Sportböden

Sporthallenböden haben es in sich. Die meisten heutigen Sporthallenböden sind hart. Sie sind vor allem auf die Bedürfnisse der Erwachsenen zugeschnitten und nicht auf diejenigen der Kinder. Doch brauchen wir überhaupt Sporthallenböden, um Sport treiben zu können?

Der Boden ist die Grundlage für jede Betätigung in Sporthallen. Der Sportboden muss sich aus unserer Sicht durch spezifische mechanische Eigenschaften auszeichnen, um zu große Belastungen des Bewegungsapparates zu vermeiden.

Die Belastung des Bewegungsapparates entsteht sowohl durch eigene Muskelkräfte (beispielsweise durch die Kraft im Knie beim Fahrradfahren) als auch durch Kräfte, die von außen auf den Körper einwirken (etwa durch den Schlag im Knie bei einer Landung nach dem Sprung). Was kann nun der Sportboden zur Schonung des Bewegungsapparates beitragen?

Eine der Hauptfunktionen des Sporthallenbodens besteht darin, große und unerwartete Kräfte, die auf den Sportler einwirken, zu reduzieren. Anhand von zwei Bewegungen – einem plyometrischen Sprung (das ist eine Landung mit sofortigem Abspringen) und einer Landung nach einem Sprungwurf mit Ball – soll aufgezeigt werden, wann große Belastungen auftreten und welche dieser Belastungen durch einen Sporthallenboden reduziert werden können. In Abbildung 1 wird die Wirkung eines Sporthallenbodens derjenigen einer harten Unterlage (Stahlplatte) gegenübergestellt.

Abb. 1: Auftretende äußere Kräfte bei einem plyometrischen Sprung (links) bzw. einer Landung nach einem Sprungwurf (rechts) auf einem Sporthallenboden (ausgezogene Linie) im Vergleich zu einem sehr harten Boden (Stahl; punktierte Linie). Beide Bewegungen wurden von einem Erwachsenen (70kg) und barfuss ausgeführt.

Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass der Sporthallenboden nur die Aufprallkräfte reduzieren kann, nicht aber Abstoß- und Abbremskräfte, die durch die Muskulatur erzeugt werden. Die Reduktion der Aufprallkräfte wird erreicht, indem ein «guter» Boden einen größeren Bremsweg ermöglicht. Aufprallsituationen sind nicht selten (zum Beispiel Fersenlauf barfuss, Landung mit Fersenkontakt, Sturz auf Knie, Kopf, Ellbogen usw.), und hier soll und muss der Sporthallenboden die Schutzfunktion übernehmen; denn der Aufprall selbst dauert nur 10 bis 30 Millisekunden, und in dieser kurzen Zeitspanne kann der menschliche Körper die Aufprallkräfte muskulär selbst nicht beeinflussen.

Es ist also nicht das Hüpfen oder das Abspringen, sondern jeweils nur die erste Phase einer Landung (Aufprall des Vorfußes oder der Ferse) oder eines Sturzes (Aufprall des Knies, Ellbogens, Kopfes), bei der der Sportler auf einen guten Boden angewiesen ist. Nach diesem Aufprall ändert sich die Belastungssituation: Eine Belastungsreduktion wird nicht mehr vom Boden, sondern vom Sportler selbst erzielt, da der Bewegungsapparat einen viel größeren Bremsweg zur Verfügung hat als der Boden.

Provokativ gesagt heißt das, dass es für sportliche Bewegungen ohne Aufprallsituation – betrachten wir nur die vertikalen Kräfte – keine große Rolle spielt, auf welcher Unterlage sie ausgeübt werden.

Die dynamische Härte eines Bodens kann mit Hilfe einer fallenden Kugel bestimmt werden. Die verwendete Kugelmasse ist dabei nicht dem Körpergewicht gleichzusetzen, sondern beschreibt nur die Masse der Körperteile, die beim Bodenkontakt nicht «weiterlaufen» können, sondern abrupt abgebremst werden. Diese so genannte effektive Masse ist deshalb viel kleiner und beträgt je nach Aufprallsituation 5 bis 40 Prozent der Körpermasse (ugs. Körpergewicht). Für einen 75 Kilogramm schweren Erwachsenen entspricht dies beim Sturz auf ein Knie etwa 4 bis 6 Kilogramm effektiver Masse, für einen Primarschüler 1,5 bis 2 Kilogramm.

Soll das Verhalten der Böden mechanisch einfach beschrieben werden, dann kann der Boden durch eine Feder ersetzt werden. Die Federkonstante dieses Modells ist dabei das Maß für die Härte des Bodens (je grösser die Federkonstante, desto härter der Boden). In Abbildung 2 sind die Härten verschiedener Sporthallenböden in Abhängigkeit der Aufprallmasse dargestellt. Die in der Legende aufgeführte KA-Zahl bezeichnet den so genannten Kraftabbau dieser Böden, der gemäß DIN-Norm gemessen wird und für einen Sporthallenboden mindestens 50 Prozent betragen muss (je größer der Kraftabbau, desto weicher der Boden).

Abbildung 2 zeigt, dass ein Boden mit einem großen Kraftabbau nicht in allen Situationen weicher sein muss als ein Boden mit einem kleineren Kraftabbau. Was heißt das nun für ein Kind im Gegensatz zu einem Erwachsenen? Durch die kleinere Masse des Kindes sinken die Aufprallkräfte absolut gesehen bei allen Bodenarten. Allerdings kann der Bewegungsapparat des Kindes auch nicht die gleich großen Kräfte aufnehmen wie derjenige eines Erwachsenen (kleinere Flächen in Knochen, Gelenken, Sehnen, Muskeln usw.). Entscheidend ist die Beanspruchung, also die Kraft pro Fläche (= Druck bzw. Zug); sie erst sagt etwas aus über das Verletzungsrisiko.

Abb. 2: Federkonstanten verschiedener Sporthallenböden (Dämpfungsschicht miteinbezogen) in Abhängigkeit der Aufprallmasse bei einer Aufprallgeschwindigkeit von 1,4 m/s (Radius der aufprallenden Kugel 40 mm, Dämpfungsschicht [«Fersenpolster»] 9mm). KA = Kraftabbau gemäß DIN.

Berechnungen bei zwei verschiedenen Böden (flächenelastischer Parkett mit Elastikschicht [KA 61 Prozent] und punktelastischer Kunststoffboden [KA 51 Prozent]) zeigen nun, dass die Beanspruchung für Kinder bei einem Aufprall mit kleiner effektiver Masse ­ zum Beispiel bei einem Sturz aufs Knie ­ auf diesem flächenelastischen Boden etwa 20 Prozent größer ist als auf dem punktelastischen Boden. Für Erwachsene und bei eher gestreckter Körperhaltung (= größere effektive Masse) kann hingegen die Beanspruchung auf diesem flächenelastischen Boden bis zu 50 Prozent kleiner sein als auf dem punktelastischen Boden. Diese Unterschiede sind in erster Linie durch die träge Masse des flächenelastischen Bodens bedingt. Die Größe dieser trägen Masse ist von Boden zu Boden verschieden und durch die Konstruktion bestimmt.

Um möglichst vielen unterschiedlichen Situationen gerecht zu werden, müsste der Sporthallenboden «intelligent» reagieren können, das heißt benutzer- und Situations- angepasst.

Den idealen Sporthallenboden gibt es (noch) nicht. Es braucht aber auch nicht für jede sportliche Tätigkeit einen Sportboden. Daher muss die Benützung einer Sporthalle genau abgeklärt werden und aufgrund dieser Anforderungen die Bodenwahl getroffen werden. Insbesondere sollte dabei abgeklärt werden, ob Kinder oder Erwachsene die Hauptbenützer sind und ob viele Stürze zu erwarten sind. Je nach Anforderungsprofil ist ein anderer Boden vorteilhaft. Dabei sind folgende Eigenschaften zu beachten:

Die Belastungsreduzierende Wirkung eines punktelastischen Bodens ist im Wesentlichen durch die Härte des Materials bestimmt. Sie ist weniger von Körpergröße, -gewicht usw. abhängig. Das heißt, der punktelastische Boden reagiert für Kinder und Erwachsene ähnlich und ist deshalb neutral. Er gewährleistet eine gute Druckverteilung, was Prellungen bei Stürzen verringern kann. Durch die nur lokale Einbuchtung ist aber der Widerstand bei Drehbewegungen erhöht.

Die Belastungsreduzierende Wirkung eines flächenelastischen Bodens ist abhängig von seiner Elastizität und seiner zu bewegenden Masse. Wegen der Trägheit dieser Masse reagiert der Boden unterschiedlich für Kinder und Erwachsene und ist im Allgemeinen erwachsenenfreundlicher. Er kann keine Druckverteilung gewährleisten, hat dafür aber auch keinen erhöhten Widerstand bei Drehbewegungen. Bemerkung: Flächenelastische Böden mit Elastikschicht verhalten sich – abgesehen von der trägen Masse – anders als solche mit Schwingbodenkonstruktionen.

Kombinationen dieser zwei Systeme sind einerseits mischelastische Böden (unten punktelastisch, oben kleinflächenelastisch), andererseits kombielastische Böden (unten flächenelastisch, oben punktelastisch). Diese kombinierten Systeme vereinen die verschiedenen Funktionen der Bodentypen, weisen aber auch deren Vor- und Nachteile bezüglich Härte, Reibung und Druckverteilung auf.

Es ist also nicht die Oberfläche, die in erster Linie über die Eigenschaften eines Sportbodens entscheidet, sondern die darunter liegende, nicht sichtbare Konstruktion. So sind Parkettböden immer flächenelastisch, Kunststoffböden hingegen punkt- oder flächenelastisch. Auch im Falle von Sporthallenböden genügt somit eine «oberflächliche» Betrachtungsweise nicht, da das Wichtigste darunter verborgen ist.

Berechnungen bei zwei verschiedenen Böden (flächenelastischer Parkett mit Elastikschicht und Kraftabbau 61% und punktelastischer Kunststoffboden mit Kraftabbau 51% zeigen, dass bei einem Sturz des Kindes auf das Knie der Aufprall beim flächenelastischen Boden etwa 20% größer ist als auf dem punktelastischen Boden. Für erwachsene Personen kann hingegen die Beanspruchung auf dem flächenelastischen Boden bis 50% kleiner sein als auf dem punktelastischen Boden. Diese Unterschiede sind in erster Linie durch die träge Masse des flächenelastischen Bodens bedingt. Die Größe dieser trägen Masse ist von Boden zu Boden verschieden und durch die Konstruktion bedingt.

Um möglichst vielen unterschiedlichen Situationen gerecht zu werden, müsste der Sporthallenboden „intelligent“ reagieren können, d.h. er müsste sich benutzer- und Situations- angepasst verhalten können.

Den für alle Benützer und alle Sportarten gleichzeitig idealen Sporthallenboden gibt es (noch) nicht. Im Schulsport braucht es auch längst nicht für jede sportliche Tätigkeit einen Sportboden. Zudem spielt auch eine wichtige Rolle, welche Art von Turnschuh im Sportunterricht getragen wird. Bei der Wahl des Sporthallenbodens muss die Benützung einer Sporthalle genau abgeklärt und aufgrund der Anforderungen dann die Bodenwahl getroffen werden. Insbesondere sollte zum Voraus geklärt sein, ob Kinder oder Erwachsene die Hauptbenützer sind und ob viele Stürze in der Halle erwartet werden. Je nach Anforderungsprofil ist ein anderer Boden vorteilhaft. Ist jedoch eine Sporthalle ausschließlich für den Sportunterricht mit Kindern an der Volksschule bestimmt, so sollte unbedingt ein punktelastischer Hallenboden gewählt werden.

Quelle: Auszug aus einem Vortrag von Roland Müller, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Laboratorium für Biomechanik der ETH Zürich.