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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2015

DER KONSTRUKTEUR 1-2/2015

MEDIZINTECHNIK I SPECIAL

MEDIZINTECHNIK I SPECIAL Bremsen helfen Haltebremsen in einer Stehvorrichtung für Querschnittsgelähmten Als Studenten der Universität Wisconsin-Madison vom Fall des orthopädischen Chirurgen hörten, der nach einem Unfall querschnittsgelähmt war, entschlossen sie sich zum Bau einer Vorrichtung, die ihm die Rückkehr in den Operationssaal ermöglichen sollte. Um diesen Traum Wirklichkeit werden zu lassen, bedarf es zuverlässiger Maschinenelemente, unter anderem auch Bremsen. Nach einem tragischen Sturz von einem Balkon im dritten Stock war Dr. Cuppels von der Taille abwärts gelähmt. Aufgrund der Schwere seiner Behinderung konnte er nicht mehr seine Arbeit als orthopädischer Chirurg fortsetzen. Seine Laufbahn schien beendet, obwohl die Funktionen der oberen Körperhälfte völlig unbeeinträchtigt waren. Als fünf Studenten des Studiengangs für biomedizinische Technik an der Universität Wisconsin-Madison von dem Fall erfuhren, beschlossen sie ihre Zeit und Mittel in die Entwicklung einer Vorrichtung zu investieren, mit deren Hilfe Dr. Cuppels wieder im Stehen Operationen durchführen kann. Die Entwicklungsaufgabe Die Bremse ist im Haltezustand unabhängig von der Stromversorgung Hierzu einer der beteiligten Studenten: „Das Projekt war etwas, das wir in unser Studium einbringen konnten, aber es entwickelte sich sehr schnell zu mehr als einer akademischen Pflichtaufgabe. Die Konsultationsphase ergab, dass es möglich war, eine geeignete Vorrichtung zu entwickeln. Wir mussten aber sehr hochwertige Komponenten beschaffen, um die notwendige Zuverlässigkeit und Funktionsweise zu gewährleisten.“ Es gibt bereits Apparaturen, mit denen Querschnittsgelähmte stehen können, aber keine bietet das Maß an autonomer, präziser Beweglichkeit, die für die Arbeit im Operationssaal notwendig ist. Dr. Cuppels musste sich genauso flink wie jeder nicht beeinträchtigte Chirurg bewegen können. Vor allem der Antrieb musste im Hinblick auf Präzision und Zuverlässigkeit gestaltet werden und außerdem leicht zu steuern und verbrauchsarm sein. Mecanum-Räder mit fünfzehn drehbar gelagerten Rollen sind im Winkel von 45° auf dem Umfang der einzelnen Räder angebracht und ermöglichen omnidirektionale Fahrmanöver sowie ein Drehen auf der Stelle in beiden Richtungen. Die Steuerung sollte über Joystick erfolgen, aktivierbar/ deaktivierbar über eine separate Taste, um eine versehentliche Bewegungen während der Operation auszuschließen. Außerdem wurden hochwertige Bremsen gebraucht, mit zuverlässigen Halteeigenschaften und Notbremsfunktion sowie geringstmöglichem Energieverbrauch während der Operation. Suche nach geeigneten Bremsen Der Student weiter: „Bei der Suche nach geeigneten Bremsen wurde uns klar, dass wir keine Abstriche bei den Anforderungen machen konnten, dass das Bauteil aber nicht zu groß sein durfte. Bei einer Operation kann es notwendig sein, dass die Apparatur stundenlang an einer Stelle fixiert wird. Da dürfen die Bremsen auch bei niedrigem Akkustand nicht ausfallen. Wir wussten, dass Warner Electric hochwertige Bremsen herstellt, die auch schon bei vielen Mobilitätshilfen zum Einsatz kommen. Deshalb haben wir uns an das Vertriebsteam gewandt und uns nach einer geeigneten Lösung erkundigt.“ Als Gary Haasch, Product Engineering Manager bei Warner Electric, von dem Projekt erfuhr, wollte er die Studenten unterstützen und spendete vier mit Federkraft 01 Die Einbausituation der Bremsen in den Radantrieben betätigte Bremsen vom Typ Warner Electric ERS-42. Die ERS-Serie ist wie geschaffen für die Anwendung, denn das Prinzip der elektrischen Freischaltung bedeutet, dass die Bremse im Haltezustand unabhängig von der Stromversorgung ist. Das Bremsmoment entsteht durch die Klemmkraft von Federn, die durch Magnetkraft beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Magnetspule überwunden wird. Die Bremsen sind vormontiert und werden einbaufertig geliefert. Der Keilwellenantrieb liefert ein hohes Drehmoment und minimalen Rückschlag bei Aktivierung für präzise Halteanwendungen. Korrosionsbeständige Werkstoffe verlängern die Standzeit der Bremse und das asbestfreie Reibmaterial gewährleistet konsistente Funktion der Reibscheibe. Mit den Bremsen wurden die vier Schrittmotoren ausgestattet, die die Räder unabhängig antreiben. Hierzu Gary Haasch: „Die ERS- Bremsen bieten die notwendige Stabilität und Zuverlässigkeit für die Anwendung und haben den Vorteil einer kompakten Bauweise, sodass der Apparat insgesamt nicht zu groß wird.“ www.warnerelectric.com 02 Die Bremsen bieten die notwendige Stabilität und Zuverlässigkeit für die Anwendung 42 Der Konstrukteur 1-2/2015

Im nächsten Heft: 3/2015 SERVICE I IMPRESSUM FLUIDTECHNIK Von Komponenten bis zu Systemen Hydraulik erfüllt hohe Anforderungen in Maschinen für die Automobilindustrie: Für seine neue CNC-Maschine, auf der Präzisionsteile für Getriebe hergestellt werden, wollte Buderus Schleiftechnik aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Effizienz hydraulische Technologien einsetzen. Dabei setzte der Maschinenbauer auf einen Hydraulikspezialisten, der ein breites Programm an Bauteilen und Systemen anbietet sowie auf umfassendes Know-how zugreifen kann. AUTOMATISIERUNGSTECHNIK Identifikation und Konstruktion Transparenz hilft dem Konstrukteur, schneller an sein Ziel zu kommen: Daten bestimmen die Automation. Mit zunehmendem Automatisierungsgrad müssen immer mehr Informationen erfasst, gesammelt, vorgehalten und vernetzt werden. RFID-Technik bietet hier ein interessantes Potenzial. Die Redaktion sprach mit Bernd Wieseler, Produktmanager RFID bei Hans Turck in Mülheim, über die Entwicklung und den Einsatz von RFID sowie die Probleme und die Möglichkeiten, die sich für den Konstrukteur daraus ergeben. ANTRIEBSTECHNIK Sie bewegen die Miniaturwelt DC-Kleinstmotoren als zuverlässige Antriebe im Modellbau: Kleine, leistungsfähige Antriebe sind heute in den unterschiedlichsten Sparten gefragt, von der Indus-trieautomation bis hin zur Medizin- und Weltraumtechnik. Zuverlässige und sichere Funktion, Genauigkeit, lange Lebensdauer, und Energieeffizienz gehören überall zu den grundlegenden Forderungen, die sie erfüllen müssen. Das gilt auch für eher exotische Einsatzbereiche wie im Miniatur Wunderland in Hamburg. SPECIAL: DIGITALE PRODUKTENTWICKLUNG Zukunft quergedacht Technologien verändern sich dramatisch, das ist eine Binsenwahrheit, die die Unternehmen jedoch vor gewaltige Herausforderungen stellt. Allein die derzeitigen und bereits absehbaren Veränderungen in der Produktentwicklung haben dabei den gleichen Einfluss auf das Engineering wie vor Jahren der Umstieg vom Zeichenbrett zum CAD. Das Unternehmen AVL Powertrain Engineering bereitet sich auf diese neue Welt ganz gezielt vor, baut die Entwicklungsparadigmen systematisch um und gehört damit zu den Vorreitern in der immer komplexer werdenden industriellen Produktion. Inserentenverzeichnis Heft 1-2/2015 ACE Stoßdämpfer, Langenfeld................................21 Autosen, Essen............................................................... 9 Bayer, Leverkusen...........................................................2.US Belt, Washington (UK)......................................................11 BOT Oberflächentechnik, Kulmbach...........................39 Clarion Events, Bielefeld..................................................25 Deutsche Messe, Hannover............................................15 Dreckshage, Bielefeld.......................................................29 Fresenius Medical Care, Schweinfurt .........................20 Getriebebau NORD, Bargteheide ................................... 3 Goodfellow, Bad Nauheim..............................................13 Gutekunst, Metzingen....................................................... 7 Halder, Achstetten.............................................................41 Haydon Kerk........................................................................23 Helios, Neuenrade.............................................................39 Igus, Köln...............................................................................19 Lupold Hydrotechnik, Vöhringen..................................36 MESHPARTS, Stuttgart.....................................................17 PILZ, Ostfildern...............................................................4.US Plettenberg, Baunatal......................................................36 Reliance, Huddersfield.....................................................23 SIEB & MEYER, Lüneburg.................................................17 Universal Robots, Odense...............................................37 Erscheinungstermin: 06. 03. 2015 • Anzeigenschluss: 19. 02. 2015 WITTENSTEIN, Igersheim.................................................. 5 Zimmer Group, Ettlingen................................................27 erscheint 2015 im 46. Jahrgang, ISSN 0344-4570 Redaktion Chefredakteur: Dr. Michael Döppert (md), M.A. Tel.: 06131/992-238, (verantwortlich für den redaktionellen Inhalt) Redaktion: Dipl.-Ing. (FH) Martina Bopp (bo), Tel.: 06131/992-201, Dipl.-Geogr. Martina Laun (ml), Tel.: 06131/992-233 , Redaktionsassistenz: Gisela Kettenbach, Tel.: 06131/992-236, E-Mail: g.kettenbach@vfmz.de, Eva Helmstetter, Monika Schäfer, Ulla Winter (Redaktionsadresse siehe Verlag) Grafik und Layout Mario Wüst, Doris Buchenau, Anette Fröder, Conny Grothe, Melanie Lerch, Sonja Schirmer Chef vom Dienst Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer Anzeigen Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206, E-Mail: a.zepig@vfmz.de Brigitte Glückler, Anzeigenverwaltung, Tel. 06131/992-249, E-Mail: b.glueckler@vfmz.de Anzeigenpreisliste Nr. 45: gültig ab 1. Oktober 2014 Leserservice: vertriebsunion meynen GmbH & Co. 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