Wenn ich meine Arbeiten der letzten gut zehn Jahre nebeneinanderlege, vom Kniegelenk über Sportprothesen bis zum Libellenkiefer, steckt in fast allen dieselbe Formel: Drehmoment ist Kraft mal Hebelarm. Wer Belastung verändern will, hat genau zwei Stellschrauben. Meist ist der Hebelarm die interessantere.
Die Formel
Ein Gelenk spürt nicht die Kraft allein, sondern das Drehmoment, das sie erzeugt: Kraft multipliziert mit dem senkrechten Abstand ihrer Wirkungslinie zum Gelenkzentrum. Dieser Abstand ist der Hebelarm. Beim Gehen zieht die Bodenreaktionskraft meist innen am Knie vorbei; je größer der Abstand, desto größer das Knieadduktionsmoment und desto mehr Last trägt das innere Kompartiment. Die Kraft bleibt dabei etwa gleich, nämlich das Körpergewicht in Bewegung. Was sich ändern lässt, ist der Hebelarm.
Fünf Beispiele aus meiner Arbeit
1. Beinachse und Knie. Bei einer Umstellungsosteotomie (HTO) verschiebt der Chirurg die Beinachse und damit den Hebelarm der Bodenreaktionskraft zum Knie. Geplant wird das bisher fast immer statisch am Röntgenbild. Mit Ganganalyse und dynamischer Simulation konnten wir das Knieadduktionsmoment nach der Operation vorhersagen: Im Mittel sank der erste Spitzenwert von 3,19 auf 1,21 Prozent von Körpergewicht mal Körpergröße, und die Simulation traf im Mittel genau diesen Wert, bei einzelnen Patienten mit Abweichungen [1]. Die meisten Planungsmethoden ignorieren die Belastung in Bewegung bis heute [2].
2. Weitsprung mit Prothese. Weitspringer mit Unterschenkelprothese setzen das Sprungbein so auf, dass die Hebelarme zwischen Bodenreaktionskraft und Hüft- und Kniezentrum kürzer sind als bei nicht amputierten Athleten. Die Folge: trotz gleicher Weite deutlich geringere Gelenkmomente [3]. Mehr dazu im Beitrag Weitsprung mit Sportprothese.
3. Kleinwuchs. Bei Achondroplasie sind Arme und Beine kurz, der Rumpf ist lang. Die Hebel der Gliedmaßen sind kürzer, die Muskeln setzen anders an und arbeiten weniger effizient; Treppensteigen und Tragen kosten mehr Kraft und Energie [4]. Deshalb steht Kräftigung in unseren Empfehlungen an erster Stelle. Mehr dazu im Beitrag Kleinwuchs und Sport.
4. Wirbelsäule. Jede Last vor dem Körper wirkt über einen langen Hebelarm auf die Lendenwirbelsäule. In einer Modellrechnung über mehr als 600 sportliche Bewegungen von über 200 Athletinnen und Athleten fanden wir bei Sprüngen und Landungen Kompressionskräfte am Segment L4/L5 von über dem Zehnfachen des Körpergewichts, deutlich mehr, als Richtlinien für Arbeitsplätze zulassen [5].
5. Libellenkiefer. Dasselbe Prinzip gilt bei einem Tier von wenigen Gramm. Mit Mikro-CT-Daten und einem inversdynamischen Modell haben wir die Kaumuskeln von Libellen untersucht: Die Bisskraft hängt nicht von der Körpergröße ab, sondern von Anordnung und Ansatzflächen der Muskeln, also von den Hebelverhältnissen an der Mandibel [6, 7]. Die Methode ist dieselbe wie am menschlichen Knie.
Was das für Sie heißt
Wenn Sie ein Gelenk entlasten, eine Technik verbessern oder ein Produkt entwickeln wollen, lohnt sich zuerst die Frage: Wo greift die Kraft an, und wie lang ist der Hebelarm? Eine Orthese, eine veränderte Fußstellung, ein anderer Griff oder eine Operation wirken alle über diesen Abstand. Ihn zu messen ist meine Arbeit. Mehr dazu unter Consulting, die Grundlagen im Beitrag Was ist Biomechanik?
Quellen
[1] Fantini Pagani, C., Funken, J., Heinrich, K., Ellermann, A., Schmidt-Wiethoff, R. & Potthast, W. (2020). Predicting the knee adduction moment after high tibial osteotomy in patients with medial knee osteoarthritis using dynamic simulations. The Knee, 27(1), 61–70. https://doi.org/10.1016/j.knee.2019.08.003
[2] Komnik, I., Funken, J., Zachow, S., Schmidt-Wiethoff, R., Ellermann, A. & Potthast, W. (2025). Surgical planning in HTO – alternative approaches to the Fujisawa gold-standard. Technology and Health Care, 33(3), 1571–1583. https://doi.org/10.1177/09287329241299568
[3] Funken, J., Willwacher, S., Heinrich, K., Müller, R., Hobara, H., Grabowski, A. M. & Potthast, W. (2019). Three-dimensional takeoff step kinetics of long jumpers with and without a transtibial amputation. Medicine & Science in Sports & Exercise, 51(4), 716–725. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001853
[4] Semler, O. & Funken, J. (2025). Besonderheiten bei Achondroplasie und Sport (Modul 5). BioMarin Deutschland GmbH. PDF
[5] Schäfer, R., Trompeter, K., Fett, D., Heinrich, K., Funken, J., Willwacher, S., Brüggemann, G.-P. & Platen, P. (2023). The mechanical loading of the spine in physical activities. European Spine Journal, 32(9), 2991–3001. https://doi.org/10.1007/s00586-023-07733-1
[6] David, S., Funken, J., Potthast, W. & Blanke, A. (2016). Musculoskeletal modelling under an evolutionary perspective: deciphering the role of single muscle regions in closely related insects. Journal of The Royal Society Interface, 13(123), 20160675. https://doi.org/10.1098/rsif.2016.0675
[7] David, S., Funken, J., Potthast, W. & Blanke, A. (2016). Musculoskeletal modeling of the dragonfly mandible system as an aid to understanding the role of single muscles in an evolutionary context. Journal of Experimental Biology, 219(7), 1041–1049. https://doi.org/10.1242/jeb.132399
Zitiervorschlag: Funken, J. (2026). Der Hebelarm: ein Prinzip, fünf Anwendungen. bijomechanik.de. https://bijomechanik.de/2026/10/19/der-hebelarm/