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Die Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung für die Übertragung von Energie, wie elektrischen Strom, und/oder von elektrischen Signalen, wie Steuerbefehlen, Prüf- oder Messsignalen, von einer Energie- und/oder Signalquelle an Bearbeitungs- und/oder Handhabungsmodule, die mit einer Werkzeugscheibe des Werkzeugrevolvers einer Werkzeugmaschine koppelbar sind.
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Für die Übertragung von Antriebsenergie auf Werkzeuge, die in Werkzeugaufnahmen von Werkzeugscheiben an Werkzeugrevolvern aufgenommen sind und für Bearbeitungsvorgänge wie Fräsen, Bohren od. dgl. angetrieben werden müssen, ist es Stand der Technik, die Antriebswelle betreffender Bearbeitungs- oder Handhabungsmodule, die bei entsprechender Drehposition der Werkzeugscheibe auf eine Arbeitsposition ausgerichtet sind, mechanisch mittels Kupplungseinrichtungen mit einem Werkzeugantrieb zu verbinden. Für die Einsatzmöglichkeiten der betreffenden Werkzeugmaschinen ergeben sich hierbei Beschränkungen. Mittels der mechanischen Energieübertragung lassen sich zwar verhältnismäßig hohe Drehmomente übertragen, jedoch ist der nutzbare Drehzahlbereich begrenzt und für Bearbeitungsvorgänge, bei denen extrem hohe Drehzahlen erforderlich sind, nicht geeignet. Weiterhin ist hierbei lediglich ein in einer bestimmten Arbeitsposition befindlicher Bearbeitungs- oder Handhabungsmodul mit dem zugehörigen, mechanischen Werkzeugantrieb kuppelbar.
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Um dem Nachteil der Beschränkung auf einen begrenzten Drehzahlbereich abzuhelfen, ist es gemäß
EP 1 719 575 B1 bereits Stand der Technik, mittels einer Übertragungsvorrichtung elektrische Energie auf einen hohe Drehzahlen ermöglichenden Spindelantrieb zu übertragen, der sich in einem Bearbeitungsmodul befindet. Bei dieser bekannten Lösung ist im betreffenden Bearbeitungsmodul ein die elektrische Antriebsenergie erzeugender Generator vorgesehen, der mit einem im Werkzeugrevolver befindlichen mechanischen Antrieb kuppelbar ist, wenn sich der Bearbeitungsmodul in der Arbeitsposition befindet. Auch bei dieser Lösung ist der Einsatz des den Elektroantrieb aufweisenden Bearbeitungsmoduls lediglich bei der bestimmten Arbeitsposition möglich, auf der auch die rein mechanisch anzutreibenden Bearbeitungsmodule betreibbar, d. h. mit dem Werkzeugantrieb mechanisch kuppelbar sind.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Übertragungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels deren elektrische Antriebsenergie und/oder elektrische Signale auf Bearbeitungs- und/oder Handhabungsmodule derart übertragbar sind, dass die betreffende Werkzeugmaschine universeller einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Übertragungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht demgemäß darin, dass das jeweilige Modul mittels mindestens einer wieder lösbaren Kopplungseinrichtung mit der Energie- und/oder Signalquelle über einen Versorgungsstrang verbindbar ist. Dadurch, dass bei der Erfindung eine Verbindung zwischen der Energie- und/oder Signalquelle über einen Versorgungsstrang ausbildbar ist und dadurch die Möglichkeit für eine räumliche Trennung der Energie- und/oder Signalquelle vom jeweils anzusteuernden Modul gegeben ist, entfallen die Einschränkungen, die sich beim Stand der Technik aufgrund der zwangsläufigen Zuordnung zu einer Arbeitsposition ergeben, wo der als Energiequelle dienende Generator immer nur auf derjenigen Position der Werkzeugscheibe antreibbar ist, die auch sonst die Bearbeitungsposition darstellt. Anders als beim Stand der Technik lassen sich bei der Erfindung auch Module einsetzen, die Signale übermitteln oder mit Hilfe von Signalen angesteuert werden. Bei Übertragung von Antriebsenergie oder von Steuersignalen über eine lösbare Kopplungseinrichtung mit zugehörigem Versorgungsstrang lassen sich unterschiedliche Bearbeitungs- und/oder Handhabungsmodule an beliebigen Werkzeugaufnahmen der betreffenden Werkzeugscheibe betreiben. Dies ermöglicht eine sehr hohe Flexibilität in der Fertigung, da Komplettbearbeitungen und Handling-Aufgaben bei der betreffenden Werkzeugmaschine erfüllt werden können, wie sie vorher nach dem Stand der Technik undenkbar waren. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass die Werkzeugaufnahmen, da die Energie- und Signalübertragung über eine entsprechende Kopplungseinrichtung erfolgt, unverändert dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein können, so dass auch mechanisch antreibbare Module, beispielsweise für mit hohem Drehmoment arbeitende Fräswerkzeuge od. dgl., über dem Stand der Technik entsprechende mechanische Kupplungseinrichtungen von einem Werkzeugantrieb des Werkzeugrevolvers mechanisch antreibbar sind.
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Die jeweilige Kopplungseinrichtung kann eine Steckerverbindung aufweisen, bei der als ein Teil derselben männliche oder weibliche Steckerteile mit weiblichen bzw. männlichen Steckerteilen als dem anderen Teil der Kopplungseinrichtung in Verbindung miteinander bringbar sind. Dabei lassen sich auf einfache Weise mittels Steckverbindungen unterschiedliche Übertragungswege zu verschiedenen Modulen realisieren.
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In besonders vorteilhafter Weise kann der sich im Werkzeugrevolver befindliche Versorgungsstrang in mehrere Strangsegmente unterteilt sein, von denen ein
- – erstes Strangsegment zwischen der Energie- und/oder Signalquelle und einem Drehverteiler;
- – zweites Strangsegment zwischen dem Drehverteiler und einer weiteren Energie- und/oder Signalverteilereinrichtung; und ein
- – drittes Strangsegment zwischen der weiteren Signalverteilereinrichtung und dem einen Teil zumindest der Kopplungseinrichtungen
angeordnet sind. Das erste Strangsegment kann durch eine zu einem Anschluss am Drehverteiler führende Leitung gebildet sein, die Leiterelemente für die Zufuhr von Elektroenergie und für Steuersignale aufweist, die von einer Maschinensteuerung generiert sind. Das zweite Strangsegment kann eine zusammen mit der Werkzeugscheibe drehbare Strangführung aufweisen, mit der zusammen sich die Leiterelemente relativ zum Drehverteiler drehen können, der die Kontaktierung bei beliebiger Drehung bewirkt, wobei die Leiterelemente des zweiten Strangsegments mit der weiteren Signalverteilereinrichtung in Verbindung sind, die mit der Werkzeugscheibe drehbar ist. Als drittes Strangsegment können Verbindungen, beispielsweise in Form von Kabeln, von der Signalverteilereinrichtung zu zugeordneten Steckelementen, beispielsweise Steckdosen verlaufen.
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Weiterhin können jeweilige Module mittels des weiteren Teils der Kopplungseinrichtung, beispielsweise durch Steckverbindung, unmittelbar an die drei Strangsegmente des Versorgungsstranges angeschlossen sein oder mittels eines vierten Strangsegments des Versorgungsstranges, der sich zwischen dem weiteren Teil der Kopplungseinrichtung und einer weiteren Anschlussstelle am jeweiligen Modul erstreckt, angeschlossen sein. Beispielsweise kann hierfür ein Verbindungskabel zwischen einer äußeren Steckdose an der Werkzeugscheibe und einem in einer beliebigen Werkzeugaufnahme der Werkzeugscheibe eingesetzten Modul vorgesehen sein.
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Das zweite Strangsegment kann drehbar in einem Hohlrohr eines stationären Gehäuses angeordnet sein, gegenüber dem die Werkzeugscheibe an diesem dreh- oder schwenkbar geführt ist.
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Die weitere Energie- und/oder Signalverteilereinrichtung, mit der das zweite Strangsegment in Verbindung ist, kann als eine Art Klemmleiste ausgebildet und an der freien Stirnseite der Werkzeugscheibe angeordnet sein, an deren Außenumfang die jeweiligen Module an definierten Festlegestellen in an sich bekannter Art und Weise anbringbar sein können.
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Für jedes Modul kann der Versorgungsstrang mindestens zwei stromführende Kabel für die elektrische Antriebseinheit eines jeden Moduls und vorzugsweise zumindest eine Signalleitung aufweisen.
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Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass an der Werkzeugscheibe Module mit integriertem Elektroantrieb mit Modulen kombiniert werden, die einen Fremdantrieb aufweisen, sei es durch einen mechanischen Getriebeantrieb oder einen zentralen Elektro-Motorantrieb in der Werkzeugscheibe.
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Des Weiteren eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, einen Revolver zu konzipieren, der ausschließlich mit Modulen bestückbar ist, die entweder für starre Werkzeuge ausgeführt sind oder ihren Antrieb über die erwähnten Strangsegmente erhalten. Ein klassischer Antrieb im Revolver für Module nach bekannter und schon beschriebener Ausführung mit mechanischer Kopplung entfällt somit.
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Mit besonderem Vorteil sind Module jedweder Art einsetzbar, die elektrische Energie und/oder Steuersignale benötigen, z. B. für Dreh-, Greif- oder translatorische Bewegungen sowie Mess- und Prüffunktionen. Greifer oder ähnliche Handling-Werkzeuge lassen sich besonders vorteilhaft zum Einsatz bringen, weil bei der Erfindung keine bestimmte Bearbeitungsposition einzuhalten ist, um derartige Werkzeuge anzusteuern.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematisch vereinfachte perspektivische Schrägansicht eines Werkzeugrevolvers, versehen mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung;
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2 und 3 stark schematisch vereinfachte skizzenhafte Darstellungen zweier Gestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung;
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4 eine teils abgebrochen und aufgeschnitten gezeichnete Darstellung des Werkzeugrevolvers von 1;
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5 eine abgebrochen gezeichnete, perspektivische Darstellung der geöffneten Werkzeugscheibe des mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung versehenen Werkzeugrevolvers;
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6 eine der 5 ähnliche Darstellung mit teils aufgeschnitten gezeichneter, drehbarer Strangführung eines Versorgungsstranges der Übertragungsvorrichtung;
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7 eine vergrößert gezeichnete perspektivische Darstellung der drehbaren Strangführung an dem einem Drehverteiler zugeordneten Ende eines Versorgungsstranges;
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8 eine perspektivische Schrägansicht lediglich der Werkzeugscheibe eines mit einem Ausführungsbeispiel der Übertragungsvorrichtung versehenen Revolverkopfes mit in eine Werkzeugaufnahme teilweise eingesetztem Bearbeitungsmodul mit einer Hochfrequenzspindel;
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9 eine gegenüber 8 vergrößert gezeichnete perspektivische Schrägansicht des Bearbeitungsmoduls mit Hochfrequenzspindel; und
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10 in vergrößerter Schrägansicht ein Modul in Form eines mit einer elektrisch betätigbaren Greifereinheit versehenen Handhabungsmoduls.
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In der 1, die einen Werkzeugrevolver ohne zugehörige Werkzeugmaschine zeigt, ist ein Revolvergehäuse mit 1 bezeichnet, an dem in der bei Werkzeugrevolvern üblichen Weise eine Werkzeugscheibe 3 drehbar gelagert ist. Die Werkzeugscheibe 3 ist mittels eines Revolverantriebes 5 in gewünschte Drehpositionen einstellbar, in denen sich ein gewünschtes, an der Werkzeugscheibe 3 angebrachtes Bearbeitungs- oder Handhabungsmodul in einer für einen Bearbeitungsvorgang erforderlichen Position befindet. Die Werkzeugscheibe 3 weist beispielhaft für zwölf an ihrem Außenumfang anbringbare Module (die in 1 nicht dargestellt sind) je eine Aufnahme 7 auf, wobei diese in der bei Werkzeugrevolvern üblichen Art und Weise ausgebildet sein können. Die Aufnahmen 7 können für die Aufnahme von Modulen in Form statischer Werkzeuge oder angetriebener Werkzeuge vorgesehen sein, wobei im Falle angetriebener Werkzeuge die elektrische Energieversorgung und/oder elektrische Steuersignale mittels der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung zuführbar sind. Beim in 1 gezeigten Beispiel ist an der Werkzeugscheibe 3 als Bestandteil einer Kopplungseinrichtung der Übertragungsvorrichtung eine Steckdose 9 zur Herstellung einer Steckverbindung mit einem Versorgungsstrangabschnitt sichtbar, der für die Übertragung von Antriebsenergie und/oder Steuersignalen zu dem jeweils betreffenden Modul führt.
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Die 2 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Gestaltungsmöglichkeit für einen Übertragungsweg zwischen der Werkzeugscheibe 3 und einem Modul 11 mit einer elektromotorisch antreibbaren Spindel 13 für ein Bohrwerkzeug 15. Die Versorgung mit Energie und mit Steuersignalen erfolgt hierbei über ein Strangsegment 17, das von einer Steckdose 9 der Werkzeugscheibe 3 und über in die Steckdose 9 einsteckbare Steckerteile am Strangsegment 17 zu einer Anschlussstelle 19 am Modul 11 führt.
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Die 3 verdeutlicht eine Variante, bei der ein entsprechendes Modul 11, ebenfalls mit Motorspindel 13, über eine Steckdose 20 versorgbar ist, die sich an der Werkzeugscheibe 3 in einer solchen Position befindet, dass das in eine zugehörige Werkzeugaufnahme 7 eingesetzte Modul 11 mit der Steckdose 20 unmittelbar in Steckverbindung gelangt.
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Die 4 bis 7 zeigen nähere Einzelheiten des von der Energie- und Signalquelle (nicht dargestellt) zu der Kopplungseinrichtung in Form der Steckdose 9 bzw. 20 führenden Versorgungsstranges. Ein erstes Strangsegment in Form eines nicht dargestellten mehradrigen Kabels verläuft von der Energie- und Signalquelle zu einem Eingangsanschluss 21 eines Drehverteilers 23. Bei über das Gehäuse 1 erfolgender Erdung des Systems kann die elektrische Leitung drei Adern aufweisen; z. B. zwei Leiter für die Leistungsübertragung und einen Leiter zur Signalübertragung. Der Drehverteiler 23 bildet die Kontaktverbindung zum zweiten Strangsegment, das relativ zum feststehenden Drehverteiler 23 zusammen mit der Werkzeugscheibe 3 drehbar ist. Das zweite Strangsegment weist als Strangführung ein Rohr 25 auf, das mit der Werkzeugscheibe 3 in beiden Drehrichtungen rotiert und in dem die aus dem Drehverteiler 23 austretenden Leitungsstränge verlaufen. Das drehbare Rohr 25 ist, wie 6 und 7 zeigen, in Lagerbuchsen 27 am Revolvergehäuse 1 gelagert. Nach Eintritt in den stirnseitigen Freiraum 29 der Werkzeugscheibe 3 bildet das Ende des Rohres 25 einen abgebogenen Krümmer 31, der sich in die Öffnung eines Haltebügels 33 erstreckt, der an der Werkzeugscheibe 3 festgelegt ist und das Rohr 25 bei der Drehung der Werkzeugscheibe 3 mitdreht.
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Diese Ausführung der Mitnahme des Rohrs 25 ist hier beispielhaft dargestellt. Jegliche andere Fixierung des Rohres 25 an der Werkzeugscheibe 3, die ein synchrone Mitnahme des Rohrs 25 mit der Werkzeugscheibe 3 gewährleistet, ist denkbar.
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Das zweite Strangsegment des Versorgungsstranges setzt sich mit den aus dem Rohrkrümmer 31 austretenden Leitungen zu einer Verteilereinrichtung fort, die in dem Raum 29 der Werkzeugscheibe 3 festgelegt ist und beim vorliegenden Beispiel aus einer Klemmleiste 35 gebildet ist, die sich im stirnseitigen Raum 29 der Werkzeugscheibe 3 befindet. Die Klemmleiste 35 bildet den Verteiler für die Leiterelemente, die als drittes Strangsegment von der Klemmleiste 35 zu Steckdosen 9 bzw. 20 verlaufen. Wie 4 zeigt, sind beim vorliegenden Beispiel an zwei diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen der Werkzeugscheibe 3 je eine Steckdose 9 vorgesehen, von denen in 1 eine sichtbar ist. Es versteht sich, dass mehrere am Umfang verteilte Steckdosen 9 bzw. 20 vorgesehen sein können. Das drehbare Rohr 25 ist in einem feststehenden Außenrohr 37 geführt, das mit dem Revolvergehäuse 1 starr verbunden ist. Das stationäre Außenrohr 37 und das drehbare innere Rohr 25, das sich bis zum Drehverteiler 23 erstreckt, sind koaxial zur Revolverachse. Als Drehverteiler 23 kann ein Bauteil vorgesehen sein, das von der Firma A-Drive Technologie im Handel unter der Typ-Bezeichnung SRC 040-8PAL-XXX erhältlich ist.
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Wie erwähnt, erstreckt sich der Versorgungsstrang mit dem weiteren Strangsegment von der Klemmleiste 35 zu Steckdosen 9. In der in 3 angedeuteten Variante ist den Werkzeugaufnahmen 7 auch eine Steckdose 20 derart zugeordnet, dass ohne ein äußeres Strangsegment, wie es in 2 mit 17 bezeichnet ist, beim Einsetzen eines Moduls 11 eine unmittelbare Steckverbindung mit der betreffenden Steckdose 20 gebildet wird, wie dies in 3 dargestellt ist.
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Wie 5 beispielhaft zeigt, kann eine Steckdose 20 für die Bildung einer unmittelbaren Steckverbindung mit Modulen 11 an einer Aufnahme 7 der Werkzeugscheibe 3 derart angeordnet sein, dass neben der elektrischen Verbindung über die Steckdose 20 auch ein Sperrluftanschluss mit dem betreffenden Modul 11 zustande kommt. Bei der Darstellung von 5 ist der Sperrluftanschluss durch eine Verschlussschraube 39 geschlossen.
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Die 8 und 9 zeigen ein Beispiel für eine Direktverbindung zwischen einem in einer Aufnahme 7 aufzunehmenden Modul 11 und dem Versorgungsstrang, wobei am Modul 11 ein Steckerelement 41 zur Zusammenwirkung mit einer Steckdose 20 an der Aufnahme 7 vorgesehen ist. Das Modul 11 enthält bei diesem Beispiel eine Hochfrequenzspindel 43, die in einem Kühlkörper 45 sitzt. An der an der Werkzeugaufnahme 7 anliegenden Anlagefläche 47 befindet sich nicht nur das Steckerelement 41, sondern auch ein Sperrlufteingang 49 sowie ein Eingang 51 für ein Kühlmedium. Die Eingänge 49 und 51 kommen mit entsprechenden Ausgängen an der Aufnahme 7 bei eingesetztem Modul 11 in Verbindung, so dass dieser nicht nur elektrisch, sondern auch mit Betriebsmitteln versorgt wird. Bei der Hochfrequenzspindel 43 kann es sich um eine von der Firma IBAG Switzerland AG, CH-8302 Kloten, vertriebene Spindel vom Typ HT25.1 S100 CP handeln.
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Die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung, mittels deren Module 11 an beliebigen Aufnahmen 7 der Werkzeugscheibe 3 mit elektrischer Energie und mit Steuersignalen versorgbar sind, ermöglicht es, auch Module 11 zum Einsatz zu bringen, die, wie es in 10 gezeigt ist, als Handhabungseinrichtungen benutzbar sind. 10 zeigt beispielhaft ein Handhabungsmodul 11 in Form einer Greifereinheit mit Greiferbacken 55. Mittels einer im Modulgehäuse 57 befindlichen, elektrischen Einrichtung sind die Greiferbacken 55 sowohl zueinander bewegbar als auch gemeinsam translatorisch mittels einer Verschiebeführung 59 relativ zur Revolverachse bewegbar. Die elektrische Einrichtung ist für diese Bewegungen mittels der Übertragungsvorrichtung mit elektrischer Energie und den erforderlichen Steuersignalen versorgbar.
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Außer den gezeigten Beispielen sind mittels der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung Module 11 jedweder Art versorgbar und ansteuerbar, die elektrische Energie und/oder Steuersignale benötigen. Insbesondere kann es sich um Module 11 mit Dreh-, Greif- oder translatorische Bewegungen handeln, ebenso um Module für Mess- und Prüffunktionen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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