Schweißroboter können nach ihrer Antriebsart klassifiziert werden.
Schweißroboter sind die zentralen Ausführungseinheiten moderner automatisierter Schweißfertigungslinien. Ihre Bewegungsgenauigkeit, Ansprechgeschwindigkeit und Tragfähigkeit hängen weitgehend von der Leistung des Antriebssystems ab. Das Antriebssystem ist dafür verantwortlich, Steuerbefehle in die Gelenkbewegungen des Roboters zu übersetzen.
Die Antriebsarten von Schweißrobotern werden hauptsächlich in folgende grundlegende Typen eingeteilt:
1.Hydraulisch angetriebener Roboter: Wie der Name bereits andeutet, nutzt dieser Roboter Typ hydraulische Energie zur Ausführung mechanischer Bewegungen. Zu seinen Merkmalen zählen: eine Greifkraft von über 100 kg, ein gleichmäßiger Kraftfluss, eine kompakte Bauweise und eine hohe Bewegungsempfindlichkeit. Allerdings stellt er äußerst hohe Anforderungen an die Dichtungseinrichtungen.
Vorteile:
Hoher Leistung-zu-Gewichts-Quotient: Die Ausgangskraft ist bei gleichem Volumen deutlich größer als bei pneumatischen und elektrischen Antrieben.
Gleitende Bewegung: Hydrauliköl weist Dämpfungseigenschaften und eine hohe Schlagfestigkeit auf.
Selbstschmierend: Hydrauliköl schmiert die bewegten Teile und sorgt für eine lange Lebensdauer.
Einschränkungen:
Neigung zu Leckagen: Verschleiß der Dichtungen kann leicht zu Ölleckagen führen und das geschweißte Werkstück verunreinigen.
Temperaturanstiegs-Empfindlichkeit: Temperaturschwankungen des Öls bewirken Viskositätsänderungen, die die Steuerungsgenauigkeit beeinträchtigen.
Komplexe Wartung: Erfordert eine Hydraulikstation, ein Kühl- und Filtersystem und nimmt viel Platz ein.
2.Pneumatische Manipulatoren sind solche, die Druckluft zur Ansteuerung ihrer Aktuatoren verwenden. Zu ihren Hauptvorteilen zählen: leicht verfügbare Luftquelle, geringe Ausgangskraft, schnelle pneumatische Bewegung, relativ einfache Konstruktion und niedrige Kosten. Zu ihren Nachteilen gehören jedoch eine schlechte Stabilität der Betriebsgeschwindigkeit aufgrund der Kompressibilität der Luft, starke Stöße sowie eine im Allgemeinen begrenzte Greiflast von etwa 30 kg infolge des relativ niedrigen Luftdrucks. Im Vergleich zu hydraulischen Manipulatoren eignen sich pneumatische Manipulatoren besser für Hochgeschwindigkeits-, Leichtlast-, Hochtemperatur- und staubige Umgebungen.
Vorteile:
Niedrige Kosten: Kostengünstige Luftquelle und Aktuatoren, einfache Wartung.
Keine Überhitzung: Gute Wärmeableitung, geeignet für Hilfsbewegungen in Hochtemperatur-Schweißumgebungen.
Sauber: Emissionsfreies Abblasen.
Einschränkungen:
Schlechte Positioniergenauigkeit: Schwierig, beliebige Zwischenpositionen anzufahren; nur für Endpositionen geeignet.
Kriechen bei niedrigen Geschwindigkeiten: Instabile Bewegung bei niedrigen Geschwindigkeiten.
Hoher Geräuschpegel: Der Abgasgeräuschpegel überschreitet typischerweise 75 dB.
3. Mechanischer Getriebearm: Diese Art von Roboterarm wird durch einen mechanischen Getriebemechanismus angetrieben. Es handelt sich um einen speziellen Roboterarm, der an einer Hauptwerkzeugmaschine angebracht ist und dessen Antriebsleistung hauptsächlich vom Arbeitsmechanismus übertragen wird. Zu seinen Hauptmerkmalen zählen präzise und zuverlässige Bewegungen sowie eine hohe Taktfrequenz; allerdings weist er eine größere Bauform auf und sein Bewegungsprogramm ist fest vorgegeben. Er wird häufig zum Be- und Entladen von Werkstücken an der Hauptwerkzeugmaschine eingesetzt.
Vorteile:
Hohe Präzision und genaues Übersetzungsverhältnis: Die mechanische Kraftübertragung basiert auf steifer Verzahnung oder Kontakt (z. B. Zahnräder oder Gewindespindeln) ohne Schlupf und ermöglicht daher genaue Übersetzungsverhältnisse sowie hohe Wiederholgenauigkeit. Sie vermeidet die bei hydraulischen Systemen häufig auftretenden Probleme wie Leckagen oder Hysterese.
Schnelle Ansprechgeschwindigkeit: Mechanische Komponenten weisen eine hohe Steifigkeit auf und besitzen nicht die Kompressibilität von Hydrauliköl oder Gas, was zu einer direkten Bewegungsübertragung sowie einer schnellen Reaktion beim Anfahren, Anhalten und Richtungswechsel führt – geeignet für Hochgeschwindigkeitsbetrieb.
Hohe Tragfähigkeit: Durch einen gut konstruierten Getriebe- oder Gestängemechanismus kann es große statische und dynamische Lasten aufnehmen und weist einen hohen Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung auf (insbesondere bei Zahnradgetrieben mit einem Wirkungsgrad von über 90 %).
Hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer: Bei guter Schmierung und normalen Betriebsbedingungen weisen mechanische Komponenten eine lange Ermüdungslebensdauer, klare Ausfallmuster sowie eine einfache Vorhersagbarkeit und Wartbarkeit auf.
Vorteile: Starke Umgebungsanpassungsfähigkeit: Im Gegensatz zu elektrischen Antrieben, die anfällig für elektromagnetische Störungen sind, und im Gegensatz zu hydraulischen Antrieben, die empfindlich gegenüber Ölverschmutzung sind, weisen rein mechanische Getriebe eine gewisse Toleranz gegenüber rauen Umgebungsbedingungen wie hohen Temperaturen, Staub und Strahlung auf.
Einschränkungen:
Komplexe Bauweise und große Abmessungen/Gewicht: Die Realisierung von Bewegungen mit mehreren Freiheitsgraden erfordert komplexe Kombinationen aus Gliedern, Gelenken und Zahnrädern, was zu einem voluminösen Roboter mit großem Massenträgheitsmoment führt und die dynamische Hochgeschwindigkeitsleistung einschränkt.
Schlechte Flexibilität: Sobald das Design und die Fertigung reiner mechanischer Getriebe (wie Nocken- oder Gestänge-Mechanismen) abgeschlossen sind, sind die Bewegungsbahn und der Hub fest vorgegeben, wodurch sich diese Systeme nur schwer an die flexiblen Produktionsanforderungen von Mehr-Variante-Kleinserien-Fertigungen anpassen lassen. Eine Änderung der Bewegung erfordert in der Regel den Austausch des Nockens oder eine Anpassung des Gestänges – ein zeitaufwändiger und arbeitsintensiver Vorgang.
Spielauftritt vorhanden: Bei der Verzahnung von Zahnrädern und bei Gelenkverbindungen tritt zwangsläufig Spiel auf. Langzeitschäden durch Verschleiß verstärken dieses Spiel, was zu einer Verringerung der Übertragungsstrecke und der Positioniergenauigkeit führt und die Qualität der Schweißbahnen beeinträchtigt.
Hohe Herstellungs- und Wartungskosten: Präzisionszahnräder, hochpräzise Gewindespindeln und andere Komponenten sind aufwendig und kostspielig in der Fertigung. Gleichzeitig erfordern mechanische Gelenke eine regelmäßige Schmierung, Staubvermeidung sowie Verschleißüberwachung, was zu einem hohen Wartungsaufwand führt.
Vorteile: Geräusch- und Vibrationsentwicklung: Bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb erzeugen das Eingriffsschlagen der Zahnräder und die Trägheit der Kinematik signifikante Geräusche und mechanische Vibrationen, die möglicherweise die Stabilität des Schweißlichtbogens beeinträchtigen.
4. Elektrisch angetriebener Roboterarm: Diese Art von Roboterarm nutzt einen speziell konstruierten Asynchronmotor, ein lineares elektromechanisches System oder einen leistungsstarken Schrittmotor, um den Aktuator direkt anzutreiben. Da keine Zwischenumwandlungseinrichtung erforderlich ist, ist die mechanische Struktur vergleichsweise einfach. Insbesondere lineare Motorroboterarme bieten hohe Geschwindigkeit und große Hublänge und sind äußerst wartungsfreundlich sowie benutzerfreundlich.
Vorteile:
Höchste Präzision: In der Lage, komplexe räumliche Kurven (wie Kreisbögen und Spline-Kurven) zu schweißen.
Flexible Steuerung: Leicht zu digitalisieren, zu vernetzen und zur Implementierung von Lehrprogrammierung.
Hohe Energieeffizienz: Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung kann über 90 % erreichen, bei geringem Standby-Leistungsverbrauch.
Geringer Wartungsaufwand: Es sind weder Hydrauliköl noch Druckluftschläuche erforderlich, was Sauberkeit gewährleistet.
Einschränkungen:
Hohe Kosten: Servomotoren und Präzisionsgetriebe sind teuer.
Überhitzungsschutz: Die Motorkühlung muss während längerer Hochgeschwindigkeits-Schweißvorgänge unter Volllast überwacht werden.
Empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen: Eine ordnungsgemäße Abschirmung und Erdung ist erforderlich.
Insgesamt entwickeln sich moderne Schweißroboter zunehmend hin zu vollständiger Elektrifizierung, hoher Präzision, Vernetzung und Zusammenarbeit. Eine tiefe Integration von Antriebs- und Getriebesystemen (beispielsweise durch den Wegfall des Getriebes bei direktangetriebenen Drehmomentmotoren sowie die Integration von Antriebsmodulen innerhalb der Gelenke) verbessert weiterhin Zuverlässigkeit und Bahnverfolgungsleistung. In Zukunft werden Schweißroboter durch die Kombination von Servoregelalgorithmen (wie Kraftregelung und visuelle Servosteuerung) mit Künstlicher Intelligenz eine höhere Intelligenz und Flexibilität erreichen, um den immer komplexeren Anforderungen an Schweißprozesse und Produktionsumgebungen gerecht zu werden.
