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Bionik

Kleinstantriebe treiben die Prothetik voran

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Gesteigertes Selbstwertgefühl für die Träger

Die bionische Hand erleichtert viele Alltagsaktivitäten (s. Abb. 2). „Tatsächlich sind es oft Kleinigkeiten, die durch die Prothese einfacher werden. In der Summe führen diese aber zu einer deutlich verbesserten Lebensqualität“, erzählt Ted Varley. Darüber hinaus hat die künstliche Hand aber auch einen großen psychologischen Effekt: „Viele Prothesenträger berichten, dass mit der Bebionic ihr Selbstwertgefühl gestiegen ist, da sie mit ihrer neuen High-Tech-Prothese auf Interesse und Faszination stoßen.“

In diesem Zusammenhang spielt auch das attraktive Design der Prothese eine wesentliche Rolle; die Verwendung von Aluminium und Edelstahl sorgt für eine ansprechende Optik. Zudem wurde die äußere Form dem natürlichen Vorbild so weit wie möglich nachempfunden. „Unser Vorgehen bei der Entwicklung der dritten Bebionic-Generation war in der Prothetik eher unüblich: Wir haben zuerst das Gehäuse entwickelt und dann nach Lösungen gesucht, wie die einzelnen Komponenten darin untergebracht werden können“, betont Varley. „Noch vor fünf Jahren wäre dieser Ansatz für eine so kleine Hand nicht möglich gewesen – die Technologie war noch nicht reif dafür.“ Auch der für die Anwendung prädestinierte DC-Kleinstmotor der Serie 1024 SR (s. Abb. 3) befand sich noch in der Entwicklungsphase, als Steeper sich 2013 mit seinem Vorhaben an Faulhaber wandte. Die Projektteams auf beiden Seiten haben dann die Entwicklung von Motorserie und Handprothese gleichzeitig vorangetrieben. In Großbritannien und der Schweiz fanden regelmäßige Treffen der Entwicklerteams von Steeper und Faulhaber statt. An diesen nahm auch der Vermittler der Treffen und ausschließlicher Vertriebspartner von Faulhaber in Großbritannien, Electro Mechanical Systems (EMS), teil. Aus dieser intensiven Zusammenarbeit sind schließlich ein Motor mit einem außergewöhnlichen Kraft-Volumen-Verhältnis sowie ein maßgeschneiderter Antrieb für den Daumen hervorgegangen, was diese ausführliche Kooperation bei der Entwicklung zu einem erfolgreichen Abschluss bringt.

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Leistungsdichte des Antriebes ist entscheidend

Der DC-Kleinstmotor der Serie 1024 SR bietet eine erstaunliche Leistungsdichte. Bei einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 24 mm liefert er ein Haltemoment von 4,6 mNm. Zudem bietet er durch seine flache Drehzahl/Drehmomentkurve ein konstant hohes Drehmoment über den gesamten Geschwindigkeitsbereich. Die starke Leistung wird unter anderem durch die Entwicklung einer neuen Spulenkonstruktion ermöglicht, die 60 Prozent mehr Kupfer enthält als ihr Vorgänger und mit leistungsstarken Seltene-Erden-Magneten kombiniert ist. Um für eine möglichst geräuscharme Bewegung zu sorgen, sind die Motoren mit maßgeschneiderten Planetengetrieben der Serie 10/1 ausgestattet.

„Eine besondere Herausforderung war zudem die Entwicklung des Linearantriebssystems, das in den Daumen integriert werden musste“, ergänzt Tiziano Bordonzotti, Vertriebsingenieur bei Faulhaber Minimotor. Dank des hochpräzisen Vierpunktlagers der Faulhaber-Tochter Micro Precision Systems (MPS), konnte der Antrieb mit 49 mm Länge deutlich kürzer dimensioniert werden als sonst üblich. Die besonderen Eigenschaften des Vierpunktlagers ermöglichen es ihm, trotz geringer Abmessungen den für die Anwendung notwendigen, hohen Axialkräften von bis zu 300 N standzuhalten.

Von dem Ergebnis der Zusammenarbeit ist Ted Varley begeistert: „Die Bebionic-Hand in Größe S ist zurzeit die realistischste myoelektronische Handprothese auf dem Markt. Ohne die enge Kooperation mit dem engagierten Projektteam von Faulhaber wäre es uns nicht möglich gewesen, dieses Projekt zu realisieren“.

* K. Rebmann: Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG, 71101 Schönaich

* *A.-K. Hage-Ripamonti, T. Bordonzotti : Faulhaber Minimotor SA, 6980 Croglio/Schweiz

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