Weiterentwicklung des Exoskelett des Raumanzugsimulators „Aouda“ als Diplomarbeit der HTL-Fulpmes

Im Rahmen unserer schulischen Ausbildung erstellen wir, Markus Steiner und Andreas Nestler, in Teamarbeit eine sogenannte Diplomarbeit. Das Österreichische Weltraum Forum (ÖWF) ist mit einer Problemstellung zum Thema Exoskelett an unsere Schule herangetreten, welches sich als mögliches Thema für uns eignet. Nach einer kurzen Besprechung der Problemstellung entschieden wir uns dazu, dieses Projekt für unsere Diplomarbeit zu verwenden.

Donning des Exoskeletts während 17A Testkampagne (c) ÖWF (Florian Voggeneder)

Problemstellung:

Da die Gelenke und Schienen des Exoskeletts aus Aluminium und Edelstahl gefertigt waren, erreicht das Exoskelett ein Gesamtgewicht von etwa sieben Kilogramm. Das Gewicht des Anzuges erhöht die physische Belastung des Analog-Astronauten, wenn er diesen trägt. Deshalb ist auf eine bestimmte Obergrenze beim Gesamtgewicht des Anzuges zu achten. Die einzelnen Komponenten des Anzuges müssen daher auf ihr Gewicht hin optimiert werden. Aktuell nimmt das Exoskelett einen großen Teil des Gesamtgewichtes ein.

Aufgabenstellung:

Das Ziel des Projektes ist, nach Möglichkeit das Gewicht des Exoskeletts zu reduzieren, ohne es in seiner Anwendung und Handhabung einzuschränken. In erster Linie wird dies durch die Wahl von Materialien, die leichter und geeigneter sind (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) oder andere) bewerkstelligt. Aber auch die konstruktive Ausführung birgt möglicherweise Verbesserungspotential, besonders bei den Gelenks- und Schienenteilen des Exoskeletts (siehe Abb. 1). Dabei ist immer darauf zu achten, dass die Konstruktion allen erforderlichen Belastungen standhält und die Ausführung in Hinblick auf Einfachheit, Kosteneffizienz und vor allem Sicherheit optimiert ist.

Bisherige Ausführung des Gelenkes und der Schienen

Was bisher geschah:

Als erstes haben wir eine Gegenüberstellung verschiedenster Materialien gemacht. Die Kriterien waren dabei hauptsächlich das Gewicht und die Belastungsgrenzen. Nach reichlicher Überlegung entschieden wir uns, die Edelstahlschienen durch Carbon-Schienen zu ersetzen.

Nach einer Analyse, wie viel Gewicht dadurch erspart werden könnte, fiel uns aber auch auf, dass der momentane Federmechanismus mitsamt Gehäuse einen Großteil des Gewichtes ausmacht.

Deshalb konstruierten wir das Gelenk neu (siehe Bild). Vorgesehen wäre nun eine Kreisscheibe, auf die durch eine Carbon-Blattfeder die gewünschten Kräfte aufgebracht werden.

Das erste Design des neuen Prototyps (c) ÖWF (HTL Fulpmes)

Was sind die nächsten Schritte?

Die Konstruktion des linken Arms ist nun abgeschlossen und wir beginnen nun mit dem Bau eines Prototyps. Sollte die Funktion durch unsere Neugestaltung den Anforderungen entsprechen werden wir uns an die Gestaltung der Kniegelenke wagen.

Autor: Markus Steiner