0,15
Abbildung 26.: Vergleich der F-v-Imbalance der Probanden beim Eingangs- und Abschlusstest
Die höchsten erreichten Sprunghöhen der Testungen der Probanden werden in Tabelle 10.
gezeigt. Ein Vergleich aller Mittelwerte der Sprunghöhen von Eingangs- und Abschlusstest ist
in Abbildung 27. abgebildet. Dabei lässt sich im Durchschnitt eine Steigerung der
Sprunghöhen bei allen unterschiedlichen Zusatzgewichten, außer bei den Sprüngen mit einer
zusätzlichen Belastung von 37,5% der Körpermasse, bei denen im Durchschnitt die gleiche
Sprunghöhe von 0,35 Metern sowohl beim Eingangs- als auch beim Abschlusstest erreicht
wurde, erkennen. Um diese Mittelwerte vergleichen zu können wurde ebenfalls in Excel ein
T-Test mit einem Signifikanzniveau von 5% durchgeführt, wobei eine signifikante
Verbesserung erzielt wurde.
~ 66 ~
Tabelle 10.: Sprunghöhen beim Ein- und Ausgangstest
Sprunghöhen [m]
Zusatzgewicht
[% Körpermasse]
0
12,5
25
37,5
50
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Proband 1
0,447
0,473
0,417
0,413
0,371
0,377
0,335
0,334
0,311
0,312
Proband 2
0,395
0,487
0,368
0,458
0,342
0,41
0,322
0,363
0,284
0,344
Proband 3
0,487
0,516
0,488
0,465
0,428
0,404
0,406
0,364
0,371
0,356
Proband 4
0,36
0,372
0,327
0,356
0,293
0,332
0,274
0,306
0,25
0,275
Proband 5
0,471
0,474
0,404
0,445
0,397
0,426
0,386
0,384
0,348
0,355
Proband 6
0,453
0,461
0,409
0,419
0,372
0,37
0,339
0,343
0,309
0,308
Proband 7
0,505
0,51
0,45
0,474
0,426
0,444
0,381
0,377
0,341
0,345
Proband 8
0,467
0,439
0,406
0,408
0,389
0,379
0,372
0,341
0,332
0,318
Mittelwert
0,45
0,47
0,41
0,43
0,38
0,39
0,35
0,35
0,32
0,33
SD
± 0,05
± 0,05
± 0,05
± 0,04
± 0,04
± 0,04
± 0,04
± 0,03
± 0,04
± 0,03
T-Test
p= 0,18
p= 0,13
p= 0,18
~ 67 ~
p= 0,97
p= 0,36
Abbildung 27.: Vergleich der Mittelwerte der Sprunghöhen mit unterschiedlichen Zusatzgewichten
Die Ergebnisse der Ein- und Ausgangsmessungen an der Beinpresse werden in Tabelle 11.
abgebildet. Die erreichten Höchstwerte der jeweiligen Messung sind in den Tabellen
dargestellt und diese wurden auch für die Auswertung der Daten verwendet. Die erzielten
Resultate wurden mittels T-Test verglichen.
~ 68 ~
Tabelle 11.: Ergebnisse Ein- und Ausgangstest an der Beinpresse
Fdyn 20 kg [N]
Pmax 20 kg [W]
Fdyn 40 kg [N]
Pmax 40 kg [W]
Fiso [N]
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Proband 1
920,45
967,24
1820,31
1915,78
1039,90
1008,60
2104,33
1811,45
1389,50
1620,00
Proband 2
861,43
943,43
1226,43
1659,04
925,20
1059,20
1120,89
1694,03
1078,00
1318,00
Proband 3
844,99
1066,60
1412,69
2094,55
1065,00
1148,40
1809,05
2167,64
1331,00
1578,00
Proband 4
423,63
519,99
438,39
552,73
550,64
603,20
575,83
631,42
548,00
870,18
Proband 5
871,95
892,80
1333,16
1400,78
1057,40
1059,20
1496,86
1556,41
2026,80
1972,00
Proband 6
884,94
853,20
1169,70
1169,72
955,03
1071,10
1022,36
1422,26
1784,40
2131,80
Proband 7
876,31
963,03
1311,86
1504,74
1070,20
1051,70
1533,83
1445,83
1257,54
1347,00
Proband 8
705,86
902,06
828,89
1292,18
717,23
1040,50
794,35
1341,04
1099,10
1223,00
Mittelwert
798,69
888,54
1192,68
1448,69
922,58
1005,24
1307,19
1508,76
1314,29
1507,50
SD
± 164,33
± 162,01
± 410,44
± 476,60
± 191,08
± 167,21
± 519,39
± 442,66
± 451,53
± 409,17
T-Test
p= 0,01
p= 0,08
p= 0,01
~ 69 ~
p= 0,11
p= 0,004
5.6 Diskussion
Die Ermittlung der Kraft-Geschwindigkeits-Relation nach dem Modell von Samozino et al.
(2013) hat durch die Verwendung des Spreadsheets von Morin und Samozino (2017) sehr
gut funktioniert. Damit wurde die Berechnung der aktuellen und der optimalen F-v-Relation
durchgeführt. Ebenso konnte aus dem Spreadsheet die jeweilige F-v-Imbalance der Athleten
abgelesen werden, die für die Trainingsplanung nach dem Programm der Studie von
Jiménez-Reyes et al. (2017) von sehr großer Bedeutung war.
Morin und Samozino (2017) geben einige Tipps an um eine genauere KraftGeschwindigkeits-Relation zu erhalten. Zunächst sollten die getesteten Athleten es gewohnt
sein mit zusätzlichem Gewicht zu springen und dieses sollte annähernd dem eigenen
Körpergewicht entsprechen. Dafür sind einige Gewöhnungseinheiten und Trainings
notwendig, die aus zeitlichen Gründen bei dieser Studie nicht durchzuführen waren.
Außerdem war die Verwendung von zusätzlichen Gewichten mit den Gewichtswesten
limitiert. Ein anderer Tipp um eine genauere F-v-Relation zu erhalten ist die Wahl des
maximalen Zusatzgewichts. Das Gewicht sollte zwischen null Kilogramm und dem Gewicht
liegen, bei dem der Athlet noch mindestens 10 Zentimeter springen kann. Da das Gewicht
bei dieser Studie begrenzt war konnte dies nicht ausgetestet werden. Außerdem erreichten
die Teilnehmer bei den Sprüngen mit der höchsten Zusatzbelastung eine Höhe von 0,33
±0,03 Meter bei der Abschlussmessung. Daher könnte es möglich sein, dass mit anderen
Geräten, wie zum Beispiel einer Squat machine oder einem Kabelzugsystem bessere
Ergebnisse erreicht werden können.
Da die Probanden eine Eingewöhnungsphase an das Springen mit zusätzlichen Gewichten
und der Durchführung des Squatjumps vor der Eingangstestung absolvierten, verlief diese
beinahe ohne Fehlversuche. Daher kann man davon ausgehen, dass die Probanden bei
jedem Sprung gut erholt waren und die höchstmögliche Leistung erbracht haben. Nach der
ersten Messung konnte durch die ermittelte F-v-Imbalance das Training geplant und
durchgeführt werden. Zu Beginn hatten alle Athleten ein leichtes bzw. ein hohes
Geschwindigkeitsdefizit, wobei die Werte zwischen 138% und 219% lagen. Im Durschnitt
starteten die Probanden mit einer F-v-Imbalance von 173,25% in die Trainingsphase. Dieser
hohe Wert wurde vermutlich erzielt, weil alle Teilnehmer einen aktiven Bezug zum
Krafttraining mit zusätzlichem Gewicht hatten. Durch das gezielte Schnelligkeitstraining
verbesserten sich sieben von acht Athleten in Richtung Optimum von 100% und nur bei
einem Probanden stieg die F-v-Imbalance von 158% auf 202% an. Diese Erhöhung der KraftGeschwindigkeits-Imbalance und somit die Steigerung der Kraft bei einem
geschwindigkeitsorientierten Training lässt sich nur schwer, wenn überhaupt erklären. In der
Studie von Jiménez-Reyes et al. (2017) verbesserte sich die Gruppe mit einem
Geschwindigkeitsdefizit im Durchschnitt von 130 ±11,5 auf 103 ±6,3%. Dabei verbesserten
sich alle Teilnehmer in Richtung Optimum und deswegen ist es schwer diese verkehrte
~ 70 ~
Entwicklung zu vergleichen. Die größte Verbesserung wurde von Proband 3 erzielt, indem
der Wert der Eingangstestung von 185% auf 110% bei der Abschlussmessung gesunken ist.
Im Durschnitt verbesserten sich die Teilnehmer in Richtung des Optimums und erzielten
einen Wert von 153,13%. Da der T-Test ein Ergebnis von p=0,07 ergab und somit keine
signifikante Verbesserung der F-v-Imbalance erzielt wurde, kann die erste Hypothese, dass
sich die F-v-Imbalance durch das gezielte Training an den Wert des F-v-Optimums annähert,
nicht bestätigt werden.
Die zweite Hypothese, dass sich aufgrund des Sprungkrafttrainings die maximale
Sprungleistung der Athleten verbessert, lässt sich aufgrund des Ergebnisses des T-Tests von
p=0,01 bestätigen. Bei den Sprüngen ohne zusätzlichem Gewicht verbesserten sich die
Probanden im Mittelwert von 0,45 ±0,05 auf 0,47 ±0,05 Meter, was einer genauen
Steigerung von 4% entspricht. Eine Verbesserung in diesem Bereich entspricht dem
gesetzten Ziel. Im Durchschnitt verbesserten sich die Probanden bei allen Sprüngen um ein
bis zwei Zentimeter, bis auf die Zusatzbelastung von 37,5% der Körpermasse, bei der sowohl
beim Eingangs- als auch beim Abschlusstest die gleiche Sprunghöhe von 0,35 Meter ermittelt
wurde. Wenn die Athleten im Einzelnen betrachtet werden sieht man, dass es bei den
Probanden 3 und 8 zu leichten Verlusten der Sprunghöhe bei einigen Sprüngen gekommen
ist. Im Gegensatz dazu haben sich die restlichen Probanden bei fast allen Sprüngen
verbessert, besonders die Probanden 2 und 4. Die höchste Steigerung der Sprungleistung
erzielte Proband 2 - und zwar mit einer Verbesserung der Sprungleistung um ca. neun
Zentimeter (23%) bei der ersten Stufe und sechs Zentimeter (21%) bei der fünften Stufe. Die
Verbesserungen sind sehr hoch im Vergleich zu Jiménez-Reyes et al. (2017), in dessen Studie
bei einer Gruppe mit einem Geschwindigkeitsdefizit eine Verbesserung von 12,7 ±5,7%
erzielt wurde. Es ist nicht auszuschließen, dass diese starke Steigerung des Athleten an der
Tagesverfassung lag oder weil der Athlet die Sprünge beim Eingangstest nicht mit vollem
Einsatz ausgeführt hat.
Diese Anpassungen können auf die Form des Trainings ausgelegt werden, da keiner der
Teilnehmer je ein Schnelligkeitstraining dieser Art durchgeführt hat. Dennoch ist die
Trainingsphase von sechs Wochen mit nur zwei Trainingseinheiten pro Woche das Minimum
um Fortschritte feststellen zu können, da einige neuromuskuläre Anpassungen einfach mehr
Zeit in Anspruch nehmen. Daher liegt die Spanne der Verbesserungen in Bezug auf die
F-v-Imbalance zwischen 3-75%. Durch eine längere Trainingsperiode von 8-12 Wochen und
einem zusätzlichen dritten Training pro Woche hätten möglicherweise bessere Anpassungen
stattfinden können. Ebenso spricht nicht jedes Sprungkrafttraining auf alle Athleten gleich
an. Der Großteil der Teilnehmer konnte sich zwar verbessern, jedoch könnte eine
Kombination aus Schnelligkeitstraining und Krafttraining mit Gewichten eventuell zu einer
besseren Steigerung der Sprunghöhe, insbesondere bei den Sprüngen mit zusätzlichem
Gewicht, beitragen.
~ 71 ~
Im Durchschnitt haben sich die gemessenen Ergebnisse an der Beinpresse in allen
Parametern verbessert. Bezüglich der dritten Hypothese, dass sich die Leistung P verbessert,
gibt es folgendes Ergebnis: Es konnte eine Verbesserung der Leistung Pmax bei den
dynamischen Messungen mit 20 Kilogramm Zusatzgewicht (T-Test: p=0,01) nachgewiesen
werden, jedoch konnte keine signifikante Verbesserung bei der Pmax der dynamischen
Messungen mit 40 Kilogramm zusätzlichem Gewicht (T-Test: p=0,11) festgestellt werden.
Die Steigerung der Leistung bei 20 Kilogramm liegt vermutlich an den Übungen des
Trainingsprogramms mit zusätzlichen Gewichten, da hier mit zusätzlichem Gewicht zwischen
10 und 20 Kilogramm trainiert wurde. Jedoch lässt sich dies nicht mit hundertprozentiger
Sicherheit schlussfolgern, da die Übungen vom Training unterschiedliche Auswirkungen auf
das Springen und die Stoßbewegung an der Beinpresse haben, weil es sich hierbei um eine
schiefe Ebene handelt. Außerdem wurden eher schnelle Bewegungen trainiert, weshalb es
zu einer Steigerung der Abstoßgeschwindigkeit des Schlittens an der Beinpresse kommen
konnte. Da es zu keiner signifikanten Steigerung der Leistung Pmax bei 40 Kilogramm
Zusatzgewicht gekommen ist kann die dritte Hypothese nur als teilweise bestätigt
angesehen werden.
5.7 Konklusion
Alles in allem hat die Testmethode zur Ermittlung der individuellen und optimalen KraftGeschwindigkeits-Relation bei Sprüngen gut funktioniert. Die Ergebnisse waren realistisch
und das angepasste Training hat bei den meisten die gewünschten Effekte erzielt. Dennoch
gab es einige Limitationen, durch deren Behebung möglicherweise genauere Resultate
erzielt werden können.
Der zeitliche Faktor und die Anzahl der Gewöhnungs- und Trainingseinheiten ist der erste
Punkt. Um sich an das Springen mit zusätzlichem Gewicht zu gewöhnen sind einige Einheiten
notwendig, um sich an das richtige Zusatzgewicht anzunähern, mit dem noch mindestens
zehn Zentimeter hoch gesprungen werden kann. In dieser Studie gab es leider nur eine
Eingewöhnungseinheit, damit die Probanden ein Gefühl für das Springen mit Gewicht
bekommen konnten. Außerdem ist die Trainingsphase von sechs Wochen mit zwei
Trainingseinheiten pro Woche die minimale Zeit um mögliche Effekte erzielen zu können. Bei
einigen Probanden wurden zwar gute Ergebnisse erzielt, dennoch haben sich andere auch
nur um zwei bis drei Prozent verbessert und dies kann an einem zu kurzen Zeitraum liegen
um Trainingserfolge erreichen zu können.
Eine weitere Limitation ist die Möglichkeit mit hohen Gewichten zu springen. Bei der Studie
wurden Gewichtswesten verwendet, mit denen eine maximale Zusatzbelastung von
50 Kilogramm erzielt werden konnte. Das durchschnittliche Gewicht der Probanden lag bei
~ 72 ~
74,46 ±12,6 Kilogramm und daher wäre eine Annäherung an das Körpergewicht nicht
möglich gewesen.
Die größte Limitation ist allerdings das Fehlen einer Kontrollgruppe. Durch diese
Einschränkung konnten die Ergebnisse einer gezielten Trainingsintervention bei einer
Gruppe mit Geschwindigkeitsdefizit nicht mit denen eines normalen Kraft- bzw.
Sprungkrafttrainings verglichen werden.
~ 73 ~
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Abbildung 1.: Untersuchungsziele der Biomechanik des Sports (Rudolph, 2017). Rudolph, K. (2017).
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Abbildung 2.: Biomechanische Messverfahren (Tukor, 2017). Tukor, D. (2017). Messmethoden der
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Abbildung 3.: Kraft-Geschwindigkeits-Relation (durchgezogene Linie) und LeistungsGeschwindigkeits-Relation (unterbrochene Linie) bei eingelenkigen Bewegungen (Jaric, 2015)
Abbildung 4.: Kraft-Geschwindigkeits-Relation (durchgezogene Linie) und LeistungsGeschwindigkeits-Relation (unterbrochene Linie) bei mehrgelenkigen Bewegungen (Jaric,
2015)
Abbildung 5.: Schematische Darstellung Countermovement Jump (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic und
Jaric, 2017)
Abbildung 6.: Schematische Darstellung Cycling (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
Abbildung 7.: Schematische Darstellung Benchpress throws (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric,
2017)
Abbildung 8.: Schematische Darstellung Bench pulls (Zivkovic, Djuric, Cuk, Suzovic & Jaric, 2017)
Abbildung 9.: Schematische Darstellung Countermovement Jump (Lünsch, 2015). Lünsch, H. (2015).
Leistungsdiagnostik - Messung der Reaktivkraft. Solutions in Sports: http://www.solutions-insports.de/leistung2.html, letzter Zugriff: 11.12.2018, 16:15
Abbildung 10.: Kraft-Zeit Verlauf Countermovement Jump (Richter, 2011, S. 25). Richter, A.: Aspekte
der Sprungkraft und Sprungkraftdiagnostik unter besonderer Berücksichtigung der
Entwicklung im Kindes- und Jugendalter, unv. Diss., Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2011.
Abbildung 11.: Schematische Darstellung Squatjump (Lünsch, 2015). Lünsch, H. (2015).
Leistungsdiagnostik - Messung der Reaktivkraft. Solutions in Sports: http://www.solutions-insports.de/leistung2.html, letzter Zugriff: 11.12.2018, 16:15
Abbildung 12.: Kraft-Zeit Verlauf Squatjump (Richter, 2011, S. 24). Richter, A.: Aspekte der
Sprungkraft und Sprungkraftdiagnostik unter besonderer Berücksichtigung der Entwicklung
im Kindes- und Jugendalter, unv. Diss., Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 2011.
Abbildung 13.: Schematische Darstellung Drop Jump (Lünsch, 2015). Lünsch, H. (2015).
Leistungsdiagnostik - Messung der Reaktivkraft. Solutions in Sports: http://www.solutions-insports.de/leistung2.html, letzter Zugriff: 11.12.2018, 16:15
Abbildung 14.: Kraft-Zeit Verlauf Drop Jump (Richter, 2011, S. 26). Richter, A.: Aspekte der
Sprungkraft und Sprungkraftdiagnostik unter besonderer Berücksichtigung der Entwicklung
im Kindes- und Jugendalter, unv. Diss., Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 2011.
~ 77 ~
Abbildung 15.: Schematische Darstellung des Kabelzugsystems, linke Seite Entlastung des Springers,
rechte Seite Belastung des Springers (Cuk et al., 2014)
Abbildung 16.: Die drei Schlüsselposition und Höhen der Berechnungen während eines Squatjumps
(Samozino, Morin, Hintzy & Belli, 2008)
Abbildung 17.: Darstellung der individuellen und der optimalen Kraft-Geschwindigkeitsrelation von
zwei Athleten (Morin & Samozino, 2016)
Abbildung 18.: Schematische Darstellung des Messsystems
Abbildung 19.: Spreadsheet Eingangstest Proband 7 (Morin & Samozino, 2017). A spreadsheet for
jump Force-Velocity-Power profiling. http://jbmorinsportscience.blogspot.com/2017/10/aspreadsheet-for-jump- force-velocity.html, letzter Zugriff: 22.11.2018; 11:45
Abbildung 20.: Beinlängenmessung im Liegen und in der Hocke (Jiménez-Reyes et. al., 2016). Validity
of a Simple Method for Measuring Force-Velocity-Power Profile in Countermovement Jump.
International Journal of Sports Physiology and Performance, doi:
http://dx.doi.org/10.1123/ijspp.2015-0484.
Abbildung 21.: Durchführung Back Squat (Murphy, 2008, S. 142). Der Muskelmanager, Powerwork
für jeden Zeitplan. Aachen: Meyer & Meyer Verlag
Abbildung 22.: Durchführung Leg Press (Murphy, 2008, S. 143). Der Muskelmanager, Powerwork für
jeden Zeitplan. Aachen: Meyer & Meyer Verlag
Abbildung 23.: Durchführung Deadlift (Murphy, 2008, S. 80). Der Muskelmanager, Powerwork für
jeden Zeitplan. Aachen: Meyer & Meyer Verlag
Abbildung 24.: Durchführung Clean Pull (Murphy, 2008, S. 116). Der Muskelmanager, Powerwork für
jeden Zeitplan. Aachen: Meyer & Meyer Verlag
Abbildung 25.: Schematische Darstellung Maximal Roller Push-off; (A) Startposition, (B) Endposition
(Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli & Morin, 2017, S. 9). Effectiveness of an Individualized
Training Based on Force-Velocity Profiling during Jumping. Frontiers in Physiologie (7:677),
doi: 10.3389/fphys.2016.00677.
Abbildung 26.: Vergleich der Mittelwerte der Sprunghöhen
Abbildung 27.: Vergleich der F-v-Imbalance der Probanden beim Eingangs- und Abschlusstest
~ 78 ~
Tabellenverzeichnis:
Tabelle 1.: Translatorische Kinematische Merkmale und Zeitmerkmale (Preiß, 1996). Biomechanische
Merkmale, In: Ballreich, R., Baumann, W. (Hrsg.), Grundlagen der Biomechanik des Sports:
Probleme-Methoden-Modelle, 2. Auflage. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag
Tabelle 2.: Rotatorische kinematische Merkmale (Preiß, 1996). Biomechanische Merkmale, In:
Ballreich, R., Baumann, W. (Hrsg.), Grundlagen der Biomechanik des Sports: ProblemeMethoden-Modelle, 2. Auflage. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag
Tabelle 3.: Dynamische Merkmale (Preiß, 1996). Biomechanische Merkmale, In: Ballreich, R.,
Baumann, W. (Hrsg.), Grundlagen der Biomechanik des Sports: Probleme-Methoden-Modelle,
2. Auflage. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag
Tabelle 4.: Personenbezogene Daten der Probanden
Tabelle 5.: Eingangsgrößen des Streckermodells Knie (Sust, 1996). Modular aufgebaute
deterministische Modelle menschlicher Bewegungen, In: Ballreich, R., Baumann, W. (Hrsg.),
Grundlagen der Biomechanik des Sports: Probleme-Methoden-Modelle, 2. Auflage. Stuttgart:
Ferdinand Enke Verlag
Tabelle 6.: Anthropometrische Daten der Probanden
Tabelle 7.: F-v Imbalance Kategorien, Grenzbereiche und zusammengehöriges
Krafttrainingsprogramm (Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli & Morin, 2017). Effectiveness
of an Individualized Training Based on Force-Velocity Profiling during Jumping. Frontiers in
Physiologie (7:677), doi: 10.3389/fphys.2016.00677.
Tabelle 8.: Zielstellungen für das jeweilige F-v Spektrum, Übungen und Trainingsintensität (JiménezReyes, Samozino, Brughelli & Morin, 2017). Effectiveness of an Individualized Training Based
on Force-Velocity Profiling during Jumping. Frontiers in Physiologie (7:677), doi:
10.3389/fphys.2016.00677.
Tabelle 9.: Mechanische Parameter der F-v-Relation beim Ein- und Ausgangstest
Tabelle 10.: Sprunghöhen beim Ein- und Ausgangstest
Tabelle 11.: Ergebnisse Ein- und Ausgangstest an der Beinpresse
~ 79 ~