Metallische Werkstoffe
Bei Roboterarmen mit Gelenkfunktion bestehen die meisten wichtigen Strukturbauteile und Getriebekomponenten nach wie vor hauptsächlich aus Metall. Unterschiedliche Werkstoffe unterscheiden sich erheblich in Gewicht, Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Verarbeitungsaufwand, weshalb die Auswahl anwendungsspezifisch erfolgen muss.
Aluminiumlegierung (Leichtbau)
Aluminiumlegierungen gehören zu den am häufigsten verwendeten Werkstoffen für Roboterstrukturbauteile, hauptsächlich für:
- Roboterarmverbindung
- Schalenstrukturbauteile
- Unterstützender Rahmen
Seine Vorteile sind:
- Das Leichtbaukonzept trägt zur Reduzierung der Trägheit und zur Erhöhung der Geschwindigkeit bei.
- Hervorragende Bearbeitbarkeit, geeignet für die CNC-Bearbeitung komplexer Strukturbauteile
- Die Kosten sind relativ kontrollierbar
Es hat jedoch auch Einschränkungen:
- Seine Festigkeit und Verschleißfestigkeit sind nicht so gut wie die von Stahl.
- Eingeschränkte Anwendung in hochbelasteten Verbindungen
Aus diesem Grund werden Aluminiumlegierungen typischerweise für mittel- bis leichtbelastete Strukturbauteile und Bauteile verwendet, bei denen eine Gewichtsreduzierung erforderlich ist.
Hochfester Stahl
Stahl wird hauptsächlich für Bauteile verwendet, die eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern, wie zum Beispiel:
- Antriebswelle
- Getriebe
- Wichtige tragende Bauteile
Seine Eigenschaften:
- Hohe Festigkeit und starke Belastbarkeit
- Gute Verschleißfestigkeit, geeignet für den Langzeitbetrieb
- Eine hohe Steifigkeit trägt zur Verbesserung der Gesamtstabilität bei.
Aber im Gegenzug:
- Relativ schwer
- Schwieriger zu verarbeiten als Aluminium
- Höhere Kosten
Stahl wird typischerweise in Bereichen mit hoher Belastung und hoher Beanspruchung eingesetzt, insbesondere in Verbindungen und Übertragungssystemen.
Titanlegierungen (für High-End-Anwendungen)
Titanlegierungen werden hauptsächlich in High-End- oder Spezialanwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel:
- Hochleistungsroboter
- Luft- und Raumfahrtroboter
- Medizinische Geräte
Seine Vorteile:
- Hohe Festigkeit bei geringem Gewicht (besser als Stahl)
- Hohe Korrosionsbeständigkeit
- Gute Stabilität unter hohen Temperaturbedingungen
Allerdings sind auch die Nachteile offensichtlich:
- Hohe Materialkosten
- Die Verarbeitung ist schwierig und erfordert hochentwickelte Ausrüstung und Verfahren.
- Der Verarbeitungszyklus ist vergleichsweise länger.
Daher werden Titanlegierungen häufig in kritischen Bauteilen eingesetzt, bei denen Gewicht, Festigkeit und Umweltverträglichkeit von großer Bedeutung sind.
Technische Kunststoffe (Isolierung und Gewichtsreduzierung)
In Robotersystemen werden technische Kunststoffe häufig als Ergänzung zu Metallwerkstoffen für bestimmte Funktionskomponenten eingesetzt.
Typische Anwendungsgebiete sind:
- Isolierkomponenten
- Leichtbauteile
- Gleit- oder reibungsarme Bereiche
- Sensormontagestruktur
Häufig verwendete Materialien:
- POM (Gute Abriebfestigkeit und Dimensionsstabilität)
- Nylon (hohe Festigkeit, geeignet für Strukturbauteile)
- ABS / PC (geeignet für Gehäuse und Funktionskomponenten)
Seine Vorteile:
- Leicht
- Besitzt elektrische Isolationseigenschaften
- Niedrigere Verarbeitungskosten
- Manche Materialien besitzen selbstschmierende Eigenschaften.
Die Einschränkung besteht darin:
- Seine Festigkeit und Steifigkeit sind geringer als die von Metallen.
- Begrenzte Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen oder hoher Belastung
Daher werden technische Kunststoffe typischerweise für nicht tragende Bauteile oder funktionale Hilfsstrukturen verwendet.
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