Verbindungslösung Datenkabel für Schulter-Exoskelett

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Das Schulter-Exoskelett des Hamburger Unternehmens exoIQ GmbH unterstützt Beschäftigte bei Arbeiten in Schulterhöhe oder über dem Kopf und reduziert die Belastung der Nacken- und Schultermuskulatur deutlich. Damit es zuverlässig funktioniert, kommt die speziell dafür entwickelte Datenleitung Unitronic von Lapp zum Einsatz.

Ein kaum hörbares Surren begleitet die Bewegungen einer Produktionsmitarbeiterin, während sie einen schweren Stahlträger über Kopf präzise positioniert – konzentriert, mit aufrechter Haltung und überraschender Leichtigkeit. Ihre Schultern bleiben locker, der Rücken stabil. Kein Zeichen von Erschöpfung, obwohl sie diese Arbeit bereits seit Stunden verrichtet. Ihre Kraftquelle: das aktive Schulter-Exoskelett S700. Dieses pneumatisch betriebene Assistenzsystem passt sich ihrem Körper an wie eine zweite Haut und unterstützt sie bei jeder Hebebewegung – spürbar, effektiv und nahezu intuitiv. Statt gegen die eigene Erschöpfung anzukämpfen, kann sie sich ganz auf ihre Aufgabe fokussieren.

Der Mensch im Zentrum des industriellen Wandels

Vor dem Hintergrund zunehmenden Innovations- und Wettbewerbsdrucks sowie dem Mangel an qualifizierten Arbeitskräften stellt sich die Frage mehr denn je: Wie lässt sich moderne Technologie nutzen, um Mitarbeitende bei körperlich anstrengenden Tätigkeiten gesund, leistungsfähig und motiviert zu halten? Die Antwort bietet das Leitbild der Industrie 5.0: Es stellt den Menschen wieder ins Zentrum des industriellen Wandels – nicht als bloßes Funktionselement, sondern als aktiven Mitgestalter. Technologische Innovationen sollen den Menschen nicht ersetzen, sondern ihn gezielt entlasten und seine Fähigkeiten sinnvoll ergänzen.

Diesen Anspruch erfüllt das aktive Schulter-Exoskelett S700 des Unternehmens exoIQ, Teil der TTS-Gruppe, zu der auch der Hersteller elektronischer Werkzeuge Festool gehört. Es kombiniert moderne Pneumatiktechnologie mit intelligenter Steuerung und ergonomischer Passform. Damit ermöglicht es körperlich fordernde Tätigkeiten über einen längeren Zeitraum, ohne dass es zu körperlicher Überbeanspruchung oder Ermüdung kommt.

Für die zuverlässige Datenübertragung der Bewegungsdaten kommt die Unitronic FD P Plus von Lapp zum Einsatz: eine hochflexible, abriebfeste Datenleitung, speziell für dynamische Einsätze in engem Bauraum entwickelt. Sie sorgt dafür, dass die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine reibungslos funktioniert, in jeder Sekunde, bei jeder Bewegung und über Millionen von Biegezyklen hinweg.

Die Entwicklung des Exoskeletts

Die Ursprünge des Exoskeletts S700 liegen in einem Forschungsprojekt. An der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg entwickelte Bernward Otten, Gründer und Geschäftsführer von exoIQ, das zugrundeliegende Konzept. Ziel war es, Menschen im industriellen Arbeitsumfeld durch ein praxistaugliches Werkzeug zu entlasten. In enger Zusammenarbeit mit der TTS-Gruppe und insbesondere den Entwicklerteams der Tochtergesellschaft Festool wurde diese wissenschaftliche Vision zu einem marktreifen Produkt. Der Schulterschluss zwischen der agilen Innovationskraft eines Start-ups und den strukturierten Prozessen eines erfahrenen Serienherstellers ermöglichte eine schnelle, marktorientierte Umsetzung.

Das Ergebnis ist das S700: ein aktives Schulter-Exoskelett, das elektropneumatisch die Träger mit zusätzlicher Kraft von bis zu fünf Kilogramm pro Arm bei Überkopfarbeiten unterstützt. Gleichzeitig bleibt die natürliche Bewegungsfreiheit vollständig erhalten. Statt schwerer Elektromotoren kommt Pneumatik zum Einsatz, wobei durch Druckluft Bewegung erzeugt wird. Diese Technologie bietet mehrere Vorteile:

• Das Exoskelett ist leicht und leistungsfähig zugleich und

• ermöglicht eine sanfte, natürliche Kraftunterstützung, die sich dynamisch an das Bewegungsverhalten der Anwender anpasst.

Der Antrieb erfolgt über einen kompakten, akkubetriebenen Kompressor, der in der Rückeneinheit integriert ist und das System vollkommen autark macht. Sensoren messen kontinuierlich die Position und Bewegung der Arme. Erkennen sie Unterstützungsbedarf, leiten Ventile im Rücken die Druckluft zu den Antrieben in den beiden Armen und geben so die benötigte Kraft frei.

3D-Druck

Exoskelette, so einzigartig wie jede Hand

Spürbare Entlastung für Schulter und Nacken

Für die Träger bedeutet das eine spürbar körperliche Entlastung – selbst bei repetitiven Tätigkeiten, die stundenlang andauern. Das Risiko für Verspannungen und Langzeit-Gewebeschädigungen in Nacken- und Schultermuskulatur – wie sie bei schweren Überkopfarbeiten auftreten können – wird so deutlich reduziert.

Ergänzt wird das S700 durch eine Bluetooth-fähige App, die in Echtzeit Bewegungsdaten sowie die Druckluftzufuhr erfasst. Die App erlaubt eine Videoaufzeichnung der Arbeitstätigkeiten, führt eine ergonomische Bewertung der Armbewegungen durch und zeigt an, wie stark das S700 die Anwender in ergonomisch kritischen Bereichen unterstützt. So lässt sich die Arbeitsplatzergonomie laufend optimieren. Die Kombination aus Pneumatik, Leichtigkeit und der digitalen Ergonomieanalyse macht das Schulter-Exoskelett S700 zu einer weltweit einzigartigen Lösung.

Zuverlässige Datenübertragung im beweglichsten Teil

Im Schultergelenk des S700 trifft maximale Beweglichkeit auf minimalen Bauraum. Genau an dieser sensiblen Stelle, an der das Exoskelett synchron mit den Bewegungen der Träger arbeitet und Millionen von Biegezyklen durchläuft, ist eine zuverlässige Datenübertragung unerlässlich. Nur wenn die Sensoren und Aktoren in Echtzeit miteinander kommunizieren, kann die intelligente Steuerung des Exoskeletts reagieren.

Für Stefan Bozler, Entwicklungsingenieur bei Festool, stellte die Bewegung des Armaktors neue Herausforderungen dar. Als Verantwortlicher für die Steuerungstechnik des Exoskeletts begleitete er das Projekt über alle Entwicklungsphasen hinweg – von der Elektronik über die Software bis hin zur Kabelarchitektur. „In unseren klassischen Elektrowerkzeugen von Festool benötigen wir kaum bewegliche Datenleitungen“, erklärt Bozler. „Für das S700 suchten wir nach einer Lösung, die sich flexibel mitbewegt, im engen Bauraum verlegt werden kann und gleichzeitig ständiger mechanischer Belastung standhält.“ Die hohen Anforderungen an Dynamik, Biegeradius und Abriebfestigkeit machten schnell klar: Gefragt war ein Partner mit technologischer Expertise im Bereich der Verbindungslösungen und Robotik – Lapp.

Speziell für dauerbewegete Anwendungen konzipiert

Die passende Lösung lieferte Lapp mit der Unitronic FD P Plus. Die hochflexible Datenleitung ist speziell für dauerbewegte Anwendungen konzipiert und eignet sich ideal für den Einsatz im Exoskelett mit mehrfach gekrümmter Kabelführung. „Die Zusammenarbeit mit Lapp war unkompliziert und lösungsorientiert“, schildert Bozler. „Wir haben bereits in einer frühen Projektphase schnell die passenden Muster erhalten und konnten sofort mit den Tests beginnen. Die Leitung funktionierte vom ersten Tag zuverlässig – eine Komponente, auf die wir uns während der gesamten Entwicklung verlassen konnten und die sich auch in der Praxis bewährt.“

Sebastian Achatz, Business Development Manager Ölflex Connect bei Lapp, betreute exoIQ im Entwicklungsprozess und fasst zusammen: „Die Unitronic Datenleitung hat einen extrem niedrigen Biegeradius von nur 5xd und ist damit bestens für den engen Bauraum im S700 geeignet.“ Auch die Anforderungen an Robust- und Haltbarkeit wurden erfüllt: „Zusätzlich bietet der hoch abriebfeste und kerbzähe PUR-Außenmantel optimalen Schutz im Dauereinsatz“, betont Achatz. „Die Leitung wurde auf zehn Millionen Bewegungszyklen in unserem Labor getestet. So garantieren wir eine hohe Datenqualität und -menge über eine lange Einsatzzeit des Exoskeletts.“

Übertragung von Steuerdaten in kompaktem Bauraum

Die Unitronic FD P Plus verläuft zusammen mit einem Pneumatikschlauch in einem schützenden Gewebeschlauch durch das Schultergelenk des Exoskeletts. Mit ihrem kompakten Biegeradius von nur 24 Millimetern übernimmt sie dabei eine zentrale Rolle: Sie gewährleistet die zuverlässige Übertragung von Steuerdaten im Herzstück des S700 – einem Bereich, in dem wenig Platz herrscht und gleichzeitig höchste Beweglichkeit gefordert ist. Für die Entwickler bei exoIQ war die Kooperation mit Lapp ein wertvoller Beitrag im komplexen Entwicklungsprozess. „In einem Projekt, das technologisches Neuland betritt, war es hilfreich, bei der Verkabelung eine robuste, markterprobte Lösung im Einsatz zu haben“, schildert Bozler.

Bernward Otten kommentiert: „Es ist beeindruckend zu sehen, wie aus einem universitären Forschungsprojekt ein industrielles Produkt entstanden ist. Mit Lapp hatten wir genau den richtigen Partner, dessen Datenleitung perfekt zu unserem System passt.“ Auch auf Seiten von Lapp ist die Begeisterung groß: „Für uns ist es etwas Besonderes, mit unserer Unitronic Datenleitung Teil einer Innovation zu sein, die im wahrsten Sinne des Wortes etwas bewegt“, sagt Achatz. „Das S700 steht für Ergonomie, für Zukunft und für eine menschengerechte Industrie. Und wir von Lapp sind stolz, Mensch und Maschine zu einer Einheit zu verbinden.“

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