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DER KONSTRUKTEUR 11/2019

DER KONSTRUKTEUR 11/2019

ANTRIEBSTECHNIK

ANTRIEBSTECHNIK HARMONISCHER ANTRIEB FÜR EXOSKELETTE Autor: Tim Schmidt, Vertriebsingenieur Sonderumgebungen, Medizintechnik, Harmonic Drive AG, Limburg/Lahn PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Technische Hilfsmittel wie Herzschrittmacher, künstliche Gliedmaßen, komplexe Prothesen oder Implantate sind im medizinischen Bereich bereits Normalität. Exoskelette dagegen sind noch nicht in unserem Alltag angekommen. Sie haben das Potenzial, einiges zu revolutionieren. Sind die Exoskelette mit einem Antrieb ausgerüstet, können sie z. B. beeinträchtigte Menschen aktiv bewegen. Ziel ist eine möglichst natürliche Bewegung. Dabei spielen Getriebe eine wichtige Rolle – als Übersetzer sorgen sie für die passende Laufgeschwindigkeit. Exoskelette zählen trotz des frühen Stadiums ihrer Entwicklung zu den richtungsweisenden Errungenschaften aus Technik und Mechatronik. Sie faszinieren Menschen in aller Welt und sind von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. Bekannt sind Exoskelette in erster Linie im medizinischen Bereich als Stützstrukturen für querschnittsgelähmte Personen. Diesen ermöglichen sie einen aufrechten Gang und alle damit verbundenen Vorteile wie wieder erlangte Unabhängigkeit, Kommunikation auf Augenhöhe und vor allem eine bessere Blutzirkulation bzw. ver besserte Durchblutung der Beine. Hier kommen die körperlich schützenden als auch unterstützenden Eigenschaften und Funktionen der Stützstruktur in ihrer Grundform zum Tragen – sie helfen beeinträchtigten Menschen dabei, alltägliche Bewegungen auszuführen, Bewegungsfreiheiten wiederzuerlangen und existenzielle Bedürfnisse zu erfüllen. Das Exoskelett basiert angesichts seiner Kerneigenschaft auf Orthesen, welche im medizinischen Umfeld bereits seit langer Zeit zur Stabilisation und Entlastung bestimmter DER GETRIEBE-EINBAUSATZ ZEICH- NET SICH DURCH EINE BESONDERS KURZE BAULÄNGE UND GERINGES GEWICHT AUS UND EIGNET SICH DAMIT OPTIMAL FÜR DAS EXOSKELETT Körperregionen eingesetzt werden. Doch durch den Entwicklungsfortschritt von Robotik und Sensorik werden stetig weitere neue Modelle entwickelt, sodass das Anwendungsspektrum des Exoskeletts heute weit über den medizinischen Bereich hinausreicht. Grundsätzlich lassen sich Exoskelette hinsichtlich ihres Aufbaus in die Gruppe der passiven und aktiven Stützstrukturen einteilen. Passive Exoskelette unterstützen den tragenden Körper lediglich mittels mechanischer Komponenten wie Federn, Dämpfern oder Gewichten – sie verfügen über keinen aktiv gesteuerten Antrieb. Entstehende Belastungen werden von der Stützstruktur aufgenommen und abgestützt. Aktive Exoskelette hingegen verfügen neben 42 DER KONSTRUKTEUR 11/2019

ANTRIEBSTECHNIK www.DerKonstrukteur.de „AUSSENSKELETT WEITERGEDACHT“ Martina Klein, Stv. Chefredakteurin Exoskelette sind Bionik. Wir kennen sie aus dem Tierreich z. B. von Krebstieren. Dort wirken sie schützend und stützend. Der Mensch hat sich das abgeschaut und entwickelt Exoskelette weiter, gibt ihnen einen Antrieb und verleiht Menschen so besondere Fähigkeiten. Faszinierend, was damit alles möglich wäre, in Medizin, Produktion oder Militär – aber irgendwie auch beängstigend. Wenn dann noch KI ins Spiel kommt … Andererseits haben sich die Menschen früher wahrscheinlich ebenso davor gefürchtet, in das erste Auto einzusteigen. Das ist der technische Fortschritt. Er kommt immer näher an uns heran – bis zur Verschmelzung. mechanischen Elementen über weitere aktive Antriebskomponenten, die zusätzlich zur Minderung der Belastung für den Menschen beitragen. Genutzt werden in diesem Zusammenhang vorrangig kurzund leichtbauende Wellgetriebe der Harmonic Drive AG der Baureihen CSD und SHD in Kombination mit sehr kompakten Elektromotoren. Je nach Modell sind Sensoren verbaut, um die Lage der Gelenke aufzunehmen. Zusätzlich können auch Sensoren eingesetzt werden, um Informationen über Muskelanspannungen zu detektieren. Das Know-how der Hersteller von Exoskeletten liegt in der Verarbeitung dieser Information und der Erzeugung flüssiger Bewegungsabläufe. Die Bedeutung des Exoskeletts wird insbesondere bei Betrachtung der Gesellschaftsentwicklung deutlich. Steigende Lebenserwartungen und der demographische Wandel stellen bereits heute einige Herausforderungen an Medizin, Wirtschaft und Wissenschaft. Der Medizin wird an dieser Stelle eine ganz besondere Rolle zukommen, denn auch im Alter soll kein Mensch auf seine grundlegenden Bewegungsfreiheiten und Mobilität verzichten müssen. Der Fortschritt der Exoskelett- Technik steht demnach nicht ausschließlich vor einem medizinischen, sondern ebenso vor einem gesamtgesellschaftlichen Hintergrund. DAS PROJEKT Menschen mit einer Querschnittslähmung Mobilität zurückzugeben und durch technologischen Fortschritt zu einer erhöhten Lebensqualität beizutragen, ist auch das erklärte Ziel des Project March an der Delft University of Technology, Niederlande. Die Herausforderung: Entwurf und Bau eines Exoskeletts. Jedes Jahr wird ein neues, 25-köpfiges Studenten-Team aufgefordert, den bestehenden Prototyp zu verbessern. Hierzu unterbrechen Studenten aus verschiedenen Studiengängen wie beispielsweise Maschinenbau, Elektrotechnik und Industriedesign freiwillig ihr Studium für ein Jahr, um das Exoskelett des Vorjahres-Teams weiterzuentwickeln und zu verbessern. In enger Zusammenarbeit mit einem Piloten, einer vollständig querschnittsgelähmten Person, und den Therapeuten der Sint Maartens Klinik, wird das bestehende Exoskelett des Vorjahres-Teams auf den Prüfstand gestellt und unter echten Bedingungen weiterentwickelt. Auf der sicheren Seite. CONTI® V FO PIONEER Generation II. Kraftvolle Leistungsübertragung bei gleichzeitig hoher Laufruhe – das bietet der neue Hochleistungskeilriemen CONTI®V FO PIONEER, Generation II. Der Riemen ist gegenüber dem Vorgängermodell um mehr als 5 % leistungsstärker, temperaturbeständig von –40 °C bis +130°C, wartungsfrei und dank der abriebfesten Mischung besonders langlebig. DER KONSTRUKTEUR 11/2019 43 www.continental-industry.com

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