Zahnriemen

Kraftvoll und leise

Formschlüssige Riemen aus dem Kunststoff Elastomer erobern sich aufgrund ihrer Materialeigenschaften immer mehr neue Einsatzgebiete. Sie sind nicht nur äußerst langlebig, sondern auch für hohe Drehzahlen geeignet und bieten darüber hinaus eine deutlich geringere Geräuschentwicklung als herkömmliche Riemen.

Das modifizierte Trainingsgerät Galileo Space für einen möglichen Einsatz in der Raumstation ISS.

Das Unternehmen Novotec Medical mit Sitz in Pforzheim hat ein Trainingsgerät entwickelt, das Muskeln mit Hilfe von mechanischen Schwingungen trainiert und stimuliert. Jeder weiß, dass zu wenig Bewegung, ein Gipsverband oder auch Lähmungen unmittelbar zu einem Muskelabbau führen. Immerhin liegt der Verlust an Muskelmasse bei circa einem Prozent pro Tag. Dieser Abbau hängt im Wesentlichen damit zusammen, dass der Muskel bei Inaktivität nicht benötigt und daher auch nur wenig aktiviert wird. Bei einem größeren Zeitraum geht es aber nicht nur um den Muskel; auf den Kraftverlust folgt zwangsläufig auch der Abbau des Knochens, da dieser nicht mehr das entscheidende Signal zur Anregung des Knochenstoffwechsels erhält. Ihm fehlt die durch den Muskel hervorgerufene Verformung. Hinzu kommt, dass mit zunehmendem Alter der Knochenabbau ohnehin immer schneller fortschreitet. Alleine in Deutschland leiden fast sechs Millionen Menschen an Osteoporose.

Das von Novotec Medical entwickelte Trainingsgerät Galileo arbeitet auf Basis einer Wippe. Aufgrund der schnellen Wippbewegungen über Excenterwellen werden im Körper reflexartige, unbewusste Muskelkontraktionen abwechselnd in der linken und der rechten Körperseite ausgelöst. Diese Reflexe wiederum führen zu schnellen und präzisen Muskelbewegungen. Die manuell einstellbaren Frequenzen reichen von 5 bis 30 Hz. In einer achtwöchigen Bettliegestudie wurde nachgewiesen, dass Probanden, die einige Minuten pro Tag mit diesem Gerät gearbeitet haben, nur etwa zehn Prozent ihrer Muskelleistung und 0,5 Prozent ihrer Knochendichte verloren. Bei Testkandidaten ohne Training hingegen reduzierte sich die Muskelkraft um 40 Prozent und die Knochendichte um 4,5 Prozent. Das Gerät ist in unterschiedlichen Versionen erhältlich, die sich im Wesentlichen in den Leistungen der Motoren und zusätzlichen Ausstattungsmerkmalen unterscheiden. Zurzeit liegt die Jahresproduktion bei 1.600 Geräten.

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Das speziell für den Einsatz in Praxen und Rehazentren entwickelte Gerät verfügt über einen Motor mit 600 VA und ist zusätzlich mit einem Haltebügel für den Patienten ausgestattet. Da die Kraftübertragung auf die Wellen ohne Schlupf erfolgen muss, werden formschlüssige Elastomer–Zahnriemen eingesetzt, die auf der Innenseite, beziehungsweise der Außenseite mit Zähnen ausgeformt sind (Die eigentliche Kraftübertragung erfolgt durch den im Zahnriemen eingebetteten Zugträger).

Der Zahnriemen im Hauptantrieb, der auch für die Übersetzung genutzt wird, hat eine Länge von 300 mm, der zweite, im so genannten Primärantrieb, 1005 mm. Für den Einsatz im privaten Einsatz gibt es eine kleinere Version mit 400 VA, die über nur einen Riemen direkt angetrieben wird.
In den ersten Geräten wurden noch Polyurethan-Zahnriemen mit Stahlzugträger eingesetzt. Der Dauerbetrieb hat aber gezeigt, dass diese Zahnriemen aufgrund des Gewebeanteils und der Steifigkeit zu einer höheren Geräuschentwicklung aufgrund von Schwingungen neigen, was letztendlich defekte Zugträger und damit auch zerstörte Riemen zur Folge hatte. Darüber hinaus wurden die Leistungsspitzen beim Anfahren direkt weitergegeben. Um eine optimale Lösung zu finden, hat das Unternehmen Hilger u. Kern, ein Spezialist auf dem Gebiet der Antriebstechnik, den Einsatz von Elastomer-Zahnriemen geprüft. Diese haben gegenüber Polyurethan-Zahnriemen den Vorteil, dass der Antrieb in den meisten Fällen nicht nur „dynamischer“ ausgelegt werden kann, auch die Geräuschentwicklung wird deutlich reduziert - gerade in Arztpraxen ein wichtiger Aspekt. Der im Trainingsgerät eingesetzte Elastomer-Hochleistungszahnriemen HTD Conti Synchroforce CXP von ContiTech verfügt über einen Zugstrang aus Glascord (Kevlar) und wurde speziell für hohe Ansprüche an Dynamik und Drehzahl entwickelt. Conti-Tech ist Hauptlieferant der p-d-m Gruppe, ein Leistungsverbund für Elastomer-Zahnriemen - das Kürzel p-d-m steht für power-drive-motion.

Weitere Elastomer-Zahnriemen aus der Synchroforce Reihe sind die Varianten CXA für Geschwindigkeiten bis 25m/s und Extreme für hohe Drehmomente. Alle genannten Zahnriemen sind in unterschiedlichen Profilen erhältlich, temperaturbeständig von -20 bis +100 °C, tropentauglich und bedingt ölbeständig. Der im Trainingsgerät eingesetzte Hochleistungszahnriemen HTD ist mit den metrischen Zahnteilungen 3, 5, 8 und 14, sowie Längen von 111 bis 4.578 Millimeter lieferbar. Die typischen Einsatzgebiete reichen vom allgemeinen Maschinenbau über die Holz- und Papierindustrie, bis hin zu Rollbahnanlagen und Textilmaschinen.

Da auch Astronauten auf längeren Weltraummissionen aufgrund der fehlenden Schwerelosigkeit einem Muskel- und Knochenabbau verstärkt ausgesetzt sind, hat man sich die Frage gestellt, ob die Vorgänge in der Schwerelosigkeit und beim Menschen auf der Erde vergleichbar sind und welchen Beitrag die Weltraumforschung leisten kann. Der Parabelflug ist die einzige Möglichkeit zur bemannten Forschung - abgesehen von der Raumstation selbst - den Körper des Menschen in Schwerelosigkeit zu erforschen. Bei Parabelflugexperimenten mit einem Airbus A300 wurde daher erprobt, ob das Trainingsgerät auch unter Schwerelosigkeit effektiv eingesetzt werden kann. Diese Experimente können dazu beitragen, die auf der Erde erstellten Trainingskonzepte und Maßnahmen gegen Muskel- und Knochenabbau auf ihre Richtigkeit und Wirksamkeit an einem gesunden Menschen zu überprüfen. Die beim letzten Test eingesetzte Version Galileo „Space“ entspricht bis auf ein verstärktes Gehäuse und einer dickeren Grundplatte dem Gerät für den Heimgebrauch mit einer Leistung von 400 VA. Um eine Übertragung der Schwingungen auf das Flugzeug zu reduzieren, wurde das Gerät während des Parabelfluges entsprechend aufgehängt und die Person in einem Trapez so fixiert, dass sie effektiv gegen das Gerät arbeiten konnte. Alle Tests haben gezeigt, dass man mit diesem Muskelaufbaugerät auch in der Schwerelosigkeit sehr effektiv trainieren kann. Dies ist auch ein wichtiges Ergebnis, um beispielsweise Muskeln und Knochen der Astronauten bei Langzeitmissionen auf möglichst normalem Niveau zu erhalten. Das gilt nicht nur für einen möglichen Einsatz in der Raumstation ISS, sondern auch für den Flug zum Mars; denn aufgrund der Flugdauer von einem Jahr hätten die Astronauten enorme Probleme sich auf der Oberfläche zu bewegen, auch wenn die Schwerkraft geringer ist als auf der Erde. Dr. Peter Stipp/ stipp@hoppenstedt.de

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