Muskelspiele – Drahtwälzlager für innovative Exoskelette

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Lesen Sie hier ein Interview mit Johannes Wanner von der Hochschule Aalen. Im Rahmen des Projekts Leviaktor des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) erforscht und entwickelt er Antriebssysteme für Exoskelette.

 

Herr Wanner, wie kam es zu diesem Forschungsprojekt?
Johannes Wanner: Angesichts des demographischen Wandels und des  zunehmenden Fachkräftemangels ist es eine wesentliche Herausforderung für die Wirtschaft, Beschäftigte möglichst lange und gesund im Arbeitsprozess zu erhalten.

Explizit sind hier körperlich anstrengende Arbeiten, die Muskeln, Knochen und Gelenke strapazieren, zu betrachten. Exoskelette können hier helfen. Bereits jetzt werden sie für schwere Lasten oder ungünstige Körperhaltungen eingesetzt. Denken Sie an Lageristen, Maler, Stuckateure oder an Fließbandarbeiter.

Wer sind die Beteiligten bei der Entwicklung?
Forschungseinrichtungen wie die TU Ilmenau oder das Uniklinikum Jena unterstützen unsere Arbeit an der HS Aalen. Unterstützer des Projektes sind neben Franke noch Firmen aus der Orthopädietechnik und Hersteller komplexer Drehteile.

Wie lautet die Problemstellung bei der Entwicklung?
Das Exoskelett darf nicht als störend empfunden werden, das Unterstützungsgefühl muss überwiegen. Da die „Maschine“ direkt am Menschen befestigt wird, muss ein gutes Zusammenspiel entstehen. Die Systeme müssen sich ergänzen. Dazu kommen noch Anforderungen bezüglich Passgenauigkeit, Gewicht, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Das System soll sicher, robust und leistungsfähig sein. Wir brauchen viel Drehmoment aus wenig Leistung. Bislang gibt es nichts Vergleichbares auf dem Markt, was den Menschen bei verschiedenen Tätigkeiten aktiv unterstützt.

Wie können Franke Drahtwälzlager Sie unterstützen?
Drahtwälzlager sind sehr kompakt und leicht. Speziell die Typen der LER-Reihe tun sich hier hervor. Einfache Montage und Einstellung der Vorspannung kommen noch hinzu. Die Mittenfreiheit des Lagers erlaubt die zentrale Unterbringung des Getriebes. Der große Außendurchmesser sorgt für hohe Steifigkeit.

Was müssen die Gelenke hauptsächlich leisten?
Die Hauptkriterien sind Steifigkeit, Laufruhe, Belastbarkeit. Geringer Verschleiß ist wichtig, genauso die Leichtgängigkeit und die Sicherheit gegen Schäden z.B. durch Überlastung.

Wie werden die Motoren mit Energie versorgt und angesteuert?
Wir rechnen mit einem Energiebedarf von 60 Watt je Gelenk für 8 Stunden Einsatz. Das schaffen moderne Akkus mühelos. Bei stationären Arbeitsplätzen könnte sogar eine Kabellösung in Betracht kommen. Angesteuert werden die Sensoren über den Muskel. Es soll keine Bedienknöpfe oder ähnliches geben.

Die Sensoren erfassen die Muskelbewegung und eine Regeleinheit ermittelt die nötige Rotation des Motors. Das erhöht den Bedienungskomfort, steigert aber auch die Anforderungen an das Ansprechverhalten der Motoren und das Lastverhalten. Absolute Spielfreiheit ist eine Grundvoraussetzung für das System. Hier punkten Franke Drahtwälzlager durch die einstellbare Vorspannung gegenüber anderen Lösungen.

Was sind die Vorteile gegenüber bestehenden Systemen?
Es gibt noch nicht viel auf dem Markt. Die meisten arbeiten mit Knopf- oder Hebelsteuerung und sind außerdem nicht modular an verschiedene Tätigkeiten anpassbar. Das kann unser System besser.

 

 

 

 

Im Interview:
Johannes Wanner – M.Sc.
Department of Mechanical
and Materials Engineering
Hochschule Aalen

 


Auf einen Blick

Technische Daten
Drahtwälzlager                             LER1.5
Durchmesser Drahtwälzlager    70 mm
Durchmesser Gesamtgelenk     85 mm
Bauhöhe Drahtwälzlager            6,3 mm
Bauhöhe Gesamtgelenk             30 mm
Antrieb                                          Torque-Motor
Drehmoment                               20 Nm
Leistungsaufnahme                    60 Watt
Gesamtgewicht inkl. Motor       238 g

 

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