Das Klettern bzw. das Erklimmen von natürlichen Erhebungen wie Bergen, Hügeln, Bäumen etc. liegt schon seit jeher in der Natur des Menschen. Dieses Wiki-Modul beschäftigt sich allerdings mit einer bestimmten Form des Kletterns: Dem Freiklettern.
Bereits seit 1300 besteigen die Menschen systematisch Berge. Damals noch u.a. von Kaisern befohlen, wird dies heutzutage als Sport betrieben. 1860 wird als die Geburtsstunde des Kletterns angesehen. Zu dieser Zeit wurden in der sächsischen Schweiz (Deutschland) die ersten Felswände nur durch den Gebrauch von Händen und Füßen erklommen, wobei Hilfsmittel (z.B. Haken, Seile, Karabiner etc.) lediglich zur Absicherung dienten. Deutsche Auswanderer brachten die Faszination des Freikletterns in die USA, wo sich schnell eine ganze „Freikletter-Szene“ herausbildete.
Bis zum heutigen Tag erfreut sich der Klettersport immer größerer Beliebtheit. So finden seit 1991 offizielle Weltmeisterschaften an künstlichen Wänden (Indoor) statt. Ab dem Jahr 2020 wird unter anderem das Freiklettern zu einer Disziplin bei den Olympischen Spielen. (Jannis)

Der Klettersport unterscheidet sich von anderen Sportarten dadurch, dass es keine vorgeschriebenen Bewegungsabläufe gibt. Dies fußt auf der Tatsache, dass man ständig mit neuen Ausgangssituationen konfrontiert wird, denn die Tritte und Griffe befinden sich immer wieder an unterschiedlichen Stellen, wodurch kein einheitliches Bewegungsbild vermittelt werden kann. Vielmehr müssen Bewegungsanforderungen, welche auf physikalischen Überlegungen beruhen, formuliert werden. Vereinfacht formuliert gilt es, die Schwerkraft mithilfe der vorgegebenen Felsstruktur bzw. in der Kletterhalle mit den vorgegebenen Griffen und Tritten zu überwinden. Neben den psychischen und physischen Leistungsfaktoren wollen wir im Folgenden vor allem auf die Merkmale der Technik eingehen. Unser Ziel ist es, grundlegende Anforderungen an ein ökonomisches Klettern zu formulieren und grundlegende Techniken vorzustellen, welche dieses ermöglichen. (Felix)

Im Folgenden stellen wir euch die wichtigsten Klettertechniken vor und erläutern, weshalb diese aus physikalischer und biomechanischer Sicht sinnvoll einzusetzen sind.

Durch die Wandneigung ist der Einsatz der Arme bzw. der Hände unabdingbar. Als Einsteiger merkt man daher sehr schnell, dass die Kraft in den Unterarmen zunächst den limitierenden Faktor darstellt (Low, 2004, S.23). Ökonomisch zu klettern bedeutet daher, vor allem wenig Arbeit durch Armkraft zu leisten und stattdessen möglichst viel Hub- und Haltearbeit über die Beine zu bewältigen. Dies geschieht zum Beispiel dadurch, dass beim Klettern der Großteil des Körpergewichts auf die Füße verlagert wird. Erreicht werden kann dies dadurch, indem der Körperschwerpunkt (vergl. DYN5 Mehrkörpersysteme) möglichst nah an die Wand gebracht wird (Low, 2004, S.21), damit der Winkel zwischen der Wand und der Kraft, welche durch das Stehen erzeugt wird, möglichst gering gehalten wird und damit der Schwerkraft stärker entgegenwirkt.

Dieses Phänomen lässt sich beim Stehen auf dem Boden beobachten. Steht man gerade, also befindet sich der Körperschwerpunkt über unseren Füßen, wird die Schwerkraft durch die vom Boden erzeugte Kraft ausgeglichen. Verschieben wir nun den Körperschwerpunkt, zum Beispiel durch das Lehnen des Oberkörpers nach vorne oder hinten, wird ein Drehmoment erzeugt (Demtröder, 2014, S.131). Dieses Drehmoment müssen wir, um nicht umzufallen, durch einen Ausfallschritt abfangen. Da wir beim Klettern den Körperschwerpunkt nie ganz über die Füße verlagern können, weil uns schlichtweg die Wand im Weg ist, muss das entstehende Drehmoment durch das Festhalten mit den Händen kompensiert werden (Low, 2004, S.13).

Abb. 1: Kräftedreieck

Praktisch erreicht man es, den Körperschwerpunkt über die Füße zu verlagern, indem man in die Knie geht und diese nach außen dreht. Auf diese Weise wandert die Hüfte zur Wand und die Arme können gestreckt bleiben. Eine weitere Technik, um den Körperschwerpunkt zur Wand zu verlagern, ist das sogenannte „Eindrehen“. Dabei dreht man ein Knie nach innen und beugt dieses dabei. Die Hüfte wird dadurch zur Wand gezogen und ist nicht mehr frontal zur Wand, sondern parallel zu ihr ausgerichtet. Auch bei dieser Technik können die Arme weiterhin gestreckt bleiben. Warum es wichtig ist, dass die Arme in einer gestreckten Haltung verbleiben, wird im folgendem Kapitel besprochen. (Felix)

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Beim Klettern am „langen Arm“ bleiben Hüfte und Knie beweglich. Die Arme dienen hier als eine Art Scharnier, wobei das Ellenbogen-Gelenk stehts gestreckt bleibt. Wie im Video zu sehen ist, bleibt die Beweglichkeit im Unterkörper sehr eingeschränkt solange die Arme angewinkelt sind. Der Unterschied im Hinblick auf die Beweglichkeit ist klar zu erkennen.

Sehen wir den unbewegten Körper beim Klettern als geschlossene kinematische Kette (vergl. DYN5 Mehrkörpersysteme) an, so besteht dieser - vereinfacht dargestellt - aus 6 Segmenten (Fußgelenk / Kniegelenk / Hüftgelenk / Schultergelenk / Ellenbogengelenk / Handgelenk). Bringt man den Körperschwerpunkt durch Kontraktion des Bizeps näher Richtung Wand, werden dadurch das Handgelenk, das Ellenbogengelenk und das Schultergelenk in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt. Dadurch wird die Zahl der beweglichen Segmente innerhalb der kinematischen Kette dezimiert. Die Anzahl der Freiheitsgrade bzw. die Beweglichkeit ist im Klettersport von großer Bedeutung (Low, 2004,S.25). Die Beweglichkeit in der Schulter und in der Hüfte sind Grundvoraussetzungen für viele Klettertechniken. Hierdurch ist es beispielsweise erst möglich, einen dynamischen Zug auszuführen oder durch das Verschieben der Hüfte den Körperschwerpunkt zu verlagern.

Das Klettern am langen Arm stellt aber nicht nur eine Grundlage für weitere Klettertechniken dar. Bleibt der Arm beim Hängen an einen Griff gestreckt, so ist der Bizeps entlastet, welcher sich überwiegend aus Fast-Twitch-Muskelfasern zusammensetzt. Diese weisen zwar eine hohe Kontraktionsgeschwindigkeit auf, sind allerdings wenig ausdauernd ( siehe MUS1 Bau und Funktion ). Somit ist es beim Klettern effizient, das Beugen des Armes zu reduzieren und wenn möglich den Arm gestreckt zu lassen. Diese Technik lässt sich in der Natur sehr gut an der Armhaltung der Affen beim Klettern beobachten.

Zur Verdeutlichung ein einfaches Beispiel: Versucht man im ermüdeten Zustand Klimmzüge zu tätigen, so wird schnell klar, dass es zwar noch möglich ist, den Körper an der Stange festzuhalten, das Hochziehen jedoch nicht mehr gelingt.

Vorsicht: Ermüdet die gesamte Muskulatur im Laufe einiger Kletterzüge, so sollte durch gezieltes Anspannen der Schultermuskulatur ein „Nach oben Wandern“ der Schulter verhindert werden, da dies eine häufige Verletzungsursache beim Klettersport darstellt. (Jannis)

Eine gute Fußtechnik bietet die Ausgangslage für einen ökonomischen Kletterstil. Was genau es beim Setzen der Füße zu beachten gilt und welche Rolle dies im Bezug auf ökonomisches Klettern spielt, möchten wir im Folgenden klären.

Die vielleicht erste Frage die man sich als Anfänger stellen wird, wenn es um die Verwendung der Füße geht, wird sein, welche Fläche man vom Fuß zum Treten benutzen soll. Stelle ich nur die Fußspitze oder versuche ich, möglichst viel Fußfläche auf den Tritt zu bekommen und stelle doch lieber den Mittelfuß auf? Als Trainer beobachtet man häufig, dass Anfänger dazu neigen, ihren Fuß parallel zur Wand zu drehen und die Mittelfußknochen zum Stehen verwenden. Doch schränkt man dadurch seine Beweglichkeit im Fuß-, Knie- und Hüftgelenk ein, wodurch zum Beispiel die Technik des Eindrehens unmöglich gemacht wird. Das Setzen der Zehenglieder hingegen bringt eine hohe Beweglichkeit mit sich, da man nun den Fuß ohne Probleme drehen kann und dieser nicht mehr durch die Wand in seiner Beweglichkeit eingeschränkt wird. Auch um einen besseren Halt zu erzielen, empfiehlt es sich, mit den Zehengliedern zu treten. Denn werden die Tritte kleiner und abschüssiger, spielt die Maximierung der Haftreibung eine Rolle, da diese nicht von der Auflagefläche, sondern lediglich von der Normalkraft F, also der senkrecht zur Auflagefläche wirkenden Komponente der Kraft und dem Haftreibungskoeffizienten μ abhängt (Demtröder, 2014, S.172). Haftreibung (siehe DYN6 Reibung):

Abb. 2

Durch die Beweglichkeit in der Hüfte und im Fuß, welche durch das Stellen der Zehenglieder erfolgt, kann direkt darauf Einfluss genommen werden, in welchem Winkel die Kraft auf den Tritt wirkt. Ist ein Tritt zum Beispiel abschüssig, kann durch ein Absenken der Ferse die Normalkraft, welche auf den Tritt wirkt, erhöht werden. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung der Haftreibung und impliziert einen besseren Halt.

Nachdem nun geklärt wurde, welche Fläche des Fußes sich am besten zum Stehen eignet, möchten wir nun auf ökonomisches Weitertreten eingehen, also das Wechseln von einem auf den anderen Tritt.

Um den nächsten Zug vorzubereiten ist es unabdingbar, die Position der Füße anzupassen. Das bedeutet, den jeweiligen Fuß - je nach Routenverlauf - auf den nächsthöheren Tritt zu stellen oder bei Bedarf auch weiter nach links oder rechts. Da im Idealfall möglichst viel Körpergewicht auf den Füßen liegt (siehe Körperschwerpunkt), würde ein einfaches Anheben eines Fußes dazu führen, dass wir unsere Statik verlieren. Denn die durch den Fuß erzeugte Kraft würde wegfallen und somit liegt kein Kräftegleichgewicht mehr vor. Als Konsequenz muss die Last, welche zuvor vom Fuß getragen wurde, durch ein stärkeres Festhalten in den Händen kompensiert werden. Da sich dies negativ auf die Ökonomie auswirkt, muss der Fuß zunächst entlastet werden, bevor er angehoben werden kann. Dies erreicht man durch Verschieben des Körperschwerpunktes auf den anderen Fuß, sprich durch ein seitliches Verschieben (Low, 2004, S.26/27). Man spricht dabei von „entlastetem Treten“. Praktisch kann der Körperschwerpunkt verschoben werden, indem man das Standbein, also das Bein, welches auf dem Tritt verbleibt, stärker beugt sprich stärker in die Knie geht oder dieses eindreht. (Felix)

Die verschiedenen Klettertechniken bauen stark aufeinander auf. So ist z.B. das Klettern am langen Arm unabdingbar für das dynamische Klettern. Denn nur durch die Beweglichkeit im ganzen Körper kann ein Hüftschwung (Impuls) ermöglicht werden, mit welchem man einen dynamischen Zug einleitet. Dieser durch den Hüftschwung eingeleitete Impuls wird durch ein anschließendes Kontrahieren der Beckenmuskulatur in den gesamten Körper übertragen (Impulsübertragung), wodurch eine Aufwärtsbewegung erfolgt. Sieht man den Körper als abgeschlossenes System, dann gilt der Impulserhaltungssatz (Demtröder, 2014, S.123) (siehe auch DYN2 Translation I):

Abb. 1

F: Kraft
p: Impuls

Vereinfacht gesagt: Die Hüfte wird in Richtung des zu erreichenden Griffes und möglichst nahe an die Wand beschleunigt. Schließlich folgt ein abruptes Blockieren der Hüfte, wodurch der Hüftimpuls auf den gesamten Körper übertragen wird. Nun erfolgt das Weitergreifen mit dem neu gewonnen „Schwung“. Die Bewegung, welche bei dieser Klettertechnik getätigt wird, beschreibt man in der Kletter-Fachsprache oft als „Welle“, da die Impulsübertragung beim Heranführen der Hüfte einer Welle gleicht, die durch den Körper fließt. Das Ziel dieser Technik ist, zum einen den Körperschwerpunkt über die Füße zu schieben, um dann die Hubarbeit möglichst durch die Beine zu bewältigen und zum anderen durch den gewonnenen Schwung die Aufwärtsbewegung zu unterstützen.

Exkurs Nullpunkt: Wird ein Ball gerade nach oben in die Luft geworfen, so erfährt er im Moment des Abwurfs eine gewisse Anfangsgeschwindigkeit. Auf dem Weg nach oben wird der Ball jedoch durch die Schwerkraft gebremst. An einem bestimmten Punkt, dem Nullpunkt, ruht der Ball für einen kurzen Augenblick. Hier liegt die gesamte Energie des Balles in Form von potentieller Energie vor. Dies lässt sich mit einem menschlichen Körper beim Klettern vergleichen, welcher auf dem Weg zum nächsten Griff eine gewisse Beschleunigung erfährt. Um ein Weitergreifen möglichst ökonomisch zu gestalten, wird der Körper nur so stark beschleunigt, um gerade den Zielgriff zu erreichen, bevor die Schwerkraft ihn wieder in Richtung Boden beschleunigt. Das Zugreifen findet dann im Nullpunkt der Bewegung statt. (Jannis)

Beim Klettersport geht es vor allem darum, Schwerkraft zu überwinden und an Höhe zu gewinnen. Da es keine vorgeschriebenen Bewegungsformen gibt und man sich ständig neuen Situationen anpassen muss, lässt sich kein einheitliches Bewegungsbild vermitteln. Stattdessen werden Anforderungen an ein ökonomisches Klettern gestellt, welche durch bestimmte Techniken umgesetzt werden können. Um die Unterarmmuskulatur, welche sich primär als limitierender Faktor beim Klettersport erweist, zu entlasten, muss der Körperschwerpunkt so nah wie möglich an der Wand liegen. Dadurch kann ein Großteil des Körpergewichts durch die Füße getragen werden. Um in den Handgelenken und der Schulter beweglich zu bleiben und dadurch die Voraussetzung für das dynamische Klettern zu schaffen, muss am langen Arm geklettert werden. Das heißt, der Ellenbogen darf nicht gebeugt sein. Der Bizeps befindet sich also die meiste Zeit in einem gestreckten Zustand. Um die Beweglichkeit in den Knien, der Hüfte und dem Fußgelenk zu gewährleisten, wird mit der Fußspitze getreten. Um auch beim Setzen der Füße möglichst ökonomisch zu handeln, muss ein Fuß erst entlastet werden, bevor dieser neu gesetzt werden kann. Dies wird erreicht, indem der Körperschwerpunkt seitwärts über den jeweils anderen Fuß verlagert wird. (Jannis/Felix)

Bei der Recherchearbeit mussten wir feststellen, dass aktuell so gut wie keine wissenschaftliche Arbeit zum Thema Klettersport im biomechanischen Kontext existiert. Speziell wenn es um das Thema ökonomisches Klettern geht, gibt es bisher keine Publikationen. Unser Wiki basiert daher zum Großteil auf eigenen Überlegungen. Als langjährige Kletterer und Klettertrainer haben wir versucht, unsere Erfahrungen und allgemeine Lehrmeinungen physikalisch zu begründen. Verfahren, diese experimentell zu bestätigen, hätten vermutlich den Rahmen dieses Seminares gesprengt. So könnte man zum Beispiel mit Drucksensoren an künstlichen Klettergriffen arbeiten um die Verteilung der Last zu messen oder Videos von Anfängern und professionellen Athleten vergleichen, um Unterschiede in den Bewegungen zu analysieren. Wir möchten mit unserem Wiki daher einen ersten Baustein zum Thema Klettern legen, von dem aus weitergearbeitet werden kann und den es auch in Zukunft kritisch zu hinterfragen gilt. (Felix)

<spoiler| Frage 1: Nenne die zwei Möglichkeiten die ein Kletterer hat, um seinen Körperschwerpunkt näher an die Wand zu bringen und erkläre, wieso dies sinnvoll ist.> 1. In die Knie gehen und diese nach außen drehen 2. Eindrehen. Dies macht Sinn, da man durch das Heranführen des Körperschwerpunktes ermöglicht, mehr Hub- und Haltearbeit über die Beine leisten zu können. </spoiler> <spoiler| Frage 2: Wie sollte der Fuß während des Kletterns optimaler Weise auf einem Tritt platziert werden und wieso?> Man sollte mit der Spitze stehen, da somit eine höhere Beweglichkeit und eine bessere Haftung erzielt wird. </spoiler> <spoiler| Frage 3: In welchem Bezug kann der Impulserhaltungssatz auf das Klettern bezogen werden?> Durch das Erzeugen eines Impulses aus der Hüfte des Kletterers und die Übertragung dieses Impulses in den Oberkörper ist es möglich, die Arbeit die eigentlich die Oberkörpermuskulatur verrichten muss, aus dem Hüftschwung zu gewinnen und somit Kraft zu sparen. </spoiler> <spoiler| Frage 4: Was würde passieren, wenn man ein voll belastetes Bein einfach zum Weitertreten anhebt und wie sähe eine bessere Handlungsalternative aus?> Dies würde zu einem Verlust unserer Statik führen. Vor dem Weitertreten sollte der Körperschwerpunkt auf das Beim verschoben werden, mit welchem nicht weitergetreten wird (siehe entlastetes Treten). </spoiler> <spoiler| Frage 5: Weshalb ist ein Kletterer in seiner Beweglichkeit eingeschränkt, wenn er seine Arme anwinkelt?> Handgelenk, Ellenbogengelenk und Schultergelenk werden „fixiert“. Somit wird die Zahl der beweglichen Segmente reduziert und der Körper verliert an Bewegungsmöglichkeiten. </spoiler>

Hochmuth, G. (1967). Biomechanik sportlicher Bewegungen. Frankfurt (a. M.): Limpert-Verlag GmbH.

Demtröder, W. (2014). Experimentalphysik 1. Kaiserslautern: Springer Spektrum

Low, C. J. (2005). Biomechanics of Rock Climbing Technique. Leeds

http://www.got-big.de/Blog/muskelfasertypen/

Abbildung 1: Kräftedreieck

Abbildung 2: Formel Haftreibung

Abbildung 3: https://de.wikipedia.org/wiki/Impulserhaltungssatz

Video 1: Eindrehen https://youtu.be/2DU-0Qly3hw

Video 2: Eindrehen (von der Seite) https://youtu.be/nWi8IA-CvAk

Video 3: Angeweinkelter Arm vs. Langer Arm https://youtu.be/QiVlWdY9IyM

Video 4: Setzen der Füße https://youtu.be/Rgngio6-5J0

Video 5: Entlastetes Treten https://youtu.be/zWYuA-Fp0fs

Video 6: Dynamisches Klettern https://youtu.be/0KJNIA1noiU

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