Das Skelett
Das Skelett eines Roboters entspricht dem menschlichen Knochenbau und ist die Grundlage für alle Bewegungen und Lasten. Es muss nicht nur leicht sein, um Bewegungsträgheit und Energieverbrauch zu reduzieren, sondern auch robust genug, um Verwindungen und Stößen während der Bewegung standzuhalten. Kohlefaser-Verbundwerkstoffe und PEEK (Polyetheretherketon) sind daher ideal geeignet.
Kohlefaserverbundwerkstoffe sind für ihre extrem hohe spezifische Festigkeit (Festigkeits-Gewichts-Verhältnis) bekannt. Sie können bei sehr geringem Gewicht hohe Lasten tragen und werden häufig für die Oberschenkel, Unterschenkel und Hauptträger des Torsos verwendet. PEEK hingegen ist ein technischer Spezialkunststoff mit hervorragender Ermüdungsbeständigkeit. Es behält seine strukturelle Integrität selbst nach Millionen von wiederholten Biegezyklen und eignet sich daher hervorragend für Gelenkverbindungen, die langfristig wiederholten Bewegungen ausgesetzt sind. Die Kombination dieser Materialien macht das Roboterskelett gleichermaßen federleicht und felsenfest.
Die Gelenke
Gelenke sind die am häufigsten bewegten und am komplexesten belasteten Teile eines Roboters. Die Materialien müssen hier eine “Allround”-Kombination aus Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit und Schlagzähigkeit aufweisen. PPS (Polyphenylensulfid) und PEEK sowie deren Verbundwerkstoffe spielen hier ihre Stärken aus.
PPS zeichnet sich durch hervorragende Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit und chemische Beständigkeit aus und ist zudem kosteneffizient. Es wird häufig für Gleitlager und Zahnräder in Gelenken eingesetzt. Für Gelenkbereiche, die höheren dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, verwenden Ingenieure kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe auf Basis von PEEK oder PPS/PEEK. Die Zugabe von Kohlenstofffasern erhöht die Steifigkeit und Schlagzähigkeit des Materials weiter und stellt sicher, dass die Gelenke auch bei schnellen Bewegungen oder beim Heben schwerer Lasten nicht durch kurzzeitige Stoßbelastungen versagen.
Das Antriebssystem
Das Antriebssystem (einschließlich Motoren, Getriebe usw.) ist das Herzstück der Roboterbewegung. Während des Betriebs entsteht kontinuierlich Wärme, und es herrscht oft hohe Belastung. Daher müssen die Materialien für Zahnräder, Lager und Motorgehäuse eine hervorragende Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit aufweisen.
PPA (Polyphthalamid) und PPS sind hier die Materialien der Wahl. PPA behält seine hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit auch bei erhöhten Temperaturen und eignet sich daher hervorragend für die Herstellung von Präzisionszahnrädern unter hoher Last. PPS ist dank seiner langfristigen thermischen Stabilität und chemischen Beständigkeit das ideale Material für Motorgehäuse und Hochtemperaturlager. Es gewährleistet, dass das Antriebssystem auch bei längerem Betrieb oder in rauen Umgebungen nicht durch Materialerweichung oder Korrosion ausfällt.
Die Hülle und die Haut
Schließlich schützt die äußere Hülle und die bionische Haut des Roboters nicht nur die empfindlichen inneren Komponenten, sondern bestimmt auch die Haptik des Erscheinungsbildes und die Mensch-Roboter-Interaktion. Hier geht es um die Verschmelzung von Leichtbauweise, Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik.
Glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe werden aufgrund ihrer Leichtigkeit, hohen Festigkeit und einfachen Formbarkeit häufig für die Herstellung von Außenverkleidungen verwendet. Sie bieten ausreichenden Schutz, ohne das Gewicht übermäßig zu erhöhen. Für Roboter, die in korrosiven Umgebungen wie Chemiewerken oder Labors arbeiten sollen, werden Gehäuse aus PPS verwendet, um den Angriffen durch Chemikalien zu widerstehen. Diese Materialien lassen sich zudem leicht einfärben und texturieren, sodass Roboter glatte oder hautfreundliche Oberflächen erhalten können, die den Anforderungen des bionischen Designs gerecht werden.
