Was ist eine Longe[]
Eine Longe ist ein technisches Hilfsmittel um in artistischen Sportarten (z.B. Turnen, Akrobatik, Eiskunstlauf) Stürze zu vermeiden. Es gibt unterschiedliche Ausführungen, denen gemein ist, dass die zu sichernde Person einen Sicherungsgürtel oder Sitzgurt trägt. An diesem Gurt kann die Person im Bedarfsfall gehalten werden, so dass sie nicht stürzt. Zusätzlich gibt es noch Spezialgürtel, welche die Rotation um die Körperlängsachse erlauben, wie sie bei Pirouetten oder Schrauben auftritt.
Die einfachste Ausführung einer Longe besitzt an dem Gürtel zwei, über Wirbel befestigte, Handschlaufen. Der Gürtel wird so getragen, dass sich die beiden Drehgelenke seitlich am Körper befinden, um so eine Querachsen-Rotationen zu ermöglichen. Diese Form wird beim Turnen zum Erlernen von Flick-Flacks und Saltos am Boden eingesetzt.
Bei der gängigsten Form der Longe ist der Gürtel an zwei langen Seilen befestigt die über Umlenkrollen, die an der Decke angebracht sind, geführt werden. Dadurch ist es möglich vom Boden aus selbst hohe Figuren zu sichern. Diese Form der Longe kann noch um Laufschienen an der Decke erweitert sein, so dass man über größere Strecken sichern kann (z.B. beim Anlauf zum Sprung im Gerätturnen).
In der Akrobatik soll sie einerseits bei hohen Figuren als "einfache" Absturzsicherung dienen, andererseits aber auch für Tempoaufgänge mit Drehungen Unterstützung bieten ohne zu verhaken. Die Belastung kann bis hoch zu kräftigen Erwachsenen erfolgen. Unter Umstände benötigt man eine Longe, die für jedes(!) Training neu an unterschiedlichen Deckenkonstruktionen befestigt werden kann.
Themen die geklärt werden sollten
- wie kann eine möglichst flexible Befestigung erreicht werden ?
- wie ist ein Aufbau ohne Vorort befindliche Hilfsmittel (Leitern etc.) möglich ? Wurfseil & leichte Strickleiter ?? -->Kapitel Aufhängen der Longe
- welche Raumhöhen bzw. Seillängen sind zu beachten ? Seillängen --> Verwendbare/Benötigte Materialien
- müssen für die beiden unterschiedlichen Nutzungen verschiedene Gürtel verwendet werden ? u.a. Gürtel mit "Kugellager-Ring" ?
Wenn Sie weitere Informationsmaterialien zu diesem Thema kennen, wäre ein entsprechender Hinweis genau hier(!) sehr hilfreich.
Benutzung der Longe[]
Jeder der eine Longenanlage benutzt, sollte sich über die Gefahren die damit verbunden sind im Klaren sein. Zu unterscheiden sind dabei Gefahren, die durch technisches Versagen hervorgerufen werden, und solche, die durch Bedienungsfehler entstehen. Professionelle Anlagen sollten in der Regel sicher sein, solange diese nicht zu alt sind. Üblicherweise sind für Kletterseile 10 Jahre (alleinige Bereithaltung, ohne Einsatz) das Maximum, je nach Belastung (Stürze & Abrieb) muss dies drastisch verkürzt werden. Bei selbst zusammengestellten Installationen ist eine Überprüfung aller Einzelteile auf prinzipielle Eignung notwendig. Hinweise zu Belastungen des Materials gibt es im Abschnitt Dimensionierung einer Longe.
Typische Materialfehler:
- Der Seilbruch, einfach zu erkennen ist das Abspalten einzelner Fasern
- Beim Kernbruch ist die äußere Hülle zwar noch intakt, aber die Fasern des Seilkerns sind bereits gerissen. Das Seil zeigt eine deutliche "Taille"
Benutzungsfehler können an vielen Stellen entstehen. Hier eine Liste, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit hat.
- Herausrutschen aus dem Gürtel. Dies kann bei nicht passenden Gürteln und/oder bei einem unkontrollierten Sturz geschehen (z.B. beim Stürzen kopfüber).
- Nicht korrekt verschlossene Karabinerhaken. Vielfältige Information gibt es in der Kletterliteratur [1]
- Die sichernde Person ist nicht ausgebildet für die Sicherung an der Longe und zieht zu spät oder nicht stark genug. Jeder der mit der Longe sichern möchte sollte dies vorher bei ungefährlichen Sprüngen (z.B. von einem hohen Kasten) üben.
Longe ziehen, aber richtig[]
Longe selber Bauen[]
In diesem Abschnitt ist beschrieben, was beim Bau einer Longenanlage zu berücksichtigen ist. Dabei wird auf die einzelnen Komponenten detailliert eingegangen und beschrieben, welchen Anforderungen die Materialien standhalten müssen.
Kräfte die in der Anlage Auftreten[]
Die folgenden zwei Abschnitte beinhalten theoretische Grundlagen welche Kräfte in einer Longe auftreten können und insbesondere welche Kräfte auf die Aufhängepunkte wirken. Diese stellen in der Regel die am schwersten einzuschätzende Komponente dar, denn man kann kaum Information über sie in Erfahrung bringen. Demnächst werden hier auch Daten die direkt gemessen wurden veröffentlicht, die hoffentlich die Berechnungen bestätigen. Wer mathematische Formeln scheut kann die Abschnitte Statik und Dynamik überspringen und nur die Zusammenfassung lesen.
Statik[]
Hängt ein Gewicht an einem Aufhängepunkt an der Decke berechnet sich die Kraft über das zweite Newtonsche Gesetzt zu:
: Kraft ist gleich Masse mal Beschleunigung – Kraft, Einheit Newton (N=) – Masse, Einheit kg – Beschleunigung, Einheit , Erdbeschleunigung
wobei für die Beschleunigung a die Erdbeschleunigung g eingesetzt wird.
Also ist die Kraft die eine 70kg Person auf den Aufhängepunkt ausübt: Der Einfachheit halber rechnen Ingenieure häufig mit einer Erdbeschleunigung von was in dem Beispiel zu 700 N Kraft führt. Im weiteren Verlauf dieser Rechnung wird verwendet.
Bei der Longe ist diese Berechnung nicht so leicht durchzuführen, da sich die Kräfte über die schräg verlaufenden Seile teilweise deutlich erhöhen können. Um sich diesem komplexen System zu nähern wird ein Verfahren angewandt, dass als Freischneiden bekannt ist. Dabei "Zerschneidet" man das System in einfach zu berechnende Teile und lässt dann die Einzelteile miteinander wechselwirken. Für die weiteren Berechnungen werden die Formelzeichen aus folgender Graphik verwendet:
Hier bezeichnen F's Kräfte (engl. Force) mit den jeweiligen Indizes H für Haltekraft, T für Turner, R1 und R2 Kräfte an den Rollen. Die Größe H bezeichnet Höhen und B die Breite, also den Abstand zwischen den beiden Aufhängepunkten.
Wie später zu sehen sein wird hängen alle Kräfte von dem Parameter ab, der über die Geometrie des Aufbaus bestimmt ist. berechnet sich zu:
Die Berechnungen beginnen an der "Quelle" der Kraft, also an dem Longengürtel. Dazu wird dieser vom restlichen System freigeschnitten. Dabei werden die beiden Seilkräfte eingeführt. Aus Symmetrieüberlegungen werden diese gleich groß sein (sofern sich der Gürtel in der Mitte zwischen den beiden Rollen befindet, wovon hier ausgegangen wird), und deswegen ihr Betrag nicht unterschieden. Wenn sich ein Bauteil nicht bewegen soll, so müssen sich alle an ihm angreifende Kräfte zu Null addieren. Hierbei sind die Vektoreigenschaften der Kräfte zu berücksichtigen.
Der Betrag der Seilkraft ergibt sich dann über den Winkel des Seils:
Dazu wurde auf die y-Achse projiziert, was zu dem führt, und die 1/2 rührt von den zwei Seilen her. Setzt man für den oben hergeleiteten Ausdruck ein (und wendet einige trigonometrische Umwandlungen an), so erhält man die Seilkraft in Abhängigkeit der Höhe des Turners.
Der Graph rechts verdeutlicht diesen Zusammenhang. Hierbei wurde wieder unser Beispielturner mit 70 kg Masse benutzt. Die Longenaufhängungen sind in 6 m Höhe und haben einen Abstand von 4 m - 6m. Aus dem Graphen kann man zum Beispiel ablesen, dass um den Turner in 4 m Höhe zu halten ein Gegengewicht von 100 kg bis 130 kg nötig ist (zwei mal die Seilkraft) je nach breite der Aufhängepunkte. Bei höheren Positionen wird das ganze sehr schell dramatischer. Vernachlässigt wurde bei dieser Betrachtung die Rollreibung der Umlenkrollen, die für den statischen Fall sicher ein etwas kleineres Gegegewicht zulassen, für den dynamischen aber ein noch höheres erfordern.
Mit diesem Wissen kann man jetzt die beiden Aufhängepunkte berechnen, die dazu auch wieder Freigeschnitten werden.
Zuerst beginnend mit Rolle 2:
In der Graphik Rechts sieht man die Freigeschnittene Rolle mit den an ihr angreifenden Kräften. Neben den Seilkräften ist das die Kraft die die Rolle an der Decke hält. Rollen können nur die Richtung nicht aber den Betrag einer Seilkraft ändern, was die Betrachtung etwas vereinfacht. Für die Berechnung ist es einfacher die Kräfte in ihre x- und y-Komponente zu trennen und diese vorerst getrennt zu betrachten. Die beiden Ergebnisse für die beiden Komponenten werden anschließend wieder zusammengeführt.
x-Komponente:
umgestellen nach ergibt
y-Komponente:
umgestellen nach ergibt
Die Betrag der Kraft erhält man dann über den Satz des Pythagoras
Durch ausklammern von und einer trigonometrischen Vereinfachung reduziert sich der Ausdruck zu:
Der Wurzelausdruck kann über den Winkelbereich von 0° - 90° Werte zwischen 2 und 1,4 annehmen. Damit wird im Falle kleiner Winkel, also sehr hohen Positionen in der Longe, die Kraft auf die Rolle 2 verdoppelt. In dem Beispiel von oben bedeutet dies dass bei einem Turner der in 4m Höhe gehalten wird eine statische Kraft von ca. 1000N auf die Rolle wirkt.
Für die Rolle 1 ergibt sich ähnliches, nur dass mehr Kräfte daran angreifen. Für die x-Komponente ergibt sich:
umgestellen nach ergibt
und für die y-Komponente:
umgestellen nach ergibt
Auch hier wird der Betrag der Kraft auch wieder über den Satz des Pythagoras berechnet:
An dieser Stelle kann man für und die oben gefundenen Ausdrücke einsetzten. Dadurch ergibt sich aber ein sehr unhandlicher Ausdruck, den man am besten mit einem Computer Algebra System wie z.B. Maxima behandelt. Der Ausdruck wird hier nicht wieder gegeben um nicht zu verwirren. Stattdessen soll hier eine Graphik den Kraftverlauf an der Rolle in Abhängigkeit der Turnerhöhe demonstrieren.
In der Graphik erkennt man dass schon wenn der Turner kurz über dem Boden hängt eine nicht unerhebliche Kraft von über 1100N wirkt. Dies ist für die unterschiedlichen Aufhängebreiten nahezu identisch. Insbesondere durch die mit der Höhe größer werdende Seilkraft erhöht sich die Kraft auf die Rolle auf fast 1900N bei 4 m Höhe und 6 m Abstand der beiden Rollen. Dass bedeutet dass die Rolle über die beide Halteseile laufen im statischen Fall etwa das zweieinhalbfache Gewicht des des Turners halten muss.
Dynamik[]
Zur Berechnung der bei Bewegungen auftretenden Kräfte reicht es zu berechnen wie viel mehr Kraft durch die Beschleunigung des Turners auftritt. Da alle anderen Komponenten im System als verhälltnissmäßig leicht angenommen werden ist dies eine gute Näherung. Die Kräfte die auf Seil und Rollen wirken sind proportional zu der Kraft und daher muss die erhöhte Kraft durch die Beschleunigung nur in die Formeln oben eingesetzt werden. Schwieriger ist eine Einschätzung welche Beschleunigungen in Realität auftreten können. Grundsätzlich kann man zwei Phasen unterscheiden, die in der der Turner fällt und Geschwindigkeit aufnimmt und die in der er Abgebremst wird. Im Idealfall tritt die Fallphase gar nicht auf, da der Sichernde schon im höchsten Punkt die Seile auf Spannung bringt und den Turner die ganze Zeit führt. Es gibt aber auch Wurfelemente bei denen der Turner fliegt und wieder aufgefangen wird. Teilweise ist es sinnvoll, dass erst über die Longe gebremst wird, wenn das Fangen misslungen ist. Dann aber hat der Turner schon eine nicht unerhebliche Geschwindigkeit und es ist nicht mehr viel Platz bis zum Bodenkontakt. Dies soll hier als Extremfall betrachtet werden. Es wird eine Fallhöhe von 1,5 m angenommen und eine Abbremsstrecke von 0,5 m. Als Vereinfachung soll angenommen werden dass die Beschleunigungen konstant sind. Dies trifft sicher auf das Fallen zu da hier nur die Erdbeschleunigung von ca wirkt. Wärend des Abbremsvorgangs wird dies in Realität sicher nicht richtig sein, wird hier aber so angenommen.
Während des Fallens beschleunigt der Körper. Durch die Trägheit der Masse ergibt sich eine eine Gegenkraft die die Gewichtskraft gerade kompensiert. Dadurch ist man quasi schwerelos und es wirkt keine Kraft auf die Longe. Beim Abbremsen des Turners hingegen addieren sich die Gewichtskraft und die Kraft die durch die Beschleunigung hervorgerufen wird. Durch die Annahme dass es sich um konstante Beschleunigungen handelt erleichtert sich die Rechnung. Wenn der Turner erst 1,5 m Fällt und dann in 0,5 m abgestoppt werden soll, kann man sich überlegen, dass die Geschwindigkeit die die in der ersten Phase aufgenommen wurde in der zweiten wieder abgebaut werden muss. Da die zweite Strecke nur ein drittel der ersten beträgt benötigt man die 3-fache Beschleunigung. Zusammen mit der Gewichtskraft ergibt sich eine Kraft von 4 mal der Erdbeschleunigung mal der Masse. In unserem Beispiel mit einer Masse von 70 kg also 2800 N! Den Faktor vier kann man auch auf die Graphen oben übertragen. In unserem Beispiel bedeutet dies, dass wenn der Bremsvorgang in einer Höhe von 1 m beginnt liest man die entsprechende Kraft z.B. aus dem Diagramm für die Kraft an Rolle 1 ab, also ca 1200 N und multipliziert diese mit 4, Ergebnis 4800N.
Da bei den vorhergegangenen Rechnungen einige vereinfachende Annahmen gemacht wurden, empfielt es sich zudem noch einen Sicherheitsfaktor 2 einzubeziehen. Also alle Werte noch einmal zu verdoppeln.
Zusammenfassung[]
Um eine Longenanlage sicher gestalten zu können braucht man Abschätzungen über die Kräfte die auftreten können um seine Materialauswahl richtig treffen. Eine solche Abschätzung wurde in den beiden vorangegangen Kapiteln durchgeführt. Dabei stellt sich heraus, dass die Kräfte von der Geometrie des Aufbaus abhängen. Man ist nur selten frei sich die Aufhängepunkte beliebig zu wählen. Meist ist die Höhe der Aufhängung durch die Hallendecke, Unterzüge oder Balken vorgegeben. Im obigen Beispiel wurde eine Höhe von 6 m angenommen. Den Abstand der beiden Umlenkrollen kann man evtl. freier wählen. Für den Turner ist es meist vorteilhaft wenn Rollen möglichst weit auseinander liegen, da so ein Verheddern in den Seilen unwahrscheinlicher ist. Auf der anderen Seite bewirken sehr große Abstände eine höhere Materialbelastung und erfordern mehr Gegengewicht bei der sichernden Person. Die Berechnungen wurden für 4m, 5m und 6m Abstand durchgeführt.
Des weiteren verändern sich die Kräfte in Abhängigkeit von der Höhe auf der der Turner gehalten wird, wobei diese mit steigender Höhe zunehmen. Die Kräfte wurden bis zu einer Höhe von 5m berechnet, was in der Praxis eher ungewöhnlich sein dürfte. Vier Meter sind hingegen bei hohen Figuren wie 3-Mensch-hoch nicht unüblich und werden als Grundlage herangezogen. In einem ersten Schritt wurden nur die statischen Kräfte, also diejenigen bei denen sich nichts bewegt, berechnet. Das Ergebnis ist, dass das am stärksten belastete Bauteil der Block mit den beiden Umlenkrolle ist, durch welchen die beide Sicherungsseile geführt werden, also diejenigen Rollen an der Seite an der die sichernde Person steht. Diese wird mit einem Gewicht von bis zu dem zweieinhalbfachen Gewichts des Turners belastet.
Wenn der Turner durch die Longe gebremst wird, erhöht sich die Kraft, die auf die einzelnen Komponenten wirkt. Diese Kraft ist umso höher je schneller sich die Geschwindigkeit des Turners ändert. Wird versucht den Turner abrupt zu stoppen kommt es zu sehr hohen Kräften. Als Beispiel wurde hier die Situation angeführt, in der der Turner nach einem Wurf 1,5m fällt und dann innerhalb von 0,5m abgebremst wird. Hierbei vervierfacht sich die Kraft auf die Komponenten der Longe. Wenn wir bei unserem obigen Beispiel bleiben ergibt dies eine Kraft die einem 500kg Gewicht entspricht.
Um auf Nummer Sicher zu gehen empfiehlt es sich die Anlage etwas stärker auszulegen, wobei ein Sicherheitsfaktor von 2-3 ausreichen sollte. Dies bedeutet, dass die Materialien 1000-1500kg halten können müssen.
Verwendbare/Benötigte Materialien[]
Bei der Materialauswahl ist darauf zu achten, dass es unterschiedliche Angaben zur Belastbarkeit gibt. Die wichtigsten sind:
- Arbeitslast (engl. Working Load Limit - W.L.L.)
- Bruchlast (engl. Breaking Load)
Die Arbeitslast ist diejenige Kraft die dauerhaft auf das Bauteil einwirken darf, ohne dass dieses schaden nimmt. Die Bruchlast ist die Kraft ab der das Bauteil unter Testbedingungen zerbrechen darf. Hier sieht man den feinen Unterschied, und es ist gleich klar warum es sehr gefährlich sein kann diese beiden zu verwechseln. Kauft man ein Karabiner der auf 5kN ausgelegt ist und man geht fälschlicherweise davon aus dass dies die Arbeitslast ist, kann dieser bei einer Belastung von 5kN (wie oben beschrieben ist dies Typisch für Longen) durchaus brechen.
Spezielle Anforderungen an Longen in der Akrobatik[]
Ein blindes Übernehmen von Regeln aus dem Klettersport für Longen kann unter Umständen sogar zu Unfällen führen. Im Klettersport treten Belastungen auf die in der Akrobatik nicht vorkommen können und umgekehrt.
Der Gurt einer Akrobatik-Longe darf keine größeren Metallteile wie Ringe enthalten, da beim Fangen oder Mattenwerfen dies bei den Unterpersonen zu Verletzungen im Gesicht führen kann. Aus den gleichen Gründen dürfen weder Karabiner noch Wirbel direkt am Gurt befestigt werden. Eine Verbindung mit dem Zugeseil über Karabiner sollte erst nach 1,5 bis 2 Metern erfolgen. Das Gurtschloss muss absolut sicher schließen. Bei einigen Figuren wird zur Vorbereitung einer Schraube die Longe um die Tallie gewickelt, dies kann zum Öffnen von ansonsten sehr zuverlässigen Schnellverschlüssen führen.
Metallteile am Seil können auch leicht gepolstert werden um diese unangenehmen Begegnungen unkritischer zu gestalten, eine einfache Methode wäre das überziehen von alten Socken über die Karabiner. Der Gurt selbst, kann mit entsprechenden Materialien aus dem Pferdesport innen abgepolstert werden.
Das Zugseil sollte ein "statisches" Seil sein, da mit dem statische Seil für Sicherungen mit engem Reaktionsbereich exakter gearbeitet werden kann. Die Fallhöhen der Kletterer können bei der Sicherungsarbeit in der Halle ohnehin nicht erreicht werden und damit sind "halbstatische" Seile, die den Sturz und damit die Belastung von Mensch und Material abfedern nicht notwendig.
Die Umlenkrollen sollten mit leichtlaufenden Lagern versehen sein, auch hier kann das Seil exakter geführt werden, sowie damit die Lebendauer des Seiles etwas verlängert werden. Als nicht gut geeignet haben sich Umlenkrollen erwiesen, bei denen das Gehäuse aus Plastik ist, der schmelzen kann. Da die Rollen, wenn sie mit Schlingen aufgehängt sind sich leicht verdrehen, schleift das Seil am Gehäuse und scheuert es in kürzester Zeit weg (5 Tage Akrotreffen). An den Scheuerstellen geht das Seil deutlich schneller kaputt. Deutlich besser sind Rollen mit Gewebe-Verstärktem Kunststoff (z.B. http://www.segelladen.de/Inhalt-untergruppen8/bloecke_hye.htm). Diese halten sehr lange, man muss aber auf die Belastungsgrenze achten. Alternativ gibt es auch Blöcke im Segelbedarf mit Alu Seitenteilen, diese sind in der Regel aber deutlich teurer.
Beispiel-Stückliste einer Longe:
- 2 Seile (ca. 22 und 17 Meter lang, bei ca. 5 Metern Montagebreite)
- Alternativ ein einzelnes Seil, welches durch den doppelten Block wieder zurückgeführt wird
- Beispiel: Statikseil Edelrid "X-P*e" 12.3 mm 2x (Belastbarkeit 25 kN)
- 1 einfachen und einen doppelten Block (mit einer bzw. zwei Umlenkrollen)
- 2 gesicherte Karabinerhaken (z.B. zuschraubbar)
- 2 - 4 Bandschlingen (zur Befestigung an der Deckenkonstruktion)
- 2 Wirbel (nötig, wenn häufiger Saltos gesprungen werden, um das Verdrillen des Seiles zu vemeiden)
- 2 Ringe um das Zugseil mit dem Bandmaterial zu verbinden (eingenäht in das Band)
- je 1,7 Meter Bandmaterial (mittels Schlaufe mit der Longe vernäht)
- Gurt
- Installationsmaterial (Wurfseil inkl. Gewicht, Strickleiter oder Knotenseil)
Finden von passenden Aufhängepunkten[]
Aufhängen der Longe[]
Sicherheits Probleme[]
Links zu Einzelteilen[]
- die Fa. Sport-Thieme bietet einen Salto-Gürtel an: http://www.sport-thieme.de/Turnen/Turnhilfen/art=1210431
- die Fa. Pappnase bietet:
- in Frankreich gibt es eine umfangreiche Auswahl unter http://unicycle.fr/
- die Fa. Spieth bietet u. a. auch Kugellagerringe : http://213.179.68.150/spieth/deutsch/index.htm
Links zu Klettersicherheit und Aufhängetechniken[]
Amerikanische Seite über das aufhängen von Artistik Equipment http://community.simplycircus.com/tutorials/aerial/aerial_arts_faq.htm#Rigging
Test über die Bruchlast von Knotenschlingen http://www.joergbrutscher.homepage.t-online.de/knoten.htm
Physik des Kletterns (und Stürzens):
- Energie ist Kraft mal Weg (Sicherungstheorie, Teil 1)
- Energie ist Kraft mal Weg (Sicherungstheoretische Grundlagen, Teil 2)
- Energie ist Kraft mal Weg (Sicherungstheoretische Grundlagen, Teil 3)
Mit Haken und Ösen: Die Physik des Kletterns leider Kostenpflichtig