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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schweißzange vom C-Typ, einen Schweißroboter und die Verwendung eines Schweißroboters.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind sogenannte C-Schweißzangen bekannt, welche zwei Arme mit Elektroden aufweisen. Einer der beiden Arme weist eine C-Form auf. Der zweite Arm ist üblicherweise gerade und in Richtung seiner Längsachse linear verschieblich. In dem C des ersten Arms kann zu schweißendes Blech aufgenommen werden, wobei durch eine Bewegung des zweiten geraden Arms in Richtung der Spitze des C der Kontakt über die beiden Schweißelektroden geschlossen werden kann. Die
EP 0 830 916 B1 zeigt eine solche Schweißzange vom C-Typ.
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An bekannten Schweißzangen vom C-Typ kann u. U. als nachteilig angesehen werden, dass diese einen gewissen Bauraum benötigen, welcher Bewegungen eines Schweißroboters einschränken kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, aus dem Stand der Technik bekannte Schweißzangen zu verbessern, insbesondere soll eine Schweißzange angegeben werden, welche kompakt aufgebaut ist oder einen kompakten Schweißroboter ermöglicht.
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Die Aufgabe wird mit einer Schweißzange nach dem Anspruch 1, einem Schweißroboter nach dem Anspruch 10 und einer Verwendung einer Schweißzange nach dem Anspruch 11 gelöst.
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Ein erster Aspekt betrifft eine Schweißzange vom C-Typ mit einem ersten Arm, welcher eine in einer C-Ebene der Schweißzange liegende C-Form aufweist, und einem zweiten Arm, welcher in seiner Längsrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zu der C-Ebene linear bewegbar ist insbesondere zum Verfahren einer an dem zweiten Arm angeordneten Elektrode, und einem elektrisch betriebenen Rotationsantrieb zum Antrieb des zweiten Arms, wobei die Drehachse einer Abtriebswelle des Rotationsantriebs einen Winkel von höchstens 30° mit der C-Ebene einschließt und mit der Längsrichtung des zweiten Armes einen Winkel von mindestens 60° einschließt.
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Ein weiterer Aspekt betrifft einen Schweißroboter mit einer Schweißzange in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung einer Schweißzange in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen zum Schweißen.
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Typische Ausführungsformen der Erfindung weisen einen ersten Arm oder einen C-Arm auf, welcher eine C-Form bildet. Durch das C der C-Form wird bei typischen Ausführungsformen eine Ebene definiert, die sogenannte C-Ebene. Bei einigen Ausführungsformen kann der erste Arm auch eine C-Form aufweisen, welche geringfügige Biegungen oder Ausdehnungen senkrecht zu der C-Ebene aufweist. Grundsätzlich lässt sich aber auch bei solchen Armen eine C-Ebene des ersten Arms definieren. Bei typischen Ausführungsformen ist ein zweiter Arm in seiner Längsrichtung linear bewegbar vorhanden. Die lineare Bewegungsrichtung erstreckt sich typischerweise zumindest im Wesentlichen in der C-Ebene.
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Bei typischen Ausführungsformen ist an der Spitze des ersten Arms und an der Spitze des zweiten Arms jeweils eine Elektrode angebracht. Durch die lineare Bewegung des zweiten Arms können die Elektroden aufeinander zu bewegt werden, um zwischen den Elektroden angeordnetes Blech zu schweißen.
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Typische Ausführungsformen umfassen einen elektrisch betriebenen Rotationsantrieb, welcher den zweiten Arm antreibt. Hierzu weisen typische Ausführungsformen einen Hebelmechanismus zum Übertragen der Rotationsbewegung der Abtriebswelle des Rotationsantriebs in die lineare Bewegung des zweiten Arms auf. Typische Hebelmechanismen umfassen eine Schubkurbel, eine Kurbelschleife, einen Kniehebel oder eine Evansche Geradführung, welche die Abtriebswelle mit dem zweiten Arm verbindet. Schubkurbeln weisen als Hebelmechanismus zwischen der Abtriebswelle und dem zweiten Arm den Vorteil auf, dass nur geringe Drehmomente an der Abtriebswelle benötigt werden. Kurbelschleifen oder Kniehebel weisen einen einfachen Aufbau auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen von typischen Ausführungsbeispielen der Erfindung können unterschiedliche Hebelmechanismen zum Einsatz kommen.
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Typischerweise beträgt der Abstand zwischen der Drehachse der Antriebswelle und der Mittelachse des zweiten Arms, wobei der Abstand auch als Exzentrizität bezeichnet werden kann, maximal 30% des maximal wirksamen Hebelarms eines mit der Abtriebswelle fest verbundenen Hebels. Beispielsweise ist bei einem Schubkurbelmechanismus die Position des maximal wirksamen Hebelarms erreicht, wenn der Hebel oder die Kurbel der Schubkurbel in einem Winkel von 90° zu der Längsrichtung oder der linearen Bewegungsrichtung des zweiten Arms angeordnet ist. Bei weiteren typischen Ausführungsformen beträgt der Abstand maximal 20% oder maximal 15% des maximal wirksamen Hebelarms. Ein geringer Hebelarm bietet den Vorteil, dass beispielsweise im Fall einer Schubkurbelkinematik die senkrecht auf die lineare Bewegungsachse des zweiten Arms wirkenden Kräfte am geringsten werden, wenn die Exzentrizität, also der Abstand der Drehachse der Abtriebswelle zu der Bewegungsrichtung des zweiten Arms klein ist oder gleich null ist.
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Typischerweise schließt die Drehachse der Abtriebswelle des Rotationsantriebs einen Winkel von höchstens 30° mit der C-Ebene ein. Typischerweise liegt die Drehachse der Abtriebswelle zumindest im Wesentlichen parallel zu der C-Ebene. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Rotationsantrieb in der Ebene der C-Schweißzange zu liegen kommt, so dass die Ausdehnung des Rotationsantriebs senkrecht zu der C-Ebene der Schweißzange gering ist. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten C-Schweißzangen dar, welche Rotationsantriebe aufweisen, die eine erhebliche Ausdehnung senkrecht zu der C-Ebene der Schweißzange aufweisen. Auf diese Weise kann ein Arbeitsraum eines Schweißroboters oder die Bewegungsfreiheit des Schweißroboters mit der C-Schweißzange erheblich vergrößert werden. Typischerweise schließt die Drehachse der Abtriebswelle einen Winkel von höchstens 30° mit der C-Ebene ein, bei weiteren Ausführungsbeispielen beträgt der Winkel höchstens 20° oder höchstens 10° oder höchstens 5°.
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Typischerweise schließt die Drehachse der Abtriebswelle des Rotationsantriebs mit der Längsrichtung oder linearen Bewegungsrichtung des zweiten Arms einen Winkel von mindestens 60° ein, typischerweise mindestens 70° oder typischerweise mindestens 80°. Bei typischen Ausführungsbeispielen der Erfindung steht die Drehachse der Abtriebswelle des Rotationsantriebs zumindest im Wesentlichen senkrecht auf der Längsrichtung oder der linearen Bewegungsrichtung des zweiten Arms. Eine solche Anordnung bietet Vorteile dahingehend, dass die Längserstreckung des Rotationsantriebs in Richtung des Bauchs der C-Form verläuft, so dass eine besonders kompakte Bauweise der Schweißzange erreicht wird. Typischerweise wird als Längsrichtung des zweiten Arms auch die Achse bezeichnet, welche durch Elektrodenspitzen verläuft. Typischerweise lässt sich bei dem zweiten Arm auch eine Mittelachse definieren, welche durch die Elektrodenspitzen verläuft oder welche entlang der Mitte des zweiten Arms in Längsrichtung verläuft. Bei typischen Ausführungsbeispielen fallen Mittelachse und Längsachse zusammen, typischerweise verlaufen beide in Richtung der linearen Bewegungsrichtung. Die Elektrodenspitze, welche auf dem zweiten Arm angeordnet ist, wird dann bei Betätigung der Schweißzange entlang dieser Achse in Richtung der Elektrodenspitze des ersten Armes verfahren.
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Typische Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schweißzangen umfassen einen Rotationsantrieb mit einer elektrischen Rotationsmaschine und einem Getriebe. Typischerweise sind die elektrische Rotationsmaschine und das Getriebe koaxial zur Abtriebswelle ausgerichtet. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakte Bauform. Typische Getriebe, welche bei Ausführungsformen verwendet werden, sind Planetengetriebe oder Spannungswellengetriebe oder Getriebe mit radial beweglichen Zähnen, welche durch eine Kurvenscheibe angetrieben werden, siehe beispielsweise die
DE 10 2006 042 786 A1 für ein Beispiel eines solchen Getriebetyps. Typischerweise liegen die Welle der elektrischen Rotationsmaschine und die Abtriebswelle des Getriebes, welche typischerweise auch die Abtriebswelle des Rotationsantriebs ist, koaxial oder sogar in einer Achse.
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Typische Ausführungsformen von Schweißzangen gemäß der Erfindung umfassen eine erste Seitenwange und eine zweite Seitenwange. Typischerweise sind die Seitenwangen zumindest im Wesentlichen parallel zu der C-Ebene angeordnet. Die Seitenwangen ermöglichen eine unkomplizierte Befestigung der Schweißzange an einem Roboterarm. Weiterhin ermöglichen die Seitenwangen einen stabilen Aufbau, welcher vorteilhaft sein kann, um eine hohe Schweißgenauigkeit zu erreichen. Typischerweise ist der Rotationsantrieb zwischen den Ebenen der beiden Seitenwangen angeordnet oder der Rotationsantrieb ist zwischen den beiden Seitenwangen angeordnet. Dies bietet den Vorteil eines besonders kompakten Aufbaus. An zumindest einer der Seitenwangen ist der erste Arm fixiert befestigt. Typischerweise sind die beiden Seitenwangen zur Aussteifung miteinander verbunden. Weiterhin ist an einer der Seitenwangen typischerweise eine Lagerung für den zweiten Arm angeordnet, so dass der zweite Arm entlang seiner Längsrichtung verschieblich in der Lagerung aufgenommen ist. Typischerweise ist der Rotationsantrieb gegebenenfalls mit seinem Gehäuse vollständig zwischen den beiden Seitenwangen angeordnet. Bei Seitenwangen, welche eine Form mit Öffnungen, gegebenenfalls auch größeren Öffnungen als Bohrlöchern, aufweisen, sind die Ebenen der Seitenwangen typischerweise die inneren Begrenzungsflächen der Bleche, welche die Seitenwangen bilden. Durch Anordnen des Rotationsantriebs zwischen den Seitenwangen wird eine einfache Fertigung und eine kompakte Bauweise erreicht.
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Typischerweise entspricht eine Länge des Rotationsantriebs maximal der Ausdehnung der Schenkel der C-Form des ersten Armes. Dabei bezeichnen die Schenkel der C-Form die beiden Abschnitte des ersten Armes, welche typischerweise zumindest im Wesentlichen senkrecht auf der Bewegungsrichtung des zweiten Armes stehen und so den oberen und den unteren Querbalken des C der C-Form bilden. Durch eine Begrenzung der Länge des Rotationsantriebs auf maximal die Ausdehnung der Schenkel der C-Form wird erreicht, dass der Rotationsantrieb nicht über den Bauch des C hinaussteht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei die Figuren zeigen:
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen Teil einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt in einer Draufsicht die Ausführungsform der 1; und
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3 zeigt in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform mit einem weiteren Hebelmechanismus.
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Beschreibung typischer Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist in einer Schnittansicht eine typische Ausführungsform einer Schweißzange 1 dargestellt. Die Schweißzange 1 ist vom C-Typ. Dies bedeutet, dass die Schweißzange 1 einen ersten Arm 3 aufweist, welcher eine C-Form aufweist. Die C-Form des ersten Arms 3 umfasst zwei Schenkel 5 und 7, welche durch einen senkrecht zu den Schenkeln 5 und 7 stehenden Abschnitt verbunden sind.
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Allgemein können bei Ausführungsformen auch andere Formen eines C vorkommen, beispielsweise nicht mit exakt senkrecht aufeinander stehenden Abschnitten, sondern beispielsweise in Form eines runden C. An der Spitze des C ist eine erste Elektrode 13 angeordnet, welche über eine elektrische Zuleitung 15 kontaktiert wird. Grundsätzlich sind die Kontaktierungen und die Elektroden von Schweißzangen vom C-Typ aus dem Stand der Technik bekannt und werden hierin daher nicht weiter eingehend erläutert.
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Weiterhin umfasst die Schweißzange 1 einen zweiten Arm 23, welcher linear entlang seiner Längsrichtung 25 bewegbar ist. Durch die lineare Bewegung des zweiten Arms 23 entlang der Längsrichtung 25 kann eine zweite Elektrode 27, welche auf dem zweiten Arm 23 angeordnet ist, in die Nähe der ersten Elektrode 13 gebracht werden, um einen Schweißvorgang durchzuführen. Auch die zweite Elektrode 27 ist über eine elektrische Zuleitung 29 kontaktiert.
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Der erste Arm 3 definiert mit seiner C-Form eine C-Ebene, welche parallel zur Zeichenebene der 1 liegt. Die Längsrichtung 25, in welcher der zweite Arm 23 bewegbar ist, liegt ebenfalls in der C-Ebene. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die C-Ebene auch einen Versatz gegenüber der Längsrichtung 25 aufweisen, so dass die Längsrichtung 25 nicht in der C-Ebene liegt sondern lediglich parallel zu der C-Ebene ist.
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Bei Ausführungsformen ist es möglich, den ersten Arm mit Versatzstücken auszugestalten oder ergonomisch an andere Gegebenheiten anzupassen, so dass nicht sämtliche Teile des ersten Arms in exakt einer Ebene liegen. Gleichwohl wird sich bei jeder Schweißzange vom C-Typ ein erster Arm definieren lassen, welcher zumindest im Wesentlichen eine Ebene definiert. Die Bewegungsrichtung des zweiten Arms wird dann bei Schweißzangen vom C-Typ gemäß Ausführungsbeispielen typischerweise zumindest im Wesentlichen parallel zu der C-Ebene liegen. Der erste Arm und der zweite Arm sind bei Ausführungsbeispielen typischerweise derart angeordnet, dass eine auf dem ersten Arm angeordnete erste Elektrode von einer auf dem zweiten Arm angeordneten zweiten Elektrode kontaktierbar ist, um einen Schweißvorgang durchzuführen.
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Weiterhin umfasst die Schweißzange 1, welche in der 1 als beispielhafte Ausführungsform dargestellt ist, einen Rotationsantrieb 30, welcher eine elektrische Rotationsmaschine 32 und ein Getriebe 34 umfasst. Das Getriebe 34 ist bei der Ausführungsform der 1 als Planetengetriebe ausgeführt. Der Rotationsantrieb 30 umfasst eine Abtriebswelle (in der 1 nicht dargestellt), welche um eine Drehachse 36 drehbar ist. Außerdem ist auch eine Welle der elektrischen Rotationsmaschine 32 um die Drehachse 36 drehbar gelagert. Die Abtriebswelle des Rotationsantriebs entspricht der Abtriebswelle des Getriebes 34. Damit liegen die elektrische Rotationsmaschine 32 und das Getriebe 34 koaxial zueinander, wobei auf dieser Achse ebenfalls die Abtriebswelle des gesamten Rotationsantriebs 30 liegt. Diese Achse wird als die Drehachse 36 bezeichnet.
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Der erste Arm 3 ist mit seinem Schenkel 5 wie auch der Rotationsantrieb 30 an einer ersten Seitenwange 40 befestigt. Die Schweißzange 1 umfasst eine zweite Seitenwange 42 (siehe 2), welche in der 1 der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurde. Der Rotationsantrieb 30 ist vollständig zwischen den zwei Seitenwangen 40 und 42 aufgenommen. Über diverse Bleche oder über andere Teile der Schweißzange 1 sind die Seitenwangen 40 und 42 miteinander verbunden, so dass sie sich gegenseitig aussteifen. Weiterhin sind die Seitenwangen 40 und 42 an einem Montageblech 44 befestigt, mit welchem die Schweißzange 1 an einem Schweißroboter befestigbar ist.
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Die Drehachse 36 des Rotationsantriebs 30 steht senkrecht auf der Längsrichtung 25, also der Bewegungsrichtung der Elektrode 27. Weiterhin ist die Drehachse 36 des Rotationsantriebs 30 parallel zu der C-Ebene der Schweißzange 1 bzw. des ersten Arms 3. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei der Anordnung des Rotationsantriebs 30 zwischen den Seitenwangen 40 und 42 ein besonders kompakter Aufbau erreicht wird, bei welchem der Rotationsantrieb 30 nicht über den Umfang der Schweißzange 1 bzw. der Seitenwangen 40 und 42 deutlich hinaussteht. Dies ist in der Seitenansicht der 1 besonders deutlich zu erkennen.
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Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel der 1 weiter anhand der 2 beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden und nicht alle Teile oder Bezugszeichen nochmals erläutert werden. Vielmehr ist die Beschreibung im Zusammenhang mit den 1 und 2 als gemeinsame Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu sehen.
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In der 2 ist die Schweißzange der 1 in einer Draufsicht gezeigt, wobei die C-Ebene der Schweißzange 1 in der 2 senkrecht auf der Zeichenebene steht. Zu erkennen ist, dass die Drehachse 36 exzentrisch zur Mittelachse des zweiten Arms 23 liegt und auch nicht in der C-Ebene liegt, sondern um eine kleine Exzentrizität 50 gegenüber der Mittelachse verschoben ist und entsprechend außerhalb der C-Ebene liegt. Die C-Ebene ist in der 2 daran zu erkennen, dass die Längsrichtung 25 des zweiten Arms 23, welche bei dem Ausführungsbeispiel mit der Mittelachse des zweiten Arms 23 zusammenfällt, in der C-Ebene liegt. Die strichlierte und mit 25 bezeichnete Linie in der 2 bezeichnet also auch die C-Ebene. Die Exzentrizität 50 ermöglicht es, einen größeren Hebel 52 bei dem Hebelmechanismus der Schweißzange 1 zu verwenden. Die Länge der Exzentrizität 50 beträgt etwa 5% des Abstandes zwischen der Drehachse 36 und der gelenkigen Anlenkung des Stabes 54 an dem Hebel 52.
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Der Hebelmechanismus der Schweißzange 1 ist als Schubkurbel ausgebildet, wobei die Kurbel durch den Hebel 52 gebildet wird. Weiterhin umfasst die Schubkurbel der Schweißzange 1 einen Stab 54, welcher gelenkig an den Hebel 52 und gelenkig an den zweiten Arm 23 angebunden ist. Der zweite Arm 23 ist linear verschieblich gelagert, so dass er lediglich in Richtung der Längsrichtung 25 bewegbar ist. Durch eine Drehung der Abtriebswelle 56 des Rotationsantriebs 30 und damit einer Drehung des Hebels 52 der Schubkurbel wird eine lineare Bewegung in Richtung der Längsrichtung 25 des zweiten Armes 23 bewirkt.
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In der 2 sind außerdem die beiden Seitenwangen 40 und 42 und die Anordnung des Rotationsantriebs 30 zwischen den beiden Seitenwangen 40 und 42 dargestellt. Auch in der 2 ist klar zu erkennen, wie kompakt der Aufbau des typischen Ausführungsbeispiels, welches in den 1 und 2 gezeigt ist, ist.
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In der 3 ist ein alternativer Hebelmechanismus für typische Ausführungsbeispiele gezeigt. Bei der Erläuterung der 3 werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben, vielmehr wird auf die Beschreibung der 1 und 2 verwiesen.
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Der Hebelmechanismus der Schweißzange 1' der 3 umfasst einen als Kulisse ausgebildeten Hebel 62, an welchem gelenkig wiederum ein Stab 54 angelenkt ist. Zusammen bilden die Kulisse und der Stab 54 eine Kurbelschleife für einen linearen Antrieb des zweiten Arms 23 in der Längsrichtung 25.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend für die Erfindung. Der Umfang der Erfindung wird vielmehr durch die beiliegenden Ansprüche bestimmt. Neben den gezeigten Alternativen können weitere Ausführungsformen weitere Alternativen aufweisen, Insbesondere solche, welche als typische Merkmale von Ausführungsformen beschrieben wurden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0830916 B1 [0002]
- DE 102006042786 A1 [0015]
