Forschung trägt Früchte - Wie die Bionik neue Fortschritte ermöglicht Olympiasieger ist Pate für E-Bike-Ambulanz - Maxon Motor
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Forschung trägt Früchte Wie die Bionik neue Fortschritte ermöglicht Salamander beweist Rückgrat Olympiasieger ist Pate für E-Bike-Ambulanz
2 Inhalt __ __ Inhalt 3
4 News
S. 26
Fokus: Die Natur als Vorbild
8 «Ein Schlaraffenland für Ingenieure»
Ein kleines Start-up eröffnet mit bionischen Handprothesen
ganz neue Möglichkeiten für den Träger.
Editorial
Wie gut können wir
12 Der Schritt-Macher
Ein Powerpaket von maxon motor ersetzt den Wadenmuskel
einer Fussprothese und bietet so Halt in jedem Terrain.
14 Ein grosser Schritt für kleine Füsse
Dieses Exoskelett wächst mit und fördert die Beweglichkeit,
die Natur kopieren?
entwickelt speziell für Kinder.
S. 32 S. 7
16 Fauna Robotica
Tierroboter mit der Natur nachempfundenen Bewegungs-
apparaten. Eine Bildergeschichte.
Exploration
20 Natürlich gesteuert
Ein Team der EPFL in Lausanne erforscht die Geheimnisse
S. 12 S. 24
des Rückgrats mithilfe eines Salamander-Roboters, des
Pleurobots.
Eugen Elmiger, CEO der maxon motor ag
maxon inside
24 Wie kommt die Intelligenz ins System?
Das Team von Motion Control gibt bei maxon motor
Antwort auf alle Fragen um die Ansteuerung von Motoren. I ngenieure greifen oft auf die Natur als Vorbild
zurück, wenn sie neue Technologien entwickeln.
Special Denn Menschen, Tiere und Pflanzen haben
26 Mit Rad und Tat sich über Jahrmillionen weiterentwickelt und
Ein Nothelfer auf dem Velo: In Mosambik testet ein
Olympiasieger den Einsatz des Bikedrive-Antriebs als sich dabei jeweils perfekt an ihre Umgebung
E-Bike-Ambulanz. angepasst. Wir schaffen es leider nur selten, die
S. 16 Vorbilder eins zu eins zu kopieren, werden
Expertise aber immer besser, wie die zwei Beispiele der
29 DC-Motoren als Generatoren Hand- und Fussprothesen in diesem Magazin
Wie können bürstenbehaftete und bürstenlose DC-Motoren
Fotos: Karin Mertens / maxon motor, Adrian Bretscher, maxon motor group, Adrian Venetz / maxon motor,
Carnegie Mellon University, Stew Milne, Marsi Bionics, Sibylle Kathriner, Jeremias Wieland / maxon motor
eindrücklich zeigen.
als Generatoren eingesetzt werden? Ein Fachbeitrag.
S. 8
Innovation Die «driven»-Redaktion hat Ihnen, liebe Lese-
S. 14 S. 20 32 Hüpf und weg rinnen und Leser, zudem eine Auflistung der
Ein junges Team der ETH Zürich entwickelt einen Roboter, aktuell spannendsten Tierroboter zusammenge-
der springend Treppen überwinden kann. stellt. Überraschungen sind garantiert.
Weiter erfahren Sie mehr über unsere erfolgrei-
Kolumne chen Motion-Control-Spezialisten, wie Sie
34 Wie Kunden vom digitalen Wandel
DC-Motoren auch als Generatoren verwenden
profitieren
Global Digital Manager Ning Liu blickt in die digitale können und wie Sie künftig bei maxon von
Zukunft von Unternehmen. der Digitalisierung profitieren.
maxon worldwide Ich wünsche Ihnen viel Spass beim Lesen!
36 Die Welt von maxon motor
Die Produktionsstandorte und Vertriebsgesellschaften
auf einen Blick.
Wettbewerb
38 In welchem Land eröffnet maxon motor
Ende 2018 eine neue Produktionsstätte?
Zu gewinnen: die Vogel-Drohne Bionic Bird Deluxe Edition.
S. 34
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018
4 News __ __ News 5
Wachstum
0,000000001 Meter
So gross ist ein Nanometer. Oder
maxon motor startet
Produktion in den USA
Im Rahmen der internationalen Expansion von maxon
motor errichtet maxon precision motors ein neues
Fertigungswerk in Taunton (Massachusetts / USA). Der
besser: so klein. In dieser winzigen
neue Produktionsstandort (5500 Quadratmeter
Welt wirken sogar Bakterien wie gross) liegt nur knapp 25 Kilometer nördlich des der-
Riesen. Unmöglich, Roboter in dieser zeitigen Vertriebsingenieurbüros in Fall River und
Grösse zu bauen, oder? Falsch öffnet im November 2018 seine Tore.
Durch diese Erweiterung kann maxon die Wachstums
gedacht. In den vergangenen Jahren
chancen im US-Vertrieb optimal ausnützen. Der
haben Forscher erste Erfolge im neue Standort bietet reichlich Platz für Büros und ein
Bereich der Nanorobotik vorweisen grösseres Lager. Über 50 Prozent der Fläche
können. In einem Artikel in der werden jedoch vom Fertigungsbereich eingenommen.
Hier werden weiterhin kleine Losgrössen modifi
Fachzeitschrift «Nature» berichteten
zierter Produkte hergestellt, da dies einen stetig wach-
Wissenschaftler 2017, wie sie senden Teil des Nordamerika-Geschäfts darstellt.
Nanoroboter gezielt gegen Krebszellen Um an den Märkten auch Produkte mit hohem Mehr-
einsetzen. Mit Robotern, wie man wert anbieten zu können, wird die neue Anlage
sie sich allgemein vorstellt, haben über eine Konstruktionsabteilung und die Möglichkeit
zur Massenfertigung verfügen. Damit kann maxon
diese Winzlinge jedoch wenig zu tun. kürzere Reaktionszeiten, engere Zusammenarbeit in
Sie bestehen aus raffiniert zusam der Konstruktion und Fertigung von Sonderbau
mengesetzten Kohlenstoff-Molekülen, gruppen, eine lokale Lieferkette zur Kostensenkung
die sich zu drehen beginnen, sobald und viele weitere Möglichkeiten zur Schaffung
von Mehrwert anbieten und so seine US-Kunden
sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt besser unterstützen.
werden. Solche Molekül-Motoren Mit der Fertigungsanlage in den USA setzt maxon auf
können dann Zellwände aufbohren – Partnerschaft mit dem Kunden und den Aufbau
und dies mit schier unglaublichen drei enger Beziehungen, um auf diese Weise zum Erfolg
des Kunden beizutragen.
Millionen Umdrehungen pro Sekunde.
Bis diese «Nanobots» verbreitet in
der Humanmedizin eingesetzt werden,
dürfte allerdings noch einige Zeit
vergehen.
So wird das neue
Gebäude in Taunton
ausschauen
(rechts). Unten die
aktuelle Baustelle.
Fotos: iStock / Redemption, maxon motor group
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018
6 News __ __ News 7
NEUE PRODUKTE
EC 90 flat (260 W)
Der kräftigste Motor
der maxon Familie
Maximales Drehmoment auf kleinstem Raum:
Das ist der neue EC 90 flat von maxon motor.
Der bürstenlose Flachmotor ist überarbeitet und
optimiert worden und ab diesem Frühling in
zwei Varianten erhältlich – mit 160 oder 260 Watt.
Die kräftigere Ausführung liefert ein beeindru-
ckendes Dauerdrehmoment von bis zu 1 Nm
und ist somit der drehmomentstärkste maxon
Antrieb. Das macht den EC 90 flat mit 260 Watt maxon EC 90 flat
besonders geeignet für den Einsatz als Direkt- Ø 90 mm,
antrieb, also ohne Getriebe. Zum Beispiel bei 260 W, bürstenlos
Radantrieben, Logistiksystemen sowie Pumpen.
In Kombination mit dem MILE-Encoder kann
dieser Motor auch hervorragend für Positionier-
aufgaben eingesetzt werden.
maxon Innovation Lab neuen Geschäftsideen und fruchtbaren Kolla-
borationen, welche im Ökosystem der EPFL ECX SQUARE 16 L
auf uns warten.» maxon motor verfügt über
maxon motor rückt umfassendes Praxiswissen in der Antriebsaus-
näher zur EPFL legung und Mechatronik – unter anderem in Der bürstenlose Antrieb
den Bereichen Robotik, Luftfahrt, Medizintech- für kostengünstige Lösungen
Im Mai 2018 eröffnet maxon motor, der Spezi- nologie, Industrieautomation und Mobility.
alist für Antriebstechnologie, das maxon Der Antriebsspezialist hat 2017 bereits ein
maxon motor bietet seinen Kunden neu eine kostengünstige
Innovation Lab an der Technischen Hoch- Innovation Lab an der Hochschule Luzern
Alternative im Bereich der bürstenlosen DC-Motoren an.
schule in Lausanne (EPFL). Das Lab soll eine eröffnet und baut sein internationales Akade-
Der Antriebsspezialist hat als Basis die moderne ECX-Platt-
Plattform für neue Technologien und Business- mie- und Innovationsnetzwerk stetig aus.
maxon ECX SQUARE 16 L form genommen und sie mit einem neuen quadratischen
Entwicklungen bieten und maxon Mitarbeiten- Ø 16 mm, Gehäuse aus Duroplast kombiniert. Das Resultat ist der
den, Partnern und Studierenden offenstehen. bürstenlos ECX SQUARE 16 L. Dieser überzeugt durch eine hohe
Es befindet sich im Innovation Park der EPFL, Effizienz, Laufruhe sowie eine lange Lebenserwartung und
in dem rund 160 Unternehmen und Start-ups kann auch in Überlast betrieben werden. Er ist besonders
vertreten sind, die alle vom Forschungsklima interessant für Anwendungen wie Ventilatoren, Pumpen oder
der Hochschule profitieren. Handschleifmaschinen. Bei Bedarf lässt sich der ECX
maxon motor verspricht sich einen regen SQUARE 16 L mit den Planetengetrieben GPX 16 (1 und 2
Austausch mit Technologiespezialisten sowie Stufen) sowie dem GPX 19 (3 und 4 Stufen) kombinieren.
einen verstärkten Zugang zur aktuellen For-
Fotos: Alain Herzog, maxon motor group
schung. Das Lab wird Studierenden als Trainings-
plattform zur Verfügung stehen und ihnen Online-Shop
Möglichkeiten für Masterprojekte bieten. Olivier Von der Kooperation mit Bürstenlose und bürstenbehaftete DC-Motoren, Encoder, Getriebe,
Chappuis, der selber einst an der EPFL den Technologiespezialisten Steuerungen und Zubehör finden Sie in unserem Online-Shop:
studiert hat, wird das maxon Innovation Lab der EPFL verspricht sich shop.maxonmotor.ch. Mit wenigen Klicks stellen Sie Ihren Wunsch
leiten. Er sagt: «Ich freue mich auf die vielen maxon die Entwicklung neuer antrieb zusammen. Darüber hinaus gibts umfangreiche Produkt
Geschäftsideen und spezifikationen und über 6000 kostenlose Downloads.
den Zugang zur aktuellen
Forschung.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018
8 Fokus __ Die Natur als Vorbild Die Natur als Vorbild __ Fokus 9
Stefan Schulz, CEO von
Vincent Systems, erklärt
die Funktionsweise der
neusten Handprothese.
«Ein Schlaraffenland
für Ingenieure»
Ein kleines Start-up wirbelt gerade den Markt für Handprothesen
durcheinander. Mit Innovationswillen, kompakten DC-Motoren und
einer Tastfunktion.
D
ie Herausforderungen beginnen bereits
beim Öffnen der Türe. Die menschliche
In ihrer kleinsten Ausführung ist sie sogar für
Kinder geeignet – der jüngste Träger ist gera-
Hand umschliesst den Griff, drückt ihn de mal acht Jahre alt. Trotzdem, und das ist
herunter und bewegt sich flexibel. Eine elek- das Besondere, handelt es sich um eine bioni-
tromechanische Handprothese dagegen ist sche Hand. Heisst: Jeder einzelne Finger wird
steif. Wenn sich die Türe bewegt, führt das aktiv mit einem DC-Motor angetrieben, der
zu grossen Krafteinwirkungen auf den ein-
zelnen Fingern. Eine gute Prothese muss
deshalb aus hochwertigen Materialien und
Komponenten bestehen. Davon ist Stefan
Schulz überzeugt. Er ist
«Den bionischen Prothesen Gründer und CEO von
gehört die Zukunft!» Vincent Systems, einem
Start-up in der deutschen
Stadt Karlsruhe mit zehn Mitarbeitenden.
Und wenn es um Handprothesen geht, weiss
Schulz Bescheid. Seine erste elektromecha-
nische Prothese baute er 1999, als er noch
am Karlsruher Institute of Technology (KIT)
tätig war. Zehn Jahre später folgte der Wech-
sel in die Privatwirtschaft.
Inzwischen ist bereits die dritte Generati-
on der Handprothesen von Vincent Systems
Fotos: Karin Mertens
erhältlich. «Sie ist leichter und kompakter als
andere Modelle und wiegt praktisch gleich
viel wie die menschliche Hand», so Schulz.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018
10 Fokus __ Die Natur als Vorbild Die Natur als Vorbild __ Fokus 11
die dem menschlichen Vorbild möglichst Und das alles möglichst energiesparend. Ent-
nahe kommt. «Aber egal, was wir auch für sprechend wichtig ist die Wahl der verbauten
Innovationen konstruieren, es handelt sich Elektromotoren. Vincent Systems setzt in
im Vergleich zum menschlichen Vorbild im seinen Händen bis zu sechs
Endeffekt immer um einen Kompromiss. Das bürstenbehaftete DC-Motoren Prothesen stellen mit ihren
Produkt wird nie perfekt sein. Es geht immer von maxon motor ein: so
noch besser.» Das entmutigt ihn keineswegs. genannte DCX 10 Antriebe
Anforderungen an den
Im Gegenteil: Es ist ihm Ansporn für seine in Kombination mit modi- Antrieb eine grosse technische
tägliche Arbeit. Und wohl auch eines der Er- fizierten Planetengetrieben Herausforderung dar.
folgsgeheimnisse von Vincent Systems. Denn GP 10 A. «Sie sind kompakt
im Verlauf der noch jungen Firmengeschich- und für unsere Anwendung die Motoren mit
te haben die Ingenieure die Handprothese der derzeit höchsten Energiedichte», sagt
schon mehrfach komplett überarbeitet – um Stefan Schulz. Zudem müssen die Antriebe
die Rückmeldungen der Prothesennutzer etwas aushalten, fünf Jahre störungsfrei ar-
einzubeziehen sowie aufgrund von neuen beiten. Obwohl sie jeden Tag auf viele Arten Wichtig war Stefan Schulz, dass die Patienten
technischen Ansätzen. Und das scheint nicht stark beansprucht werden. «Wir sind sehr dafür nicht die gesunde Hand zu Hilfe neh-
einmal eine so grosse Sache gewesen zu sein, zufrieden und haben vor, gemeinsam mit men müssen. Denn: «Eine Handprothese soll
wenn man Stefan Schulz beim Erzählen zu- maxon die Elektromotoren weiter für unsere den Träger unterstützen und nicht die Auf-
hört. Als Ingenieur fühlt er sich sichtlich künftigen Prothesen zu modifizieren.» merksamkeit der gesunden Hand beanspru-
wohl in seinem Gebiet. Wenn jeder Finger einzeln bewegt wer- chen.» Die meisten Kunden kommen schon
Die meisten Armprothesen sind heute den kann, ergeben sich für den Träger viele nach einer halben Stunde gut mit der Bedie-
noch so aufgebaut wie in den Sechzigerjahren. Möglichkeiten. Zwölf Griffmuster stehen zur nung zurecht. Bis sie die Prothese wirklich
Damals kamen erste Prothesen mit Motoren Verfügung, die alle relativ einfach über Mus- intuitiv steuern können, dauert es einige Wo-
und mit myoelektrischen Steuerungen auf kelkontraktionen abgerufen werden können – chen oder Monate. Dann können sie Fahrrad
den Markt. Mittels zweier Elektroden an den mit einem langen Halten des Muskelsignals fahren, Schuhe binden, rohe Eier halten –
noch vorhandenen Muskeln kann der Träger oder einem Doppelimpuls zum Beispiel. und natürlich auch Türen öffnen.
entscheiden, ob sich die Greifer schliessen
oder öffnen. Angetrieben werden meist nur
Bei bionischen Hand-
Daumen und Zeigefinger. Und daran hat sich
prothesen kann
lange wenig geändert. Auch weil viele Träger jeder Finger einzeln
Daumen sogar mit zwei Stück. Da sich die mit diesen einfachen Funktionen zufrieden bewegt werden.
Motoren direkt im Finger und Daumen be- waren. Deshalb sagt Stefan Schulz: «Die Welt
finden, können bei Patienten auch einzelne der Prothetik lag lange im Schneewittchen-
fehlende Finger ersetzt werden. Und noch et- schlaf und ist heute ein Schlaraffenland für
maxon DCX 10 S was macht die Hand von Vincent Systems be- Ingenieure.» Er schätzt zwar die einfachsten
Ø 10 mm, 1 W, sonders: Sie ist die erste kommerziell erhältli- Prothesenmodelle als robustes Hilfsmittel, ist
Edelmetallbürsten
che Prothese, die ihrem Träger ein Feedback aber überzeugt: «Den bionischen Prothesen
gibt, wie stark er zugreift. Das geschieht mit gehört die Zukunft! Die technischen Mög-
kurzen Vibrationsimpulsen. Würde die Hand lichkeiten sind vorhanden, also sollten wir sie
einfach gleichmässig vibrieren, könnte sich nutzen, um den Kunden einen hohen Grad
der Mensch schnell daran gewöhnen und das an Freiheiten zu ermöglichen.»
Signal nicht mehr wahrnehmen.
maxon Motoren eine Spur kräftiger
«Das Produkt wird nie perfekt sein» Gleichzeitig stellen Prothesen eine grosse
Fotos: Karin Mertens
Die Aufgabe von Stefan Schulz und sei- technische Herausforderung dar, denn die
nen Kollegen ist nie fertig, und dessen ist verschiedenen Anforderungen widerspre-
er sich bewusst. Als Ingenieur will er eine chen sich: hohes Drehmoment und hohe
mechatronische Handprothese entwickeln, Geschwindigkeit bei kompakter Bauweise.
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12 Fokus __ Die Natur als Vorbild Die Natur als Vorbild __ Fokus 13
Die Empower-
Prothese
ermöglicht sogar
Der
das Gehen in
schwierigem
Terrain – durch
Schritt-Macher
direkte Energie-
übertragung auf
den Fuss und
den Einsatz von
Sensoren.
Rechnet man die Vorgängermodelle des Em-
powers hinzu, wurden bereits über 1500 An-
Die Empower-Prothese von Ottobock gibt ihrem Träger die verlorengegangene wender mit Hughs Erfindung ausgestattet.
Bewegungsfreiheit zurück – dank eines kräftigen bürstenlosen Motors, der bei Sein kleines Unternehmen gehört inzwischen
zur Ottobock-Gruppe, dem weltweit führen-
jedem Schritt die Energie eines Wadenmuskels freisetzt. den Anbieter von Prothesen aller Art. Hugh
Herr ist als Leiter der biomechatronischen
Forschungsgruppe am MIT nach wie vor eng
mit dem Ottobock-Entwicklerteam in Boston
verbunden und plant, die Prothese weiter zu
verbessern. Wiebke Gellersen, Marketingspe-
zialistin bei Ottobock, sagt dazu: «Wir wollen
die Einbauhöhe und Fussgrösse des Empow-
ers reduzieren, um die Prothese in Zukunft
einer breiteren Anwendergruppe anbieten zu
O hne Waden lässt sich schlecht gehen. Denn
ein Grossteil der Energie, die wir fürs Gehen
perfekten Zusammenspiel von Biologie und
Design. Was schön klingt, sieht in der Praxis
können.»
Verdoppelte Akkulaufzeit
maxon EC-4pole 30
benötigen, kommt von der Wadenmuskula- dann so aus: Ein kräftiger Motor treibt eine Ø 30 mm, 200 W, Bereits der Empower ist im Vergleich zu sei-
tur. Personen mit Unterschenkelamputatio- Feder an, welche ihre Energie direkt auf den bürstenlos nem Vorgänger auf ein neues Level gehoben
nen ermüden deshalb schnell, wenn sie mit Fuss überträgt. So wird die fehlende Kraft worden. Innerhalb von 16 Monaten hat ein
Fussprothesen unterwegs sind. Ein normaler der Wade künstlich zurückgegeben, Schritt Entwicklerteam den Energieimpuls verfei-
Tagesablauf wird so praktisch verunmöglicht. für Schritt beim Zehenabstoss. Mit Hilfe von nert, damit sich das Gehen noch natürlicher
Ein Umstand, der Hugh Herr lange gestört mehreren Sensoren «weiss» die Prothese im- anfühlt. Auch das Design wurde verbessert,
hat. Der Professor am MIT in Boston ist seit mer, in welcher Position eines Bewegungs- der Akku ist neu in den Knöchel integriert.
einem Bergsteigerunfall beidseitig unter- ablaufes sie sich gerade befindet, und führt Gleichzeitig konnte die Akkulaufzeit verdop-
schenkelamputiert, hat sich davon aber nicht entsprechende Aktionen aus. Und nicht nur pelt werden.
unterkriegen lassen und jahrelang an der das: Je stärker die Prothese belastet wird, des- Die aktive Energiezufuhr geschieht über
perfekten Prothese getüftelt: «Jeder sollte das to mehr Energie liefert sie – wie ein natür- eine Carbonfeder, die wiederum von ei-
Recht haben, zu gehen. Wir müssen unsere licher Fuss. Somit sind selbst kleine Sprints nem kräftigen, bürstenlosen DC-Motor von
Einschränkungen nicht akzeptieren.» möglich, aber auch das Gehen auf unebenem maxon angetrieben wird. Zum Einsatz
Als Hugh Herr seine Hightech-Prothese Grund und auf Rampen. kommt ein EC-4pole 30 Motor, ein Power
schliesslich der Öffentlichkeit präsentierte, paket, welches für höchste Leistung pro
war die Verblüffung gross. Sein Gangbild Über 1500 Prothesen sind im Einsatz Volumen- und Gewichtseinheit bekannt ist.
Fotos: Marco Moog, Stew Milne, Keystone / Sciepro
war natürlich, kaum von anderen Menschen Inzwischen ist die dritte Generation des Pro- Gerade bei Prothesen ist das optimale Ver-
zu unterscheiden. Er vollführte sogar einen thesenfusses, der Empower, auf dem Markt hältnis von Grösse, Gewicht und Leistung
kurzen Sprint an Ort und Stelle. Etwas, das erhältlich. Mehr als 250 Personen sind damit entscheidend. Die Ingenieure bei maxon
bislang als nicht möglich galt. unterwegs. Einer von ihnen ist der 32-jähri- motor kennen diese Herausforderung von
ge Dylan. Er sagt: «Der Empower lässt meine verschiedensten Anwendungen in der Pro-
Ein Motor ersetzt die Wade Schmerzen verschwinden und gibt mir das thetik und der robotischen Rehabilitation.
Bei der Entwicklung der Fussprothese haben Gefühl, meine Beine zurückzuhaben.» Auch Entsprechend sagt Paul Balutis, Chefent-
sich Hugh und sein Team an der Natur orien- Larry ist begeistert: «Die Prothese gibt mir wickler des Empowers: «maxon motor ist ein
tiert. Entsprechend spricht er bei seiner Er- Energie, statt sie mir zu nehmen. So kann ich grossartiger Lieferant, da er das Technologie-
findung von einer Bionic-Prothese – einem den ganzen Tag lang aktiv bleiben.» feld der Prothetik versteht.»
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1
2 // 2018
2017
14 Fokus __ Die Natur als Vorbild Die Natur als Vorbild __ Fokus 15
Marsi Bionics entwickelt Exoskelette für Kinder.
Füsse
Ein
grosser
kleine
Schritt für
Exoskelett an verschiedene Beinlängen und
Weil sich junge Menschen in ständigem Hüftbreiten anpassen, sodass es auch Teen-
agern bis zum Alter von etwa 14 Jahren passt.
Wachstum befinden, erfordert die Entwicklung
solcher Exoskelette eine hohe Ingenieurskunst. Die Beweglichkeit bleibt erhalten
Als Therapiegerät unterstützt das Exoskelett
die Kinder nicht nur beim Gehen. Es kann
auch dem fortschreitenden Verlust der Be-
weglichkeit – ein Symptom der spinalen Mus-
kelatrophie – entgegenwirken. Hier kommt
eine weitere Besonderheit des Atlas 2030 ins
Man kennt sie aus Actionfilmen, Comics und
Computergames: Exoskelette, die dem Men-
Spiel. Das Exoskelett macht sich die Tatsache
zunutze, dass Kinder mit spinaler Muskel-
atrophie nicht völlig gelähmt sind, sondern
schen ungeahnte Kräfte verleihen und ihn ihre Beine bis zu einem gewissen Grad selbst
mit allen möglichen technischen Raffinessen bewegen können. Der Atlas 2030 verfügt über
ausstatten. Doch es gibt sie auch im richti- Sensoren, die schwache Beinbewegungen
gen Leben, solche Konstruktionen, die den registrieren und dann sofort unterstützend
Bewegungsapparat des Menschen unterstüt- eingreifen. Das Kind kann also das Exoskelett
zen – wenn auch nicht ganz so spektakulär direkt mit den Beinen steuern.
wie in Hollywoodstreifen. Die Zielgruppe in «Der Atlas 2030 ist ein Upgrade des Atlas
der realen Welt sind meistens gelähmte oder 2020», erklärt Elena García, die Initiato-
muskelkranke Menschen. Eine Hürde dabei: rin und Mitbegründerin von Marsi Bionics.
Die technisch aufwändigen Exoskelette sind «Während der Atlas 2020 hauptsächlich für
sehr teuer. Ob sie in einigen Jahren oder Jahr- die Nutzung in Spitälern – etwa Gehtraining
zehnten die Rollstühle ersetzen werden, bleibt und Rehabilitation – gedacht ist, soll der Atlas
abzuwarten. 2030 bei den Kindern daheim und im Alltag
Weil Exoskelette oft relativ starre Kons zum Einsatz kommen.» Beide Modelle sind
truktionen sind, die lediglich im Bereich der bereit für die industrielle Produktion und
Gelenke beweglich sind, kommen sie vor- werden auf dem Markt sein, sobald sie die
wiegend bei erwachsenen Menschen zum CE-Kennzeichnung (Zertifizierung) erhalten
Einsatz. Denn hier besteht die Gefahr nicht, haben. Bis es so weit ist, wird der Atlas 2020
EC 45 flat dass das Exoskelett dem Träger plötzlich nicht weiterhin in Spitälern in der klinischen For-
Ø 42,8 mm, mehr passt. Anders bei Kindern: Ein Exoske- schung benutzt.
bürstenlos, 70 W
lett, das einem Sechsjährigen wie angegossen
sitzt, kann ihm bereits ein Jahr später viel zu Viel Leistung und platzsparend
klein sein. Erschwerend kommt bei muskel- Einen Teil zu dieser Ingenieurskunst aus
kranken Menschen hinzu, dass ihre Muskel- Spanien beigesteuert hat auch der Schwei-
masse mit der Zeit abnimmt – auch darauf zer Antriebsspezialist maxon motor. An
sollte man mit einem Exoskelett idealerweise jedem Bein des Exoskeletts kommen fünf
reagieren können. Motoren des Typs EC 45 flat zum Einsatz.
Genau hier setzt Marsi Bionics an. Das Die bürstenlosen, flachen Motoren liefern
spanische Unternehmen entsprang 2013 als ein besonders hohes Drehmoment auf klei-
Spin-off aus dem Centre for Automation and nem Raum. Als Sensoren dienen induktive
Robotics (CAR), einem Joint Venture der spa- MILE-Encoder, die Steuerung übernehmen
nischen Forschungseinrichtung CSIC und der Servocontroller aus der ESCON-Reihe von
Technischen Universität in Madrid. Neben maxon. «Die EC-flat-Motoren liefern das
Exoskeletten für Erwachsene gehören zum beste Verhältnis zwischen Leistung, Gewicht
Produkteportfolio von Marsi Bionics auch pä- und Volumen», sagt Elena García. «Dies ist
diatrische Exoskelette namens Atlas 2020 und von grösster Bedeutung, denn ein Exoskelett
Fotos: Marsi Bionics
Atlas 2030. Bereits Kinder ab dem Alter von benötigt viel Leistung, soll aber möglichst
Der Rahmen hilft, das
drei Jahren, die an einer neuromuskulären leicht und platzsparend sein. Gerade in
Gleichgewicht zu halten – Krankheit leiden, können es benutzen. Rela- diesem Punkt müssen wir unser Exoskelett
es geht aber auch ohne. tiv leicht lässt sich das 14 Kilogramm schwere noch weiter verbessern.»
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018
16 Fokus __ Tierroboter Tierroboter __ Fokus 17
ANYmal
Ingenieure am Robotics Systems Lab
der ETH Zürich haben 2009 be-
gonnen, einen vierbeinigen Roboter
zu entwickeln, der sich autonom
bewegt und bei harschen Umgebungs-
bedingungen zum Einsatz kommen
soll. ANYmal ist inzwischen fähig, zu
rennen, Steigungen zu erklimmen,
und er kann sogar den Aufzugsknopf
betätigen. Dank Lasersensoren
und Kameras erstellt der Roboter
permanent eine Karte seiner Umge-
bung, weiss, wo er sich befindet,
und navigiert sich vorsichtig durchs
Terrain. ANYmal ist knapp 30 Kilo-
Fauna
gramm schwer, kann bis 10 Kilo
Nutzlast tragen und läuft mit einer
Batterieladung zwei Stunden.
Robotica
Vertrieben und weiterentwickelt wird
er vom ETH-Spin-off ANYbotics.
Künftig könnte der Roboter, der rennt,
springt und klettert, für Inspektio-
nen, Rettungsaktionen oder in der
Unterhaltung eingesetzt werden.
Die Unterwasserschlange
Nach Millionen von Jahren Evolution hat die Natur viele ausgeklügelte Das norwegische Start-up Eelume
hat einen modularen Unterwasser
Bewegungsapparate hervorgebracht, an denen sich Ingenieure roboter in Form einer Schlange ent-
wickelt, der für Inspektionen, War-
orientieren, um ihre Roboter besser zu machen. Wir zeigen einige tungen und Reparaturarbeiten
aktuelle technische Entwicklungen, die es in sich haben. eingesetzt werden soll. Der schlanke
und flexible Körper des Roboters
kann lange Distanzen zurücklegen
und erreicht auch Stellen, die für
konventionelle Unterwasserroboter
nicht zugänglich sind. Die Inge-
nieure arbeiten schon zehn Jahre am
Schlangenroboter und entwickeln
Der bionische Vogel
ihn laufend weiter. In Zukunft soll er
Es ist zwar nur ein Spielzeug, aber
permanent auf dem Meeresgrund
was für eines. Der Bionic Bird sieht
an einer Dockingstation bleiben und
genau so aus wie ein Vogel und
bei Bedarf zum Einsatz kommen.
fliegt auch wie einer. Entwickelt von
Noch ist die Unterwasserschlange
einem französischen Unterneh-
auf ein Kabel angewiesen. Sie ist
men, lässt sich der Bionic Bird über
aber bereits jetzt flexibel und kann mit
ein Smartphone steuern und er-
ihren beweglichen Verbindungsteilen
Fotos: Bionic Bird, ETH / ANYbotics, Eelume
reicht eine Geschwindigkeit von bis
auch als Roboterarm mit montier-
zu 20 Kilometern pro Stunde bei
ten Werkzeugen eingesetzt werden.
einer Reichweite von 100 Metern.
maxon motor liefert für die Verbin-
Seine Entwickler träumten schon
dungsmodule bürstenlose DC-Moto-
lange von einem elektrisch angetrie-
ren in Kombination mit kundenspe
benen Vogel, doch erst die leichte
zifischen Getrieben.
Mikrotechnologie machte das
Vorhaben möglich. Und so ist der
nur neun Gramm schwere Bionic
Bird eine spannende Alternative zu
den üblichen Propellerdrohnen.
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18 Fokus __ Tierroboter Tierroboter __ Fokus 19
Die Roboterschlange
Dieser Roboter sieht nicht nur aus
wie eine Schlange, sondern bewegt
sich auch so. Dank seiner unab
hängigen Module klettert der Snake-
Bot an Hosenbeinen sowie Later-
nenmasten hoch und ist mit sechs
Zentimetern Durchmesser fähig,
in enge Spalten zu kriechen – etwa
nach einem schweren Erdbeben.
Entwickelt hat ihn die Carnegie Oktofant
Mellon University in Pittsburgh (USA). Die Ingenieure von Festo präsen
Inzwischen ist daraus das Start-up tieren immer wieder erstaunliche bio-
HEBI Robotics hervorgegangen. nische Konzepte für die Zusam
In den aktuellen Modulen befinden menarbeit von Mensch und Roboter.
sich bürstenlose Flachmotoren Das gilt auch für eine der jüngsten
EC-flat 20 von maxon, da diese An- Entwicklungen: den Bionic-Motion-
triebe ein hohes Drehmoment liefern Robot. Als Vorbilder dienen der
und kurzfristig überlastet werden Elefantenrüssel und die Oktopus-
können, was sich als Vorteil in dieser Tentakel. Herausgekommen ist ein
Anwendung erweist. Pro Schlange pneumatischer Leichtbauroboter mit
kommen rund 20 Module zum zwölf Freiheitsgraden, der eine
Einsatz. Sie werden inzwischen auch Nutzlast von drei Kilogramm trägt.
zu anderen «Tieren» zusammen Wie die natürlichen Vorbilder ist
gesetzt. der Bionic-Motion-Robot flexibel be-
weglich und kann sich in drei ver-
schiedene Richtungen gleichzeitig
krümmen. Dank einer Aussenhaut
aus neuer Fasertechnologie, abge-
schaut bei den Muskelfasern des
Oktopus, lässt sich laut Festo das
ganze Kraftpotenzial der Kinematik
ausschöpfen.
Wettbewerb
Haben Sie noch keinen
Vogel? Dann machen
Fotos: Carnegie Mellon University, Bionic Bird, Festo
Sie mit auf Seite 38.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201820 Exploration __ Bionik Bionik __ Exploration 21
Die Wirbelsäule ist ein Wunderwerk der Natur –
und noch längst nicht vollständig erforscht. Ein
Team der Technischen Hochschule in Lausanne
baut Roboter, um die Geheimnisse des Rückgrats
zu ergründen.
Natürlich D
gesteuert
ie Zähne putzen, einen Kaffee zubereiten, eine
Tür aufschliessen: Für viele Bewegungen ist
das Gehirn die zentrale Steuerinstanz. So ge-
langt man leicht zum Schluss, dass ohne Hirn
gar nichts läuft. Doch das ist falsch. Wenn Peter Eckert (links) und
der Arzt mit einem kleinen Hammer auf un- Simon Hauser präsentie-
ren den Pleurobot im
ser Knie klopft, schnellt der Unterschenkel
Biorobotics Laboratory.
nach vorn. Und wenn wir mit der Hand ver-
sehentlich eine heisse Herdplatte berühren,
ziehen wir sie reflexartig zurück. Für solche
Bewegungen ist nicht das Gehirn zuständig,
sondern ein anderer Teil des zentralen Ner-
Auke Ijspeert ist
Professor an der Techni-
vensystems, nämlich das Rückenmark. Ein Roboter. Entsprechend heisst ihre Wirkungs-
schen Hochschule in etwas makabrer Beweis, dass sich ein Lebe- stätte Biorobotics Laboratory, kurz Biorob.
Lausanne (EPFL) und dort wesen auch ohne Gehirn bewegen kann, ist «Wir nutzen Roboter als wissenschaftliches
Leiter des Biorobotics ein geköpftes Huhn. Es flattert noch einige Werkzeug, um die Fortbewegung von Le-
Laboratory (BioRob). Er
studierte Physik und
Sekunden umher, nachdem ihm der Kopf bewesen besser zu verstehen», erklärt Auke
doktorierte an der Univer- abgeschlagen worden ist. Ijspeert. Hier geht es also nicht darum, Robo-
Fotos: Sibylle Kathriner, iStock / DavidHCoder
sität Edinburgh im Bereich Doch wie funktionieren die motorischen ter zu bauen, die möglichst spektakulär ausse-
Künstliche Intelligenz. Schaltkreise im Rückenmark? Welche Kon- hen oder eigenständig arbeiten können. «Mit
Seine Forschungsinteres-
sen liegen an der Schnitt-
trollmechanismen liegen Bewegungen von unseren Robotern wollen wir einen Beitrag
stelle zwischen Robotik, Wirbeltieren zugrunde? Diesen und vielen leisten an die Forschung in den Bereichen
informationsverarbeiten- weiteren Fragen geht das 17-köpfige Team der Neurowissenschaften und Biomechanik.»
den Eigenschaften von Auke Ijspeert an der Technischen Hoch- Auch die Evolutionsbiologie profitiere davon.
des Nervensystems, nicht-
linearen dynamischen
schule in Lausanne (EPFL) nach. Die Forscher «Bei vielen Tieren übernimmt das Rücken-
Systemen und maschinel- haben einen eher aussergewöhnlichen Ansatz mark die Hauptkontrolle über die Bewegun-
lem Lernen. für ihre Untersuchungen gewählt: Sie bauen gen, das finde ich sehr faszinierend.»
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201822 Exploration __ Bionik Bionik __ Exploration 23
Für Aufsehen sorgten Auke Ijspeert und sein
Gehirn steuert nicht allein
Team mit dem Pleurobot. Was auf den erstenNicht zufällig stehen Amphibien im Fokus
Blick aussieht wie eine Art paläontologischer
der biomechanischen Forschung. Interessant
Skelett-Bausatz, ist in Wahrheit eine raffinier-
ist ihr Bewegungsapparat, weil er einen gra-
te Nachbildung des Bewegungsapparats einesduellen Übergang der Fortbewegung an Land
Salamanders. Wer zusieht, wie sich der vonund im Wasser zulässt. Bereits in früheren
27 Motoren angetriebene Pleurobot im Was- Jahren hatten Neurobiologen nachgewiesen,
dass ein Salamander mittels Stimulation des
ser und an Land bewegt, dem bleibt nur noch
Rückenmarks quasi «ferngesteuert» werden
das Staunen. Die Ähnlichkeit zu den natürli-
kann. Eine schwache elektrische Stimulation
chen Bewegungen eines Salamanders ist frap-
pant. Das Biorob-Team hat keinen Aufwand lässt den Salamander gehen; erhöht man die
gescheut, um den Pleurobot mit möglichst Stimulation, führt der Salamander nach ei-
grosser Ähnlichkeit zu einem Salamander nem bestimmten Schwellenwert die typischen
zu konstruieren: Mittels dreidimensionalerSchwimmbewegungen aus. Letztlich bedeutet
Röntgenvideos analysierten sie jedes einzelne
dies, dass das Gehirn eines Salamanders nicht
Glied eines sich bewegenden Salamanders. Es
die alleinige Kontrolle über den Bewegungs-
folgten akribische Berechnungen von Mecha-apparat hat. Vielmehr bilden Rückenmark
nik und Motorik. und Gliedmassen ein fast autonomes Steue-
rungs- und Bewegungssystem. «Das Gehirn
dient lediglich als stimulierende Instanz», so
Auke Ijspeert. Auch der Pleurobot funktio-
niert nach diesem System: Um von der Lauf-
bewegung zur Schwimmbewegung zu gelan-
gen, wird letztlich einfach der Strom erhöht.
«Wenn wir den Pleurobot fernsteuern, müs-
sen wir nicht jeden einzelnen Motor kontrol-
lieren. Wir bestimmen
Bei vielen Tieren übernimmt – ähnlich wie das Hirn
eines Salamanders – le-
das Rückenmark die Haupt diglich Richtung, Tem-
kontrolle über die Bewegungen. po und Intensität des
Stimulus.» Die Funktion
des Rückenmarks übernimmt beim Pleurobot Im Biorobotics Laboratory
ein Mikrocontroller, auf dem – vereinfacht er- werden Roboter als
wissenschaftliches Werk-
klärt – mathematische Modelle von neurona-
zeug entwickelt, um
len Netzen im Rückenmark eines Salamanders belkanal der Wirbelsäule liege, seien hier roboters umgesetzt. Er kommt beispielsweise die Fortbewegung
einprogrammiert sind. Messungen der neuronalen Aktivität sehr zum Einsatz, um Gewässerverschmutzungen von Wirbeltieren besser
Und wozu der ganze Aufwand? «Das In- schwierig, gar schwieriger als im Gehirn. zu registrieren und messen. zu verstehen.
teresse liegt auf einem fundamentalen Ver- «Man kann nicht einfach Elektroden ins Rü- Das Team um Auke Ijspeert forscht längst
ständnis, wie das Nervensystem in Wirbel- ckenmark eines sich bewegenden Tieres ste- nicht nur an Amphibienrobotern. Auch der
säulen funktioniert», erklärt Auke Ijspeert. cken und dann messen, was da vor sich geht.» katzenartige Roboter namens Serval oder hu-
Dies sei ein sehr komplexes Gebiet und noch Er möge diese Verbindung von Biologie und manoide Roboter gehören zum Inventar des
lange nicht ausschöpfend erforscht. Gerade Robotik auch deshalb besonders, weil andere Labors. Für viele Projekte – so auch für den
weil das Rückenmark gut geschützt im Wir- Wissenschaftszweige davon profitieren. Ein Pleurobot – nutzt das Biorobotics Laboratory
grundlegendes Verständnis von Bewegung DC-Motoren von maxon. Besonders in der
«Serval» ist ein vier- helfe beispielsweise bei der Herstellung von Robotik kommen die modularen Dynami-
beiniger Roboter, Neuroprothesen. Erkenntnisse im Bereich der xel-Aktuatoren der Firma Robotis zum Ein-
mit dem katzenähnli-
neuronalen Systeme und des Rückenmarks satz. In diesen Modulen sind hauptsächlich
che Fortbewegungen
studiert werden. Er fliessen in die Erforschung von neuen Thera- maxon Motoren vom Typ RE-max verbaut,
besitzt eine spezielle pien bei Querschnittslähmung ein. also die bewährten bürstenbehafteten Mo-
Fotos: Sibylle Kathriner
Beinkonstruktion Weiter hat das EPFL-Team mit dem Envi- toren mit eisenloser Wicklung. «Wir mögen
mit Federn, um sich
robot – einem schlangenartigen schwimmen- maxon motor sehr», so das Kompliment von
dem Untergrund
besser anpassen zu den Roboter – bereits auch die Entwicklung Auke Ijspeert an den Schweizer Antriebs
können. und den Bau eines sogenannten Inspektions- spezialisten.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201824 maxon inside __ Motion Control Motion Control __ maxon inside 25
2017 hat maxon 843 000 Steuerungen verkauft. Ofen vorzuheizen, bevor der Teig fertig ist.
70 Prozent mehr als im Vorjahr. Der markan- Oder aufzuräumen, während der Kuchen im
te Anstieg ist vor allem einem Hersteller von Ofen ist. Auch in Antriebssystemen braucht es
grossen Dieselmotoren zu verdanken. Diesem eine Software mit Arbeitsanweisungen für die
liefert maxon spezielle Pumpsysteme – beste- Hardware. Und je cleverer dieser Regelalgo-
hend aus Motor, Elektronik und Software – rithmus programmiert ist, desto zuverlässiger
für die Schadstoffreduktion. Bisher sind rund und effizienter arbeitet das System. Im Ideal-
1,3 Millionen Stück dieser kleinen Pumpsyste- fall ist es dank einer ausgeklügelten Software
me verkauft worden. Weil es den Ingenieuren sogar möglich, auf zusätzliche Hardware wie
bei maxon motor gelungen ist, die Herstel- beispielsweise Sensoren zu verzichten. «Genau
lungskosten des Antriebssystems massiv zu hier setzen wir mit unserem Know-how an»,
senken, sind die Stückzahlen in die Höhe ge- erklärt Patrik Gnos. «Ein Algorithmus bringt
schossen. «Das macht uns natürlich stolz», sagt die Intelligenz in ein Antriebssystem.» Und die
Patrik Gnos. 45 Personen arbeiten derzeit in Optimierung von Algorithmen ist eine stän-
der Abteilung Motion Control: Elektroingeni- dige Aufgabe bei der Abteilung Motion Con-
Eine Steuerung von vielen:
das ESCON Module 50/8
eure, Maschinenbauingenieure, Physiker, In- trol. «Wenn die Kunden das Gefühl haben, wir
Motherboard. formatiker. Vieles dreht sich dabei um das The- bieten ihnen bereits die perfekte Steuerung an,
ma Regelalgorithmus. Was ist damit gemeint? dann sind wir schon lange am Überlegen, wie
Ein Algorithmus ist eine Arbeitsanweisung, die Steuerung noch besser werden kann.»
eine klare Abfolge von Befehlen, um ein be-
stimmtes Ziel zu erreichen. Auch ein Kuchen- Beraten statt nur verkaufen
rezept ist ein Algorithmus. Solche Algorith- Das Team der Motion Control steht in einem
men können clever aufgebaut sein – und auch regen Austausch mit den Kunden. Diese be-
weniger clever. Beispiel: Beim Kuchenbacken ratende Tätigkeit sei eine der grossen Stärken
Wie kommt
kann man stur jeden Schritt einzeln ausführen, von maxon, sagt Patrik Gnos. Man unter-
ohne an den nächsten zu denken. Dabei aber scheide zwischen Pre-Sales-Support (vor dem
Kompakt und zuverlässig: verliert man Zeit und hinterlässt ein Chaos Kauf) und After-Sales-Support (nach dem
die Intelligenz ins System?
eine EPOS4-Steuerung. in der Küche. Clever ist es zum Beispiel, den Kauf). Ein typischer Fall beim Pre-Sales-Sup-
port: «Der Kunde erklärt uns, welche Funkti-
onalität sein Antriebssystem haben soll. Dann
helfen wir ihm bei der Auswahl einer pas-
senden Steuerung», erklärt Patrik Gnos. Un-
terstützend steht maxon motor dem Kunden
auch zur Seite, wenn er das Antriebssystem
Bei der Planung von Antriebssystemen kommt man um das bereits gekauft hat. «Das kann eine ganz ein-
Thema Motion Control nicht herum. Zum Glück kümmert fache Anfrage sein – zum Beispiel ein Kabel,
das nicht am richtigen Ort eingesteckt ist.»
sich bei maxon motor ein kompetentes Team um alle Fragen Oder wenn die Anbindung an eine überge-
rund um die Ansteuerung von Motoren. ordnete Steuerung nicht wunschgemäss funk-
tioniere. «Deshalb ist es uns extrem wichtig,
den Kunden zu beraten und betreuen, bevor
er ein Produkt bestellt.» Dieser Support von
maxon werde global sehr geschätzt.
Vom Komponentenhersteller zum Sys-
W as macht ein Motor ohne Steuerung? Genau:
fast gar nichts. Mit einer Spannungsquel-
vergessen, dass maxon neben Motoren und
Getrieben auch passende Steuerungen entwi-
temanbieter: Dieser eingeschlagene Weg von
maxon motor ist ganz im Sinne von Patrik
Gnos. Seit über 20 Jahren setzt er sich dafür
Fotos: Adrian Venetz / maxon motor
le kann man zwar einen bürstenbehafteten ckelt und vertreibt – Motion Control nennt ein, den Kunden nicht einfach Einzelkompo-
DC-Motor zum Drehen bringen – das war sich heute diese Abteilung. «Ja, manchmal nenten zu verkaufen, sondern massgeschnei-
es dann aber auch schon. In den unzähligen leiden wir schon etwas, wenn nur über Mo- derte Antriebssysteme. Und lachend fügt der
hochspezifischen Anwendungen, in denen toren geschrieben wird und nicht über Steu- Der Motion-Control- Motion-Control-Chef hinzu: «Am liebsten
Chef Patrik Gnos
maxon Motoren ihre Arbeit verrichten, bildet erungen», sagt Abteilungsleiter Patrik Gnos. würde ich auch das Branding ändern: maxon
bespricht sich mit
eine präzise Ansteuerung das Rückgrat des Doch er fügt schmunzelnd hinzu: «Das treibt seinem Mitarbeiter statt maxon motor. Eben weil maxon viel
Systems. Und trotzdem geht manchmal fast uns erst recht zu Höchstleistungen an.» Markus Stoop. mehr kann als Motoren herstellen.»
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201826 Special __ E-Bike-Ambulanz E-Bike-Ambulanz __ Special 27
Mit Rad und Tat
In medizinischen Notfällen muss es schnell gehen.
Doch wenn das Krankenhaus weit weg und nur über Sand-
pisten zu erreichen ist, brauchts andere Lösungen.
In Mosambik kommt jetzt ein E-Bike zum Einsatz – getestet
vom weltbesten Mountainbiker.
D
er Schweizer Nino Schurter hat auf dem Bike
alles erreicht. Er ist mehrfacher Weltmeister,
mit Patient zu ziehen», sagt Schurter. Aus die-
sem Grund hat die Gesundheitsorganisation
Olympiasieger und der aktuell wohl beste SolidarMed gemeinsam mit maxon zwei vor-
Mountainbiker der Welt. Und doch zeigt er handene Ambulanz-Bikes mit dem Nachrüst-
sich stark beeindruckt nach dem Besuch ei- kit von maxon Bikedrive ausgestattet. Eine
nes kleinen Dorfes in Mosambik, im Süden zweijährige Pilotphase soll nun zeigen, ob
Afrikas, wo die Bewohner schwangere Frauen sich die E-Bike-Ambulanz bewährt.
und andere Patienten mit dem Fahrradan- Nino Schurter unterstützt die E-Bike-
Fotos: Adrian Bretscher
hänger ins nächstgelegene Health Center fah- Ambulanz als Pate, das Projekt liegt ihm
ren – über Sandpisten. «Sogar ich als Spitzen- sichtlich am Herzen, weshalb er in Mosam-
sportler hätte Mühe, den schweren Anhänger bik eine Ausnahme macht und für einmal auf
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201828 Special __ E-Bike-Ambulanz
Die Bewohner eines
kleinen Dorfes in
Mosambik organisie-
ren für den mehr
fachen Olympiasieger
ein E-Bike sitzt, um den schweren Anhänger Nino Schurter
zu ziehen. Schliesslich will er testen, was die ein Velorennen.
Ambulanz taugt. Seine erste Bilanz: «Der
Motor ist robust, aber die Qualität des Velos
ist noch nicht gut. Reparaturen sind nur eine
Frage der Zeit.» Die Tipps des weltbesten
Bikers werden vom Projektleiter der E-Bike-
Ambulanz vor Ort dankbar entgegengenom-
men. Denn der Prototyp soll bis Ende 2019
stetig weiterentwickelt werden. Bei einem
Erfolg des Projekts möchte SolidarMed die
E-Bike-Ambulanz dann auf die ganze Region
ausweiten.
Der Besuch in Mosambik hat Schurter
stark beeindruckt. «Die Natur ist wunder-
schön, und die Menschen sind extrem nett
und fröhlich.» Besonders gerührt zeigt er
sich von einem Velorennen, welches die Be- und Powergrip bestehen. Der maxon Bike
wohner des Dorfes speziell für ihn organisiert drive kann in fast jedes beliebige Fahrrad
eingebaut werden und ist derzeit nur in der
Fotos: Adrian Bretscher
haben und an dem er als Prominenter auch
teilnimmt – in diesem Fall ohne Motor. Schweiz erhältlich, bald auch in Deutsch-
maxon Bikedrive unterstützt das E-Bike- land.
Ambulanz-Projekt von SolidarMed mit zwei
Nachrüstkits, die jeweils aus Motor, Batterie www.maxonbikedrive.com
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018Generatorbetrieb __ Expertise 29
DC-Motoren
als Generatoren
Sowohl bürstenbehaftete als auch bürstenlose
DC-Motoren lassen sich als Generatoren
betreiben. Allerdings gibt es bei der Auslegung des
Antriebs einige wichtige Punkte zu beachten.
Drehzahlkonstante kn
Generatoren werden häufig bei Drehzah-
len von 1000 UpM oder darunter betrieben.
Für unsere kleinen DC-Motoren ist dies eine
sehr tiefe Drehzahl. Um 10 V oder mehr bei
1000 UpM zu generieren, benötigt man eine
Drehzahlkonstante von 100 UpM/V oder we-
niger. Die entsprechenden Wicklungen sind
im maxon motor Portfolio nicht einfach zu
finden. Nur ein paar hochohmige Wicklun-
gen bei grösseren Motoren erfüllen diese Be-
dingung. Kleinere Motoren haben dagegen
höhere Drehzahlkonstanten.
H in und wieder werde ich gefragt, ob sich die
DC-Motoren von maxon auch als Genera-
Tabelle 1 zeigt eine Auswahl von Motoren
mit tiefer Drehzahlkonstante (oder hoher
Generatorkonstante = erzeugter Spannung
toren eignen. Die kurze Antwort lautet: Ja. pro Drehzahl). Meist hat nur die Motor-
Unsere Motoren haben einen hohen Wir- wicklung mit dem höchsten Widerstand eine
kungsgrad – auch im Generatorbetrieb. Die Drehzahlkonstante von unter 100 UpM/V.
grundlegenden Zusammenhänge zwischen
Drehzahl und Spannung sowie zwischen Regel #2
Strom und Drehmoment sind darüber hinaus Ohne Berücksichtigung der Last sollte die
sehr einfach. Im Folgenden einige Regeln für Motorwicklung eine Drehzahlkonstante von
eine erfolgreiche Auswahl des richtigen An- kn < n oder kleiner haben.
U
triebs für den Generatorbetrieb.
Als Alternative kann die Motordrehzahl auch
Gleich- oder Wechselspannung? durch ein Getriebe erhöht werden (siehe
Regel #1 nächste Seite).
Um eine Gleichspannung zu erzeugen, wähle
einen bürstenbehafteten DC-Motor oder Widerstand
verwende einen bürstenlosen DC-Motor (EC) Regel #2 verlangt nach Motoren mit ho-
mit Spannungsgleichrichter. Um eine her Generatorkonstante. Leider haben diese
Wechselspannung zu erzeugen, wähle einen Wicklungen ebenfalls hohe Widerstände. Ein
bürstenlosen DC-Motor und kontaktiere hoher Widerstand reduziert die Ausgangs-
nur zwei Phasen. Hallsensoren werden nicht spannung unter Last, und die Ausgangsspan-
benötigt. nung reagiert empfindlich auf den Laststrom.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201830 Expertise __ Generatorbetrieb Generatorbetrieb __ Expertise 31
Motortyp Drehzahl- Spannung Anschluss- Bemerkung
konstante k n pro 1000 UpM widerstand
DCX 32 L 97,9 UpM / V 10,2 V 4,1 Ω Wicklung mit tiefstem kn
DCX 26 L EB 111 UpM / V 9,0 V 11,6 Ω Wicklung mit tiefstem kn
RE 50 GB 39,5 UpM / V 25,3 V 3,9 Ω Wicklung mit tiefstem kn
RE 40 GB 56,2 UpM / V 17,8 V 10,2 Ω tieferes kn möglich
RE 25 GB 97,8 UpM / V 10,2 V 36,8 Ω Wicklung mit tiefstem kn
EC-max 40 76,1 UpM / V 13,1 V 7,2 Ω Wicklung mit tiefstem kn
momentanforderungen zu erfüllen, muss oft sollte man prüfen, ob der Dauerstrom nach zweistufige Planetengetriebe. Diese können
EC-i 40 HT 70 W 104 UpM / V 9,6 V 2,0 Ω Wicklung mit tiefstem kn
ein Motor mit viel höherer Typenleistung wie vor ausreicht. meist von der Abgangsseite her angetrieben
EC-i 40 HT 100 W 104 UpM / V 9,5 V 0,9 Ω Wicklung mit tiefstem kn
verwendet werden als verlangt. Insbesondere, werden.
wenn die Drehzahl verglichen mit typischen Das Diagramm zeigt sehr schön die gegenläu- – Noch besser sind Stirnradgetriebe. Sie sind
EC-flat 45 50 W 95 UpM / V 10,5 V 7,5 Ω Wicklung mit tiefstem kn
Motordrehzahlen eher tief ist. figen Effekte von verschiedenen Wicklungen. viel leichter rückdrehbar, und der Wir-
EC-flat 45 70 W 72,7 UpM / V 13,7 V 6,9 Ω Wicklung mit tiefstem kn
– Je höher der Wicklungswiderstand, desto kungsgrad in diese Richtung ist höher.
EC-flat 60 100 W 83,4 UpM / V 12,0 V 1,1 Ω Wicklung mit tiefstem kn
Grenzen bezüglich Drehmoment und höher die erzeugte (Leerlauf-)Spannung.
Drehzahl – Aber: Je höher der Wicklungswiderstand ist, Spezialfall: DC-Motor als DC-Tacho
Auswahl von Motoren mit tiefer Drehzahlkonstante.
Das Drehmoment des Antriebs bestimmt umso empfindlicher reagiert die Ausgangs- Regel #5
die Grösse und den Typ des Motor-Genera- spannung auf Stromänderungen. Für DC-Tachos verwende DC-Motoren mit
tors. Der Motor benötigt ein Dauerdrehmo- Edelmetallbürsten. Wähle die Wicklung
10 ment, das höher ist als das Drehmoment des Diese gegenläufigen Effekte können bis zu gemäss der geforderten Tachospannung und
Generators. Beim Bestimmen des Drehmo- einem gewissen Grad vermieden werden, in- dem Drehzahlbereich deiner Anwendung.
9,97 Ohm
8 ments oder des Laststroms ist die Betriebs- dem man grössere Motoren auswählt, welche Der Wicklungswiderstand spielt hier keine
6,43 Ohm
Generatorspannung (V)
2,49 Ohm art zu berücksichtigen. Läuft der Generator kleinere Widerstände für dieselbe Generator- Rolle, solange der Lastwiderstand einige kΩ
6 1,14 Ohm dauernd während langer Zeit, in intermit- konstante aufweisen (gemäss Regel #3). gross und die Ströme entsprechend klein
@ 500 UpM 0,311 Ohm
tierenden Betriebszyklen oder nur während sind.
4
kurzer Intervalle? Entsprechend benötigt Getriebe-Motor-Kombinationen
2 man einen DC-Motor mit genügend Dau- Regel #4
erdrehmoment oder Dauerstrom. Auch die Verwende Getriebe, um sehr tiefe Drehzah-
0 Grenzdrehzahl des Motors muss respektiert len zu erhöhen. Allerdings sind die maxon
0 0,5 1 1,5 2 2,5 werden. Allerdings ist dies aufgrund der motor Getriebe nur bedingt für Übersetzun-
Laststrom (A) eher tiefen Drehzahlen meist keine Heraus- gen in höhere Geschwindigkeiten geeignet.
forderung. Am besten eignen sich Getriebe, die rück-
Die Spannung-Strom-Kennlinien verschiedener Wicklungen
des DC-Motors RE 40 mit Edelmetallbürsten bei 500 UpM. drehbar sind: Also Planetengetriebe mit einer
Man beachte die unterschiedliche Steigung jeder Wicklung. Grenzen bezüglich Strom und oder zwei Stufen sowie Stirnradgetriebe
Spannung (oder Spezialanfertigungen). Mehr Fachberichte und Blogbeiträge
von unseren maxon Experten finden Sie
Die passende Wicklung eines gegebenen auf www.drive.tech
Motortyps ergibt sich aus den Anforderun- Gründe für die Verwendung von Getriebe-Mo-
gen für Strom und erzeugter Spannung. Die tor-Kombinationen liegen in den oft sehr lang-
Wicklung muss die geforderte Spannung U samen Antriebsmechanismen bei Generatoren;
Regel #3 auch unter Last erzeugen können. Unter der da sie zum Beispiel durch Wind, Wasser oder Urs Kafader ist seit über 20 Jahren für
Um eine stabile Spannung über einen Annahme einer festen Generatordrehzahl n von Hand angetrieben werden. Einige beach- die technische Ausbildung bei maxon
motor verantwortlich. Er führt
grossen Lastbereich zu erhalten, wähle eher muss die erzeugte Spannung Ut der Wicklung tenswerte Aspekte und Empfehlungen dazu:
Schulungen zur Technik und zum
einen grossen DC-Motor, wo der Wider- grösser sein als U – Getriebe werden in diesen Fällen von der Einsatz von maxon Produkten
Ut = n – Rmot ∙ IL > U
stand relativ tief ist – auch bei grosser Gene- Abgangsseite her angetrieben. Allerdings durch – für die Mitarbeitenden am
ratorkonstante. sind die maxon Getriebe nicht speziell auf maxon Hauptsitz in Sachseln,
Die bürstenlosen EC-i 40 High Torque kn Rückdrehbarkeit ausgelegt, und der Wir-
für das internationale Verkaufs-
netz, aber auch für Kunden.
Motoren von maxon sind in dieser Hinsicht kungsgrad ist eher bescheiden. Der promovierte Physiker
sehr interessant. Ohne Berücksichtigung des Laststroms wählt –Getriebe mit hoher Untersetzung (drei absolvierte zusätzlich ein MBA
Foto: maxon motor ag
man die Drehzahlkonstante gemäss Regel #2: Stufen und höher) sind nicht rückdrehbar; in Produktionswissen
schaften. Seine berufliche
Leistungseinschränkungen Die Wicklung braucht also einen genügend sie drehen also nicht, wenn sie mit dem
Laufbahn begann er am
Den Motor-Generator sollte man nicht nur hohen Widerstand. Da die erlaubten Ströme maximalen Dauerdrehmoment angetrie- Institut für Festkörperphy-
aufgrund der Leistung wählen. Um die Dreh- mit zunehmendem Widerstand abnehmen, ben werden. Besser geeignet sind ein- oder sik der ETH Zürich.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2018Sie können auch lesen
