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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, welche zum Transportieren von Energiespeicherzellen vorgesehen sind. Die Energiespeicherzellen werden dabei nach ihrer Herstellung von der Vorrichtung aufgenommen und auf anderen Energiespeicherzellen abgelegt, um einen Stapel von Energiespeicherzellen zu erzeugen. Jede Energiespeicherzelle ist mit zwei Ableiterkontakten ausgestattet, welche mit der Anode und der Elektrode der Energiespeicherzelle elektrisch leitfähig verbunden sind. Diese Ableiterkontakte sind üblicherweise metallische Bleche, welche durch Stanzen hergestellt werden. Die Ableiterkontakte der übereinander gestapelten Energiespeicherzellen werden nach der Stapelbildung derart miteinander verschweißt, dass die gestapelten Energiespeicherzellen parallel oder in Serie miteinander geschaltet werden. Auf diese Weise wird eine gemeinsame Energiespeichereinheit gebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Handhabung von Energiespeicherzelle zur Verfügung zu stellen, welche eine schnellere, effizientere und somit kostengünstigere Herstellung von Energiespeichereinheiten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Handhaben einer mit Ableiterkontakten ausgestatteten Energiespeicherzelle gelöst, wobei die Vorrichtung eine Halteeinheit zum Halten und/oder Transportieren der Energiespeicherzelle aufweist und wobei die Vorrichtung ferner eine Biegeeinheit zum Biegen wenigstens eines Ableiterkontakts der Energiespeicherzelle aufweist.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Biegen der Ableiterkontakte während der Handhabung der Energiespeicherzelle durch die Halteeinheit. Somit kann beispielsweise die Transportzeit, währenddessen die Energiespeicherzelle mittels der Halteeinheit von einem Transportband genommen und in einer Stapeleinheit abgelegt wird, genutzt werden, um die Ableiterkontakte entsprechend zu biegen, so dass der anschließende Kontaktierungsvorgang, insbesondere ein elektrisches Kontaktieren der Ableiterkontakte verschiedener Energiespeicherzellen, vereinfacht und beschleunigt werden kann. Das Biegen der Ableiterkontakte hat insbesondere den Vorteil, dass die miteinander zu verbindenden Ableiterkontakte benachbarter Energiespeicherzellen beim Stapeln der Energiespeicherzellen unmittelbar miteinander in Kontakt gelangen und nur noch, beispielsweise durch Schweißen, miteinander fest verbunden werden müssen. Das Einbringen separater Verbindungselemente, über welche die Ableiterkontakte miteinander verbunden werden, können insbesondere vollständig eingespart werden. Im Ergebnis ist somit eine kostengünstigere und schnellere Herstellung von Energiespeichereinheiten möglich. Eine Energiespeichereinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Stapel von wenigstens zwei Energiespeicherzellen, welche durch eine elektrische Verbindung miteinander parallel oder in Serie geschaltet sind. Denkbar ist, dass die wenigstens zwei Energiespeicherzellen anschließend in ein gemeinsames Batteriegehäuse integriert werden. Jede Energiespeicherzelle umfasst vorzugsweise wenigstens zwei voneinander separierte Flächenelektroden, welche übereinander angeordnet oder ineinander gerollt sind. Vorzugsweise umfasst eine solche Energiespeicherzelle einen Lithium-Ionen-Akku oder einen elektrischen Kondensator.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegeeinheit ein Fixierteil zum Fixieren eines ersten Teilbereichs des Ableiterkontakts und ein Biegeteil zum Kontaktieren eines zweiten Teilbereichs des Ableiterkontakts aufweist, wobei das Biegeteil gegenüber dem Fixierteil bewegbar ist, um den zweiten Teilbereich gegenüber dem ersten Teilbereich zu biegen. In vorteilhafter Weise wird der Ableiterkontakt während des Biegenvorgangs von dem Fixierteil festgehalten, so dass sich der Ableiterkontakt nur in einem genau definierten Biegebereich zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich verbiegt. Ferner wird keine Kraft in die mit dem Ableiterkontakten innerhalb der Energiespeicherzelle verbundenen Elektroden eingeleitet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Fixierteil eine erste Fixierbacke und eine zweite Fixierbacke aufweist, wobei das Fixierteil zwischen einer Schließstellung, in welcher der erste Teilbereich zwischen der ersten und der zweiten Fixierbacke fixierbar ist, und einer Offenstellung, in welcher die erste und die zweite Fixierbacke voneinander beabstandet sind, bewegbar ist. Die Fixierbacken können somit vorteilhafterweise aufeinander zu in die Schließstellung, um einen Ableiterkontakt während des Biegevorgangs zu fixieren, und voneinander weg in die Offenstellung bewegt werden, um den Ableiterkontakt nach dem Biegevorgang wieder freizugeben. Analog weist das Biegeteil vorzugsweise eine erste Biegebacke und eine zweite Biegebacke aufweist, wobei das Biegeteil zwischen einer Schließstellung, in welcher der zweite Teilbereich zwischen der ersten und der zweiten Biegebacke fixierbar ist, und einer Offenstellung, in welcher die erste und die zweite Biegebacke voneinander beabstandet sind, bewegbar ist. In vorteilhafter Weise kann somit auch das Fixierteil in einfacher Weise mit einem Ableiterkontakt bestückt und nach dem Biegevorgang wieder entladen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Biegeteil über ein Halteelement mit einem Schwenkantrieb verbunden ist und wobei das Biegeteil mittels des Schwenkantriebs um eine Schwenkachse gegenüber dem Fixierteil verschwenkbar ist. Durch Schwenken des Biegeteils gegenüber dem Fixierteil wird der sowohl im Fixierteil, als auch im Biegeteil fixierte Ableiterkontakt in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich ausgebildeten Biegebereich gebogen. Der Schwenkantrieb umfasst vorzugsweise einen Elektromotor, insbesondere einen Servomotor. Denkbar wäre grundsätzlich aber auch, dass der der Schwenkantrieb einen Pneumatik-Antrieb umfasst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Halteelement derart ausgebildet ist, dass die Schwenkachse durch einen Bereich zwischen dem Fixierteil und dem Beigeteils verläuft. In vorteilhafter Weise wird somit ein Biegen des Ableiterkontakts ausschließlich im definierten Biegebereich zwischen dem ersten und zweiten Teilbereich erzielt. Eine Beschädigung der Energiespeicherzelle durch Übertragung der Biegekraft ins Innere der Energiespeicherzelle und insbesondere auf die Elektroden wird somit wirksam vermieden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Biegebacke drehgelenkig mit einem ersten Gelenkteil und die zweite Biegebacke drehgelenkig mit einem zweiten Gelenkteil verbunden ist, wobei das erste Gelenkteil und das zweite Gelenkteil nach Art eines Scherengelenks in einem Kopplungspunkt drehgelenkig miteinander verbunden sind, wobei das Biegeteil durch Verschieben des Kopplungspunktes parallel zum zweiten Teilbereich zwischen der Schließstellung und der Offenstellung bewegbar ist. In vorteilhafter Weise kann der Biegeteil somit durch einen Linearantrieb zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verfahren werden. Der Linearantrieb muss lediglich den Kopplungspunkt verfahren. Ferner kann durch eine entsprechende Dimensionierung des ersten und zweiten Gelenkteils eine geeignete Übersetzung und insbesondere eine geeignete Klemmkraft in der Schließstellung erzielt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Halteeinheit einen Sauggreifer umfasst, welche zum Halten der Energiespeicherzelle mittels Unterdruck vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise können mit einem Sauggreifer die Energiespeicherzellen vergleichsweise einfach und schonend aufgenommen werden. Insbesondere können mit Sauggreifern auch sogenannte „Pouch-Energiespeicherzellen“ aufgenommen werden, deren Außenhülle aus biegeschlafen Materialien bestehen und daher als Beutel-Zellen bezeichnet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Basiselement umfasst, an welchem die Halteeinheit und die Biegeeinheit befestigt sind, und wobei die Vorrichtung einen Manipulator zum Bewegen des Basiselements aufweist. In vorteilhafter Weise kann die Energiespeicherzelle mittels des Manipulators transportiert werden, während sie von der Halteeinheit aufgenommen und von der Biegeeinheit gebogen wird. Denkbar ist, dass die Energiespeicherzelle von einem Transportband oder einer Bearbeitungsstation aufgenommen wird und zu einem weiteren Transportband oder einer weiteren Bearbeitungsstation transportiert wird. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Stapeleinheit auf, in welcher die Energiespeicherzellen mittels der Halteeinheit übereinander stapelbar sind. Die von der Halteeinheit aufgenommene Energiespeicherzelle wird vorzugsweise mittels des Manipulators zu der Stapeleinheit transportiert, während die Ableiterkontakte mittels der wenigstens einen Biegeeinheit gebogen werden. In vorteilhafter Weise kann der Transport zur Stapeleinheit somit zum Umbiegen der Ableiterkontakte genutzt werden. Die Stapeleinheit umfasst insbesondere eine Aufnahme, in welcher die Energiespeicherzellen übereinander abgelegt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Handhaben einer mit Ableiterkontakten ausgestatteten Energiespeicherzelle, insbesondere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Energiespeicherzelle von einer Halteeinheit der Vorrichtung aufgenommen wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Energiespeicherzelle mittels der Halteeinheit gehalten und/oder transportiert wird, wobei im zweiten Verfahrensschritt wenigstens ein Ableiterkontakt der Energiespeicherzelle mittels einer Biegeeinheit der Vorrichtung gebogen wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt die Energiespeicherzelle mittels der Halteeinheit abgelegt wird. In vorteilhafter Weise wird der Ableiterkontakt gebogen, während die Energiespeicherzelle von der Halteeinheit aufgenommen wird. Die Ableiterkontakte können auf diese Weise beispielsweise während des Transports der Energiespeicherzelle gebogen werden, so dass keine separate Biegestation erforderlich ist. Ferner wird durch das Umbiegen der Ableiterkontakte die Kontaktierung zwischen verschiedenen Energiespeicherzellen erleichtert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt die Energiespeicherzelle mit anderen Energiespeicherzellen gestapelt wird. In vorteilhafter Weise wird somit ein Modul durch Stapeln einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen gebildet. In einem vierten Verfahrensschritt werden Ableiterkontakte der Energiespeicherzellen teilweise miteinander verschweißt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 und 2 zeigen schematische Ansichten einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt eine schematische Detailansicht einer Vorrichtung gemäß der beispielhaften weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 und 2 sind schematische Ansichten einer Vorrichtung 1 zum Handhaben einer Energiespeicherzelle 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die nur teilweise dargestellte Energiespeicherzelle 2 umfasst zwei voneinander separierte Flächenelektroden (nicht dargestellt), welche jeweils einen nach außen geführten, elektrisch leitfähigen Ableiterkontakt 3 aufweisen. Um eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 2 zu einem Modul zusammenzufassen, werden die Energiespeicherzellen 2 übereinander gestapelt und durch entsprechende Kontaktierung der entsprechenden Ableiterkontakte 3 miteinander in Serie geschaltet. Zum Stapeln der Energiespeicherzellen 2 wird im vorliegenden Beispiel die Vorrichtung 1 verwendet.
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Die Vorrichtung 1 weist ein Basiselement auf, welche eine Halteeinheit 4 (in 1 nicht dargestellt) zum Aufnehmen und Transportieren der Energiespeicherzelle 2 umfasst. Die Halteeinheit 4 weist hierfür einen Sauggreifer auf, welcher die Energiespeicherzelle 2 mittels Unterdruck aufnehmen und halten kann. Das Basiselement ist insbesondere an einem Manipulator befestigt. Durch die Bewegung des Manipulators wird die aufgenommene Energiespeicherzelle 2 dann zu einer Stapeleinheit transportiert. Denkbar ist, dass die Energiespeicherzellen 2 nacheinander mittels eines Förderbandes in den Wirkbereich der Vorrichtung 1 transportiert werden und dass die Energiespeicherzellen 2 sukzessive von der Vorrichtung 1 aufgenommen und in der Stapeleinheit übereinander abgelegt und somit gestapelt werden.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Biegeeinheit 5 auf, welche zum Biegen der Ableiterkontakte 3 einer von der Halteeinheit 4 aufgenommenen Energiespeicherzelle 2 vorgesehen ist. Auf diese Weise können die Ableiterkontakte 3 der Energiespeicherzellen 2 während des Transports vom Förderband zur Stapeleinheit in gewünschter Weise gebogen werden.
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Die Biegeeinheit 5 weist ein Fixierteil 6 und ein Biegeteil 13 auf. Das Fixierteil 6 umfasst eine erste Fixierbacke 9 und eine zweite Fixierbacke 10. In einer Schließstellung des Fixierteils 6 sind die erste und die zweite Fixierbacke 9, 10 einander angenähert, so dass ein erster Teilbereich 7 des Ableiterkontakts 3 zwischen der erste und der zweiten Fixierbacke 9, 10 eingeklemmt wird. In einer Offenstellung des Fixierteils 6 sind die erste und die zweite Fixierbacke 9, 10 voneinander beabstandet, so dass der Ableiterkontakt 3 aus dem Fixierteil 6 entnommen oder in das Fixierteil 6 eingeführt werden kann. Die erste und die zweite Fixierbacke 9, 10 werden vorzugsweise jeweils mittels einer Linearführung auf die gegenüberliegende Oberfläche des ersten Teilbereichs 7 gefahren bzw. gedrückt. Das Fixierteil 6 dient dazu, den Ableiterkontakt 3 im ersten Teilbereich 7 zu fixieren, während der Ableiterkontakt 3 mittels des Biegeteils 13 um eine Biegeachse 20 gebogen wird.
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Das Biegeteil 13 umfasst eine erste Biegebacke 11 und eine zweite Biegebacke 12. Analog zum Fixierteil 6 kann auch das Biegeteil 13 zwischen einer Schließstellung, in welcher die erste und die zweite Biegebacke 11 und 12 einander angenähert sind und einen zweiten Teilbereich 8 des Ableiterkontakts 3 zwischen sich einklemmen, und einer Offenstellung, in welche die erste und die zweite Biegebacke 11, 12 voneinander beabstandet sind, bewegt werden. Die erste Biegebacke 11 ist hierfür drehgelenkig mit einem ersten Gelenkteil 17 verbunden, während die zweite Biegebacke 12 drehgelenkig mit einem zweiten Gelenkteil 18 verbunden ist. Das erste und das zweite Gelenkteil 17, 18 sind in einem gemeinsamen Kopplungspunkt 19 drehgelenkig miteinander verbunden. Am Kopplungspunkt 19 greift wiederum ein Linearmotor an. Ein Verschieben des Kopplungspunktes 19 in Richtung erste und zweite Biegebacke 11, 12 führt dazu, dass sich das Biegeteil 5 in die Schließstellung bewegt, während ein Zurückziehen des Kopplungspunkts 19 von der ersten und zweiten Biegebacke 11, 12 weg zu einer Bewegung des Biegeteils 5 in die Offenstellung führt.
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Das Biegeteil 5 ist über ein Halteelement 14, welches insbesondere L-förmig ausgebildet ist, mit einem Schwenkantrieb 15 verbunden. Eine Betätigung des Schwenkantriebs 15 führt dazu, dass das Biegeteil 13 relativ zum Fixierteil 6 verschwenkt wird. Durch diese Verschwenkbewegung wird der Ableiterkontakt 3 gebogen. Aufgrund der Fixierung des ersten Teilbereichs 7 innerhalb des Fixierteils 6 verläuft die Biegeachse 20 zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich 7, 8. Das Halteelement 14 und der Schwenkantrieb 15 sind derart ausgebildet, dass die Schwenkachse 16 des Schwenkantriebs 15 mit der Biegeachse 20 fluchtet.
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1 zeigt eine Aufsichtsschnittdarstellung der Vorrichtung 1 und der Energiespeicherzelle 2 entlang der in 2 gezeigten Schnittbildlinie 22, während in 2 die entsprechende Seitenschnittbildansicht entlang der in 1 gezeigten weiteren Schnittbildlinie 23 illustriert ist.
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In 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die in 3 gezeigte weitere Ausführungsform gleicht im Wesentlichen der anhand von 1 und 2 erläuterten Ausführungsform, wobei in 3 zusätzlich das Basiselement, die Halteeinheit 4 und zumindest teilweise der Manipulator dargestellt sind.
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Ferner weist die in 3 gezeigte Vorrichtung 1 zwei Biegeeinheiten 5 auf. Auf diese Weise können zwei Ableiterkontakte 3 einer einzigen Energiespeicherzelle 2 jeweils gebogen werden. Denkbar ist, dass die beiden Ableiterkontakte 3 in unterschiedliche Richtungen gebogen werden. Auf diese Weise wird die Verschaltung von mehreren miteinander gestapelten Energiespeicherzellen 2 in Serie vereinfacht.
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In 4 ist eine schematische Detailansicht einer Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Detailansicht sind wiederum das Fixierteil 5 und das Biegeteil 13 einer Biegeeinheit 5 dargestellt. Ferner sind Vakuumleitungen 21 gezeigt, durch welche am Sauggreifer der Unterdruck zum Aufnehmen der Energiespeicherzellen 2 erzeugt wird.
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3 zeigt eine Frontschnittdarstellung der Vorrichtung 1 entlang der in 4 gezeigten Schnittbildlinie 24, während in 4 die entsprechende Seitenschnittbildansicht entlang der in 3 gezeigten weiteren Schnittbildlinie 25 illustriert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Energiespeicherzelle
- 3
- Ableiterkontakt
- 4
- Halteeinheit
- 5
- Biegeeinheit
- 6
- Fixierteil
- 7
- Erster Teilbereich
- 8
- Zweiter Teilbereich
- 9
- Erste Fixierbacke
- 10
- Zweite Fixierbacke
- 11
- Erste Biegebacke
- 12
- Zweite Biegebacke
- 13
- Biegeteil
- 14
- Halteelement
- 15
- Schwenkantrieb
- 16
- Schwenkachse
- 17
- Erster Gelenkteil
- 18
- Zweiter Gelenkteil
- 19
- Kopplungspunkt
- 20
- Biegeachse
- 21
- Vakuumleitungen
- 22
- Schnittbildlinie
- 23
- Weitere Schnittbildlinie
- 24
- Schnittbildlinie
- 25
- Weitere Schnittbildlinie
