Hersteller von Robotern und Automatisierungsanlagen kaufen vor allem leichte Zerspanungsteile in Kleinserien: Gelenk- und Antriebsgehäuse, Werkzeugflansche, Greiferfinger, Halter und Grundplatten, gefräst und gedreht aus Aluminium oder Stahl nach eigener Zeichnung. Ein Lieferant für diese Teile wird an vier Punkten geprüft: Werkstoff und Zustand, Passungen und Form- und Lagetoleranzen an Lagersitzen und Schnittstellen, der Weg vom Prototyp zur Wiederholserie und die Dokumente, die mit jeder Charge kommen.
Welche Zerspanungsteile stecken in einem Roboter oder einer Automatisierungszelle?
Ein Roboterarm oder Handhabungssystem besteht aus zugekauften Teilen (Motoren, Getrieben, Lagern, Sensoren, Kabeln) und einer kleineren Gruppe von Teilen, die nach der Zeichnung des Herstellers gefertigt werden. Diese Teile liefert ein Lohnfertiger:
- Gelenk- und Antriebsgehäuse, die Lager und Getriebestufen aufnehmen.
- Lenker und Grundplatten, die die Last zwischen den Gelenken tragen.
- Werkzeugflansche und Adapterplatten, die den Endeffektor an den Roboter anschließen.
- Greiferfinger und Greifbacken, die das Werkstück berühren.
- Halter, Sensoraufnahmen, Abdeckungen und Kabelführungen.
Die Stückzahl beginnt niedrig und wächst, sobald die ersten Einheiten getestet sind; dazwischen ändert sich die Zeichnung. Der Lieferant muss deshalb wissen, nach welcher Zeichnungsrevision jedes Stück gefertigt wurde. Die Branchenseite zu dieser Arbeit steht unter Robotik und Automatisierung.
Welches Bauteil braucht welches Material und welches Verfahren?
Tabelle 1 ordnet jedem Bauteiltyp das übliche Material und Verfahren sowie die Angaben zu, die auf der Zeichnung stehen müssen. Sie beschreibt die übliche Praxis; Zeichnung und Lastfall entscheiden. Schleifen, Wärmebehandlung und Beschichtung sind eigene Arbeitsgänge, die auf der Zeichnung stehen, und ihre Verfügbarkeit wird je Teil bestätigt.
Tabelle 1. Bauteiltypen in Robotik und Automatisierung: Material, Verfahren und Angaben auf der Zeichnung
| Bauteiltyp | Übliches Material | Verfahren | Angaben, die die Zeichnung braucht |
|---|---|---|---|
| Gelenk- oder Antriebsgehäuse | EN AW-6082 T651; EN AW-7075 bei hoher Last | CNC-Fräsen, Ausbohren oder Mill-Turn | Passungen der Lagersitze, Koaxialität oder Rundlauf der Sitze, Oberflächenbehandlung |
| Lenker, Grundplatte | EN AW-6082 T651 als Platte | Fräsen | Ebenheit der Montageflächen, spannungsarm geglühter Zustand, Taschen- und Rippengeometrie |
| Werkzeugflansch, Adapterplatte | Aluminium oder Stahl | Drehen und Fräsen | Schnittstelle nach ISO 9409-1, Gewinde- und Passstiftpositionen |
| Greiferfinger, Greifbacke | EN AW-7075 oder 6082; Edelstahl 1.4301 bei Korrosionsbelastung | Fräsen | Oberfläche der Kontaktfläche, Kantenbruch, Beschichtung |
| Welle, Abtriebsflansch | legierter Stahl, Edelstahl | Drehen | Passungen, Rundlauf, Härten und Schleifen als genannte Arbeitsgänge |
| Abdeckung, Kabelführung, Sensorhalter | Aluminium- oder Stahlblech | Blechumformung; Fräsen bei sehr kleinen Serien | Allgemeintoleranzklasse, Biegeradius, Oberfläche |
Quelle: redaktionelle Zusammenfassung der üblichen Praxis; Werkstoffwerte in Tabelle 2; Normen im Text genannt.
Wie unterscheiden sich Aluminium und Stahl bei Roboterteilen?
Tabelle 2 stellt drei Werkstoffe aus Tabelle 1 nebeneinander. Beide Verhältnisse sind aus den Datenblattwerten derselben Tabelle berechnet.
Tabelle 2. Aluminium 6082 und 7075 im Vergleich zu Edelstahl 1.4301
| Eigenschaft | EN AW-6082 T651 | EN AW-7075 T651 | 1.4301 |
|---|---|---|---|
| Dichte, g/cm³ | 2,70 | 2,80 | 7,9 |
| E-Modul, GPa | 70 | 72 | 200 |
| Streckgrenze Rp0,2, Mindestwert, MPa | 240 (Platte 12,5–60 mm) | 470 (Platte 12,5–25 mm) | 190 (Stab bis 160 mm, weichgeglüht) |
| E-Modul ÷ Dichte, GPa je g/cm³ | 25,9 | 25,7 | 25,3 |
| Streckgrenze ÷ Dichte, MPa je g/cm³ | 89 | 168 | 24 |
| Wärmeausdehnung 20–100 °C, 10⁻⁶ pro K | 23,4 | 23,4 | 16,0 |
Quelle: Datenblätter von Bikar Metals zu EN AW-6082 und 7075 (Mindestwerte nach EN 485-2), Datenblatt 1.4301 von Deutsche Edelstahlwerke (Mindestwerte nach EN 10088-3). Verhältnisse berechnet.
Die Steifigkeit pro Masse liegt bei allen drei Werkstoffen bis auf etwa 3 % gleich. Wer Stahl in gleicher Geometrie durch Aluminium ersetzt, bekommt einen leichteren und im selben Verhältnis weicheren Lenker. Aluminium zahlt sich aus, wenn der Querschnitt neu gestaltet wird, mit tieferen Wänden und Rippen, die das Fräsen herstellen kann. Diese Entscheidung gehört in die Konstruktionsprüfung, bevor die Zeichnung freigegeben wird. Bei der Festigkeit pro Masse liegt 7075 vorn, und 7075 lässt sich in der Praxis nicht schmelzschweißen: Bikar bewertet es mit 5 (ungeeignet) für Gasschweißen, WIG und MIG, 6082 mit 3, 2 und 1. Zustand, Erzeugnisform und Eloxieren behandelt Aluminium für die CNC-Bearbeitung. Für das Eloxieren gelten ISO 7599:2018 (dekorativ und schützend) und ISO 10074:2021 (Harteloxal).
Die Ausdehnung zählt, wenn ein Aluminiumgehäuse ein Stahlteil trägt. Mit den Koeffizienten für 20 bis 100 °C oben ändert sich der Unterschied zwischen Aluminium und Edelstahl an einem Sitz von 25 mm um 7,4 × 10⁻⁶ × 25 mm × 50 K, also etwa 0,009 mm, bei 50 K Temperaturanstieg. Das H7-Feld auf 25 mm ist 0,021 mm breit; der Effekt nimmt davon rund 44 % ein. Lagerstähle weichen von 1.4301 ab, deshalb gilt für die endgültige Prüfung das Datenblatt des Lagerherstellers.
Welche Toleranzen gehören auf ein Gelenkgehäuse und einen Werkzeugflansch?
Eine Allgemeintoleranz deckt Maße ab, die keine eigene Toleranz tragen. ISO 2768-1:1989 gibt in Klasse m ±0,2 mm für Maße über 6 bis 30 mm und ±0,3 mm über 30 bis 120 mm. Unser Netzwerk fertigt standardmäßig nach ISO 2768-m und enger, wo die Zeichnung es vorgibt. Die Norm ist weiter veröffentlicht, ISO führt eine Überarbeitung in Vorbereitung. Drei Merkmale eines Roboterteils brauchen mehr:
- Lagersitze: Ein Sitz von 25 mm mit ±0,2 mm ergibt ein Feld von 0,4 mm Breite. Eine Passung H7 nach ISO 286 lässt 0 bis +0,021 mm zu, weil der Grundtoleranzgrad IT7 für Größen von 18 bis 30 mm 21 µm beträgt. ISO 286-1:2010 wurde 2026 bestätigt. Siehe ISO-286-Passungen und IT-Grade.
- Koaxialität und Rechtwinkligkeit: Zwei Lagersitze im Abstand von 80 mm müssen eine gemeinsame Achse haben, und die Flanschfläche muss rechtwinklig dazu stehen. ISO 2768-1 deckt nur Längen- und Winkelmaße ab. Für diese Merkmale gelten Form- und Lagetoleranzen nach ISO 1101:2017, die ISO 2022 bestätigt hat.
- Der Werkzeugflansch: ISO 9409-1:2004 legt Hauptmaße, Bezeichnung und Kennzeichnung der kreisförmigen Schnittstellenplatte fest. Lastangaben macht die Norm nicht, die Größe folgt deshalb den Daten des Roboterherstellers. ISO hat sie im April 2023 bestätigt, zwei Revisionsentwürfe wurden verworfen.
Wie kommt ein Teil vom Prototyp in die Kleinserie?
Fünf Schritte, in dieser Reihenfolge.
- Prototyp im Serienwerkstoff: Die ersten Stücke aus der Legierung und im Zustand fertigen, die die Serie verwendet. Ein Prototyp aus anderem Vormaterial ergibt ein anderes Maß.
- Prüfung für die Serie: Änderungen aus den Prototypversuchen einarbeiten, Toleranzen und Bezugssystem ergänzen, passend dazu, wie das Teil gemessen wird, und eine neue Zeichnungsrevision freigeben.
- Erstmuster: Das erste Stück aus dem Serienaufbau gegen jedes Merkmal der Zeichnung messen und den Bericht aufbewahren. AS9102 kommt aus der Luftfahrt und wird auch außerhalb verwendet; siehe Erstmusterprüfung.
- Aufbau einfrieren: Vorrichtung, Programm und Werkzeuge bleiben an die freigegebene Revision gebunden. Eine Änderung läuft über eine neue Revision und, wenn sie ein gemessenes Merkmal berührt, über eine neue Erstmusterprüfung.
- Wiederholchargen: Jede Charge trägt die Dokumente, die die Bestellung nennt, etwa ein Werkstoffzeugnis EN 10204 Typ 3.1. Der Straßentransport von Bursa nach Mitteleuropa dauert typisch 5 bis 10 Tage.
Dieser Artikel nennt keine Stückzahlbänder, weil sie vom Teil abhängen und je Zeichnung vereinbart werden.
Was bleibt beim Roboterhersteller?
Die Konformität des Roboters oder der Zelle bleibt beim Hersteller oder Integrator. ISO 10218-1:2025 regelt die Sicherheitsanforderungen an den Industrieroboter als unvollständige Maschine, ISO 10218-2:2025 die Integration in Anwendungen und Roboterzellen. Beide wurden am 5. Februar 2025 veröffentlicht und ersetzen die Ausgaben von 2011. Die Verordnung (EU) 2023/1230 gilt für Maschinen ab dem 20. Januar 2027; Maschinen, die vor diesem Datum in Verkehr gebracht werden, müssen weiterhin die Richtlinie 2006/42/EG erfüllen (Stand: 30.10.2026, laut Europäischer Kommission).
Ein Zerspanungsteil ist ein Bauteil, und der Lieferant liefert es nach Zeichnung. Kantenbruch, Gratgrenzen und Oberflächenzustand gehören deshalb auf die Zeichnung, wo der Lieferant sie nicht annehmen muss.
Häufige Fragen
- Welche Zerspanungsteile braucht ein Roboterarm?
- Gelenk- und Antriebsgehäuse, Lenker, Grundplatten, Werkzeugflansche, Greiferfinger, Halter, Sensoraufnahmen und Abdeckungen. Motoren, Getriebe und Lager werden zugekauft. Die Teile nach der Zeichnung des Herstellers liefert ein Lohnfertiger.
- Welche Aluminiumlegierung passt für Robotergehäuse, 6082 oder 7075?
- Nach den Bikar-Datenblättern garantiert EN AW-6082 T651 als Platte von 12,5 bis 60 mm eine Streckgrenze Rp0,2 von mindestens 240 MPa, EN AW-7075 T651 als Platte von 12,5 bis 25 mm mindestens 470 MPa, bei Dichten von 2,70 und 2,80 g/cm³. 7075 ist für Gas-, WIG- und MIG-Schweißen mit 5 (ungeeignet) bewertet, geschweißte Rahmen nutzen deshalb 6082.
- Was legt ISO 9409-1 fest?
- Hauptmaße, Bezeichnung und Kennzeichnung einer kreisförmigen Platte als mechanische Schnittstelle zwischen Roboter und handgeführtem Endeffektor, damit Endeffektoren getauscht werden können und ihre Orientierung behalten. Lastangaben macht die Norm nicht. ISO 9409-1:2004 wurde im April 2023 bestätigt.
- Deckt ISO 2768-m Lagersitze ab?
- Nur wenn die Zeichnung keine andere Toleranz angibt, und dann mit ±0,2 mm auf ein Maß von 25 mm. Ein Lagersitz braucht eine eigene Passung wie H7, die auf 25 mm 0 bis +0,021 mm zulässt, und eine Form- und Lagetoleranz für Koaxialität oder Rundlauf.
- Wie kommt ein Roboterteil vom Prototyp in die Kleinserie?
- Prototyp in Serienlegierung und Serienzustand fertigen, die Zeichnung für die Serie prüfen, ein Erstmuster gegen jedes Zeichnungsmerkmal messen, dann Vorrichtung und Programm auf die freigegebene Revision einfrieren. Spätere Änderungen laufen über eine neue Revision.
Quellen
- ISO 9409-1:2004, mechanische Schnittstellen, Platten: Ausgabe 3, bestätigt am 17.04.2023 (ISO-Katalog)
- ISO 9409-1:2004, Stufe 90.93, Revisionsentwürfe verworfen (ISS, nationales ISO-Mitglied)
- ISO 9409-1:2004, Anwendungsbereich und Status (AFNOR)
- ISO 10218-1:2025, Robotik, Sicherheitsanforderungen, Industrieroboter, veröffentlicht am 05.02.2025 (ISS)
- ISO 10218-2:2025, Robotik, Sicherheitsanforderungen, Roboteranwendungen und Roboterzellen, veröffentlicht am 05.02.2025 (ISS)
- Maschinen: Verordnung (EU) 2023/1230 gilt ab 20. Januar 2027 (Europäische Kommission)
- ISO 286-1:2010, ISO-Toleranzsystem für Längenmaße, bestätigt am 19.06.2026 (ISO-Katalog)
- ISO 286-1:2010, Grundtoleranzgrade, IT7 für 18 bis 30 mm (Tabelle auf Wikipedia)
- ISO 2768-1:1989, Stufe 90.92, Überarbeitung geführt (ISS, nationales ISO-Mitglied)
- ISO 2768-1, Längentoleranzen, Klassen f, m, c, über 6 bis 120 mm (Tabelle bei AmesWeb)
- ISO 1101:2017, Toleranzen der Form, Orientierung, Lage und des Lauf, bestätigt 2022 (ISO-Katalog)
- EN AW-6082 Datenblatt: Dichte, E-Modul, Ausdehnung, Mindestwerte nach EN 485-2, Bewertungen (Bikar Metals)
- EN AW-7075 Datenblatt: Dichte, E-Modul, Ausdehnung, Mindestwerte nach EN 485-2, Bewertungen (Bikar Metals)
- Acidur 4301, Datenblatt 1.4301 vom 27.11.2015: Dichte, E-Modul, Ausdehnung, Mindestwerte nach EN 10088-3 (Deutsche Edelstahlwerke)
- ISO 7599:2018, dekorative und schützende anodische Oxidschichten, bestätigt 2023 (ISO-Katalog)
- ISO 10074:2021, harte anodische Oxidschichten, in systematischer Überprüfung 2026 (ISO-Katalog)
Fragen zu einer Zeichnung? sales@ertas.engineering