Eigene Messknoten

Fachpapier zu Lichtschranke und Kraftmessung: Anforderungen, Messunsicherheit, Bauteile, Gehäuse, Funkrecht, Datenweg und Prüfprotokoll
Kennung TRAIN-PROV0001-P21 · Fassung 0.1 · Stand 23.09.2026
Verfasser: Thomas Schüller · office@sport-trainer.at

Kurzfassung

Stufe 7 des Ausbauplans ergänzt die Feldtests um eigene Messknoten: eine Lichtschranke für Sprint- und Richtungswechseltests und Kraftmesser für Zug (Fingerkraft an der Leiste) und Druck (isometrischer Zug auf einer Druckplatte). Das Papier legt fest, was ein Knoten können muss, damit seine Werte eine Veränderung zeigen können. Es beschreibt, wie die Messunsicherheit berechnet wird und welche Bauteile und Gehäuse geeignet sind. Außerdem regelt es, welche Pflichten entstehen, sobald ein Knoten weitergegeben wird, und wie die Daten ohne Server in das Testblatt gelangen.

Gebaut sind in Fassung 0.10:

die Datenschicht messknoten.json mit drei Knotenarten, Anforderungen, Unsicherheitsbudgets, Bauteilen, Rechtsrahmen, Datenformat und Prüfplänen;
das Werkzeug Messknoten: Unsicherheitsrechner, Auswertung der Knotendatei zu einer Testreihe, Prüfprotokoll als eigene Austauschdatei;
drei neue Tests im Testblatt (505-Richtungswechseltest, Fingerkraft an der 20-mm-Leiste, isometrischer Zug in Mittelschenkelhöhe);
synthetische Knotendateien zur Prüfung.

Eine Betriebssoftware für die Knoten selbst ist noch nicht Teil des Pakets. Sie folgt, wenn ein Muster gebaut und geprüft ist (Stufe 7b).

Eigene Messknoten

1 Warum eigene Knoten

Fertige Lichtschranken und Kraftmesser sind gut, aber teuer. Sie speichern die Daten meist in einer Hersteller-App oder einem Konto, das Format ist geschlossen und die Messunsicherheit selten offen angegeben. Für Schulen und Vereine ist der Preis die größere Hürde; für das Vorhaben ist es die Datenhoheit (Fachpapier 09).

Ein eigener Knoten löst beides nur, wenn er drei Bedingungen erfüllt:

Seine Messunsicherheit ist bekannt und kleiner als die Veränderung, die gezeigt werden soll.
Er wird regelmäßig geprüft, und die Prüfung ist dokumentiert.
Er gefährdet niemanden, auch nicht, wenn er versagt.

2 Lichtschranke

2.1 Anforderungen

Für Sprints über 10 bis 20 m raten Haugen und Buchheit von Handstoppung und von Einstrahl- Lichtschranken ab, weil die absoluten Fehler zu groß sind. Einfache Strahlen werden in Brusthöhe häufig von Arm und Rumpf nacheinander unterbrochen; in Hüfthöhe ist das selten. Doppelstrahl- Anlagen werten erst, wenn beide Strahlen unterbrochen sind, und kommen auf einen Messfehler von etwa 0,02 s gegenüber etwa 0,03 s bei Einzelstrahlen.

Daraus folgen die Anforderungen der Datenschicht:

Anforderung	Wert
Zeitauflösung	1 ms oder feiner
Strahlen	zwei übereinander, Wertung erst bei beiden
Höhe	Hüfthöhe oder darüber, bei allen Toren gleich
Gleichlauf der Uhren	höchstens 1 ms Abweichung zwischen den Toren, im Prüfprotokoll nachgewiesen
Sperrzeit	300 ms je Tor
Start	fester Abstand, üblich 0,5 m hinter dem ersten Tor
Licht	moduliertes Infrarot; kein Laser über Klasse 1

Der Startabstand ist keine Kleinigkeit. Wird statt 0,5 m aus 2 m angelaufen, sind 10-Meter- Zeiten um 0,13 bis 0,15 s schneller. Das ist mehr als jede Trainingswirkung einer Saison. Der Startabstand wird deshalb im Testblatt festgehalten und nie zwischen Terminen gewechselt.

2.2 Zeit über Funk

Stehen die Tore 20 m auseinander, liegt ein Kabel nahe; im Freien ist Funk bequemer. Funk verzögert aber unterschiedlich lang, je nach Kanal, Störungen und Wiederholungen. Deshalb stempelt jedes Tor die Auslösung mit seiner eigenen Uhr, und übertragen wird dieser Zeitstempel. Die Uhren werden vor dem Test abgeglichen. Ob der Abgleich hält, zeigt eine Prüfung: Die Tore stehen nebeneinander, eine Platte wird zehnmal gleichzeitig durch beide Strahlen geführt, und die größte Differenz muss unter 1 ms bleiben.

2.3 505-Test

Beim 505-Test läuft die Person 10 m an, durchläuft das Tor, wendet 5 m danach um 180 Grad und läuft durch dasselbe Tor zurück. Gewertet wird die Zeit zwischen erstem und zweitem Durchlauf. Das Werkzeug erkennt diesen Fall daran, dass die Datei nur ein Tor enthält. Die Differenz zwischen 505-Zeit und 10-Meter-Sprint trennt die Wende vom Antritt (Nimphius et al. 2016). Eine Handy-Auswertung mit Bildzählung stimmt eng mit Lichtschranken überein; die Stoppuhr ist für diesen Test nicht geeignet (Chen et al. 2021).

3 Kraftmesser

3.1 Zug: Fingerkraft an der Leiste

Für die maximale Fingerkraft von Kletternden ist die Wiederholbarkeit dann hoch, wenn die Leiste eine feste Tiefe von 20 bis 23 mm hat, die Griffhaltung festgelegt ist und elektronisch gemessen wird (Pérez-Cordero et al. 2025). Das Vorhaben legt 20 mm im Halbaufgestellten fest.

Gemessen wird im Stand: Die Leiste hängt über ein Seil und den Kraftaufnehmer an einem Bodenanker. Die Person zieht die Leiste nach oben, die Füße bleiben am Boden. Versagt der Knoten, fällt niemand. Messungen im Hang sind ausgeschlossen, auch wenn sie in Klettergruppen verbreitet sind.

Gewertet wird die Kraft in Newton. Ein Bezug auf das Körpergewicht ist im Klettern üblich, das Vorhaben erfasst aber nirgends ein Gewicht (Fachpapier 18). Verglichen wird dieselbe Person mit sich selbst.

Wachstumsfugen der Finger sind bei jungen Kletternden eine bekannte Verletzungsstelle (Schöffl et al. 2022). Der Fingerkrafttest ist daher nur für Erwachsene und Jugendliche nach Abschluss des Wachstums vorgesehen und im Einsatzbereich Schule nicht verfügbar.

3.2 Druck: isometrischer Zug in Mittelschenkelhöhe

Beim isometrischen Zug in Mittelschenkelhöhe steht die Person auf einer Platte und zieht an einer fest verankerten Stange. Die Platte misst die Summe aus Körpergewicht und Zugkraft. Comfort et al. (2019) beschreiben die Standardisierung: Gelenkwinkel, Griff, Vorspannung, Anzahl der Versuche, Auswertung. Die Spitzenkraft ist gut wiederholbar. Werte des Kraftanstiegs schwanken stärker.

3.3 Abtastrate

Für die Spitzenkraft genügen 80 Messungen je Sekunde, wenn der Spitzenwert nicht zu kurz ist. Der frühe Kraftanstieg ändert sich dagegen innerhalb weniger Millisekunden. Dafür werden mindestens 1000 Messungen je Sekunde gebraucht (Maffiuletti et al. 2016). Günstige 24-Bit-Wandler für Wägezellen schaffen 10 oder 80 Messungen je Sekunde und taugen daher nur für die Spitzenkraft. Das Werkzeug schätzt die Abtastrate aus der Datei und weist darauf hin.

4 Messunsicherheit

4.1 Verfahren

Das Werkzeug folgt dem Leitfaden zur Angabe der Messunsicherheit (JCGM 100:2008) in der einfachsten Form: Jeder Beitrag wird als Grenze ±a angegeben und als Rechteckverteilung behandelt; seine Standardunsicherheit ist a/√3. Die Beiträge werden quadratisch addiert. Die erweiterte Unsicherheit U = 2·u gilt für rund 95 %. Die Grenzen stammen aus Datenblatt und Prüfprotokoll und lassen sich im Werkzeug ändern.

4.2 Beispiele

Lichtschranke, 20-m-Sprint, 3,4 s. Zeitstempel ±0,5 ms, Gleichlauf ±1 ms, Ansprechzeit ±0,5 ms, Körperteil ±10 ms, Torabstand ±3 ms. Ergebnis: u = 6,1 ms, U = 12 ms (0,36 %). Die kleinste bedeutsame Änderung im Mannschaftssport liegt bei rund 1 % (34 ms). Der Knoten löst sie auf; rund 90 % der Unsicherheit kommen von der Frage, welcher Körperteil den Strahl bricht. Mit einem einfachen Strahl (±30 ms) steigt U auf 35 ms und liegt damit über der bedeutsamen Änderung. Das ist die Begründung für den Doppelstrahl in Zahlen.

Zugkraftmesser, 520 N. Prüfgewichte ±0,1 %, Fallbeschleunigung ±0,05 %, Nichtlinearität ±0,05 %, Hysterese ±0,05 %, Temperatur ±0,1 %, Schieflast ±0,5 %, Rauschen ±2 N, Spitzenwert zwischen zwei Messungen ±0,3 %. Ergebnis: u = 2,2 N, U = 4,3 N (0,8 %). Die größten Beiträge sind Schieflast und Rauschen. Gelenke an beiden Enden des Kraftaufnehmers sind deshalb Pflicht.

Druckplatte, 2400 N. Hier dominiert die Ecklast. Mit ±0,5 % aus der Ecklastprüfung ergibt sich U = 16 N (0,7 %).

Die Messunsicherheit des Knotens ist nur ein Teil der Wahrheit. Die Tagesschwankung der Person ist meist größer. Das Testblatt schätzt sie aus zwei Durchgängen; beide Größen zusammen entscheiden, ob eine Veränderung echt ist.

5 Bauteile und Gehäuse

Die Datenschicht nennt Bauteilarten, keine Hersteller: Funkmodul im 2,4-GHz-Band mit eigener Konformitätserklärung, modulierte Infrarot-Sender und -Empfänger mit zwei Strahlen je Tor, Reflektor, Kraftaufnehmer in S-Form mit 2 kN und Gelenkköpfen, vier Wägezellen für die Platte, langsame und schnelle 24-Bit-Wandler, Lithium-Akku mit Schutzschaltung, Anschlagmittel mit angegebener Tragfähigkeit.

Die Gehäuse entstehen aus additiver Fertigung. PETG genügt für Halle und kurze Einsätze im Freien. ASA ist beständig gegen Sonnenlicht. Angestrebt ist die Schutzart IP54, die aber erst nach einer Prüfung gilt. Stativgewinde werden als Metallmutter eingesetzt, Akkufächer verschraubt. Das Gehäuse eines Kraftmessers liegt nie im Kraftfluss.

Offenlegung. Das Einzelunternehmen hinter diesem Vorhaben führt auch einen Betrieb für additive Fertigung und kann die Gehäuse fertigen. Daraus entsteht ein wirtschaftliches Eigeninteresse. Die Konstruktionsdaten sind offen; jede andere Fertigung ist ebenso geeignet.

6 Recht

Eigener Gebrauch. Wer einen Knoten nur selbst verwendet, stellt ihn nicht auf dem Markt bereit. Das Funkmodul muss innerhalb seiner Vorgaben für das 2,4-GHz-Band betrieben werden.

Weitergabe. Wer Knoten abgibt, ist Hersteller einer Funkanlage nach der Funkanlagenrichtlinie 2014/53/EU, in Österreich umgesetzt im Funkanlagen-Marktüberwachungs- Gesetz. Das gilt auch für eine kostenlose Abgabe im Rahmen einer gewerblichen Tätigkeit. Pflichten sind Konformitätsbewertung, technische Unterlagen, EU-Konformitätserklärung, CE-Kennzeichnung, Typ- und Seriennummer, Name und Anschrift am Gerät sowie Anleitung und Sicherheitshinweise auf Deutsch mit Frequenzband und Sendeleistung. Zuständig ist das Fernmeldebüro. Ob der Verleih innerhalb eines Vereins als Bereitstellung gilt, ist vor dem ersten Verleih zu klären.

Normen. EN 300 328 für das 2,4-GHz-Band, EN 301 489-1 und -17 für die elektromagnetische Verträglichkeit, EN 62368-1 für die elektrische Sicherheit, EN 62479 für die Exposition bei kleiner Leistung. Ein Modul mit eigener Konformität verkürzt die Prüfung, ersetzt sie aber nicht.

Cybersicherheit. Seit 01.08.2025 gelten für internetfähige Funkanlagen die Anforderungen der Delegierten Verordnung (EU) 2022/30; die Normenreihe EN 18031 begründet die Vermutung der Konformität. Ein Knoten, der nur mit dem eigenen Empfänger spricht, ist davon nach Prüfung des Einzelfalls nicht erfasst. Ab 11.12.2027 gilt die Cyberresilienzverordnung für Produkte mit digitalen Elementen, die Meldepflichten für ausgenutzte Schwachstellen bereits ab 11.09.2026.

Akku. Ab 18.02.2027 müssen Gerätebatterien grundsätzlich vom Endnutzer entnehmbar und austauschbar sein (Verordnung (EU) 2023/1542, Art. 11). Die Gehäuse sind darauf ausgelegt.

Altgeräte und Verpackung. Vor dem ersten Verkauf ist die Registrierung für Elektroaltgeräte und Verpackung zu klären.

Messwesen. Messknoten sind keine Messgeräte im Sinn des Eichrechts und keine Zeitnahme für Wettkämpfe.

7 Datenweg

Der Knoten schreibt eine Textdatei im Format tw.messknoten/1: Kopfzeilen mit # (Format, Knotenart, Dateiart, Test, Kürzel, Abtastrate, Lage der Tore), danach Zeilen mit Semikolon. Es gibt drei Dateiarten:

Art	Spalten	Auswertung
ergebnis	nr; durchgang; wert	Der Knoten hat schon gerechnet
tore	nr; durchgang; tor; zeit_us	Zeit vom ersten bis zum letzten Tor; bei einem Tor hin und zurück
verlauf	nr; durchgang; t_ms; kraft_n	Spitzenkraft oder höchster Mittelwert über 1 s

Personen stehen als laufende Nummer. Das Werkzeug weist Dateien zurück, in deren Nummernspalte Buchstaben stehen, damit keine Namen in eine Testreihe gelangen. Mehrfachauslösungen in der Sperrzeit werden verworfen, Durchgänge mit fehlendem Tor nicht gewertet, Werte außerhalb eines plausiblen Bereichs gestrichen. Jede dieser Entscheidungen wird angezeigt.

Aus der Auswertung entsteht eine Testreihe, dieselbe Austauschart, die das Testblatt schreibt. Das Testblatt, der Regelkreis und die Trainingsmappe übernehmen sie ohne Änderung. Im Einsatzbereich Schule enthält die Testreihe nur Gruppenwerte.

8 Prüfprotokoll

Jeder Knoten wird vor der ersten Nutzung und danach in festen Abständen geprüft. Die Lichtschranke wird monatlich und nach jedem Sturz geprüft, Kraftmesser vor jeder Messreihe. Die Schritte stehen in der Datenschicht:

Lichtschranke: Gleichlauf, Doppelstrahl, Sperrzeit, Torabstand, Sonnenlicht.
Zugkraft: Nullpunktdrift, drei Laststufen mit Prüfgewichten (Grenze 1 %), Kriechen über 60 s, Zustand der Anschlagmittel.
Druckplatte: Nullpunktdrift, drei Laststufen, Ecklast, Sicherung der Stange.

Für die Laststufen rechnet das Werkzeug das Soll aus Masse und Fallbeschleunigung. Der Normwert 9,80665 m/s² weicht in Österreich um weniger als 0,1 % vom örtlichen Wert ab; wer genauer kalibrieren will, trägt den örtlichen Wert ein.

Das Protokoll ist eine eigene Austauschart (messprotokoll), enthält keine Personen und liegt in der Freigabekategorie »Testergebnisse und Prüfprotokolle«. Es wird mit den Testreihen aufbewahrt: Eine Testreihe ist nur so gut wie das letzte bestandene Protokoll davor.

9 Sicherheit

Kraftmessung nur im Stand mit Bodenanker; nie ein Kraftmesser in einer Sicherungskette.
Anschlagmittel mit einer Tragfähigkeit von mindestens dem Doppelten der größten erwarteten Kraft.
Kein Maximalkrafttest an Leisten bei Kindern und Jugendlichen im Wachstum.
Isometrische Maximalkraft nur nach Aufwärmen, Einweisung und Gesundheitsfragen (Fachpapier 19); nicht mit angehaltenem Atem pressen; bei erhöhtem Blutdruck vorher ärztlich abklären.
Lichtschranken mit mindestens 10 m freier Auslaufzone, Stative außerhalb der Laufbahn.
Akkus nicht unbeaufsichtigt laden, beschädigte Akkus nicht weiterverwenden.

10 Nächste Schritte

Stufe 7b — Muster: je ein Muster je Knotenart bauen, Betriebssoftware (Zeitabgleich, Sperrzeit, Dateiausgabe) schreiben, Prüfprotokolle an den Mustern durchführen.
Vergleich: Muster gegen eine geprüfte Lichtschranke und eine Kraftmessplatte messen; Unsicherheitsbudgets mit gemessenen statt geschätzten Grenzen füllen.
Recht: Frage des Verleihs im Verein und Registrierung für Altgeräte klären; vor jedem Verkauf Konformitätsbewertung.
Direkter Weg: Übertragung vom Knoten in den Browser über eine serielle Verbindung prüfen. Diese Schnittstelle bieten nicht alle Browser, deshalb bleibt die Datei der Hauptweg.

11 Grenzen

Die Grenzen in den Unsicherheitsbudgets sind Vorgaben aus Datenblättern und Literatur, noch keine Messungen an eigenen Mustern.
Die kleinste bedeutsame Änderung für Kraftwerte (3 %) ist eine Faustregel des Vorhabens.
Das Werkzeug wertet Spitzenkraft und Sekundenmittel aus, noch nicht den Kraftanstieg.
Die rechtlichen Hinweise sind eine Einordnung, keine Beratung.

Literatur

Haugen, T.; Buchheit, M. (2016): Sprint running performance monitoring: methodological and practical considerations. Sports Medicine 46(5), 641–656.
Draper, J. A.; Lancaster, M. G. (1985): The 505 test: a test for agility in the horizontal plane. Australian Journal of Science and Medicine in Sport 17(1), 15–18.
Nimphius, S.; Callaghan, S. J.; Spiteri, T.; Lockie, R. G. (2016): Change of direction deficit: a more isolated measure of change of direction performance than total 505 time. Journal of Strength and Conditioning Research 30(11), 3024–3032.
Chen, Z.; Bian, C.; Liao, K.; Bishop, C.; Li, Y. (2021): Validity and reliability of a phone app and stopwatch for the measurement of 505 change of direction performance. Frontiers in Physiology 12, 743800.
Maffiuletti, N. A.; Aagaard, P.; Blazevich, A. J.; Folland, J.; Tillin, N.; Duchateau, J. (2016): Rate of force development: physiological and methodological considerations. European Journal of Applied Physiology 116(6), 1091–1116.
Comfort, P.; Dos’Santos, T.; Beckham, G. K.; Stone, M. H.; Guppy, S. N.; Haff, G. G. (2019): Standardization and methodological considerations for the isometric midthigh pull. Strength and Conditioning Journal 41(2), 57–79.
Pérez-Cordero, A. et al. (2025): Reliability of finger strength assessment methods in climbing: a systematic review. Frontiers in Sports and Active Living 7, 1650198.
Levernier, G.; Laffaye, G. (2019): Rate of force development and maximal force: reliability and difference between non-climbers, skilled and international climbers. Sports Biomechanics.
Schöffl, V.; Schöffl, I.; Flohé, S.; El-Sheikh, Y.; Lutter, C. (2022): Evaluation of a diagnostic-therapeutic algorithm for finger epiphyseal growth plate stress injuries in adolescent climbers. American Journal of Sports Medicine.
Joint Committee for Guides in Metrology (2008): JCGM 100:2008, Guide to the expression of uncertainty in measurement.
Europäisches Parlament und Rat (2014): Richtlinie 2014/53/EU (Funkanlagenrichtlinie).
Europäische Kommission (2021): Delegierte Verordnung (EU) 2022/30; anzuwenden seit 01.08.2025.
CEN/CENELEC (2024): EN 18031-1, -2, -3.
Europäisches Parlament und Rat (2024): Verordnung (EU) 2024/2847 (Cyberresilienzverordnung).
Republik Österreich: Funkanlagen-Marktüberwachungs-Gesetz (FMaG 2016), BGBl. I Nr. 57/2017; Merkblatt des Fernmeldebüros zur Bereitstellung von Funkanlagen.
ETSI (2019): EN 300 328 V2.2.2.
Europäisches Parlament und Rat (2023): Verordnung (EU) 2023/1542 über Batterien und Altbatterien.
IEC (2014): IEC 60825-1, Sicherheit von Lasereinrichtungen.
CENELEC: EN 60529, Schutzarten durch Gehäuse.

Zweckbestimmung: Planung und Auswertung von Training bei gesunden Personen. Kein Medizinprodukt. Keine Diagnose, keine Verletzungsvorhersage, keine Freigabe zur Rückkehr in den Sport.

Ethik: Keine Arbeit für Rüstung, Militär, Waffen oder Dual-Use-Luftfahrt.

Offenlegung: Dieses Vorhaben gehört zu einem Einzelunternehmen, das auch einen Betrieb für additive Fertigung führt. Wo Sensorgehäuse, Halterungen oder Messaufbauten empfohlen werden, besteht ein wirtschaftliches Eigeninteresse.