DC-Flachmotor steuert »Gelenke« Exoskelett als »stuhlloser« Stuhl

Der stuhllose Stuhl Noonee mit akkubetriebenen Kleinstmotor.
Der stuhllose Stuhl Noonee mit akkubetriebenen Kleinstmotor.

Viele Tätigkeiten in Produktion und Fertigung müssen nur deshalb im Stehen verrichtet werden, weil vor Ort ein Stuhl den Weg versperren würde. Abhilfe schafft künftig ein »stuhlloser Stuhl« des Start-up Noonee, der mit akkubetriebenen Kleinstmotoren arbeitet.

Die Anatomie beschreibt das Skelett als den Körperteil, der die Stützstruktur eines Lebewesens bildet. Dieser natürliche Stütz- und Bewegungsapparat kann durch eintöniges Arbeiten oder langes Stehen überbelastet werden. Schon länger gibt es in verschiedenen Bereichen daher Ansätze, den Menschen mit einem zusätzlichen Exoskelett (Außenskelett) zu entlasten. Diese Exoskelett-Lösungen muten ein wenig an wie im Science-Fiction-Film, finden aber ihr Vorbild ebenfalls in der Natur. Im Gegensatz zu den Wirbeltieren besitzen nämlich Gliederfüßer wie z.B. Insekten statt eines Innenskeletts ein stabilisierendes Außenskelett.

Künstliches Exoskelett im Alltagseinsatz

Künstliche Exoskelette helfen, wo die Muskelkraft allein oder auf Dauer nicht genügt – etwa um schwere Teile zu heben oder über längere Zeit mit einer klobigen Schleifmaschine über Kopf zu arbeiten. Menschen mit Querschnittslähmung können mit einem Exoskelett wieder gehen oder – wie 2014 in Brasilien – den Anstoß beim Eröffnungsspiel der Fußballweltmeisterschaft ausführen. Bisher hatten diese Exoskelette aber wesentliche Nachteile: Sie sind mit meist über 20 kg Eigengewicht sehr schwer, was nicht zuletzt ihre Akkulaufzeiten negativ beeinflusst. Oft erreicht die Betriebszeit kaum zwei Stunden. Für den breiten Alltagseinsatz ist das ungenügend.

Hier setzt das Start-up-Unternehmen Noonee mit seinem Exoskelett-Konzept an. Der Aufbau des „stuhllosen Stuhls“ ist einfach zu verstehen (Bild 1): Eine stützende Strebe, die an ihrem oberen Ende zugleich als Sitzfläche dient, wird an der Rückseite eines jeden Beins befestigt. Bei den Prototypen bestand diese Strebe aus Titan. Sie könnte künftig aber aus Karbonfaser sein und dadurch noch leichter. Ein Gelenk auf Kniehöhe sorgt für Beweglichkeit, das Stoßdämpfer-Element hinter dem Unterschenkel kann per Knopfdruck stufenlos blockiert werden, wenn der Benutzer sich hinsetzen will. Der „stuhllose Stuhl“ lässt sich mit Gurten an Hüfte, Knien und Knöcheln befestigen. Im Sitzen wird dann der Gewichtsdruck direkt in den Boden geleitet. Beine und unterer Rücken sind entlastet. Das ganze Konstrukt wiegt nur wenige Kilogramm, lässt sich leicht anlegen und stört auch beim Gehen kaum.

Für die Bewegung sind weiterhin die menschlichen Beine zuständig – ein Vorteil gegenüber aktiven Exoskeletten, die durch „Überentlastung“ eine Rückbildung der Muskeln auslösen können. Die Nutzer können sich nun jederzeit und überall hinsetzen, zum Beispiel während sie Teile an einem Fahrgestell befestigen. Sie können sich frei bewegen und haben ihre Sitzgelegenheit trotzdem immer zur Verfügung.

DC-Kleinstmotor nur für Hydraulikventile nötig

Damit aus dem beweglichen Konstrukt ein stabiler Sitz wird, muss der Bediener nur einen Schalter betätigen, der am Gurt befestigt ist. Dann schließen zwei Motoren das Sperrventil in den Hydraulik-Elementen der Dämpfer und die Stütze arretiert in der gewünschten Position. Beim Aufstehen löst sich die Arretierung wieder. Dazu muss der Motor möglichst flach sein und trotzdem ein hohes Drehmoment aufweisen. Diese Anforderungen konnte ein rastmomentfreier DC-Flachmotor mit Getriebe von Faulhaber bestens erfüllen (Bild 2). Er misst nur 26 mm im Durchmesser und 19 mm in der Länge. Im Praxistest war ein Nachladen des 6-Volt-Akkus auch nach einer Woche Dauerbetrieb nicht nötig. Den Stresstest – zwei volle Schichten hintereinander – hat die motorisierte Arretierung ebenfalls mit Bravour bestanden.

Noch ist das Produkt nicht serienreif, aber die Entwicklung läuft mit aktiver Unterstützung von potenziellen Kunden auf vollen Touren. Die ersten serienreifen Chairless Chairs sollen ab Mitte 2016 ausgeliefert werden.

Nach Unterlagen von Nora Crocoll, Andreas Seegen (Faulhaber)