Stabilisation - dynamische Vorgänge (Teil 3/3)

Einleitung

Die Ausführungen zur Schwerpunktlage stellten bereits die Überleitung zu den rein dynamischen Vorgängen dar, an denen die Stabilisation beteiligt ist. Einige dieser Vorgänge beeinflussen die Trefferlage tatsächlich, andere sorgen "nur" für ein gutes Schießgefühl.

Die dynamischen drei Phasen der Stabilisation

Je nach betrachtetem Technikleitbild hat ein Schuss unterschiedliche viele Bewegungsphasen und Ruhepunkte. Die drei Phasen, die in diesem Abschnitt behandelt werden, haben ausdrücklich keinen Bezug zu einem dieser Technikleitbilder, sondern sie betrachten den Schussablauf ausschließlich aus der Perspektive der Stabilisation.

• Phase 1 ist die Zielphase, in der der Schütze sein gewünschtes Zielbild festlegt

• Phase 2 ist die Beschleunigungsphase des Pfeiles - sie beginnt mit dem Lösevorgang des Schützen

• Phase 3 ist die Abklingphase - sie beginnt direkt nach dem Ablösen des Pfeils von der Sehne

Phase 1 (Zielphase) - Die Masse der Stabilisation

"Das Maß für die Trägheit eines Körpers gegenüber Beschleunigungen seines Massenmittelpunktes (Translationsbewegung) ist seine Masse."

Zunächst einmal erinnert dieser Satz mehr an den (vielleicht verhassten) Physik-Unterricht in der Schule als an den Zielvorgang beim Bogenschießen. Trotzdem besteht ein wichtiger Zusammenhang, der sich sehr gut am alltäglichen Beispiel einer Computer-Maus verdeutlichen lässt.

Eine Computer-Maus ist relativ leicht (= geringe Masse) und wird tagtäglich von vielen "Bürokriegern" über den Schreibtisch geschoben. Nach vorne und nach hinten, nach links und nach rechts. Diese Art der Bewegung ist vereinfacht gesprochen eine Translation, d.h. eine Verschiebung im Raum.

Um die Maus in Bewegung zu versetzen (= Beschleunigung) muss eine gewisse Kraft aufgewendet werden. Wäre eine andere Maus äußerlich identisch aber deutlich schwerer, müsste besagter "Bürokrieger" auch deutlich mehr Kraft aufwenden, um diese andere und schwerere Maus genau so dynamisch bewegen zu können, wie er die leichte Maus bewegen kann.

Vereinfacht gesprochen entspricht also die Masse eines Objektes seinem Widerstand gegenüber Verschiebungen (im Raum).

Der Zielvorgang beim Bogenschießen läuft (vergleichbar mit den Bewegungen der Maus) hauptsächlich in zwei Richtungen ab: auf und ab, links und rechts. Da zum Beschleunigen geringer Massen wenig Kraft erforderlich ist, bewegt sich ein leichter Bogen sehr dynamisch, schnell und zittrig. Im Umkehrschluss bewegt sich ein schwerer Bogen gemächlich, ruhig und gleitend.

Im Detail betrachtet, besteht der Zielvorgang aus zwei Unterphasen:

Es gibt also widersprüchliche Anforderungen an die Zielphase: um die Visierung auf den gewünschten Zielpunkt zu bringen, ist ein leichter Bogen von Vorteil. Um die Visierung auf dem gewünschten Zielpunkt zu halten, ist ein schwerer Bogen von Vorteil.

Ein Kompromiss ist an dieser Stelle jedoch gar nicht erforderlich, denn bei erfahrenen Schützen wird sich das tatsächliche Zielbild beim Erreichen der Ankerposition nur sehr wenig vom gewünschten Zielbild unterscheiden. Im Idealfall ist nur eine minimale Höhen- bzw. Seitenkorrektur erforderlich. Außerdem wird die Trefferlage (bei idealer Technikausführung) allein durch das Zielbild bei der Schussfreigabe bestimmt. Die Vorgeschichte der Zielbilderfassung ist für die Trefferlage unerheblich.

Schlussfolgerung 9: Der Bogen sollte mit Hilfe der Stabilisation so schwer wie individuell sinnvoll gemacht werden.

Bis zu einem gewissen Punkt (Scheitelpunkt) führt eine Erhöhung der Masse des Gesamtsystems auf Grund physikalischer Effekte zu mehr Ruhe und Präzision im Zielvorgang. Ab diesem Punkt führen physiologische Effekte wie Kraft, Ermüdung und Tagesform zu einem rapiden Einbruch der Leistung. Die tatsächliche Masse des Gesamtsystems (Arbeitspunkt) sollte daher so gewählt sein, dass ausreichend Sicherheitsabstand zu diesem rapiden Einbruch besteht.

Wie bereits im Abschnitt Die statischen drei Rahmenbedingungen der Stabilisation erwähnt gilt: eine zu große Masse ist ein absolutes Ausschlusskriterium! Kräftemäßige Überforderung führt zu Überlastung, Fehlhaltungen und schlechter Technikausführung. Körperliche Schäden, eine Stagnation der Leistung und sogar langfristiger Ringverlust können die Folge sein. Leicht anfangen, planmäßiges Krafttraining und dann schwerer machen führt immer(!) schneller zum Ziel als schwer anfangen und leichter machen.

Phase 1 (Zielphase) - Die Geometrie/Außenkontur der Stabilisation

Speziell für Outdoor-Wettbewerbe ist es sinnvoll, den Einfluss des Windes auf die seitliche Visierung so gering wie möglich zu halten. Dieser Einfluss wird (neben der Stärke des Windes) von zwei Faktoren bestimmt:

1. Größe der Angriffsfläche

2. Lage der Angriffsfläche

Dass die Größe der Angriffsfläche im direkten Zusammenhang mit der Kraft steht, die der Wind auf den Bogen/Schützen ausübt, ist intuitiv sofort nachvollziehbar. Ein großes Segel fängt bekanntermaßen viel mehr Wind ein als ein kleines Segel.

Etwas weniger intuitiv ist der Einfluss der Lage der Angriffsfläche. Auch hier zunächst ein alltägliches Beispiel: eine Tür dreht sich um die Drehachse, die durch ihre Scharniere vorgegeben ist. Öffnen und Schließen der Tür entsprechen also einer Drehung um ihre Drehachse. Weit entfernt von dieser Drehachse ist das mit wenig Kraft möglich - hier befindet sich verständlicherweise auch der Türgriff. In kurzem Abstand zur Drehachse ist es jedoch nahezu unmöglich, die Tür mit wenig Kraft in Bewegung zu setzen.

Je größer die Entfernung zur Drehachse ist, desto weniger Kraft ist erforderlich, um die Drehung einzuleiten.

Übertragen auf die Windlast im Bogensport: häufig ist das Schultergelenk des Bogenarmes eine besonders sensible Stelle. Bei Wind wird daher selten der ganze Schütze "weggedrückt", sondern hauptsächlich der Bogenarm. Das Schultergelenkt bildet dabei den Mittelpunkt dieser Drehung. Dem Wind sollten also keine größeren Angriffsflächen geboten werden, die zugleich einen großen Abstand zum Schultergelenk aufweisen.

Schlussfolgerung 10/a: Der Monostabilisator sollte (bei Outdoor-Wettbewerben) so kurz wie möglich sein.

Schlussfolgerung 10/b: Der Querschnitt der Stabilisation sollte (bei Outdoor-Wettbewerben) so klein wie möglich sein.

Schlussfolgerung 10/c: Der Querschnitt der Stabilisation sollte mit zunehmendem Abstand vom Schützen kleiner werden.

Die Schlussfolgerungen 10/a und 10/b sind ein Zwischenergebnis, das im späteren Verlauf noch einmal relativiert wird.

Phase 2 (Beschleunigungsphase) - Die Masseverteilung

"Das Maß für die Trägheit eines Körpers gegenüber Drehbeschleunigung um den Massenmittelpunktes (Rotationsbewegung) ist sein Trägheitsmoment."

Erneut klingt es nach dem (vielleicht verhassten) Physik-Unterricht in der Schule und nicht nach Bogenschießen. Trotzdem besteht auch hier ein wichtiger Zusammenhang, der sich ebenfalls an einem einfachen Beispiel verdeutlichen lässt: ein Hammer, der (wie vorgesehen) an seinem Stiel gehalten wird, kann nur langsam aus dem Handgelenk hin und her bewegt werden. Der Stiel des selben Hammers kann jedoch sehr schnell hin und her bewegt werden, wenn der Hammer an seinem Hammerkopf gehalten wird.

Bei Drehbewegungen spielt also nicht nur die Masse eines Objektes eine Rolle, sondern auch die Masseverteilung bzgl. der jeweiligen Drehachse. Eine Masse nah an der Drehachse erzeugt ein niedriges Trägheitsmoment, eine Masse weit entfernt von der Drehachse erzeugt ein hohes Trägheitsmoment.

Vereinfacht gesprochen entspricht also das Trägheitsmoment eines Objektes seinem Widerstand gegenüber Drehungen.

Beim Bogenschießen gibt es die sehr kurze aber entscheidende Beschleunigungsphase des Pfeiles. Sie beginnt mit der Freigabe der Sehne durch die Zugfinger und endet mit dem Ablösen der Nocke von der Sehne. Dauer: ca. 0,015 Sekunden. Jede Störung, die in diesen Sekundenbruchteilen auf den Pfeil/Bogen übertragen wird, beeinflusst die Trefferlage. Dabei spielt auch eine Drehbewegung (und somit auch das Trägheitsmoment) eine wichtige Rolle.

In den nachfolgenden Darstellungen wird der Einfluss der Gewichtskraft bewusst vernachlässigt, um die Erläuterungen einfach zu halten. Auch unter Berücksichtigung der Gewichtskraft wären die beschriebenen Effekte zu beobachten.

Solange Zug- und Bogenhand Kontakt zur Sehne bzw. Kontakt zum Bogen haben, ist das vorherrschende Kräftegleichgewicht einfach vorstellbar: der Druck in der Bogenhand entspricht exakt dem Zug in der Zughand. Beide Kräfte liegen auf einer gemeinsamen Wirkungslinie.

Sobald die Zughand die Sehne freigibt, ergeben sich jedoch zwei parallele Wirkungslinien. Die erste Wirkungslinie fällt mit der Pfeilachse zusammen, da der Pfeil geradlinig beschleunigt wird. Die zweite Wirkungslinie verläuft durch den verbleibenden Kontaktpunkt mit dem Bogen. Sie muss parallel zur ersten Wirkungslinie verlaufen, da sonst kein Kräftegleichgewicht erreicht werden kann. Beide Kräfte sind immer noch gleich groß, aber die Wirkungslinien haben jetzt einen Abstand zueinander.

Zwei Kräfte die gleich groß und parallel sind und außerdem in entgegengesetzter Richtung wirken, bilden ein Kräftepaar. Ein Kräftepaar erzeugt ein Moment, d.h. eine Drehwirkung. Dabei gilt: je größer die Kräfte und je größer ihr Abstand, desto größer das Moment.

Bezogen auf den Bogen: während der Pfeil beschleunigt wird, wirkt ein Kräftepaar auf den Bogen, das den Bogen dreht. Die Kräfte sind so gerichtet, dass sich der obere Wurfarm zum Schützen hin und der untere Wurfarm vom Schützen weg bewegt. Besonderes Augenmerk ist dabei auf den Nockpunkt zu richten: je stärker die Drehwirkung, desto stärker bewegt sich der Nockpunkt während der Beschleunigung des Pfeils nach unten.

Mit diesem Wissen können direkt zwei typische Beobachtungen erklärt werden:

1. bei einem mit offener Bogenhand geschossenen Bogen (ohne Stabilisation) bewegt sich der obere Wurfarm schwungvoll auf den Schützen zu

2. ein (zu) tiefer Druckpunkt in der Griffschale erzeugt einen Hochschuss (da sich der Nockpunkt durch die stärkere Drehwirkung nach unten bewegt)

Je größer das Trägheitsmoment eines Bogens ist, desto geringer fällt seine Drehung während der Beschleunigungsphase aus und desto weniger übertragen sich Druckpunktschwankungen in der Bogenhand auf die Trefferlage.

Schlussfolgerung 11: Der Bogen und die Stabilisation sollten leicht sein und die Gesamtmasse des Systems sollte durch weit entfernte Gewichte so hoch wie individuell sinnvoll gemacht werden. (Ziel ist ein hohes Trägheitsmoment.)

Der Wunsch nach weit entfernten Gewichten widerspricht dem Wunsch, den Monostabilisator zur Verringerung der Windlast so kurz wie möglich zu wählen (Schlussfolgerung 10/a). In der Praxis haben sich hier Längen im Bereich von 28-32 Zoll als sinnvoller Kompromiss zwischen diesen widersprüchlichen Anforderungen bewährt. Konisch/spitz zulaufende Stabilisatoren stellen den Idealfall dar, da sie dem Belastungsverlauf angepasst sind und alle relevanten Randbedingungen erfüllen.

Phase 2 (Beschleunigungsphase) - Die Steifigkeit

Die Vorteile des hohen Trägheitsmoments kommen nur dann ausreichend zum Tragen, wenn zusätzlich zu den großen Abständen der Gewichte von den Drehachsen noch eine weitere Bedingung erfüllt ist: Steifigkeit bzw. steife Anbindung.

Ein (gedankliches) Gegenbeispiel zeigt die entsprechenden Zusammenhänge direkt auf: wären an einem Bogen anstatt einer handelsüblichen Stabilisation Schwimmnudeln mit Endgewichten montiert, könnte sich der Bogen trotz dieser Endgewichte mehr oder weniger frei bewegen/drehen. Durch die große Flexibilität/Elastizität dieser Elemente wäre der Bogen nahezu vollständig von seinen Endgewichten entkoppelt, d.h. ihre Wirkung würde fast gar nicht oder erst (zu) lange verzögert eintreten. Das planmäßig hohe Trägheitsmoment des Bogens wäre während der kurzen Beschleunigungsphase unwirksam.

Schlussfolgerung 12: Die weit entfernten Gewichte müssen über die Stabilisation so steif wie möglich am Bogen angebunden sein.

Es gibt mehrere Maßnahmen, die den positiven Effekt der weit entfernten Gewichte sicherstellen und auf einer Erhöhung der Systemsteifigkeit beruhen:

Maßnahme 1: Verwendung großer Außendurchmesser

Üblicherweise werden Stabilisatoren aus Aluminium oder CFK hergestellt - bzw. aus Kombinationen dieser Materialien. Über die Wahl des Materials lässt sich die Steifigkeit (bei gleicher Geometrie) jedoch nur in sehr engen Grenzen beeinflussen. Den viel größeren Einfluss hat die Geometrie selbst, da der Radius "hoch 4" in diese Betrachtung (Biegesteifigkeit und Flächenträgheitsmoment) eingeht. D.h. durch eine Verdopplung des Radius wird eine 16-fache Steifigkeit erreicht.

Ein Stabilisator mit 0,5 Zoll (= 12,7 mm) Außendurchmesser (Vollmaterial/Stab) könnte bei gleichem Material bereits durch einen deutlich leichteren Stabilisator mit 14 mm Außendurchmesser und 2 mm Wandstärke (Rohr) ersetzt werden. Ein Rohr mit 22 mm Außendurchmesser und 2 mm Wandstärke erreicht bei gleichem Gewicht bereits die 5-fache Steifigkeit des 0,5-Zoll-Vollmaterials/Stabs.

Der Wunsch nach großen Außendurchmessern widerspricht dem Wunsch, den Monostabilisator zur Verringerung der Windlast so dünn wie möglich zu wählen (Schlussfolgerung 10/b). In der Praxis haben sich hier (konstante) Durchmesser bis zu 22 mm als sinnvoller Kompromiss dieser widersprüchlichen Anforderungen bewährt. Konisch/spitz zulaufende Stabilisatoren stellen den Idealfall dar, da sie dem Belastungsverlauf angepasst sind und alle relevanten Randbedingungen erfüllen.

Maßnahme 2: Direktmontage der Stabilisation (Verzicht auf Vorbauten/Extender)

Der Einsatz eines Vorbaus/Extenders soll vermutlich den Bogenschwerpunkt in den gewünschten Bereich verlegen. Zusätzliche Verschraubungen und Zwischenelemente verringern jedoch häufig die Steifigkeit des Systems. Der gewünschte Bogenschwerpunkt kann auch durch eine Umordnung der Endgewichte oder durch andere Längen der Stabilisation erreicht werden. Ein Vorbau/Extender ist daher meistens unnötig und ggf. sogar kontraproduktiv - die Stabilisation sollte so direkt wie möglich mit dem Bogen verbunden werden.

Ausnahme: Vorbauten/Extender, die steifer als die Stabilisation sind und die den kleinen Anschlussdurchmesser des Bogen gezielt vergrößern, erhöhen die Systemsteifigkeit und sind eine sinnvolle Ergänzung zur Stabilisation.

Maßnahme 3: Verwendung großer/dünner/harter/steifer Unterlegscheiben (bzw. Verzicht auf Unterlegscheiben)

Jedes Zwischenelement verringert die Systemsteifigkeit und daher sollte (wann immer sinnvoll möglich) auf Unterlegscheiben verzichtet werden. Falls Unterlegscheiben erforderlich sind, dann sollten diese...

• groß

• dünn

• hart/steif

... sein, um auch dynamische Verkippungen zwischen den Bauteilen gering zu halten.

Maßnahme 4: Dämpfer/Schwabbel als letztes oder vorletztes Element verwenden

Dämpfer/Schwabbel entfalten ihre Wirkung erst in der Abklingphase, d.h. nachdem der Pfeil den Bogen verlassen hat. Da es sich prinzipbedingt um elastische Elemente handelt, wirken diese wie die als (gedankliches) Extrembeispiel genannte Schwimmnudeln. Das Hauptgewicht sollte sich daher nicht wie häufig praktiziert am Ende des Dämpfers/Schwabbels befinden, sondern direkt am Stabilisator. Der Dämpfer/Schwabbel sollte das letzte oder vorletzte Element sein, das max. durch ein kleines Tuning-Gewicht beschwert wird, um den Dämpfer in Schwingung zu versetzen.

Phase 3 (Abklingphase) - Dämpfung

Vermutlich wird jedem frischgebackenen Bogenschützen direkt zu Beginn seiner Karriere eingeimpft, dass ein Trocken- oder Leerschuss um jeden Preis zu vermeiden ist. Die Begründung dieser Vorsichtsmaßnahme ist relativ naheliegend: wenn kein Pfeil beschleunigt wird, wird die vorhandene Energie schock- bzw. impulsartig in die Komponenten des Bogens übertragen. Und das bedeutet häufig, dass die Sehne und/oder die Wurfarme direkt reißen/brechen oder zumindest dauerhaft geschädigt werden.

Auch wenn ein Pfeil beschleunigt wird, wird die vorhandene Energie nicht zu 100% in den Pfeil übertragen. Im Normalfall werden noch immer ca. 30% der vorhandenen Energie in die Komponenten des Bogens übertragen. Diese Restenergie führt jedoch nicht mehr zu einer dauerhaften Schädigung des Materials. Trotzdem regt der entsprechende Schock/Impuls alle schwingungsfähigen Komponenten des Bogens dazu an (in ihren Eigenfrequenzen) zu schwingen.

In der Abklingphase werden genau diese nach dem Abschuss auftretenden Schwingungen abgebaut. Dabei spielen die Stabilisation und die ggf. an ihr und dem Bogen montierten Dämpfer eine entscheidende Rolle - denn durch ihre Geometrie und hohe Materialdämpfung sind sie besonders dazu geeignet, diese Schwingungen zu absorbieren und abzubauen.

Für die diesbezügliche Auswahl und Anordnung der Stabilisatoren, Gewichte und Dämpfungselemente gilt: Probieren geht über Studieren - denn kleine Änderungen können teilweise große Auswirkung haben. Im Idealfall verhält sich der Bogen im Abschuss leise und die angeregten Schwingungen klingen schnell ab.

Obwohl die Dämpfung der Stabilisation von vielen Herstellen als DAS entscheidende Kriterium vermarktet wird, sollte jedem faktenbasierten Bogenschützen bewusst sein, dass die Dämpfung ausschließlich für ein gutes Abschussgefühl und ein angenehmes Abschussgeräusch sorgt und keinen Einfluss mehr auf die Trefferlage hat. Denn der Pfeil hat den Bogen in dieser Phase bereits verlassen. 

Schlussfolgerung 13: Die Stabilisation und ggf. daran befestigte Dämpfungselemente beeinflussen sowohl das Schießgefühl als auch das Abschussgeräusch maßgeblich. Über die Trefferlage entscheidet sich jedoch nicht ursächlich.

Gefühl und Wahrnehmung sind ein entscheidender Faktor beim Bogenschießen. Dass die Dämpfung keinen ursächlichen Einfluss auf die Trefferlage hat, soll keine Rechtfertigung für ein knallendes Abschussgeräusch und knatternde Schraubverbindungen sein. Denn diese akustischen Hinweise sind einerseits störend und andererseits häufig auch ein Hinweis darauf, dass eine grundlegende Fehlabstimmung im System vorliegt.