Leg Spring Stiffness

Leg Spring Stiffness (LSS) ist die Federsteifigkeit des Beins beim Laufen, das Verhältnis von maximaler Bodenreaktionskraft zur Beinkompression, in kN/m.

Definition

«Leg Spring Stiffness» (LSS, Beinsteifigkeit) bezeichnet die Federsteifigkeit des Beins während der Bodenkontaktphase beim Laufen. Sie beschreibt das Verhältnis zwischen der maximalen vertikalen Bodenreaktionskraft und der Verkürzung des Beins vom Aufsetzen bis zur maximalen Kompression. Die Einheit ist Kilonewton pro Meter (kN/m).

k_leg = F_max / ΔL

Der Begriff stammt aus dem Feder-Masse-Modell des Laufens: Der Körper wird als Masse auf einer Feder betrachtet, die bei jedem Schritt komprimiert wird und Energie zurückgibt. Zu unterscheiden ist die vertikale Steifigkeit (k_vert), die nur die Absenkung des Körperschwerpunkts berücksichtigt und deutlich höhere Werte annimmt.

Grösse	Formel	Typische Werte beim Laufen
Beinsteifigkeit k_leg	F_max / ΔL	7–15 kN/m
Vertikale Steifigkeit k_vert	F_max / Δz	20–40 kN/m

Warum das zählt

Die Beinsteifigkeit beschreibt, wie effizient Sehnen und Muskeln beim Laufen elastische Energie speichern und zurückgeben. Eine höhere Steifigkeit geht meist mit kürzerer Bodenkontaktzeit, höherer Schrittfrequenz und besserer Laufökonomie einher. Sie ist bei gleicher Person und gleichem Tempo relativ stabil.

Genau deshalb ist ihr Verlauf informativ. Sinkt die Steifigkeit innerhalb eines langen Laufs bei gleichem Tempo, ermüdet die Muskel-Sehnen-Einheit. Sinkt sie über Wochen, kann das auf unzureichende Erholung oder ein beginnendes Überlastungsproblem hinweisen. Steigt sie nach einem Kraft- oder Plyometrieblock, hat das Training gewirkt.

Die Steifigkeit hängt von Tempo, Schrittfrequenz, Untergrund und Schuh ab. Ein Vergleich ist deshalb nur bei ähnlichen Bedingungen sinnvoll.

Wie obseed das misst

obseed übernimmt die Leg Spring Stiffness aus der Aufzeichnung, wenn ein Sensor sie liefert, etwa ein Stryd-Laufsensor. Uhren ohne diesen Wert zeichnen ihn nicht auf, eine Berechnung aus reinen GPS-Daten ist nicht möglich.

Liegen Bodenkontaktzeit, Flugzeit und Körpergewicht vor, lässt sich die vertikale Steifigkeit nach dem Modell von Morin et al. (2005) schätzen. Für die Beinsteifigkeit werden zusätzlich Beinlänge und Geschwindigkeit benötigt. Solche Schätzungen sind eine Näherung und ersetzen keine Kraftmessplatte.

Beispiel

Ein Läufer mit 70 kg läuft bei 4,0 m/s (4:10/km) mit einer Bodenkontaktzeit von 240 ms und einer Flugzeit von 120 ms. Beinlänge 0,95 m.

Maximale Bodenreaktionskraft nach Morin et al.:

F_max = m × g × (π/2) × (t_flug / t_kontakt + 1)
      = 70 × 9,81 × 1,571 × (0,12 / 0,24 + 1)
      = 1618 N

Absenkung des Körperschwerpunkts und vertikale Steifigkeit:

Δz = F_max × t_kontakt² / (m × π²) − g × t_kontakt² / 8
   = 1618 × 0,0576 / 690,9 − 9,81 × 0,0576 / 8
   = 0,135 − 0,071 = 0,064 m

k_vert = 1618 / 0,064 = 25,3 kN/m

Beinkompression und Beinsteifigkeit:

ΔL = L − √(L² − (v × t_kontakt / 2)²) + Δz
   = 0,95 − √(0,9025 − 0,2304) + 0,064
   = 0,95 − 0,820 + 0,064 = 0,194 m

k_leg = 1618 / 0,194 = 8,3 kN/m

Zeigt derselbe Läufer am Ende eines 30-km-Laufs bei gleichem Tempo eine Kontaktzeit von 262 ms und nur noch 7,2 kN/m, hat die Federwirkung des Beins um rund 13 % nachgelassen.

Quellen

Farley, C. T., González, O. (1996). Leg stiffness and stride frequency in human running. Journal of Biomechanics.
Morin, J. B., Dalleau, G., Kyröläinen, H., Jeannin, T., Belli, A. (2005). A simple method for measuring stiffness during running. Journal of Applied Biomechanics.