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Gegenstand der Erfindung ist ein Roboter mit einer Präzisionsführung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine derartige Vorrichtung ist in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden.
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Allen Ausführungsformen liegt das Problem zu Grunde, dass bei einem dreidimensional schwimmend gelagerten Greifer ein zu großer Winkel- und Positionsfehler auftritt.
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Mit der
DE 10 2006 003 555 B4 wird eine Steuerung für eine Werkzeug-Sensor-Vorrichtung beschrieben. Hierbei verfügt ein Aktor über eine Aktorensteuerung und Sensoren, die zur Gewinnung der Positionsdaten dienen.
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Mit Hilfe der Sensoren lässt sich eine relative Position gegenüber dem Referenzbauteil feststellen. Nachteil bei der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die Anzahl der Gelenke des Aktors, die ihm ein dreidimensionales Agieren im Raum erlauben, zwangsläufig Winkel- und Positionsfehler entstehen.
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Mit der Offenlegungsschrift
DE 36 41 065 A1 wird eine Arbeitseinrichtung mit einer Vorschubeinheit beschrieben. Ziel der Erfindung ist es mit Hilfe einer Abstützeinrichtung die Vorschubeinheit in der richtigen Position abzustützen und dadurch eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Die Abstützvorrichtung ist dabei starr mit einer Arbeitsstelle verbunden und ermöglicht nur ein eingeschränktes Arbeiten mit der Führungseinrichtung.
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Es kann somit festgestellt werden, dass keine der oben genannten Druckschriften einen Roboter zeigt, der über eine schwimmende Lagerung verfügt und eine präzise und dynamische Führung des Greiferpaketes ermöglicht.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Greifer eines Roboters so zu lagern, dass die vom Roboter betätigte Vorrichtung über eine hohe Genauigkeit verfügt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.
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Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass ein Roboter zusammen mit seinem Greiferpakt an eine Präzisions-Längsführung andockt und diese über eine geführte Bahn bewegt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Präzisions-Längsführung als Präzisionsschlitten ausgebildet. Unter dem Begriff Längsführung werden alle Bahnführungen verstanden, unabhängig davon ob, es sich um eine X-Y-Führung, eine X-Z oder Y-Z- oder X-, Y-, Z-Führung handelt. Wenn später der Begriff „Präzisionsschlitten” verwendet wird, ist dies nicht einschränkend zu verstehen. Es werden sämtliche Präzisions-Längsführungen der oben genannten Art beansprucht, einschließlich Längsführungen mit Luftlagern, Hydrauliklagern und schienengeführten Bahnen.
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Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar, da es nun erstmals möglich ist, mit einem dreidimensional, schwimmend gelagerten Greiferarm einen hoch präzisen Arbeitsvorgang, wie zum Beispiel Bestücken, Bedrucken, Beschichten und dgl. mehr, in der Produktion zu bewerkstelligen.
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Die unerwünschte Ungenauigkeit eines Roboterkopfes ist durch das Achsspiel in den Gelenken, die Fehler in der Bahnführung und dergleichen bedingt. Dabei findet z. B. ein Roboter bzw. Manipulator bekannter Hersteller Anwendung. Im Folgenden soll dieser Manipulator bzw. Roboter nur noch Roboter genannt werden.
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Geht man davon aus, dass ein Roboterarm dreidimensional schwimmend gelagert in einer Fertigungsvorrichtung installiert ist, so entstehen während der gesamten Handhabung Positions- bzw. Winkelfehler.
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Als Beispiel für eine schwimmende Lagerung kann z. B. ein Indexbolzen in einem Federpaket, eine federnde Lagerung über Federelemente oder elastomere Federn verwirklicht sein. Es wird jedoch für die vorliegende Erfindung sämtliche verschiedene Techniken und Variationen für eine schwimmende Lagerung eines Greiferkopfes beansprucht.
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Durch ein Andocken des Roboters zusammen mit seinem schwimmend gelagerten Greiferpaket an einem bahngeführten Präzisionsschlitten einer Bearbeitungsstation findet nun erfindungsgemäß einen Präzisionsführung des Greiferpaktes statt. Die Fehler der schwimmenden Lagerung des Greiferkopfes und alle Fehler der Bahnführung werden dadurch eliminiert.
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Für den Vorschub des Präzisionsschlittens an Bearbeitungsstation bestehen u. a. zwei Möglichkeiten:
- 1. Die Antriebe des Roboters und die des Präzisionsschlitten werden synchronisiert.
- 2. Durch eine mechanische Kopplung des Greiferflansches an den Präzisionsschlitten findet eine Vorschubbewegung des Schlittens durch den Roboter statt.
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Durch die oben genannten Ausführungsformen wird die Ungenauigkeit vor allem von den Robotergelenken überbrückt, wodurch eine immer wiederholbare und präzise Bahnführung eines Präzisionsschlittens stattfindet.
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Ganz im Gegensatz dazu wird bei dem bekannten Stand der Technik die Ungenauigkeit der Robotergelenke lediglich als Positions- und Fehlersignal verrechnet.
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Als Beispiel für einen bahngeführten Präzisionsschlitten einer Bearbeitungsstation soll hier ein Werkzeugschlitten ohne Motor, der dreidimensional verläuft, beschrieben werden. Hierbei ist es vorteilhaft, dass kein Motor auf Seiten des Werkzeugschlittens vorhanden ist, da so nicht eine Synchronisation der beiden Antriebe auf der Greiferarmseite und der Werkzeugschlittenseite anfällt.
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Es findet somit eine Koppelung des Roboters mit dem Werkzeugschlitten statt, wobei der Roboter rein als Vorschubaggregat an dem schwimmenden Paket hängt. Damit wird die Präzision des Schlittens auf das Greiferpaket übertragen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dient der Greifer als Manipulator bei einem Druckvorgang für eine Handyschale. An der Druckvorrichtung sind Druckköpfe nach einer ganz bestimmten Reihenfolge angeordnet. Hierbei handelt es sich z. B. um eine Farbe A, Farbe B oder Farbe X, die nacheinander auf die Handyschale aufgespritzt werden soll. Der Greifer mit der eingespannten Handyschale dockt nun schwimmend und dreidimensional an dem Präzisionsschlitten der Druckvorrichtung für die Farben A, B und X an.
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Gerade bei der Lackierarbeiten oder anderen Präzisionsverfahren ist eine sehr hohe Genauigkeit gefordert, die durch das Andocken des dreidimensional verfahrbaren Roboters an dem Präzisionsschlitten erreicht wird.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel bewegt nun der Roboter den Schlitten an den Druckköpfen vorbei. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die beiden Antriebe des Roboters und des Werkzeugschlittens synchronisieren und somit das schwimmende Paket gemeinsam verschieben. D. h., wenn zwei Antriebe synchronisiert worden sind, muss dieser Synchronisationsfehler kleiner sein wie das schwimmende Paket.
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Somit entsteht bei dem schwimmenden Paket eine Toleranz, die abgefedert und nicht aus seiner Lage herausgeht. Der Vorteil bei der vorliegenden Ausführungsform ist, dass keine großen Druckmaschinen benötigt werden.
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Selbstverständlich ist neben der dreidimensional verfahrbaren Bahn auch eine zweidimensionale bzw. eindimensionale Bahnverfolgung möglich.
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Der Unterschied zu dem Stand der Technik besteht darin, dass der Greifer als Vorschubantrieb für eine Halterung verwendet wird, wobei entweder der Druckkopf oder das Werkstück an dem Greiferpaket befestigt ist.
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Durch das oben genannte Anwendungsbeispiel wird eine Druckmaschine überflüssig. Der Roboter mit seinem Greifer dient für die Aktorik und ist dreidimensional schwimmend. Somit findet ein Bedrucken des Werkstückes direkt zusammen mit dem Greifer statt.
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Die Genauigkeit für die Druckstation wird über den Werkzeugschlitten bereitgestellt. Somit ist es erstmals möglich, eine Druckstation mit einem Roboter zu bedienen, wobei das Werkstück fest in dem Greiferpaket eingespannt wird und durch den Roboter an die verschiedenen Druckstationen gefahren und dort mit dem Roboter zusammen bearbeitet wird.
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Der Roboter nimmt z. B. die rohe Handyschale von einer Palette auf, spannt sie in sein Greiferpaket ein und fährt damit zur ersten Station. An der ersten Station dockt der Greiferarm an einen Präzisionsschlitten an und schiebt diesen über eine geführte Bahn. Durch das hochgenaue Andocken und die präzise Bahnführung entsteht eine sehr hohe Genauigkeit. Anschließend dockt der Greiferarm zusammen mit der eingespannten und vorlackierten Handyschale wieder ab und verfährt zur nächsten Bearbeitungsstation.
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Dort besteht die Möglichkeit erneut an einen Präzisionsschlitten anzudocken, um dort weitere Bearbeitungsschritte vorzunehmen. Es ist jedoch nicht notwendig, bei jedem Bearbeitungsvorgang eine präzise Bahnführung durchzuführen. Ebenso kann ein Trocknungsvorgang ohne eine Bahnführung bzw. eine Ankopplung an einen Präzisionsschlitten stattfinden. Dadurch wird eine große und sehr aufwendige Druckmaschine nicht mehr benötigt.
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Es können somit auch räumlich auseinander liegende Druck- oder Bearbeitungsstationen angefahren werden, wobei der Weg vom Abkoppeln aus der einen Station bis zum Andocken an die andere Station mit Fehlern behaftet sein kann, möglichst schnell ausgeführt wird, weil Fehler in der Bahnführung keine Rolle spielen. Damit können beliebige Stationen modulartig verteilt und räumlich getrennt angeordnet werden. Dank der Erfindung erfolgt die hochpräzise Bahnführung nur im Bereich der Station, jedoch nicht außerhalb.
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Demnach ist es nach der vorliegenden Erfindung erstmals möglich, dass ein Roboter mit einem eingespannten Werkstück an den verschiedenen Bearbeitungsstationen vorbei fährt und dort die einzelnen Schritte ausführen lässt.
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Die Genauigkeit des Roboterkopfes wird also durch Veränderungen an der Greifertechnologie bewirkt. Selbstverständlich ist es auch möglich mit der geführten Bahnverfolgung eine Rotation des Greiferkopfes durchzuführen.
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Die schwimmende Aufhängung drückt sich dabei an dem Gegenstück präzise ab und führt die Rotation aus. Durch diese Synchronisation der beiden Bauteile ist es erstmals möglich, genau die gewünschten Winkel und die gewünschten Höhen einzuhalten und somit eine sehr hohe Präzision der Bahnführung zu gewährleisten.
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Dabei ist wichtig, dass ein Andocken an die Präzisionsführung stattfindet. Beim Andocken an den Präzisionsschlitten kann dies mit Hilfe eines Kegels passieren, der spielfrei arbeitet. Es können natürlich auch andere, spielfrei arbeitende Andockvorrichtungen verwendet werden, wie z. B. Konussteckverbindungen, vorgespannte Keilverbindungen, vorgespannte Drehkupplungen und dgl. mehr.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Ausführungsform ist, dass bei einer komplizierten Fertigung mit mehreren Bearbeitungsstationen nicht bei jeder Bearbeitungsstation eine hoch präzise Führung gefragt ist. Der frei schwebende, dreidimensional sich drehender Greiferarm verfährt nun zwischen den unterschiedlichen Bearbeitungsstationen hin und her und kann bei Bedarf an eine hoch präzise Werkzeugschlittenführung andocken und damit die gewünschte Präzision erreichen. So kann z. B. bei einem Druckvorgang mit unterschiedlichen Bearbeitungsstationen gearbeitet werden.
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In einem vierteiligen Bearbeitungsprozess kann z. B. bei der Vorbehandlung mit Plasma eine Präzision nicht gewünscht sein. Jedoch im darauf folgenden Prozess wird eine hohe Präzision verlangt, da mit vier Farben gleichzeitig bzw. hintereinander auf das Werkstück gespritzt wird. Bei den anschließenden Vorgängen wird eine Präzision wiederum nicht gefragt. Es handelt sich hierbei um Trocknungsvorgänge bzw. eine Qualitätssicherung.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist ebenso, dass eine z. B. Trocknungsstation von mehreren Greifrobotern bedient werden kann. Gefragt bei allen Stationen ist lediglich die Vorschubbewegung des Greiferarms. Die Winkelgenauigkeit wird durch die Präzisionsführung erreicht.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind jegliche Toleranzfehler vermieden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
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1: Perspektivische Darstellung der Vorrichtung mit einem Roboter
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2: Zeigt eine schematische Darstellung des Greiferpaketes an der Vorrichtung.
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3: Zeigt eine schematische Darstellung des Greiferpaketes angedockt an der Vorrichtung.
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1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der oben beschriebenen Erfindung, bei der ein Roboter 1 drehbar auf einem Standfuß 2 gelagert ist. Der Roboter verfügt über ein bodennahes erstes Gelenk 3, ein zweites Gelenk 4 und ein weiteres Gelenk 5. An dem Gelenk 5 ist ein Greiferpaket 6 angeordnet, dass zur Aufnahme von Werkstücken ausgebildet ist.
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Mit Hilfe der konstruktiven Merkmale des Roboters 1 lässt sich so eine dreidimensionale Drehbewegung im Raum ausführen.
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Dies ist bei der vorliegenden Erfindung von großer Bedeutung, da es nun erstmals möglich ist, mit Hilfe des Roboters 1 und dessen schwimmend gelagerten Greiferpaketes 6 ein Werkstück 7 präzises zu bearbeiten. Neu bei der vorliegenden Erfindung ist nun, dass der Roboter mit seinem Greiferpaket 6 an einem Präzisionsschlitten 9 andockt. Der Präzisionsschlitten 9 befindet sich an der Bearbeitungsstation 8 und verfügt über eine bahngeführte Präzisionsführung 10.
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Die Präzisionsführung soll im folgenden Beispiel als Bahn 10 bezeichnet werden. In dem vorliegenden Beispiel lässt sich so der Präzisionsschlitten 9 entlang der Bahn 10 in Pfeilrichtung 11 horizontal verschieben. Damit ist es erstmals möglich, dass ein dreidimensional, verfahrbarer Roboter 1 mit einem schwimmend gelagerten Greiferpaket 6 an einen Präzisionsschlitten 9 andockt und diesen vertikal geführt über eine Bahn 10 verschieben kann.
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Der Vorschubantrieb wird somit von dem Roboter 1 bewerkstelligt. Das Bearbeitungszentrum 8 verfügt dabei über eine Präzisionsführung 10 und ein Präzisionsschlitten 9, wobei der Präzisionsschlitten 9 über die Präzisionsführung 10 an einem Werkzeug 12 vorbeigeführt wird. 1 zeigt dabei den Vorgang wie der Roboter 1 zusammen mit seinem Greiferpaket 6 in Richtung der Bearbeitungsstation 10 verfährt. In 1 befindet sich der Roboter 1 zusammen mit seinem Greiferpaket frei im Raum.
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In einem nächsten Schritt dockt der Roboter zusammen mit seinem Greiferpaket 6 und dem Werkstück 7 an den Präzisionsschlitten 9 der Bearbeitungsstation 8 andocken.
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Die Präzisionsschlitten 9 sich an einer Präzisionsführung und lässt sich so horizontal in Pfeilrichtung 11 nach links und rechts verschieben. Natürlich soll die Erfindung nicht auf eine horizontale Verschiebung beschränkt sein, vielmehr soll jede beliebige, andere Bahnführung unter Schutz gestellt werden, bei der Roboter zusammen mit seinem angedockten Greiferpaket 6 einen Schlitten 9 über eine Bahn bewegt.
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Oberhalb der geführten Präzisionsführung befindet sich das Werkzeug 12, dass wie in einem Ausführungsbeispiel beschrieben, eine Druckerpatrone bzw. eine Druckvorrichtung mit diversen Farben sein kann. Anstatt einer Druckvorrichtung ist natürlich jede beliebig andere Werkzeug wie z. B. eine Fräs-, Bohr-, Schweißmaschine oder dgl. möglich.
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Nachdem nun der Roboter 1 mit seinem schwimmende gelagerten Greiferpaket 6 zusammen mit dem Werkstück 7 an den Präzisionsschlitten 9 angedockt hat, ist er nun bahngeführt und kann in Pfeilrichtung 11 das Werkstück 7 an dem Werkzeug 12 geführt vorbei bewegen.
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2 zeigt den Andockprozess des Greiferpaketes 6 zusammen mit dem Werkstück 7. Hierbei dockt das Greiferpaket 6 über eine Andockvorrichtung 13 an den Präzisionsschlitten 9 der Bearbeitungsstation 8 an. Die Andockvorrichtung ist hier nur beispielhaft als eine Zapfenkombination ausgebildet, es sind ebenso andere Vorrichtungen wie Kupplungen, Schraub-, Rast-, und/oder Steckverbindungen möglich.
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In 3 ist die Verbindung des Greiferpaketes 6 mit dem Präzisionsschlitten 9 zu sehen. Der Roboter 1 ist nun zusammen mit seinem schwimmend gelagerten Greiferpaket 6 an den Präzisionsschlitten 9 der Bearbeitungsstation 8 angeschlossen und folgt nun der präzisionsgeführten Bahn 10. Als Vorschub kann hierbei der Roboter 1 dienen oder ein weiteres Vorschubgetriebe auf Seiten der Bearbeitungsstation 8.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 2
- Standfuß
- 3
- Gelenk
- 4
- Gelenk
- 5
- Gelenk
- 6
- Greiferpaket
- 7
- Werkstück
- 8
- Bearbeitungsstation
- 9
- Präzisionsschlitten
- 10
- Bahn
- 11
- Pfeilrichtung
- 12
- Werkzeug
- 13
- Andockvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006003555 B4 [0004]
- DE 3641065 A1 [0006]
