Leichte Carbonfaserarme für Industrie- und kollaborative Roboter

LIGHTWEIGHT CARBON FIBER ARM FOR INDUSTRY PALLETIZING ROBOTS

Das Gewicht des Arms ist ein entscheidender Faktor für die Arbeitsgeschwindigkeit eines Roboters, seinen Bewegungsbereich unter Last, die Lebensdauer der Lager und die Tragfähigkeit des Arms. Die Regel ist einfach: Je schwerer der Arm, desto schlechter die Leistung. Daher ist die Suche nach ultraleichten Materialien mit hoher Steifigkeit entscheidend.
Arme oder Greifer/Saugnäpfe werden häufig aus Aluminium hergestellt, das dreimal leichter als Stahl ist und sich insbesondere bei Weichmetallen relativ einfach mit CNC-Verfahren bearbeiten lässt. Mittlerweile sind jedoch auch Materialien erhältlich, die noch leichter und steifer als Aluminium sind, wie beispielsweise Kohlefaser .
Kohlefaser ist etwa 43 % leichter als Aluminium und bietet gleichzeitig eine außergewöhnliche Steifigkeit. Es ist wichtig zu beachten, dass die Steifigkeit von Kohlefaserkomponenten vom verwendeten Material abhängt.

Leichtbauarm aus Kohlefaser ist 43 % leichter als ein Aluminiumarm

Mit Prepreg-Technologie und 0/90-Standardgeweben hergestellte Kohlefaserverbundwerkstoffe erreichen eine Steifigkeit von 90 GPa (Elastizitätsmodul), verglichen mit der Steifigkeit von Aluminium von 69 GPa.
Standard-Kohlefaserverbundwerkstoffe sind etwa 35 % steifer als Aluminium und gleichzeitig 43 % leichter.
Hochmodulige unidirektionale (UD) Kohlefaserteile in Luft- und Raumfahrtqualität können bis zu viermal steifer sein als Aluminium. Obwohl diese Gewebe um ein Vielfaches teurer sind als herkömmliche Kohlefasern, bieten sie ein erhebliches Potenzial zur Gewichtsreduzierung und Erhöhung der Steifigkeit.

---

HOW IS CARBON FIBER USED FOR INDUSTRIAL ROBOTS ARMS?

Aufgrund ihrer einzigartigen Kombination aus geringem Gewicht, hoher Festigkeit und Steifigkeit wird Kohlefaser zunehmend in industriellen Roboterarmen eingesetzt. So wird sie eingesetzt:

CFK-Leichtbauarm zum Palettieren von Cobots/Robotern. Hersteller von Carbonfaserarmen – WISE CARBON FIBER.

1. Strukturkomponenten:

• Armverbindungen und Gelenke : Carbonfasern werden zur Herstellung der Armverbindungen und Gelenke von Industrierobotern verwendet. Diese Komponenten müssen sowohl robust als auch leicht sein, um hohe Leistung und Effizienz zu gewährleisten. Die geringe Dichte von Carbonfasern reduziert das Gesamtgewicht des Roboterarms, was die Geschwindigkeit erhöht und den Energieverbrauch senkt.
• Endeffektoren : Die Greifer, Klauen oder anderen Endeffektoren, die mit Objekten interagieren, bestehen häufig aus Kohlefaser. Dies reduziert die Belastung der Motoren und Lager des Roboters und ermöglicht schnellere und präzisere Operationen.

2. Verbesserte Leistung:

• Höhere Geschwindigkeit : Durch die geringere Masse können die Motoren die Arme schneller bewegen, wodurch die Zykluszeit und Produktivität des Roboters verbessert werden.
• Geringerer Verschleiß : Leichtere Komponenten verringern die Belastung der Gelenke und Lager des Roboters, was zu einer längeren Betriebslebensdauer und selteneren Wartungsarbeiten führt.

3. Präzision und Stabilität:

• Vibrationsdämpfung : Die hohe Steifigkeit und die hervorragenden Vibrationsdämpfungseigenschaften der Kohlefaser minimieren Auslenkungen bei schnellen Bewegungen und verbessern so die Genauigkeit und Stabilität des Roboters.
• Thermische Stabilität : Die geringe Wärmeausdehnung von Kohlefasern stellt sicher, dass der Roboterarm auch bei schwankenden Temperaturen seine Form und Präzision behält, was für Prozesse, die eine hohe Genauigkeit erfordern, von entscheidender Bedeutung ist.

4. Anpassbarkeit:

• Maßgeschneiderte Eigenschaften : Durch die Verwendung unterschiedlicher Arten von Kohlefasergeweben und -ausrichtungen können die Materialeigenschaften individuell angepasst werden, um bestimmte Anforderungen zu erfüllen, beispielsweise die Maximierung der Festigkeit in bestimmten Richtungen bei gleichzeitiger Minimierung des Gewichts.

5. Haltbarkeit:

• Korrosionsbeständigkeit : Im Gegensatz zu Metallen korrodiert Kohlefaser nicht und ist daher ideal für raue Industrieumgebungen geeignet, in denen die Einwirkung von Chemikalien oder Feuchtigkeit ein Problem darstellt.
• Ermüdungsbeständigkeit : Die Ermüdungsbeständigkeit von Kohlefasern gewährleistet, dass die Roboterarme ohne Leistungseinbußen kontinuierlich betrieben werden können.

6. Kostenüberlegungen:

• Anfängliche Investition vs. langfristige Vorteile : Während Komponenten aus Kohlefaser im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Aluminium zunächst teurer sein können, rechtfertigen die langfristigen Vorteile hinsichtlich Leistung, Haltbarkeit und geringerem Wartungsaufwand häufig die Investition in Hochleistungsanwendungen.

Kohlefaser wird in industriellen Roboterarmen verwendet, um leichte, starke und langlebige Komponenten herzustellen, die die Leistung, Präzision und Langlebigkeit des Roboters verbessern.

---

TYPES OF CARBON FIBER ROBOTIC ARMS

Roboterarme aus Kohlefaser gibt es in verschiedenen Ausführungen, je nach Design, Anwendungsbereich und Funktionsanforderungen . Hier sind einige gängige Typen:
1. Sechsachsiger Roboterarm

• Anwendung : Wird typischerweise in der industriellen Automatisierung für Aufgaben wie Schweißen, Lackieren, Montage und Verpackung verwendet.
• Funktionen : Mit sechs Freiheitsgraden (6 DOF) kann er sich flexibel im dreidimensionalen Raum bewegen, um komplexe Aufgaben auszuführen. Die Kohlefaserkonstruktion reduziert das Gewicht des Arms und verbessert so Geschwindigkeit und Präzision.

2. Kollaborativer Roboterarm (Cobot)

• Anwendung : Entwickelt für die sichere Zusammenarbeit mit Menschen, weit verbreitet in der Fertigung, an Fließbändern und im Gesundheitswesen.
• Merkmale : Das geringe Gewicht der Kohlefaser reduziert den Energieverbrauch und erhöht die Sicherheit des Roboterarms, sodass er sich für Umgebungen eignet, in denen eine Mensch-Roboter-Zusammenarbeit erforderlich ist.

3. Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-Roboterarm

• Anwendung : Wird für Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsaufgaben verwendet, beispielsweise zum Aufnehmen und Platzieren elektronischer Komponenten und zum Verpacken von Lebensmitteln.
• Merkmale : Die hohe Steifigkeit und die vibrationsdämpfenden Eigenschaften von Kohlefaser ermöglichen einen stabilen und präzisen Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten, ideal für Hochfrequenzaufgaben.

4. Vakuumgreifer-Roboterarm

• Anwendung : Wird normalerweise für die Handhabung, Palettierung und andere Materialhandhabungsaufgaben verwendet.
• Merkmale : Ausgestattet mit Saugnäpfen oder Greifern ermöglichen die leichten und hochfesten Eigenschaften der Kohlefaser die Handhabung schwerer Objekte ohne Beeinträchtigung der betrieblichen Flexibilität und sind daher für das Heben und Verpacken schwerer Lasten geeignet.

5. Medizinischer Roboterarm

• Anwendung : Wird hauptsächlich bei chirurgischen Eingriffen, in der Rehabilitation und in der Laborautomatisierung verwendet.
• Merkmale : Die Präzision und Biokompatibilität von Kohlefaser machen sie ideal für medizinische Umgebungen, insbesondere für chirurgische Roboter, die eine hohe Genauigkeit erfordern.

6. Modularer Roboterarm

• Anwendung : Wird in Bildung und Forschung verwendet und ermöglicht Benutzern, den Roboterarm nach Bedarf zu konfigurieren und neu zu konfigurieren.
• Merkmale : Durch das geringe Gewicht der Kohlefaser lassen sich diese modularen Komponenten einfach installieren und bewegen, während gleichzeitig eine gute mechanische Leistung erhalten bleibt. Sie eignen sich für Anwendungen, die flexible Konfigurationen erfordern.

7. Roboterarm für die Luft- und Raumfahrt

• Anwendung : Wird für den Betrieb auf Satelliten, Raumstationen und anderen Luft- und Raumfahrzeugen verwendet.
• Merkmale : Die hohe Festigkeit und das geringe Gewicht von Kohlefaser sind in Weltraumumgebungen besonders wichtig, da sie dazu beitragen, das Gesamtgewicht des Raumfahrzeugs zu reduzieren und die Einsatzfähigkeit unter rauen Bedingungen zu verbessern.

Diese Arten von Roboterarmen aus Kohlefaser, die auf unterschiedliche Anwendungsszenarien zugeschnitten sind, demonstrieren die umfassende Verwendung und überlegene Leistung von Kohlefasermaterialien in den Bereichen Industrie, Medizin und Luft- und Raumfahrt.
Kohlefaserplatten werden am häufigsten für die Herstellung von leichten Greifern/pneumatischen Saugplatten verwendet.

Greifer und Saugplatten sind aus Kohlefaser in Dicken von 4 mm bis 60 mm erhältlich, einschließlich Optionen mit 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20 und 30 mm.
Auf Anfrage können wir auch individuelle Greiferstärken von 1 mm bis 60 mm mit einer Genauigkeit von 0,1 mm liefern, beispielsweise 5,1 mm.
Mit über 12 Jahren Erfahrung in der Lieferung von Armen/Greifern für Roboter und Industriemaschinen bieten wir auch Dienstleistungen zum Gewindeschneiden und Schlitzen von Schraubenköpfen an Greifern und Saugplatten aus Kohlefaser an.