Schwerpunkte

High Tech für Menschen mit Behinderung

Antriebstechnik für Rennen der besonderen Art

18. Oktober 2020, 16:22 Uhr   |  Andreas Seegen, Ellen-Christine Reiff


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

"Antriebe mit höchstmöglichem Wirkungsgrad"

Für die Lenkbewegung der Räder sorgen vier bürstenlose Motoren der BXT-Serie (Bild 4) mit passendem Getriebe. Sie liefern dank ihrer innovativen Wicklungstechnik und Auslegung ein hohes Drehmoment von 10,2 mNm, und das bei nur 14 mm Höhe und 22 mm Durchmesser. Mit einer Drehzahl von bis zu 10.000 min−1 können sie die Lenkbewegung praktisch verzögerungsfrei umsetzen. Ihre standardmäßig integrierten digitalen Hall-Sensoren sorgen für eine präzise Drehzahlregelung.

Hohe Anforderungen an Antriebe

»Die Motoren müssen ziemlich hohe Anforderungen erfüllen«, fährt Bermes fort. »Im und am Rollstuhl können wir keine klobigen Teile gebrauchen; wir versuchen also, die Ausmaße der Module grundsätzlich zu minimieren. Das Gleiche gilt natürlich für das Gewicht – jedes Gramm weniger macht das Fahrzeug beweglicher und besser zu handhaben. Außerdem wollen wir keine Akkuleistung verschwenden, weshalb wir Antriebe mit höchstmöglichem Wirkungsgrad brauchen.«

Die Arbeit am Cybathlon-Boliden ist ein ingenieurwissenschaftliches Projekt. Das Rapperswiler Institut für Laborautomation und Mechatronik beschäftigt sich mit angewandter Forschung. Das Zusammenspiel von Elektronik und Mechanik, von Soft- und Hardware ist dort ein wichtiger Schwerpunkt. Man arbeitet dabei eng mit Unternehmen sowie dem schweizerischen Forschungs- und Entwicklungsverbund Innosuisse zusammen. Der Wettbewerb ist quasi der Praxis-Härtetest für die entwickelten Techniken. »Insgesamt sind über alle Kategorien rund 100 Teams aus der ganzen Welt beteiligt – da kommt eine enorme Entwicklungsleistung zusammen, von der Menschen mit Behinderung profitieren«, betont Bermes. »Das komplexe Zusammenspiel der Module lässt sich aber auch auf andere Bereiche übertragen, etwa Automatisierung und Robotik.«

Faulhaber
© Faulhaber

Bild 3: Für die Absenkung des Treppenmoduls „Herkules“ werden zwei graphitkommutierte Motoren der Baureihe CR verwendet, die das Gesamtgewicht von rund 180 kg von den Rädern auf die Raupen heben. Der gleiche Motortyp, hier mit Getriebe und Spindel versehen, verschiebt auch den Sitz.

Faulhaber
© Faulhaber

Bild 4: Für die Lenkbewegung der Räder sorgen vier bürstenlose Motoren der BXT-Serie mit passendem Getriebe. Sie liefern dank ihrer innovativen Wicklungstechnik und Auslegung ein besonders hohes Drehmoment.

Bei der Vorbereitung auf das jeweils nächste Rennen kommt zum technischen Anspruch noch ein entscheidender Faktor hinzu: Sportgeist. Teamleiter Bermes selbst bezeichnet sich als sportbegeistert, und Florian Hauser, der seit einem Motorradunfall querschnittsgelähmte Pilot des Cybathlon-Rollstuhls, ist ein ehrgeiziger Sportler, der beim Training und im Rennen alles gibt. Derselbe Geist herrscht im Team aus Bachelor- und Master-Studierenden und Ingenieuren. »Es ist wie in der Formel 1: Wir versuchen, die technischen Möglichkeiten komplett auszureizen«, erläutert Bermes. »Zugleich muss das Material sehr robust und zuverlässig sein, damit es den schwierigen Parcours sicher bewältigt und das Rennen durchhält.« Während der Fahrt sei es dann aber ausschließlich der Pilot, also Florian Hauser, der die Leistung auf die Strecke bringe.

Bei einem anspruchsvollen Technologiewettstreit wie dem Cybathlon wachsen alle Beteiligten an ihren Aufgaben und versuchen immer wieder, Grenzen zu überwinden. Das gilt für die Schweizer Entwickler an der HSR genauso wie für die deutschen Ingenieure bei Faulhaber in Schönaich. Dort nutzt man die Synergieeffekte aus den gesammelten Erfahrungen beispielsweise für Optimierungen und die Entwicklung neuer Produkte in den Anwendungsbereichen Human Augmentation und Prothetik. Von diesem Technologietransfer profitieren zuerst Applikationsingenieure und später Menschen mit Behinderungen weltweit – ob durch myoelektrische Handprothesen, Arm- und Beinprothetik oder Exoskelette und Workbots. Die Liste der Anwendungsbereiche, für die das Unternehmen passende Antriebslösungen liefert, ist lang. »Auch deshalb haben wir uns für die Antriebssysteme aus Schönaich entschieden«, so Bermes abschließend.

Andreas Seegen ist Leiter Marketing bei Faulhaber; Ellen-Christine Reiff ist beim Redaktionsbüro Stutensee tätig.

Faulhaber
Antriebstechnik aus Schönaich
Faulhaber ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von präzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu etwa 250 W Abgabeleistung. Hierzu zählt die Realisierung kundenspezifischer Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm von Standardprodukten wie bürstenlosen Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encodern und Motion-Controllern für Anwendungsgebiete wie Medizintechnik, Fabrikautomatisierung, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik.

Vom DC-Motor mit 224 mNm Dauerdrehmoment bis zum Mikroantrieb mit 1,9 mm Außendurchmesser umfasst das Faulhaber-Standardportfolio mehr als 25 Millionen Möglichkeiten, ein geeignetes Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf Kundenwünsche für Sonderausführungen eingehen zu können.

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Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG Antriebssysteme, ETH Zürich