QFM04 Fussballschuh

Title Vergleich der Traktionskräfte von Fußballhallenschuhen und Multinockenschuhen bei einer fußballtypischen Bewegung
Veranstaltung Seminar Quantitative Forschungsmethoden WS 13/14
Leitung Prof. Dr. phil. Andre Seyfarth
Betreuung Martin Grimmer
Autoren Sina Borowski, Michael Kambur, Lena Kattenbeck, Thomas Naderi
letzte Bearbeitung 08.07.2014

1. Einleitung

Fußball gehört zu den beliebtesten Sportarten weltweit. Insgesamt 265 Millionen Spielerinnen und Spieler wurden beim Big Count der FIFA gezählt (Kunz, 2007). Neben der beliebtesten Sportart ist Fußball auch die Sportart, in der in absoluten Zahlen die meisten Sportverletzungen auftreten. Von den 1,25 Millionen Sportverletzungen in Deutschland wurden ungefähr 31.250 Verletzungen ursächlich auf Fußball zurückgeführt (Henke & Gläser, 2004). Geht es dabei um Verletzungen ohne Gegnerkontakt, wird die Interaktion zwischen Spieloberfläche und Fußballschuh, auch Traktion genannt, als möglicher Einflussfaktor auf das Verletzungsrisiko betrachtet (Müller, 2010; Milburn & Barry, 1998; Gehring et al., 2007). Daher ist die Tatsache, dass in diesem Bereich vermehrt geforscht wird nicht verwunderlich. Nach einer Befragung von Sterzing (2007) sind für Fußballer Traktion, Komfort und Stabilität die entscheidenden Eigenschaften eines Fußballschuhs. Deshalb wurden in den letzten Jahren unterschiedliche Schuhkonfigurationen, die diesen Anforderungen entsprechen sollen, entwickelt und vermarktet. Inwiefern die unterschiedlichen Schuhmodelle und ihre Eigenschaften wie zum Beispiel Material, Sohle und Nockenform Einfluss auf das Verletzungsrisiko nehmen, wird in der aktuellen Forschung stark diskutiert. Auch der Einfluss des Untergrunds und das Zusammenspiel mit dem Fußballschuh werden im Zusammenhang mit Verletzungsrisiko kritisch betrachtet. Aus diesem Kontext hatte sich zunächst für die Autoren folgende, für diese wissenschaftliche Arbeit relevante, Fragestellung ergeben: „Führen verschiedene Nockenformen auf gleichem Untergrund zu einem höheren beziehungsweise niedrigeren Verletzungsrisiko im Sprunggelenk?“ Aus der daraus resultierenden Literaturrecherche und Studienplanung hat sich im Laufe des Forschungsprozesses ergeben, dass es im Rahmen des Seminars Quantitative Forschungsmethoden einer genaueren Fragestellung bedarf. Der Umfang und die Messmethoden der Studie wurden so gewählt, dass man die Ermittlung des Verletzungsrisikos verwerfen musste. Die Ergebnisse lassen lediglich eine indirekte Betrachtung des Verletzungsrisikos im Sprunggelenk zu. Daraus hat sich folgende Forschungsfrage ergeben: „Unterscheiden sich die Traktionskräfte von Multinockenschuhen im Vergleich zu Hallenschuhen bei einer fußballtypischen Bewegung auf hallenähnlichen Boden?“ Der nachfolgende Forschungsstand gibt einen allgemeinen Überblick über bisherige Erkenntnisse, die im Bereich der Sohlenkonfiguration in Verbindung mit dem Verletzungsrisiko und dem Traktionsverhalten zwischen Schuh und Boden stehen. Spezifische Literatur in Bezug auf das Traktionsverhalten unterschiedlicher Sohlenkonfiguration auf Hallenboden konnte von den Autoren nicht gefunden werden. Die aktuelle Fachliteratur bietet derzeit noch keine Untersuchung dieser Art.

2. Forschungsstand

Für die Weiterentwicklung eines Sportschuhs ist eine Berücksichtigung von Erkenntnissen aus vorangegangenen Studien unerlässlich. Sterzing und Brauner (2010) zeigen in ihrem Artikel „Untersuchungsverfahren in der Sport- und Fußballschuhforschung“ nicht nur die Möglichkeiten und die Messverfahren auf, die für die Schuhforschung relevant sind, sondern benennen gleichzeitig auch ihre Vor- und Nachteile. Dabei können die Messmethoden in zwei grundlegende Kategorien eingeteilt werden: „Subjekte Testmethoden, welche die Wahrnehmung des Probanden erfassen“ (Sterzing & Brauner, 2010, S. 43) und die objektiven Untersuchungsverfahren der Sportmotorik, Biomechanik und Mechanik (vgl. Sterzing & Brauner, 2010, S. 43). Bei subjektiven Testmethoden werden oft verschiedene Interview- und Beobachtungstechniken oder auch Fragebögen verwendet. Die objektiven Untersuchungsverfahren greifen meist zu einer Vielzahl von simplen bis recht komplexen Messinstrumenten wie beispielsweise Hochgeschwindigkeitskameras oder auch Kraftmessplatten (vgl. Sterzing & Brauner, 2010, S. 44). Zu einer konsequenten und zielgerichteten Weiterentwicklung eines Sportschuhs müssen dabei verschiedene Messverfahren miteinander kombiniert und die Ergebnisse der verschiedenen Verfahren entsprechend interpretiert werden. Die richtige Kombination der Messverfahren hängt dabei stark von der gestellten Fragestellung ab. Idealerweise lassen sich am Ende der Entwicklung die subjektiven und objektiven Ergebnisse in Einklang bringen (vgl. Sterzing & Brauner, 2010, S. 48 f.). Passend zu seinem Artikel zu den Messverfahren in der Sportschuhentwicklung liefert Sterzing selbst einige, für diese Arbeit relevante Artikel, die sich mit dem Verletzungsrisiko, Leistungsfähigkeit und Effekten von verschiedenen Fußballaußensohlenkonfigurationen beschäftigen. Im Folgenden werden diese Artikel aus verschiedenen Fachzeitschriften näher erläutert. Der Artikel „Actual and perceived running performance in soccer shoes: A series of eight studies“ von Sterzing et al. (2009) beschäftigt sich mit der Frage, inwiefern die Schuhkonfiguration und der Untergrund die Laufleistung der Spieler beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass sich bis zu 26,34% Unterschiede in der Laufleistung mit verschiedenen Schuhen auf verschiedenen Untergründen ergeben. Vor allem die Schuhkonfiguration ohne Nockenelemente zeigte, wie wichtig Nocken für die Traktion auf verschiedenen fußballtypischen Untergründen sind. Die Nockenform, -geometrie und –länge ergaben signifikante Unterschiede in der Laufleistung auf verschiedenen Untergründen und führten zu der Aussage, dass die Wahl des Schuhs auf verschiedenen Untergründen für die Leistungsfähigkeit von essentieller Bedeutung ist (vgl. Sterzing et al., 2009, S. 16). Der Artikel „Kunstrasen im Fußball: Konsequenzen für die Schuhkonstruktion“ von Sterzing (2010) beschäftigt sich mit den Thema Verletzungsrisiko mit verschiedenen Außensohlenkonfigurationen und Interaktion mit Kunstrasen. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Verwendung von Außensohlenkonfigurationen mit vielen, flachen Nockenelementen zu weniger Belastungen in den unteren Extremitäten führen (insbesondere im Sprunggelenk) und der Spieler in der Lage ist, sich schneller und beweglicher in fußballspezifischen Situationen zu bewegen (vgl. Sterzing, 2010, S. 36). Diese Ergebnisse decken sich auch mit der subjektiven Wahrnehmung der Spieler, die intuitiv die Multinocken auf Kunstrasen wählten. Als Ausblick sagt Sterzing (2010), „dass sich das Schuhwerk auf Kunstrasen vom traditionellen dreigliedrigen System der Stollenkonfigurationen für harten, trockenen und weichen Naturrasen wegbewegen wird“. Die oben genannten Artikel werden außerdem mit den Untersuchungen im Artikel „Traction on artificial turf: development of a soccer shoe outsole“ von Sterzing (2010) bestätigt. Insgesamt lässt sich die Interaktion zwischen Untergrund und Fußballschuh und die daraus entstehenden Traktionskräfte als das Schlüsselelement bei der Entwicklung von Fußballschuhen benennen. Dies verdeutlichen viele Studien wie der Artikel „Comprehensive evaluation of player-surface interaction on artificial soccerturf“ von Müller et al. (2010) oder der Artikel „Different stud configurations cause movement adaptations during a soccer turning movement“ ebenfalls von Müller et al. (2010), aber auch die oben genannten Studien. Bezüglich Verletzungsrisiko und Außensohlenkonfiguration gibt es ebenfalls Studien wie von Gehring et al. (2007), der im Artikel „Effect of Soccer Shoe Cleats on Knee Joint Loads“ die Kniebelastungen mit runden und eckigen Nockenformen untersucht. Gehring (2007) beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit die Nockenform eines Fußballschuhs sich auf die Belastungen im Kniegelenk auswirkt. Hier liegt allerdings der Schwerpunkt der Forschung auf der Nockenform und dem Verletzungsrisiko. Es wird vermutet, dass ein durch Nocken an der Spieloberfläche fixierter Schuh zu hohen Belastungen der unteren Extremitäten führt und die daraus resultierenden Drehmomente zu einem höheren Risiko einer Verletzung beitragen. Die bisherigen Studien fokussierten sich auf die Untersuchung des Drehmoments zwischen Schuh und Oberfläche und die daraus resultierenden Gelenkbelastungen. Diese Untersuchung versucht zwei Nockenformen und ihre Auswirkung auf die entstehenden Belastungen zu erforschen. Dabei wird angenommen, dass die bananenförmigen oder auch ovalen Nocken zu einer höheren Belastung im Gelenk führen und daher zu einem höheren Verletzungsrisiko beitragen. Nach der Messung und Auswertung der erhobenen Daten konnten keine Indikatoren gefunden werden, die das Verletzungsrisiko des Kniegelenks mit bananenförmigen bzw. ovalen Nocken im Vergleich zu runden Nocken signifikant bestätigen. Auch die kinematischen Messungen bestätigten keine signifikanten Unterschiede der Drehmomente. Überraschenderweise ergaben die EMG Werte eine höhere Aktivierung des m. quadriceps femoris mit runden Nocken, was mit höheren Belastungen im Kniegelenk in Verbindung gebracht werden könnte. In der Dissertation „Einfluss von Traktion auf das Bewegungsverhalten im Fußball – Interaktion zwischen Sohlenkonfigurationen von Fußballschuhen und Kunstrasen der dritten Generation“ findet Müller durch drei aufeinander folgende Messungen heraus, dass das Verletzungsrisiko nicht nur mit erhöhten Traktionskräften, sondern auch mit der Art der Bewegungsausführung zusammenhängt. Die aktiven, also vom Spieler geplanten Bewegungen, bergen ein geringeres Verletzungsrisiko als reaktive, vom Spieler ungeplante Bewegungen. In diesem Zusammenhang betont Müller aber auch, dass Fußballschuhe mit vergleichsweise längeren Stollen/Nocken zu höheren Traktionskräften führen und das mögliche Verletzungsrisiko erhöhen (vgl. Müller, 2009, S. 3 f.). Letztendlich konnte durch alle drei Studien von Müller (2009) eine Beeinflussung des Bewegungsverhaltens des Sportlers durch die Sohlenkonfiguration nachgewiesen werden. „Durch unterschiedliche Traktionsverhältnisse werden Leistungsfähigkeit des Sportlers und die Belastung für den Körper des Sportlers auf der dritten Generation Kunstrasen beeinflusst. […] Extreme Traktionsverhältnisse, wie zu niedrige und zu hohe Traktion, führen dagegen zu einem veränderten Bewegungsmuster mit unterschiedlichen Bewegungsprofil.“ Ein erwähnenswerter Aspekt an dieser Stelle ist die Erkenntnis, dass sich hohe mechanische verfügbare Traktion nicht zwangsläufig in einer schnelleren und kraftvollen Bewegungsausführung wiederspiegeln muss. Auch Fong et al. (2009) kam zu der Schlussfolgerung, dass sich biomechanische genutzte Traktion von der mechanischen verfügbaren Traktion unterscheidet. Dies hat mit dem Adaptationsverhalten der Spieler zu tun, die bei ungeeigneten Stollenkonfigurationen die Bewegung mit weniger Kraft und Dynamik ausführen, was sich wiederum über die Schnelligkeit der Bewegung ausdrücken und messen lässt. Die nächste Untersuchung widmet sich ebenfalls dem Thema Schuhkonstruktion und Verletzungsrisiko. Im speziellen wird hier die Verletzung des vorderen Kreuzbandes beleuchtet. Die Studie „Biomechanische Analyse des Einflusses des Fußballschuh-Stollendesigns auf die Belastungen im vorderen Kreuzband“ von Thomas Grund (2011) befasst sich mit der Frage, ob es einen Zusammenhang zwischen dem Stollendesgin aktueller Fußballschuhe und den auftretenden Kräften im Kniegelenk und somit der Gefahr von Kreuzbandrissen gibt. Da es zur Erkenntnisgewinnung notwendig wäre, die Schuhe unter hohen Belastungen zu testen, können die Tests aufgrund der erhöhten Verletzungsgefahr aus ethischen Gründen nicht direkt an Versuchspersonen durchgeführt werden. Aufgrund dessen wurden die Belastungsgrößen innerhalb dieser Studie mit Hilfe der Poser-Methode bestimmt. Dabei handelt es sich um eine modellbasierte Rekonstruktionsmethode zur Bestimmung kinematischer Werte aus Video-Aufnahmen, die Verletzungen des vorderen Kreuzbandes aufgenommen haben. Mit Hilfe des Hanavan-Modells wurde die Berechnung der Kräfte und Drehmomente durchgeführt. Aufgrund dessen ist die Entwicklung einer neuen mechanischen Testeinrichtung entwickelt worden, die einen Fußballschuh in der entsprechenden Position mit den ermittelten Kräften und Momenten belasten kann. Dabei soll der sogenannte „TrakTester“ die Belastungen auf den Schuh möglichst real nachbilden. Bei dem „TrakTester“ handelt es sich um ein vollständig pneumatisch betriebenes Testgerät, dessen äußeres Grundgerüst zwei innere, gegeneinander kippbare Rahmen, einen künstlichen Unterschenkel und Fuß sowie die Komponenten zur Belastung des Schuhs trägt. Die vier untersuchten Lastfälle wurden an Schuhen getestet, die per Zufallsprinzip aus drei unterschiedlichen Kategorien ausgewählt worden sind (runde Stollen, lammellenförmige Stollen und Mischformen). Die Ergebnisse der Vergleichsmessungen zeigen messbare und aussagekräftige Unterschiede zwischen den einzelnen Schuhen. So wird geschlussfolgert, dass das Stollendesign der Schuhe die Belastungen im Knie und speziell im vorderen Kreuzband beeinflusst, es aber von den exakten Randbedingungen abhängt. Als Ergebnis ist also festzuhalten, dass mit dem „TrakTester“ das Traktionsverhalten von Fußballschuhen unter realitätsnahen, physiologischen Belastungen untersucht werden kann. Unterschiede zwischen den einzelnen Schuhen sind in jedem der vier verwendeten Lastfälle messbar, die bis auf wenige Ausnahmen nur mit geringen Unsicherheiten behaftet sind. Im Gegensatz zu den bisher aufgeführten literarischen Werken wird in der folgenden Dissertation „Vergleichende Messung des plantaren Spitzendrucks im Nachwuchs-Leistungsfußball mittels dynamischer Pedobarographie“ von Frau Julia Gräfin von Keller (2013) die Fußdruckbelastung im Nachwuchsleistungsfußball thematisiert. Somit wird der Fokus auf die Sohleneigenschaften von Fußball- und Laufschuhen gelegt, anstatt auf die Stollenkonfiguration. Aufgrund der Ergebnisse besteht die Schlussfolgerung, dass die Trainingseinheiten überwiegend in Laufschuhen vollzogen werden sollten. Es ist anzumerken, dass die Ergebnisse dieser Studie keine Aussage zur klinischen Relevanz (Verletzungsgefahr) zulassen, da beispielsweise die Differenzen zwischen beiden Füßen auf eine ungleiche Druckbelastung zurückzuführen sind. Aus der zuvor erarbeiteten Literaturrecherche wird die Erkenntnis gewonnen, dass es viele Untersuchungen im Bereich der Sohlenkonfiguration in Bezug auf das Verletzungsrisiko gibt. Die Forschung hat sich mit dem Thema Fußballschuhe und deren Konstruktion umfassend befasst, jedoch konnte keine Studie gefunden werden, die sich explizit mit einzelnen Phasen einer fußballtypischen Bewegung im Bezug zu Traktion und Verletzungsrisiko im Sprunggelenk auseinandersetzt. Wie bereits erwähnt, ergibt sich für das Projekt die Forschungsfrage, inwiefern sich die Traktionskräfte von Multinockenschuhen im Vergleich zu Hallenschuhen bei einer fußballtypischen Bewegung auf hallenähnlichem Boden unterscheiden. Zusammen mit der Tatsache, dass die bisherigen Studien die einzelnen Phasen einer fußballtypischen Bewegung nicht berücksichtigt haben, ergeben sich folgende Hypothesen:

H1: Der Hallenschuh weist im Vergleich zum Multinockenschuh eine höhere Maximaltraktion auf. Alternativhypothese zu H1: Der Hallenschuh weist im Vergleich zum Multinockenschuh keine höhere Maximaltraktion auf.

H2: Der Hallenschuh weist in der Abbremsphase im Vergleich zum Multinockenschuh eine höhere Traktion auf. Alternativhypothese zu H2: Der Hallenschuh weist in der Abbremsphase im Vergleich zum Multinockenschuh keine höhere Traktion auf.

H3: Der Hallenschuh weist in der Abdruckphase im Vergleich zum Multinockenschuh eine höhere Traktion auf. Alternativhypothese zu H3: Der Hallenschuh weist in der Abdruckphase im Vergleich zum Multinockenschuh keine höhere Traktion auf.

3. Methoden

Im Folgenden werden die für den Versuchsaufbau benötigten Methoden und Materialien vorgestellt. Dabei wird zunächst auf die Probandenauswahl und die verwendeten Materialien eingegangen. Im zweiten Schritt wird der Versuchsaufbau erläutert. Zuletzt wird die genaue Durchführung (u.a. mit Bildmaterial) erläutert.

3.1 Studienpopulation und äußere Rahmenbedingungen

Die fünf Probanden im Alter zwischen 23 und 26 Jahren besaßen allesamt die Schuhgröße 42. Fußballerfahrung wurde als weiteres Einschlusskriterium vorausgesetzt, sodass das Verletzungsrisiko durch die ausgewählte Bewegung reduziert werden sollte. Unabhängig von dem Geschlecht wurden drei männliche sowie zwei weibliche Probanden ausgewählt. Der Versuch wurde in einem Labor durchgeführt, damit die Testung frei von Umwelteinflüssen stattfinden konnte. Die Daten sollten mittels einer Kraftmessplatte von Kistler erhoben werden, diese war ebenerdig in den Boden eingelassen und garantierte somit einen natürlichen Bewegungsablauf. Zudem war die Beschaffenheit des Bodens dem einer Fußballhalle ähnlich. Zur Durchführung wurden Hallenschuhe des Modells Adidas Predator Absolado und Multinockenschuhe des Modells Nike Tiempo in Größe 42 ausgewählt. Alle Probanden vollzogen die Bewegung, welche in der Versuchsdurchführung genauer beschrieben wird, mit denselben Schuhen, dadurch konnten die Testergebnisse später miteinander verglichen werden.

3.2 Versuchsaufbau

Für den Versuchsaufbau wurde, neben der bereits vorhandenen Kraftmessplatte von Kistler, Klebeband verwendet, um die Startposition und die Laufrichtung darzustellen. Die Startmarkierung wurde vier Meter von der Kraftmessplatte entfernt festgelegt und mit einem Klebestreifen markiert. Da die Bewegung auf der Platte nach links ausgeführt werden sollte, wurden auf der linken Seite der Kraftmessplatte im 45 Grad Winkel Markierungen auf dem Boden angebracht, um die Laufrichtung anzuzeigen.

3.3 Versuchsdurchführung

Ein Versuchsdurchgang startete jeweils auf ein akustisches Signal hin, welches von der Person, die die Kraftmessplatte bediente, ausgelöst wurde. Innerhalb eines Zeitfensters von drei Sekunden sollten die Probanden die Kraftmessplatte erreicht haben und den Richtungswechsel vollziehen. Die Teilnehmer sollten den rechten Fuß auf die Platte setzen und sich nach links abstoßen.

  Abbildung 1: Versuchsdurchführung
Abbildung 1 Versuchsdurchführung      

Abbildung 1 zeigt den Versuchsaufbau und die Versuchsdurchführung. Die abgebildete Probandin steht an der Startmarkierung und wartet auf das Startsignal. Anschließend vollzieht sie die Bewegung auf der Kraftmessplatte in Richtung der richtungsweisenden Markierungen am Boden. Jeder Teilnehmer führte die Bewegung jeweils fünf Mal mit jedem Schuh durch, sodass später insgesamt 25 Datensätze für den Hallenschuh und 25 für den Multinockenschuh zur Auswertung standen.

4. Ergebnisse

In diesem Kapitel sollen die Ergebnisse des durchgeführten Experiments präsentiert und anhand von Abbildungen, Tabellen und Graphen veranschaulicht werden. Die erhobenen Daten lagen zunächst in einer Rohform vor (siehe Tabelle 1). Da diese Abbildung nur der Veranschaulichung dienen soll, sind die Messzeitpunkte der einzelnen Werte zunächst nicht relevant.

    Tabelle 1: Beispiel Rohdaten eines Probanden in Kraftrichtung x, y, z in Newton

Für eine weitere Auswertung der Daten waren drei Schritte notwendig. Im ersten Schritt wurden die Datensätze mit den Rohdaten auf die Zeitspanne der Interaktion zwischen Proband und Kraftmessplatte gekürzt. Dies hat den Vorteil, dass die nicht relevanten Daten entfernt werden und den weiteren Verlauf der Auswertung nicht stören. Außerdem werden Datensätze übersichtlicher und benötigen weniger Speicherplatz. Im zweiten Schritt werden die Datensätze der einzelnen Probanden auf ein einheitliches Maß, bezogen auf den zeitlichen Verlauf der gesamten Bewegung, von 100 Prozent normiert. Erst dann ist die Vergleichbarkeit der Daten unter den Probanden möglich, da die Zeitspanne der Interaktion zwischen Probanden und Kraftmessplatte sehr individuell sein kann. Im dritten Schritt wird ein arithmetisches Mittel aller Datensätze gebildet. Diese Methode ermöglicht es, die durchschnittlich bei allen Probanden entstandenen Kräfte in Kraftrichtungen x, y, z, in Bezug auf die dafür verwendete Sohlenkonfiguration, zu betrachten. Tabelle 2 zeigt beispielhaft, wie aus mehreren Datensätzen einzelner Probanden (siehe Tabelle 1), ein Datensatz aus relevanten, normierten und gemittelten Daten entsteht.

Tabelle 2: Relevanter, normierter und gemittelter Datensatz aller Probanden in Kraftrichtung x, y, z in Newton (H=Hallenschuh, M=Multinocken).

In der nächsten Phase der Auswertung wurden mit Hilfe des überarbeiteten Datensatzes (Beispiel Tabelle 2) Traktionskoeffizienten gebildet. Auch hier dient die Abbildung allein zur Veranschaulichung der benutzten Struktur. Zudem gibt es keine Messzeitpunkte mehr, die bestimmten Rohwerten zugeordnet werden können, da die Rohdaten normiert wurden. Dazu wurden die Daten der horizontal erfassen Kräfte Fx und Fy durch die Daten der vertikal erfassten Kraft Fz geteilt (Wirhed, 2001, S. 105ff.). Diese Berechnung wurde sowohl bei dem Hallenschuh als auch bei dem Multinockenschuh durchgeführt. Die Abbildung 1 zeigt in einem Liniendiagramm die errechneten Traktionskoeffizienten des Hallen- und Multinockenschuhs. Der maximale Traktionskoeffizient des Hallenschuhs liegt bei 0,800 und setzt sich aus der horizontalen Kraft Fx, die nach vorne und nach hinten in Bewegungsrichtung wirkt und der vertikalen Kraft Fz zusammen (Wirhed, 2001, S. 105ff.). Der maximale Traktionskoeffizient des Multinockenschuhs liegt bei 0,515 und setzt sich ebenfalls aus der horizontalen Kraft Fx und der vertikalen Kraft Fz zusammen. Im Durchschnitt sind die Traktionskoeffizienten, die aus den Kräften Fx und Fz errechnet wurden, im Verlauf der gesamten Bewegung sowohl bei dem Hallen- als auch bei dem Multinockenschuh höher, als die Koeffizienten, die aus den Kräften Fy und Fz errechnet wurden. Bei dem Hallenschuh liegt der Mittelwert der Traktion Fx/Fz bei 0,206 und der Traktion Fy/Fz bei durchschnittlich 0,430. Bei dem Multinockenschuh liegt der Mittelwert der Traktion Fx/Fz bei 0,156 und der Traktionskoeffizient Fy/Fz bei 0,396. Unterteilt man die wirkende Traktion gemäß ihrer Berechnungsformeln in eine nach vorne und nach hinten zur Bewegungsrichtung wirkende Traktion (Fy/Fz) und eine 90 Grad seitlich zur Bewegungsrichtung wirkende Traktion (Fx/Fz), lassen sich einige Besonderheiten bei der Fy/Fz Traktion feststellen. Zwar sind die Unterschiede zwischen den Traktionen des Hallen- und des Multinockenschuhs im Verlauf der gesamten Bewegung betrachtet nicht signifikant (p von Fx/Fz = 1,976 und p von Fy/Fz = 7,890), jedoch lassen sich bei der Fy/Fz Traktion zwischen den verschiedenen Schuhsohlenkonfigurationen signifikante Unterschiede (p= 0,0192) in den ersten 10% des Verlaufs der Gesamtbewegung feststellen. Diese Phase wird durch ein starkes Abbremsverhalten charakterisiert und kann deshalb auch als Abbremsphase bezeichnet werden. Betrachtet man weiterhin die letzten 10% des Verlaufs der Gesamtbewegung lassen sich hochsignifikante Unterschiede der Traktion Fy/Fz feststellen (p= 0,0002). Diese Phase wird durch ein starkes Abdruckverhalten charakterisiert und kann daher auch als Abdruckphase bezeichnet werden. Die Traktion Fy/Fz, also die 90 Grad seitlich zur Bewegungsrichtung wirkende Traktion, weißt keine signifikanten Unterschiede (p= 1,976) im gesamten Verlauf der Bewegung auf. In den Abbrems- und Abdruckphasen unterscheiden sich die oben erwähnten Traktionen ebenfalls nicht signifikant. Festzuhalten bleibt, dass die Traktion aus den Kräften Fy/Fz in der Abbremsphase sowohl bei Hallen- als auch bei den Multinockenschuhen zunächst auf einen Maximalwert steigt und im weiteren Verlauf der Bewegung diesen Traktionswert nahezu beibehält.

Abbildung 2: Traktionskoeffizienten der Hallen- und Multinockenschuhe (H=Hallenschuh, M=Multinockenschuh) im Verlauf des Bodenkontaktes in vertikaler und lateraler Verlaufsrichtung.

5. Diskussion

In diesem Kapitel werden zunächst die ausgewerteten Ergebnisse der Studie duskutiert. Im Anschluss daran folgt eine Methodendiskussion.

5.1 Ergebnisdiskussion

Der Hallenschuh weist im Vergleich zum Multinockenschuh eine insgesamt signifikant höhere Traktion auf (p=0,0192). Somit kann die Hypothese H1 angenommen werden. Wird allerdings die Entwicklung der Traktion über den gesamten Bewegungsablauf betrachtet, zeigen sich insbesondere in der Phase der Abstoppbewegung im Vergleich zur Abstoßbewegung deutliche Unterschiede (vgl. Abb. 2). Ist es bei der Abstoppbewegung der Hallenschuh, der eine höhere Traktion und in dieser Phase auch die insgesamt höchste Traktion im Ablauf der gesamten Bewegung entwickelt, ist es bei der Abstoßbewegung genau umgekehrt. Somit kann die Hypothese H2 ebenfalls angenommen werden und die Hypothese H3 verworfen werden. Hier hat der Multinockenschuh eine höhere Traktion. Auch dieser ist der Unterschied signifikant (p=0,00014). Vor dem Hintergrund, dass in den bisherigen Studien meistens nur der jeweils höchste Traktionswert im Ablauf einer Gesamtewegung als Vergleichswert herangezogen wurde, wird an dieser Stelle deutlich, dass gegebenenfalls eine Differenzierung nach dem Höchstwert, bezogen auf die gegebene Traktion nicht ausreichend ist. Insbesondere auf die beiden untersuchten Schuhdesigns in der vorliegenden Arbeit sollte die Bewegung in die Phasen der Abstopp- und Abstoßbewegung unterteilt werden. Somit schließt sich hier die Frage an, in welcher der beiden Phasen bei Bewegungen der Richtungsänderung, Verletzungen im Fußball am häufigsten auftreten. Daraus könnte dann wiederum abgeleitet werden, in welcher Phase eine höhere Traktion sinnvoller ist, um gegebenenfalls das Verletzungsrisiko zu minimieren. Wie dieser Unterschied der Traktion in den zwei Phasen zu erklären ist, kann nicht eindeutig begründet werden. Eine Vermutung könnte sein, dass bei der Abstoppbewegung der Hallenschuh aufgrund seiner durchgängigen Sohle mehr Halt erzeugt, wohingegen in der Phase der Abstoßbewegung der Multinockenschuh aufgrund seiner Nocken mehr Angriffsfläche zum Abdruck gewährleistet. Durch die Kraft, die der Spieler bei der Bewegung einsetzt und durch die entstehende Reibung, könnten sich die einzelnen Nocken bei Kontakt mit dem Boden so verformen, dass letztendlich mehr Kontaktfläche zwischen Schuh und Boden entsteht, was wiederum zu einer höheren Traktion führt. Wie bereits erwähnt, wird Traktion oft mit dem Verletzungsrisiko beziehungsweise mit Verletzungsprophylaxe in Verbindung gebracht. So war ein untergeordnetes Ziel der Arbeit, anhand der Studienergebnisse indirekt auf das Verletzungsrisiko im Sprunggelenk zu schließen. Laut Shorten et al. (2003) haben Traktionsverhältnisse einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit als auch auf die Belastung des Sportlers. Hohe Traktionseigenschaften bieten dem Spieler die Möglichkeit, fußballspezifische Spielaktionen wie Richtungswechsel, Antrittsbewegungen und Stoppbewegungen schnell und kraftvoll durchzuführen (Valiant, 1990). Niedrige Traktionseigenschaften verursachen ein Wegrutschen des Spielers und minimieren somit die Bewegungsausführung (Biener & Caluori 1977, Valiant, 1993). Extrembedingungen, wie zu hohe Traktionseigenschaften, können dagegen die Toleranzgrenze des muskuloskelattalen Systems überbeanspruchen und somit das Verletzungsrisiko steigern (Ekstrand & Nigg 1989, Valiant 1993). Folglich gilt es, ein Optimum an Traktion zu finden (Milburn & Barry, 1998). Allerdings gibt es keine Referenzwerte, was den Wert der optimalen Traktion angeht. Zudem muss beachtet werden, dass sich biomechanisch genutzte Traktion von der mechanisch verfügbaren Traktion unterscheiden kann (Fong et al. 2009). Das bedeutet wiederum, dass hohe mechanische Traktionskräfte nicht unbedingt auf eine höhere Verletzungsgefahr schließen lassen. Dies hat mit dem Adaptationsverhalten der Spieler zu tun, die bei ungeeigneten Stollenkonfigurationen die Bewegung mit weniger Kraft und Dynamik ausführen, was sich wiederum über die Schnelligkeit der Bewegung ausdrücken und messen lässt. Somit ist anhand der hier erhobenen Daten keine Schlussfolgerung auf das Verletzungsrisiko im Sprunggelenk zu vollziehen. Dazu bedarf es einer komplexen Methodik, die sich aus sportmotorischen, subjektiven, mechanischen und biomechanischen Testverfahren zusammensetzt (Müller, 2010). Nur so kann eine Gesamtaussage über das Verletzungsrisiko im Zusammenhang mit den Traktionseigenschaften gegeben werden. Jedoch kann ein quantitativer Vergleich der hier ermittelten maximalen Traktionskoeffizienten mit Ergebnissen anderer Studien vorgenommen werden. So ist es etwa mit der Studie von Shorten et al. (2003) möglich. Bei den hierbei durchgeführten Richtungsänderungen mit Joggingschuhen auf gummiertem Fußboden ergaben sich Koeffizienten zwischen 0,41 und 1,07 und können mit den ermittelten Werten in der vorliegenden Studie (0,8 Hallenschuh bzw. 0,515 Multinockenschuh) verglichen werden. Bei den anderen Studien wurden die Messungen auf Naturrasen beziehungsweise Kunstrasen durchgeführt und sind nicht direkt mit den in dieser Studie vorliegenden Ergebnissen vergleichbar.

5.2 Methodendiskussion

Da das Projekt im Zuge des Seminars Quantitative Forschungsmethoden durchgeführt wurde, mussten die Methoden, die bei der Durchführung verwendet wurden, dem zeitlichen Rahmen entsprechen. Aufgrund des vorgegebenen Zeitrahmens, konnten die Probanden nicht zufällig ausgewählt und auch keine Kontrollgruppe gebildet werden. Weiterhin kann man beanstanden, dass die Versuchsleiter zu jederzeit bei der Versuchsdurchführung anwesend waren und so indirekt Einfluss auf die Probanden nehmen konnten. Zudem konnten nur zwei spezielle Schuhmodelle untereinander verglichen werden, was eine Verallgemeinerung der Ergebnisse nicht möglich macht. Eine Messung mit einer Kraftmessplatte erschien für die Beantwortung der Forschungsfrage als angemessen. Die Kraftmessplatte ist relativ unempfindlich gegenüber äußeren Störfaktoren und kann sehr einfach bedient werden. Jedoch kann man die Beschaffenheit der Oberfläche nicht ohne weiteres verändern. Will man beispielsweise Versuche auf Kunstrasen durchführen, so ist dies ohne eine Modifikation der Kraftmessplatte nicht möglich. Ebenso waren durch die Anbindung an einen Computer und die vorgegebenen Räumlichkeiten nur wenige Variationsmöglichkeiten bei der Wahl der Anlauflänge und der anschließenden Änderung der Bewegungsrichtung möglich. Die von der Kraftmessplatte erstellten Messwerte konnten nicht ohne weiteres weiterverarbeitet werden und mussten erst in eine dafür geeignete Software exportiert werden. Die Verwendung des Programmes MatLab wäre für die Auswertung optimal gewesen, konnte jedoch aufgrund der nicht ausreichenden Kompetenzen nur eingeschränkt genutzt werden. Hauptteil der Auswertung wurde mit dem Programm Microsoft Excel durchgeführt, dass für statistische Zwecke weniger gut geeignet ist. Insgesamt kann die durchgeführte Studie aufgrund der oben angeführten Kritikpunkte nicht als repräsentativ angesehen werden.

6. Ausblick

Ableitend aus den aktuellen Erkenntnissen sollte in weiteren Traktionsstudien insbesondere ein Schwerpunkt auf die verschiedenen Phasen der Bewegung bei Richtungsänderungen und die dabei jeweils resultierende Traktion gelegt werden. In weiteren Studien sollte demnach, der gesamte Bewegungsablauf berücksichtigt werden. Ein weiterer Aspekt bei der Erforschung von Sprunggelenksverletzungen im Fußball, könnte die Frage nach dem „wie“ und „warum“ sein. Es gilt zu überprüfen, bei welchen Aktionen und insbesondere bei welcher Phase von Richtungswechseln Sprunggelenkverletzungen auftreten, um diese simulieren zu können um praxisnahe Erkenntnisse zu erlangen. Hinsichtlich eines Studiendesigns wäre es zum Beispiel spannend, den Einfluss von Vorfuß und Rückfuß separieren zu können, da der Rückfuß näher am Sprunggelenk liegt, der Vorfuß aber über einen längeren Hebel in der Fußlängsachse wirkt. In der Literatur sind mittlerweile eine Vielzahl von Studien vorzufinden, die sich mit den Traktionseigenschaften von Fußballschuhen verschiedener Sohlenkonfigurationen im Zusammenhang mit den daraus resultierenden Verletzungsrisiko von Fußballspielern beschäftigen (Livesay et al. 2006, Shorten et al. 2003, Villwak et al. 2009). Messungen in diesem Bereich untersuchen dabei meistens Traktionsverhältnisse bei schnellen Abstoppbewegungen und kraftvollen Richtungswechseln im Sinne von aktiven Bewegungen. Jedoch gibt es bisher kaum Untersuchungen für reaktive Bewegungsausführungen im Fußball. Reaktive Bewegungsausführungen zeichnen sich aber durch eine erhöhte Belastung für den Sportler aus und sind somit ein Faktor für die hohe Verletzungsrate im Fußball (Müller, 2010). Zudem könnten weitere fußballtypische Bewegungsausführungen, wie Antrittsbewegungen, Umkehrbewegungen in verschiedene Bewegungsrichtungen und Bewegungen mit Ball, aktiv und reaktiv untersucht werden. Um die Gesamtaussage von Untersuchungen auszubauen, bedarf es einer komplexen Methodik, die sich aus sportmotorischen, subjektiven, mechanischen und biomechanischen Testverfahren zusammensetzt. Dieser Aspekt sollte stets bei der Planung neuer Studiendesigns berücksichtigt und integriert werden.

7. Zusammenfassung

Die vorliegende Ausarbeitung orientiert sich an bisherigen Studien (Livesay et al. 2006, Müller, 2010, Shorten et al. 2003, Sterzing, 2009), welche sich mit den Traktionseigenschaften von Fußballschuhen beschäftigten. Anders als die bereits existierenden Studien, die ausschließlich auf Kunst- und Naturrasen durchgeführt wurden, befasst sich diese Fragestellung mit den Traktionskräften von Hallen- und Multinockenschuhen auf Hallenboden bei einer fußballtypischen Bewegung. Neben der Ermittlung der Traktionseigenschaften der Schuhe sollte versucht werden, Rückschlüsse auf das Verletzungsrisiko im Sprunggelenk zu ziehen. Zur Ermittlung der Traktionseigenschaften, führten die Probanden eine fußballtypische Bewegung durch. Diese Bewegung bestand aus einem frontalen Anlauf mit maximaler Geschwindigkeit und einem 45 Grad Richtungswechsel auf der Kraftmessplatte. Jeder Proband absolvierte die Bewegung jeweils fünf Mal mit dem Hallen- und dem Multinockenschuh. Aus den daraus gemittelten Datensätzen ließen sich die Traktionskoeffizienten des Verlaufs der gesamten Bewegung errechnen. Es wird deutlich, dass der maximale Traktionskoeffizient des Hallenschuhs mit 0,8 signifikant höher ist im Vergleich zum Multinockenschuh mit 0,515. Bei der Betrachtung der einzelnen Phasen der Bewegung zeichneten sich in der Abbremsphase der Bewegungsausführung die höchsten Traktionskoeffizienten ab. Die Unterschiede der Traktionskoeffizienten zwischen den beiden Schuhtypen sind in der Abbremsphase signifikant (p=0,0192). Auffallend ist, dass die Verlaufskurve des Multinockenschuhs im Vergleich zum Hallenschuh zunächst niedrigere Werte aufweist. Nach der Abbremsphase erfolgt eine Annäherung beider Kurven, bis die Traktionswerte des Multinockenschuhs in der Abstoßphase eine höhere Traktion als die Hallenschuhe aufweisen. Mit p=0,0014 ist der Unterschied in der Abbremsphase hochsignifikant. Festzustellen ist, dass mit dem Hallenschuh lediglich in der Abbremsphase die höchste Traktion entwickelt wurde. Aus diesem Grund sollte die Traktion nicht nur in der Gesamtbewegung, sondern auch in verschiedenen Phasen der Bewegung, wie Abbrems- und Abstoßphase betrachtet werden. Des Weiteren ist anzumerken, dass sich anhand der gewonnenen Daten kein Rückschluss auf das Verletzungsrisiko im Sprunggelenk ziehen lässt. Dafür bedarf es einer komplexeren Methodik die sich aus sportmotorischen, subjektiven, mechanischen und biomechanischen Testverfahren zusammensetzt.

8. Literatur

Biener, K.; Caluori, P. (1977). Tennissportunfälle. Medizinische Klinik 71(17): 754-757.

Ekstrand, J.; Nigg, B.M. (1989). Surface-related injuries in soccer. Journal of Sports Medicine 8: 56-62.

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9. Anhang

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