Sports engineering ist eine Teildisziplin des Ingenieurwesens, die mithilfe von Mathematik und anderen wissenschaftlichen Disziplinen Technologien, Ausrüstung und andere sportbezogene Ressourcen entwickelt. Für die Bezeichnung Sports Engineering wird gelegentlich auch Sporttechnologie oder Sporttechnik als Synonym verwendet, wobei letzteres eher als größeres Konzept zu verstehen ist. Sports Engineering ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die Forschung, Design, Entwicklung und Anwendungen im Sport umfasst. Es kombiniert das Wissen aus beispielsweise Ingenieurwesen und Physik, um positiv auf Leistung und Sicherheit der Athleten einzuwirken und die Bewegungen des menschlichen Körpers zu verstehen. Das Fachgebiet umschließt eine breite Palette von Produkten und Systemen, wie beispielsweise Sportartikel einschließlich Ausrüstung, Schutzausrüstung, Bekleidung, Schuhwerk, Mobilitätshilfen und tragbare Sensoren. Es deckt zudem Sportanlagen, Technologien für die Schiedsrichtertätigkeit und die Regelauslegung sowie Instrumente zur Leistungsüberwachung und zum Training ab. Zusammen bilden diese Technologien ein integriertes Ökosystem, das die Teilnahme von Sportlern, Wettkämpfe, Leistungen und Sicherheit unterstützt.^[1][2][3]

Sports Engineering entstand ursprünglich aus Isaac Newtons Beobachtung eines Tennisballs.^[4] Mitte des 20. Jahrhunderts gehörte Howard Head zu den ersten Erfindern, die ingenieurwissenschaftliche Prinzipien zur Verbesserung von Sportausrüstung anwandten.^[5] Um die Innovationen auf diesem Gebiet zu präsentieren, wurden die internationale Konferenz für Sports Engineering und die Fachzeitschrift Sports Engineering ins Leben gerufen.^[6]

Dieses Fachgebiet erfordert Kenntnisse in einer Vielzahl von ingenieurwissenschaftlichen Themenbereichen, darunter Physik, Maschinenbau, Biomechanik, Werkstoffkunde und Computer-Engineering.^[3] Viele Fachleute verfügen über Abschlüsse in diesen Fachgebieten und nicht speziell in Sports Engineering. Spezifische Studiengänge im Bereich Sports Engineering und Sporttechnologie werden in den USA, Mitteleuropa und im asiatisch-pazifischen Raum sowohl auf Bachelor- als auch auf Master-Ebene immer häufiger angeboten.^[7]

Was die Materialien betrifft, spiegelt das Fachgebiet die große Vielfalt an Produkten und Einrichtungen wider.^[8] Von „reinen“ Metallen und Polymeren bis hin zu Verbundwerkstoffen und natürlichen Materialien ist ein breites Spektrum vertreten.[8] Sports Engineers werden daher darauf geschult, sich an die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Fachgebiets anzupassen. Dies ermöglicht es nicht nur, geeignete Technologien in verschiedene Anwendungen zu integrieren, sondern auch die Materialauswahl und die Prozesse zu verbessern, um das Zusammenspiel zwischen Sportler und Ausrüstung, die Sicherheit und die Leistung zu optimieren.^[9][10]

Eines der frühesten Beispiele für die Anwendung wissenschaftlicher Prinzipien im Sport fand 1671 statt, als der englische Mathematiker Isaac Newton einen Brief an den deutschen Theologen und Naturphilosophen Henry Oldenburg schrieb, in dem es um die Flugmechanik eines Tennisballs ging. In den folgenden Jahrhunderten untersuchte der deutsche Wissenschaftler Heinrich Gustav Magnus Newtons Analyse weiter und wandte Newtons Theorien auf die Dralleigenschaften von Bällen an. Um 1760, mitten in der industriellen Revolution, wurde die Sporttechnologie mit der zunehmenden Fertigung von Sportgeräten weiter vorangetrieben. In dieser Phase erkannten die Hersteller, dass steigende Verkaufszahlen in direktem Zusammenhang mit einer besseren Qualität der Ausrüstung standen. Infolgedessen begannen Experimente zur Erforschung neuer Designs und Materialien für eine verbesserte sportliche Leistung.^[4]

In der Neuzeit wandten Sportingenieure wie Howard Head ingenieurwissenschaftliche Prinzipien auf Sportausrüstung an. Nachdem Head festgestellt hatte, dass herkömmliche Skier zu schwer waren, entwickelte er 1947 leichtere, flexiblere Skier. Er nutzte sein Wissen aus der Luftfahrtindustrie, um Skier mit einer Metall-Sandwich-Konstruktion zu entwickeln. Nach 40 Entwicklungsiterationen und drei Jahren brachte er seine Skier auf den Markt, und sie setzten bald den Standard für Skier. Heute sind seine Skier unter der Marke Head, mit Head Sportswear International und der Head Ski Company, weithin bekannt und anerkannt. Head entwickelte außerdem den Prince Classic-Tennisschläger. Er schuf ein deutlich leichteres Design mit einem größeren Rahmen, der auch nicht mittig getroffene Bälle abfederte, und einem Griff, der sich in den Händen der Spieler nicht verdrehte. Wie schon seine Skier wurden auch Heads überdimensionierte Schläger von Spitzensportlern dieser Disziplin begeistert angenommen.^[5]

Im Jahr 1998 wurde die International Sports Engineering Association (ISEA) gegründet und die Fachzeitschrift Sports Engineering ins Leben gerufen. Im Jahr 1999 organisierte Steve Haake die erste internationale Konferenz zum Thema Sportingenieurwesen unter dem Titel The International Conference on the Engineering of Sports in Sheffield, England.^[6] Die Konferenz bringt weltweit führende Forscher, Sportfachleute und Branchenverbände zusammen, um das Fachgebiet zu würdigen und Innovationen sowohl in der Forschung als auch in der Industrie zu präsentieren.^[6]

Sports Engineering hat sich zu einem wichtigen Teilgebiet der modernen Ingenieurwissenschaften entwickelt. Die Optimierung der Interaktion zwischen Sportler und Ausrüstung sowie die Bedeutung der Technologie für Sicherheit und Leistung – und damit für den Erfolg – haben seitdem stetig zugenommen. Ein sehr prominentes Beispiel hierfür ist der „Speedo LZR Racer“, ein Schwimmanzug, der in Zusammenarbeit mit Forschern und Ingenieuren der NASA entwickelt und 2015 auf den Markt gebracht wurde.^[11] Sportingenieure testeten verschiedene Materialien und Beschichtungen im Windkanal, um den Luftwiderstand zu verringern, und optimierten Stabilität und Beweglichkeit durch den Einsatz von Schicht- und Schweißtechniken, die speziell auf bestimmte Körperteile abgestimmt waren.^[11][12] Der LZR Racer konnte den Hautreibungswiderstand im Vergleich zu Speedos bisher fortschrittlichstem Anzug um 24 % reduzieren, was zu mehreren neuen Weltrekorden führte. Erfindungen wie diese zeigen die Sporttechnik als ein Feld voller Potenzial und haben sie als Disziplin mit sehr greifbaren Entwicklungen populär gemacht.^[12]

Sports Engineering vereint Inhalte sowohl aus dem Ingenieurwesen als auch aus den Sportwissenschaften.^[4] Dementsprechend umfassen Studiengänge im Bereich Sporttechnologie einerseits ingenieurwissenschaftliche Fächer wie Physik, Technische Mechanik, Aerodynamik und Werkstoffkunde und andererseits sportwissenschaftliche Fächer wie Physiologie, Anatomie oder Trainingslehre. Dazwischen gibt es einige interdisziplinäre Fächer wie Biomechanik oder intelligente Geräte im Sport, die sich nicht eindeutig dem einen oder anderen Bereich zuordnen lassen.^[13]

Biomechanik ist eine wissenschaftliche Disziplin, die die mechanischen Prinzipien in lebenden Organismen untersucht. Der Fokus liegt dabei auf den Kräften, die auf einen menschlichen Körper wirken, und deren Auswirkungen auf Bewegungsabläufe und biologische Funktion. Sie verwendet Konzepte der Mechanik, also der Kinematik, Kinetik und Dynamik, und versucht das Zusammenspiel und den Einfluss von internen und externen Kräften in Bewegung zu verstehen. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Messmethoden, wie Motion Capture, und Analysemethoden, wie Inverse Dynamics, eingesetzt, die dazu beitragen, die Bewegung zu quantifizieren und die Interaktion des Athleten mit Umwelt und Ausrüstung zu untersuchen. Die Biomechanik selbst greift auf Fachgebiete wie Medizin, Ingenieurwesen und Sportwissenschaften zurück. Dementsprechend ist es von besonderer Bedeutung in der Sporttechnologie. Durch die Betrachtung des Zusammenspiels zwischen Athlet und Umwelt kann die Biomechanik unterstützend auf Design und Optimierung von Leistung, Sicherheit und Verletzungsprävention einwirken.^[14]

Werkstoffe und die Materialauswahl für sportbezogene Güter verlangen nach gewissenhafter Auswertung von Regularien und Anforderungen, sobald ein Gerät oder eine Sportstätte in Benutzung ist. Dabei sind Materialien einer der bestimmenden Faktoren von Performance und dementsprechend Bekanntheit, Erfolg und Geld.^[10] Dementsprechend muss in der Materialauswahl das Gleichgewicht zwischen optimierten Produktparametern und Strukturen mit Kosteneffizienz gehalten werden.^[2][9][15] Aufgrund von Werkstoffen können revolutionäre Ergebnisse erzielt werden und in einigen Bereichen ist nach wie vor Raum für Verbesserung, wie beispielsweise im paralympischen Sport.^[16]

Begutachtet man die Studienprogramme an Universitäten, so ähneln die Kurse auf diesem Fachgebiet oft anderen Ingenieurwissenschaften. Der Fokus liegt jedoch eher auf sehr spezifischen Anforderungen der Sportprodukte. Weitere Informationen können üblicherweise den Modulhandbüchern der jeweiligen Universität entnommen werden.^[7]

Computermodellierung (Computational modeling) kommt in sämtlichen ingenieurwissenschaftlichen Teildisziplinen vor. Es ermöglicht Ingenieuren, das Verhalten von Objekten nachzustellen, zu simulieren und zu analysieren, ohne es physisch nachzubauen. Aus diesem Grund ist es speziell für die Anwendung im Sport nützlich.^[17]

Die Fluiddynamik (CFD) kann dafür verwendet werden, die Strömung in Medien wie Wasser oder Luft zu untersuchen. Dementsprechend kann es für aerodynamische Fragestellungen beim Radfahren, zum Beispiel zu unterschiedlichen Körperpositionen, angewendet werden.^[4] Diese Information trägt zum Verständnis von Geschwindigkeit und Ermüdung des Fahrers bei. Weiterhin können Strömungsmuster im Skifliegen oder Schwimmen vorkommen, deren Erforschung relevant für den Athleten ist.^[17][18]

Rechnungsunterstützes Konstruieren (CAD) und Finite Elemente Analyse (FEA) erlaubt es, Ausrüstung zu konstruieren und virtuell zu testen. FEA ist ein Werkzeug zur Modellierung, mithilfe dessen Kräfte und Lagerungen auf ein System angewendet werden. Dadurch kann es Ingenieure unterstützen, verschiedene Spannungszustände in einem Objekt zu erzeugen und dessen Stärken und Schwächen zu analysieren. Im Kontext Sport kann dies zum Beispiel das Auftreffen eines Balls auf einem Tennisschläger oder die Verformungen eines Fußballs bedeuten.^[4] Dies trägt nicht nur zur Leistungssteigerung durch die Ausrüstung, sondern auch zur Sicherheit und Versagensprävention bei.^[10]

Sports engineering ist in den USA oft Teil des Bachelor Angebots der Ingenieurwissenschaften.^[19] Im Master, jedoch, werden eher interdisziplinäre Herangehensweisen, wie das Sports Lab im MIT^[20] und das Biosports Lab an der UC Davis.^[21] In einzelnen Fällen wird jedoch auch der Fokus auf dieses Fachgebiet gelegt, wie in der Purdue Universität.^[22]

Ausführlichere Studienprogramme sind eher im Vereinigten Königreich angesiedelt.^[2] Die Sports Engineering Research Group in der Sheffield Hallam University^[23] – der Heimat von Sports Engineerin als eigenständige Disziplin – und die Loughborough University bieten ein 1-jähriges Vollzeitstudium an.^[24] Die Universität von Nottingham bietet ein 3-jähriges Backelor-Studium in Vollzeit an, welches auf die Bedürfnisse von Firmen abgestimmt ist und viele Aktivitäten auf dem Campus bietet.^[25]

Weiterhin wird diese Studienrichtung in verschiedenen Orten in Zentraleuropa angeboten. Dazu zählen zum Beispiel Programme der Universitäten Wien, Bayreuth und Magdeburg, sowie Delft und Aalborg. Darüber hinaus gibt es einzelne Standorte in Japan, Australien, Neuseeland und Kanada. Eine ausführliche Liste der Kursprogramme bietet die International Sports Engineering Association (ISEA).^[7]

Grundsätzlich gibt es nicht nur einen Weg in die Sporttechnologie. Obwohl es auch isolierte Programme gibt, transferieren Studenten auch oft aus anderen Teildisziplinen des Ingenierwesens oder der Sportwissenschaften. Dies kann zum Beispiel auch Materialwissenschaften oder Elektrotechnik einschließen.^[2][3]

Ein fundamentaler Aspekt im Sports Engineering ist das Verständnis der Materialien, die zur Verfügung stehen. Diese beeinflussen direkt Leistung, Sicherheit, Langlebigkeit und Nachhaltigkeit.^[10] Eine typische Klassifizierung in der Werkstoffkunde ist die Einteilung in Metalle, Polymere und Keramiken. Dies kann noch um die Verbundwerkstoffe erweitert werden, die eine Mischung aus verschiedenen Materialien darstellen.^[9][26]

Diese vier Gruppen können weiter unterteilt werden, so wie im Ashby Diagramm dargestellt, welches die Materialien nach Steifigkeit und Dichte sortiert. Das Diagramm nennt weiterhin auch noch die für Sporttechnologie sehr wichtige Gruppe der natürlichen Materialien, die zum Beispiel Holz enthält, welches eine wichtige Zutat für viele Sportgeräte ist.^[9] Einige entscheidungsrelevante Charaktereigenschaften der Materialien sind:

• Festigkeit
• Dichte
• Duktilität
• Ermüdungsverhalten
• Zähigkeit
• Modul (Dämpfung)
• Kosten

Um ein Produkt zu entwerfen, ist es zunächst unerlässlich die damit verbundenen Anforderungen zu verstehen. Die Variabilität der Sportarten, und damit der Sportgeräte und -stätten zwingen Ingenieure dazu, auf ein breites Spektrum an Materialien zurückzugreifen. Dies resultiert oft auch in einer Mischung aus Materialien.^[27]

In der Materialgruppe der Metallle, Stahl Aluminium, Magnesium und Titan kommen am häufigsten im Sports Engineering vor. Die dominantesten Vorteile sind die hohe Festigkeit und Formbarkeit sowie Korrosionsbeständigkeit. Stahl kommt beispielsweise in folgenden Gegenständen vor:^{[8][28][29][30]}

• Golf Schläger
• Fahrradrahmen
• Reitausrüstung (Hufeisen …)
• Wintersport (Kanten von Skiern und Snowboards, Kufen von Schlittschuhen und Bobs …)
• Bergsport (Klettern, Bergsteigen …)
• Wassersport (Tauchausrüstung, Teile von Segel- und Ruderausstattung, Boote …)
• Fechtausrüstung (zusätzlicher Nutzen: Leitfähigkeit des Materials)^[31]

Darüber hinaus tritt Stahl auch in nicht-persänlichen Ausrüstungsgegenständen in Erscheinung. Dazu zählt zum Beispiel Objekte und Maschinen für Gewichtheben, Aufbauten für Geräteturnen und vieles mehr.^[28] Dies schließt auch Außensportanlagen und Stadien ein.^[8][29][30]

Wo Festigkeit wichtig ist, aber Leichtbau eine ebenso große Rolle spielt, kommen Aluminium, Magnesium oder Titan (oder betreffende Legierungen) ins Spiel. Letzteres erscheint jedoch aufgrund des Preises tendenziell eher in high-performance Sport.^[29] Diese Materialien kommen in folgenden Sportgeräten vor:^{[8][29][30][32][33]}

• Baseball Schläger
• Golf Schläger
• Tennis Schläger
• Badminton Schläger
• Fahrradrahmen
• Leichtathletik (Speere, Hürden …)
• Wintersport (Ski, Snowboards, Stöcke …)
• Bergsport (Klettern …)

Ähnlich wie beim Stahl sind die leichteren Metalle auch für nicht-persönliche Gegenstände in Turnen (Schwebebalken) und Mannschaftssportarten (Torrahmen, Basketballkörbe …) von Bedeutung, sowie in Sportstätten.^[28][34]

Polymere sind in Sports Engineering allgegenwärtig. Ihre Verwendung ist sehr variabel und reicht von Leistung, über Sicherheit zu Komfort. Da der Polymermarkt in den letzten Jahrzehnten stark gewachsen ist, bieten sich für das moderne Sports Engineering eine große Vielfalt an neuen Möglichkeiten. Leichtbau, Elastizität, Resistenz oder Dämpfung sind Eigenschaften, die für die mannigfaltige Produktpalette gesucht werden.^[35][36] Die nachfolgende Tabelle zeigt eine Auswahl an Polymeren und die entsprechenden Charakteristiken, weshalb sie geeignet sind:

Polymer	Anwendungsbeispiel	Haupteigenschaft	Quellen
PE	Kunstrasen, Segelausrüstung, Kayaks, Ski/Snowboard Laufflächen	Geringe Reibung, UV-Beständigkeit, hydrophob	[36][35][37][38]
PP	Stadionsitze, Kunstrasen, Helme	Hohe Steifigkeit, nicht wasserabsorbierend	[36][35][37]
PU	Laufbahnen, Sporthallenbeläge, Helme, Schutzausrüstung, Ski Kerne, Schuhe	Energierückgabe, langfristige Elastizität, Abriebfestigkeit	[36][35][37][38][39]
PVC	Sporthallenbeläge, Judomatten, Boote	Rutschfestigkeit, Abriebfestigkeit, flammenhämmend	[35][39]
ABS	Hüllen (Laufbänder, Stepper, Elektronik), Helme	Bruchfeste Schlagzähigkeit, kratzfeste Oberfläche	[36][35][29]
PA (Nylon)	Sportbekleidung, Textilien (z. B. Segel), Bodenbeläge, Tornetze, Saiten für Tennis- oder Badmintonschläger, Snowboardschuhe	Enorme Zugfestigkeit, geringe Reibung, elastische Rückstellung	[36][35][37][38]
PC	Helmvisiere, Basketballbretter, Schutzbrillen (z. B. Ski-, Schwimm-, Radsportbrillen)	Optische Klarheit, „unzerbrechlich“	[36][35][29]
EVA (Schaum)	Polsterung/Schutzausrüstung (Hockey-Schoner, Matten), Schuhe	Leichtbau, geschlossenzellige Stoßdämpfung	[36][35][30][38]
Elastomere, z. B. Gummi	Gummibänder, Bodenbeläge, Tennisbälle, Tischtennisschläger, Skier, Fahrradreifen, Schuhe, Griffe	Reißfestigkeit, enorme Elastizität, natürlicher Grip	[36][35][39]

Duromere werden hier nicht separat aufgeführt, da die Anwendungen von Duromeren allein eher begrenzt sind. Üblicherweise kommen sie faserverstärkt vor, wo sie mit ihren strukturellen Eigenschaften dienen und für Kraftübertragung sorgen. Deshalb wird deren Relevanz genauer im Abschnitt zu Verbundwerkstoffen aufgegriffen.^[9]

Keramiken kommen verhältnismäßig selten im Sports Engineering vor, jedoch spielen sie in einzelnen speziellen Anwendungen eine große Rolle. Dies liegt an den Materialeigenschaften wie erhöhter Steifigkeit gepaart mit Porosität. Jedoch haben sie auch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Bruch, weshalb sie in manchen Nischen dennoch Anwendung finden.^[9][29]

Eine der bedeutendsten Felder ist hier der Motorsport, bei dem high-performance Keramiken in stark belasteten Motorteilen, Bremssystemen und Abgassystemen vorkommen. Hier können sie mit ihrer hohen Steifigkeit, thermalen Stabilität und Widerstandsfähigkeit besser eingesetzt werden als einige metallische Materialien.^[40][41] Zusätzlich sind Keramiken in geringen Volumen eine wichtige Materialgruppe für den Sensorbau für Smart Equipment. Diese detektieren mechanische Spannung, Bewegung oder Einwirkung und sind oft in tragbare Technologiesysteme eingebaut, um Leistung zu überprüfen oder biomechanische Analysen anzustellen. Dies schließt zum Beispiel das piezoelektrische Verhalten von Materialien ein, wobei mechanische in elektrische Signale umgewandelt werden.^[42] Zuletzt werden Keramiken auch in Sportstätten und Infrastruktur eingesetzt, wie beispielsweise in Beleuchtungssystemen oder anderen technischen Komponenten.^[40]

Im Großen und Ganzen sind Keramiken zwar keine dominierende Materialklasse im Sports Engineering, aber einige essenzielle Funktionen sind dennoch unerlässlich für spezielle Applikationen. Dazu zählen Anwendungen im Motorsport, der Sensorik oder Infrastruktur.^[40]

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei Verbundwerkstoffen in der Regel um Kombinationen aus mehreren Materialien. Sie bestehen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Bestandteilen, die auf makroskopischer Ebene getrennt bleiben. Typischerweise besteht ein Verbundwerkstoff aus einer kontinuierlichen Matrix (Polymer, Metall oder Keramik) und einer Verstärkung in Form von Fasern, Partikeln oder Folien. Durch die Kombination der Eigenschaften der einzelnen Bestandteile können Verbundwerkstoffe mechanische und funktionale Eigenschaften erzielen, die mit einem einzelnen Material allein nicht erreichbar sind, wie beispielsweise ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, erhöhte Steifigkeit, verbesserte Zähigkeit oder gesteigerte Ermüdungsbeständigkeit. Aufgrund dieser Vorteile sind Verbundwerkstoffe in der modernen Sporttechnik, in der Leichtbauweise und hohe mechanische Leistungsfähigkeit unerlässlich sind, unverzichtbar geworden.^[9][35][43] Im Sportbereich sind die wichtigsten Materialkombinationen Kohlenstoff- oder Glasfasern in duroplastischen Matrizen (CFK oder GFK).^[27][35][43]

Ausrüstung	Art des Verbundwerkstoffs	Haupteigenschaft	Quellen
Tennis Schläger	CFK/GFK	Stoßdämpfung, Kraftübertragung, Gestaltungsfreiheit	[10][27][44][45][46]
Golf Schläger	CFK	Leicht, hohe Festigkeit und Elastizität	[27][44][45][46]
Fahrrad Rahmen und Räder	CFK/GFK	Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, geringes Gewicht, aerodynamische Optimierung	[27][35][44][45][46]
Ski & Ski Stöcke	CFK/GFK	Steifigkeit, Abriebfestigkeit, längere Lebensdauer, geringes Gewicht	[27][35][44][45][46]
Stabhochsprung Stäbe	CFK/GFK	Energiespeicherung und -rückgewinnung, Leichtbau	[27][35][43]
Hockey Schläger	CFK/GFK	Langlebigkeit, verbesserte Energieübertragung	[27][43][44][45]
Angeln	CFK/GFK	Hohe Steifigkeit, schnelle Rückstellung, geringes Gewicht	[44][45]
Ruderboote, Ruder und Kajaks	CFK/GFK	Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, geringe Oberflächenreibung	[27][35][43][44][45][46]
Bogenschießen	CFK/GFK	Hohe Steifigkeit, Langlebigkeit, Temperaturbeständigkeit	[27][44][45]
Baseball & Softball Schläger	CFK/GFK	Vibrationsdämpfung, vergrößerter Sweet Spot, Rissbeständigkeit	[27][44][45]
Badminton Schläger	CFK/GFK	Geringes Gewicht, hohe Steifigkeit, Rissbeständigkeit	[44][45][46]
Surf & Windsurfing Bretter	CFK/GFK	Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Eignung für Plattenkonstruktionen	[35][45][46]
Helme	CFK/GFK	Aufprallenergieabsorption, hochfeste Flockenstruktur	[35][45]

Die Tabelle zeigt ausgewählte Beispiele für Sportausrüstung, bei der faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen, wobei der Schwerpunkt auf weit verbreiteten Anwendungen in populären Sportarten liegt. Faserverstärkte Kunststoffe werden zudem in zahlreichen spezielle Produkten verwendet, darunter Komponenten für Schneemobile, Kites, Trampoline und so weiter.^[47] Das Anwendungsspektrum in der Sport- und Freizeitindustrie erweitert sich mit den Fortschritten bei den Werkstoffen und Fertigungstechnologien kontinuierlich.^[46]

Natürliche Materialien sind für die Leistungsfähigkeit und das Design von Sportgeräten von großer Bedeutung.^[48] Während sie in einigen Bereichen durch Kohle- oder Glasfaserverbundwerkstoffe ergänzt werden, wie beispielsweise bei der Herstellung moderner Skier, oder sogar vollständig ersetzt wurden, wie im Fall des Stabhochsprungs, sind sie aufgrund ihrer Einzigartigkeit und Empfindlichkeit in zahlreichen Disziplinen nach wie vor unverzichtbar.^{[4][43][44][48]} So sind beispielsweise Holz und daraus hergestellte Produkte derzeit das Material der Wahl für Baseballschläger, Basketballplätze, Radrennbahnen, Tischtennisschläger und Skateboards sowie für Reitparcours und Turngeräte. Darüber hinaus ist Leder aufgrund seiner Fähigkeit, sich an die besonderen Anforderungen von Produkten wie Baseball-, Cricket-, Fußball- und Basketballbällen sowie Handschuhen anzupassen, nach wie vor unverzichtbar.^[49] Dennoch stellen diese Materialien Ingenieure vor zusätzliche Herausforderungen, vor allem aufgrund ihres ungleichmäßigen und stark anisotropen Materialverhaltens.^[48]

Im Bereich der Sporttechnologie ist die Wahl des geeigneten Fertigungsverfahrens von entscheidender Bedeutung, da dieses die Leistung, Haltbarkeit und die Kosten des Endprodukts bestimmt.^[43][50] Trotz der hohen Leistungsanforderungen sind die verwendeten Verfahren oft nicht spezifisch für den Sport, sondern werden häufig aus anderen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie übernommen.^[43]

So werden beispielsweise gängige industrielle Verfahren wie Spritzguss und Blasformen für verschiedene Komponenten wie Teile von Tennisschlägern und Schutzausrüstung eingesetzt.^[43] Für Hochleistungsverbundwerkstoffe nutzen Ingenieure das Harztransferverfahren (RTM).^[43][46] Der Einsatz von vorimprägnierten Materialien (Prepregs) ist ebenfalls üblich, um die Verarbeitung zu vereinfachen und eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten.^[46] Zu den weiteren Techniken zählen das Formpressen für Golfballkerne und Skier,^[43][46] das Rotationsformen für Hohlkörper wie Eishockeybälle sowie das Thermoformen für thermoplastische Verbundwerkstoffe.^[43] Darüber hinaus wird die additive Fertigung (3D-Druck) zunehmend eingesetzt, um topologieoptimierte Strukturen herzustellen, die mit herkömmlichen Werkzeugen nur schwer zu realisieren wären.^[46][51]

Im modernen Sports Engineering ist Nachhaltigkeit zu einer grundlegenden Priorität geworden, die direkt in den anfänglichen Produktentwicklungsprozess integriert wird – vor allem, weil etwa 80 % der Umweltbelastung eines Produkts bereits in der Entwurfsphase durch Entscheidungen hinsichtlich der Materialien und der Fertigung festgelegt werden.^[43][52]

Eine zentrale Herausforderung in diesem Bereich ist der weit verbreitete Einsatz von Hochleistungs-Verbundwerkstoffen, deren nachhaltiges Recycling im Gegensatz zu Metallen bekanntermaßen schwierig und kostspielig ist.^[43][52] Herkömmliche thermische Recyclingverfahren für diese Materialien führen oft zu einem Verlust von 80–95 % der mechanischen Festigkeit der zurückgewonnenen Fasern, wodurch diese häufig für die Wiederverwendung in Hochleistungsausrüstung ungeeignet werden.^[52]

Trotz dieser Hindernisse gibt es vielversprechende Entwicklungen in der Branche, wie beispielsweise den zunehmenden Einsatz thermoplastischer Matrizen, die am Ende ihres Lebenszyklus geschmolzen und neu geformt werden können.^[35][46] Ingenieure nutzen zudem innovative biobasierte Materialien wie aus Mais gewonnene Polymilchsäure (PLA) und entwickeln biologisch abbaubare Tennissaiten aus Maisstärke, um die Umweltbelastung zu verringern.^[43][46][52] Darüber hinaus ermöglichen Initiativen der Kreislaufwirtschaft wie das „Eco Circle“-Programm nun das chemische Recycling von Polyestertextilien zu hochwertigen neuen Fasern ohne Leistungsverlust.^[43][52] Ergänzt wird dies durch die Entwicklung fortschrittlicher Funktionsmaterialien, darunter auxetische Schäume für verbesserten Aufprallschutz und nachhaltige Materialien wie Bambus-Kohle-Garne, die darauf abzielen, sportliche Höchstleistungen mit ökologischer Verantwortung in Einklang zu bringen.^[51]

• ISEA

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