In diesem Beitrag erklären wir, warum wir für unser OpenARM-kompatibles Mechanik-Kit eine Hybridfertigung einsetzen: CNC-gefräste Aluminiumteile (eloxiert) dort, wo Präzision und Passflächen entscheidend sind, und Edelstahl-Blechbaugruppen (Biegen/Schweißen) dort, wo sich Teilezahl, Montageaufwand und Steifigkeit effizient optimieren lassen.
Wichtig vorab: Unsere Änderungen sind DFM/DFMA-orientiert (Design for Manufacturing/Assembly). Die relevanten Schnittstellen (Lochbilder, Montagebezüge, Anschlussgeometrien) bleiben referenzkompatibel. Ziel ist nicht „anders um jeden Preis“, sondern reproduzierbare Qualität, stabile Lieferfähigkeit und effiziente Montage.
Produktlinks:
1. Referenzdesign vs. Serienfertigung
OpenARM ist ein Open-Source-Referenzdesign. In der Praxis (Serienfertigung, wiederholbare Montage, Ersatzteilhaltung) sind oft andere Kriterien entscheidend: Teilezahl, Montagezeit, Steifigkeit, Beschaffbarkeit und Varianzreduzierung. Genau hier setzt unsere Hybridstrategie an.
2. Präzision: Was ist wirklich entscheidend?
In klassischen modellbasierten Robotik-Stacks spielt absolute geometrische Genauigkeit eine größere Rolle. In perception-/learning-basierten Workflows kann ein Teil der absoluten Genauigkeit durch Kalibrierung und visuelle Rückkopplung kompensiert werden. Entscheidend bleiben jedoch Wiederholgenauigkeit, Steifigkeit, geringe Nachgiebigkeit und konsistente Geometrie über Serien hinweg. Unsere Änderungen zielen primär auf diese robusten Eigenschaften.
3. Material- und Fertigungsstrategie
- CNC (Aluminium, eloxiert): funktionskritische Bauteile, Passflächen, Lageraufnahmen, definierte Montagebezüge
- Blech (Edelstahl): Strukturteile, Halter, Abdeck-/Trägerfunktionen, wo Biegen/Schweißen die Teilezahl reduziert und die Steifigkeit erhöht
4. Qualitäts- und Konsistenzsicherung
Um die Geometrie und Austauschbarkeit in der Serie sicherzustellen, nutzen wir spezielle Schweiß- und Montagelehren. Nach dem Schweißen erfolgt eine Kontrolle der relevanten Maße/Bezüge. Funktionskritische Bereiche werden so ausgelegt, dass sie die Referenzbezüge einhalten; falls erforderlich, können kritische Flächen gezielt nachbearbeitet werden.
Eine Eckstein Assembly Supplement-Seite mit zusätzlichen Hinweisen (DFM/DFMA-Varianten, Servicezugänge, Fastener-Übersicht) ist in Arbeit und wird nach Veröffentlichung hier verlinkt.
5. DFM/DFMA-Änderungen – Bild für Bild
Abb. 1 – Offene Bohrkonturen („Schlüsselloch“-Geometrie) und Bauteilsteifigkeit
In einigen Referenzteilen finden sich offene Bohrkonturen. Für Laserschneiden liefern solche Öffnungen typischerweise keinen Vorteil, können aber lokale Steifigkeit reduzieren. Unser Ansatz ist, Bohrkonturen dort zu schließen, wo keine Montage-/Funktionsanforderung eine Öffnung erzwingt. Ergebnis: klarere Fertigungslogik und höhere Steifigkeit.
Abb. 2 – J1_C + J1_D + J1_E: Schraubbaugruppe → Biegeteil/Schweißbaugruppe
Mehrteilige Schraubbaugruppen erhöhen Teilezahl, Montagezeit und potenzielle Lockerungsstellen. Wo möglich, führen wir Strukturabschnitte als Edelstahl-Biegeteil bzw. Schweißbaugruppe aus, während funktionskritische Bezüge und Passflächen CNC bleiben. Das reduziert Schrauben, erhöht die Steifigkeit und beschleunigt die Montage.
Abb. 3 – J2_A + J2_B + J2_C: Lastpfad- und Steifigkeitsoptimierung
Hier ist der Fokus eine robustere Struktur bei vergleichbarem Gewicht: weniger Einzelteile, bessere Kraftführung und weniger Abhängigkeit von Schraubvorspannung. Optional lassen sich Lastpfade so auslegen, dass bestimmte Motor-/Lagerbereiche beidseitig abgestützt werden.
Abb. 4 – J7_A + J7_B: Biegeteil mit verschweißten Lagerbossen
Durch ein Biegeteil (Edelstahl) und verschweißte Lagerbosse kann die Teilezahl sinken, bei gleichzeitig hoher Struktursteifigkeit. Kritische Lager-/Passbereiche bleiben definierte Funktionsbezüge.
Abb. 5 – J8_A + J8_B: Blech-Alternative zur Reduktion von Teilen und Schrauben
Auch hier steht die Reduktion von Einzelteilen im Vordergrund. Ein integrierter Träger reduziert Montageaufwand und minimiert Toleranzketten über Schraubverbindungen.
Abb. 6 – Fastener-Standardisierung und Vereinfachung von Adapterteilen
Spezialschrauben und unnötige Zwischenadapter erschweren Beschaffung, Service und Ersatzteilhaltung. Wir standardisieren wo möglich auf gängige Fastener und vereinfachen Senkungen/Mutternaufnahmen. Zusätzlich prüfen wir, ob bestimmte Adapter durch konstruktive Integration entfallen können.
Abb. 7 – swivel_rotor: Frästeil → Blech/Schweißteil
Rotations-/Trägerteile lassen sich in vielen Fällen als Blech-/Schweißbaugruppe ausführen, wenn Funktionsbezüge sauber definiert und kontrolliert werden. Ziel: geringere Teilekosten bei stabiler Geometrie in der Serie.
Abb. 8 – J7_D: Spann- und Bearbeitungsaufwand reduzieren, Symmetrie erhöhen
Teile, die aufwändig zu spannen sind, treiben CNC-Zeit und Kosten. Eine Geometrie, die Laser-/Wasserstrahlzuschnitt für die Kontur erlaubt und nur die Funktionsflächen CNC benötigt, reduziert Aufwand deutlich. Gleichzeitig kann Symmetrie die Variantenvielfalt (links/rechts) reduzieren.
Abb. 9 – J1_A: Offene C-Form → geschlossene Kontur (optional Blechvariante)
Eine geschlossene Kontur vereinfacht die Fertigung und kann die Steifigkeit erhöhen. Kabel-Freiraum wird gezielt dort vorgesehen, wo er wirklich benötigt wird, ohne unnötige Materialentnahme. Optional kann eine Edelstahl-Blechvariante mit aufgeschweißten Verstärkungen sinnvoll sein.
Abb. 10 – J4_A: Service-Bohrung für Konfiguration (z. B. CAN-ID) nach der Montage
Servicezugänge sparen im Alltag viel Zeit: eine definierte Bohrung ermöglicht Zugriff, ohne den Arm zu demontieren. Ergebnis: schnelleres Commissioning und weniger Risiko durch wiederholtes Zerlegen/Montieren.
Abb. 11 – J6_A: Gewichtsreduzierung ohne Funktionsverlust
Wo Material nicht tragend wirkt, kann Gewicht reduziert werden, ohne Steifigkeit/Lastpfad relevant zu beeinträchtigen. Das hilft bei Dynamik, Handling und Transport.
Abb. 12 – J6_C: Reduktion unnötiger Gewinde und Vereinheitlichung
Unnötige Features erhöhen Bearbeitungszeit und Variantenvielfalt. Vereinheitlichung reduziert Fehlerquellen und vereinfacht Ersatzteilhaltung.
Abb. 13 – swivel_link: verstärkter 3D-Druck als Alternative
Für bestimmte nicht-funktionskritische Komponenten kann ein verstärkter 3D-Druck (Material/Design angepasst, hoher Infill) eine praktikable Alternative sein, insbesondere wenn es um schnelle Iteration oder Kostenoptimierung geht.
6. Was ist im Mechanical Parts Kit enthalten?
- Mechanikteile (Hybrid: CNC-Aluminium eloxiert + Edelstahlblech)
- Standardteile inkl. benötigter Schrauben und Lager
7. Was ist nicht enthalten?
- Motoren (separates Motor Set)
- Kabel/Verkabelung (separates Cable & Wiring Kit)
- 3D-gedruckte Abdeckungen/Gehäuse (separates Cover Kit)
8. Fazit
Unsere Hybridfertigung ist eine pragmatische Umsetzung des OpenARM-Referenzdesigns für wiederholbare Kits: weniger Teile, weniger Schrauben, schnellere Montage, höhere Steifigkeit und konsistente Qualität. Wenn du ein komplettes System aufbauen möchtest, starte hier: Mechanical Parts Kit ansehen .
Open Source & Notice
OpenARM ist ein Open-Source-Projekt. Dieser Beitrag beschreibt eine kompatible Fertigungs-/Montageumsetzung durch das Eckstein-Team. Es handelt sich nicht um eine offizielle Veröffentlichung des OpenARM-Projekts.
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