Kartesische Roboter sind eine weit verbreitete und einfache Robotertechnologie, die Hersteller seit Jahrzehnten einsetzen. Branchenübergreifend profitieren Unternehmen von dieser skalierbaren Technologie. Doch was genau sind diese Roboter? Für welche Aufgaben eignen sie sich? Und wie finden Sie heraus, ob sie für Sie geeignet sind? Dieser Artikel beantwortet diese und weitere Fragen und hilft Ihnen bei der Entscheidung.

Was ist ein kartesischer Roboter?

Ein kartesischer Roboter unterscheidet sich in seinen physikalischen Eigenschaften am stärksten von anderen Industrierobotern. Man findet keine langen Schwenkarme oder ausladende Bewegungen. Stattdessen ähneln kartesische Roboter oft einem Portalkran oder einem kleinen Kran. Am häufigsten werden 3D-Drucker mit kartesischer Robotertechnologie in Verbindung gebracht. Sie werden oft auf Tischen oder Förderanlagen aufgebaut. Typischerweise verfügen sie über drei Bewegungsachsen: auf/ab, vorwärts/rückwärts und links/rechts. Sie besitzen häufig einen Endeffektor, der die zugewiesene Aufgabe ausführt. Beispiele für gängige kartesische Endeffektoren sind:

1. Druckkopf
2. Plasmabrenner
3. Kamera
4. Mechanischer Greifer
5. Laser

Welche Branchen nutzen kartesische Roboter?

Aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten finden kartesische Roboter in zahlreichen Branchen Verwendung. Hersteller in den folgenden Branchen nutzen diese Technologie häufig:

1. Luft- und Raumfahrt
2. Verpackung
3. Metalle
4. Leiterplattenhersteller
5. Pharmazeutische Industrie
6. Speisen und Getränke

Dies sind nur einige Beispiele. Kartesische Technologie gibt es schon lange. Daher existieren zahlreiche bewährte Anwendungsbereiche für diese Roboter. Sie sind zudem für Bediener leicht verständlich und umprogrammierbar. Das macht sie benutzerfreundlich, insbesondere für Einsteiger in die Automatisierung. Diese Hersteller bieten häufig Anwendungen an, in denen kartesische Roboter ihre Stärken ausspielen können.

Häufige Anwendungsgebiete von kartesischen Robotern

Kartesische Roboter eignen sich hervorragend für manche Anwendungen, für andere hingegen weniger. Woran liegt das? Ein wesentlicher Faktor ist ihre eingeschränkte Bewegungsfreiheit. Sechsachsige Roboter können sich wie eine Brezel verbiegen und verdrehen. Kartesische Roboter sind in ihren Bewegungen deutlich starrer. Dies mag zunächst wie eine Schwäche erscheinen. Doch lassen Sie sich nicht täuschen: Diese Eigenschaft birgt Vorteile, die sie für bestimmte Anwendungen allen anderen Robotertypen überlegen machen. Hier einige Beispiele:

1. CNC-Anwendungen
2. 3D-Druck
3. Plasma-/Laserschneiden
4. Holzfräsen
5. Leiterplattenbestückung
6. Inspektion
7. Auswählen und platzieren

Es gibt mehrere Gründe, warum kartesische Roboter in diesen Anwendungen besonders gut geeignet sind. Erstens finden diese Anwendungen üblicherweise in einer Ebene oder Dimension statt. Beispielsweise soll ein lasergesteuerter kartesischer Roboter eine Form aus einem Metallblech ausschneiden. Das Blech liegt flach auf der Schneidefläche. Der Roboter führt die vorgegebenen Bewegungen aus, um die Form auszuschneiden. Diese Bewegung erfordert keine Drehungen in speziellen Winkeln oder seitliche Rotationen. Es handelt sich lediglich um Auf-/Ab-, Vorwärts-/Rückwärts- und Links-/Rechtsbewegungen. Einige kartesische Roboter verfügen über eine zusätzliche Drehachse am Endeffektor. Wenn ein hoher Grad an Flexibilität und Bewegungsfreiheit erforderlich ist, eignet sich möglicherweise ein anderer Robotertyp besser. Die Automatisierung dieser Aufgaben hat Herstellern zweifellos hohe Investitionsrenditen beschert.

Ein weiterer Grund, warum kartesische Roboter eine hervorragende Wahl darstellen, liegt in Anwendungen, die höchste Präzision erfordern. Kartesische Roboter erreichen die höchste Präzision aller Robotertypen. Warum? Vereinfacht gesagt, ermöglicht die bereits erwähnte höhere Steifigkeit und geringere Bewegungsfreiheit dieser Roboter extreme Präzision. Hochwertige Aktuatoren erzielen Wiederholgenauigkeiten im Mikrometerbereich. Daher sind kartesische Roboter für Anwendungen mit höchsten Präzisionsanforderungen oft die einzig realistische Option.

Schließlich sind kartesische Roboter die skalierbarste verfügbare Roboterplattform. Diese Skalierbarkeit zeigt sich sowohl in ihrer potenziellen Größe als auch in ihrer maximalen Belastbarkeit. Kartesische Roboter können so klein wie Mini-3D-Drucker oder so groß wie gewünscht sein. Zahnstangenantriebe ermöglichen es Herstellern, diese Systeme extrem groß zu bauen. Ihre Mechanik ist zudem die robusteste, die man bei modernen Roboterplattformen findet. Die für den Bau kartesischer Roboter verwendeten Antriebe sind häufig Riemen-, Kugelgewinde- oder Rollengewindetriebe. Diese Mechanik, kombiniert mit großen Getrieben und Motoren, die nicht in ein schlankes Robotergehäuse passen müssen, ermöglicht es kartesischen Robotern, selbst größte und schwerste Aufgaben mühelos zu bewältigen.

Wann sollte man die Automatisierung mithilfe eines kartesischen Roboters durchführen?

Sie wissen nun einiges über kartesische Roboter und ihre Anwendungsbereiche. Doch wann sind sie die richtige Wahl für Sie und Ihr Projekt? Diese Frage lässt sich in diesem Artikel nicht pauschal beantworten. Einige Fragen und Überlegungen können Ihnen jedoch helfen, den richtigen Weg zu finden und zu verstehen, ob kartesische Roboter die passende Lösung für Sie sind.

1. Sind Sie auf der Suche nach Kostensenkungen oder Durchsatzsteigerungen?
2. Ist diese Anwendung für andere Industrieroboter schwierig?
3. Ist Präzision ein vorrangiges Anliegen?

Kostensenkung und Durchsatzsteigerung sind die häufigsten Beweggründe für die Automatisierung. Alle Roboter können dazu beitragen, und kartesische Roboter bilden da keine Ausnahme. Die Automatisierung eines Prozesses mit einem kartesischen Roboter ermöglicht es, Personalressourcen für anspruchsvollere Aufgaben freizusetzen. Dies führt zu Kostensenkungen und einer effizienteren Produktion. Roboter arbeiten konsistenter und wiederholbarer und reduzieren so die Probleme in der Qualitätskontrolle. Sie sind zudem schneller, wodurch ihre Integration zu einer höheren Produktionsmenge führt.

Bestimmte Eigenschaften mancher Anwendungen erschweren den Einsatz anderer Robotertypen (z. B. Sechs-Achs-, Delta-, SCARA-Roboter). Ein wesentliches Merkmal ist die Traglast. Die meisten dieser Roboter stoßen hier an ihre Grenzen. Selbst die größten Sechs-Achs-Roboter haben eine maximale Traglast von 1000–2000 kg. Sobald Ihre Anwendung diesen Bereich erreicht, werden die Optionen sehr begrenzt und die Kosten steigen. Kartesische Roboter lassen sich in dieser Hinsicht dank robusterer Mechanik problemlos skalieren. Darüber hinaus bieten sie ein nahezu unbegrenztes Größenpotenzial. Diese Roboter können auf enorme Größen skaliert werden, die andere Robotertypen schlichtweg nicht erreichen können.

Für Anwendungen mit höchsten Präzisionsanforderungen sind kartesische Roboter unübertroffen. Hochwertige Mechanik gewährleistet höchste Wiederholgenauigkeit. In manchen Fertigungsanwendungen ist diese Präzision unerlässlich für die Herstellung eines Qualitätsprodukts.

Kosten eines kartesischen Roboters

Da diese Roboter in hohem Maße skalierbar sind, ist anzunehmen, dass auch ihre Kosten entsprechend steigen. Daher lässt sich für ein Projekt mit einem kartesischen Roboter nur schwer eine Preisspanne festlegen. Unter sonst gleichen Bedingungen ist der Einsatz eines kartesischen Roboters für ein Projekt jedoch in der Regel günstiger als der Einsatz eines vergleichbaren Industrieroboters für dasselbe Projekt. Dies liegt hauptsächlich an der Einfachheit ihrer Konstruktion und Mechanik. Zu den wichtigsten Kostenfaktoren zählen:

1. Größe des Projekts
2. Komplexität der Anwendung
3. Erforderliche Genauigkeit

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