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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenvorrichtung mit mindestens einem Werkzeuggerät, insbesondere Schraubeinrichtung, das mindestens einen Antrieb, mindestens eine mit dem Antrieb zusammenwirkende Werkzeugspindel und mindestens ein in oder an der Werkzeugspindel festlegbares oder festgelegtes Werkzeug umfasst, mit mindestens einer Sensoreinheit, die mindestens ein Sensormittel umfasst, durch das zumindest ein IST-Wert des Werkzeugs und/oder ein IST-Wert der Werkzeugspindel erfassbar ist, und mit mindestens einem Roboter, der mindestens eine bewegbare Halteeinheit umfasst, an der das Werkzeuggerät festlegbar oder festgelegt ist und durch die das Werkzeuggerät betätigbar ist.
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Eine derartige Werkzeugmaschinenvorrichtung ist bekannt aus
DE 43 16 332 A1 , bei der die Sensoreinheit unmittelbar am Werkzeug festgelegt und darin integriert ist.
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Werkzeugmaschinenvorrichtungen sind beispielsweise in Form von Schraubmaschinen bekannt, mit denen im Rahmen einer automatisierten Fertigung Verschraubungsprozesse automatisch durchgeführt werden. Um feststellen zu können, ob eine Verschraubung korrekt durchgeführt wurde, umfassen die Werkzeugmaschinenvorrichtungen unmittelbar an dem Werkzeuggerät angeordnete und in diesem integrierte Sensormittel. Diese ermöglichen es, Fehler beim Verschraubungsprozess, beispielsweise ein defektes Gewinde, eine Schrägstellung des Werkzeuggeräts beim Verschrauben oder dergleichen, zu erkennen und anzuzeigen.
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Dem Bediener wird lediglich eine Warnhinweis angezeigt, ohne dass die Art des Fehlers ersichtlich ist. Der Fehler muss vom Bediener zeitaufwendig analysiert und behoben werden.
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Zudem erweist sich bei den bekannten Werkzeugmaschinenvorrichtungen das Vorsehen einer Sensoreinheit im Werkzeuggerät als kostenintensiv.
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Eine Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, eine Werkzeugmaschinenvorrichtung sowie ein Verfahren zum Überwachen und Optimieren des Betriebs einer Werkzeugmaschinenvorrichtung vorzuschlagen, bei der der Betrieb einer Werkzeugmaschinenvorrichtung vereinfacht ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Werkzeugmaschinenvorrichtung dadurch gelöst, dass zumindest eines des mindestens einem Sensormittel der Sensoreinheit zum mittelbaren Erfassen des IST-Werts des Werkzeugs und/oder des IST-Werts der Werkzeugspindel am oder im Roboter angeordnet ist.
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Bei dem Werkzeuggerät kann es sich beispielsweise um eine Schraubeinrichtung handeln, mit der Verschraubungen durchgeführt werden können.
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Darüber hinaus kann es sich bei dem Werkzeuggerät um ein handelsübliches kostengünstiges Handwerkzeuggerät handeln, das an dem Roboter festgelegt ist.
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Dadurch, dass das mindestens eine Sensormittel der Sensoreinheit am oder im Roboter angeordnet ist und dazu geeignet ist, die IST-Werte des Werkzeugs und/oder die IST-Werte der Werkzeugspindel mittelbar zu erfassen, kann auf ein Sensormittel unmittelbar am Werkzeuggerät verzichtet werden. Hierdurch kann auf ein handelsübliches und kostengünstiges Werkzeuggerät zurückgegriffen werden.
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Unter „unmittelbar“ wird vorliegend verstanden, dass ein Gegenstand berührend, insbesondere ohne Abstand, an einem Gegenstand anliegt. Unter mittelbar wird hingegen verstanden, dass der Gegenstand durch dazwischenliegende Bauteile beabstandet ist.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Halteeinheit des Roboters mindestens ein erstes Haltemittel und ein relativ zum ersten Haltemittel bewegbares zweites Haltemittel umfasst, das über ein Gelenk drehbar an dem ersten Haltemittel festlegbar ist und wenn das Sensormittel der Sensoreinheit eine, insbesondere inhärente, Gelenksensorik des Gelenks des Roboters umfasst.
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Solchenfalls wird bei dem ersten Sensormittel der Sensoreinheit auf ein Sensormittel des Roboters zurückgegriffen, das ohnehin im Roboter verbaut ist, um beispielsweise einen Winkel zwischen dem ersten Haltemittel und dem zweiten Haltemittel einstellen zu können. Hierdurch kann die Werkzeugmaschinenvorrichtung bauteilreduziert hergestellt werden.
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Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschinenvorrichtung mindestens eine Auswerteinheit umfasst, die mindestens ein Speichermittel, in dem SOLL-Werte des Werkzeugs und hierzu korrespondierende Toleranzbereiche und/oder SOLL-Werte der Werkzeugspindel und hierzu korrespondierende Toleranzbereiche mittels einer Einstelleinheit hinterlegbar oder hinterlegt sind, und die mindestens eine Datenverarbeitungsmittel aufweist, in der die SOLL-Werte der Werkzeugs und/oder die SOLL-Werte der Werkzeugspindel mit den durch das mindestens eine Sensormittel IST-Werten des Werkzeugs und/oder der Werkzeugspindel vergleichbar und auswertbar ist und durch die eine Übereinstimmung oder Abweichung des Toleranzbereichs der SOLL-Werte mit den IST-Werten erfassbar ist.
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Hierdurch ist es ermöglicht, während des Betriebs der Werkzeugmaschinenvorrichtung festzustellen, ob die Werkzeugmaschinenvorrichtung ordnungsgemäß arbeitet. Hierbei können, je nach zu bearbeitenden Gegenstand, die Toleranzbereiche mittels der Einstelleinheit breiter oder enger ausgelegt werden. Die Toleranzbereiche umfassen jedenfalls derartige Werte, dass am Ende eines Verschraubungsprozesses eine ordnungsgemäße Verschraubung sichergestellt ist.
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Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschinenvorrichtung mindestens ein Anzeigemittel umfasst, durch das die Übereinstimmung und/oder die Abweichung anzeigbar ist.
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Solchenfalls ist einem Bediener unmittelbar anzeigbar, ob ein ordnungsgemäßer Verschraubungsprozess stattgefunden hat oder nicht. Die Anzeige kann eine Farbgebung umfassen, anhand der die Übereinstimmung oder Abweichung schnell erfassbar darstellbar ist. Ferner kann die Anzeige eine Text- und/oder Bilderdarstellung umfassen, die den Fehler in Textform oder als Bild wiedergibt.
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Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die durch das mindestens eine Sensormittel der Sensoreinheit erfassten IST-Werte des Werkzeugs und/oder der Werkzeugspindel oder die in dem Speichermittel hinterlegten SOLL-Werte des Werkzeugs und/oder der Werkzeugspindel ein Drehmoment, ein Drehwinkel und/oder die zeitliche Ableitung des Drehwinkels umfasst.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Überwachen und Optimieren des Betriebs einer Werkzeugmaschinenvorrichtung, insbesondere mit mindestens einem der zuvor genannten Merkmale, die mindestens ein Werkzeuggerät, das mindestens einen Antrieb, mindestens eine mit dem Antrieb zusammenwirkende Werkzeugspindel und mindestens ein in oder an der Werkzeugspindel festlegbares oder festgelegtes Werkzeug umfasst, die mindestens eine Sensoreinheit, welche mindestens ein Sensormittel umfasst, und die mindestens einen Roboter aufweist, der mindestens eine bewegbare Halteeinheit umfasst, an der das Werkzeuggerät festlegbar oder festgelegt ist und durch die das Werkzeuggerät betätigbar ist, mit den Schritten:
- a. Ggf. Festlegen des mindestens einem als Gelenksensorik ausgebildeten Sensormittels der Sensoreinheit an einem Gelenk des Roboters;
- b. Betreiben des Werkzeuggeräts durch den Roboter und ggf. Zuführen von Befestigungsmitteln an das Werkzeug;
- c. Erfassen mindestens eines IST-Werts des Werkzeugs und/oder eines IST-Werts der Werkzeugspindel zumindest bei Betrieb des Werkzeuggeräts durch das am Gelenk des Roboters festgelegte Sensormittel der Sensoreinheit.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Gelenksensorik bereits inhärenter Bestandteil des Roboters ist. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Sensormittel der Sensoreinheit als zusätzliches Bauteil an dem Roboter festgelegt wird.
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Unter einem Betreiben des Werkzeuggeräts wird beispielsweise die Durchführung eines Schraubprozesses verstanden.
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Das Erfassen des mindestens einen IST-Werts des Werkzeugs und/oder des IST-Werts der Werkzeugspindel kann indirekt erfolgen. Hierzu erfasst das Sensormittel die Vibrationen am Gelenk des Roboters. Bei Betrieb des Werkzeuggeräts werden die Vibrationen des Werkzeuggeräts auf den Roboter übertragen. Das Sensormittel erfasst am Gelenk des Roboters die körpereigenen Vibrationen des Roboters, die mit den Vibrationen des Werkzeuggeräts überlagert sind. Beispielsweise mittels in einem Speichermittel hinterlegten Daten des Roboters, können die ermittelten Vibrationen durch ein Speichermittel ausgewertet und dem Roboter sowie dem Werkzeuggerät zugeordnet werden.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens erweisen sich die zusätzlichen Schritte als vorteilhaft
- a. Vergleichen der IST-Werte der Werkzeugspindel und/oder der IST-Werte des Werkzeugs mit in einer Speichermittel einer Auswerteeinheit hinterlegten SOLL-Werten der Werkzeugspindel und einem hierzu korrespondierenden Toleranzbereich und/oder SOLL-Werten des Werkzeugs und hierzu korrespondierende Toleranzbereiche durch ein Datenverarbeitungsmittel der Auswerteeinheit; und
- b. Erfassen einer Abweichung oder einer Übereinstimmung zwischen den SOLL-Werten der Werkzeugspindel und den hierzu korrespondierenden Toleranzbereichen zu den IST-Werten der Werkzeugspindeln und/oder den SOLL-Werten des Werkzeugs und den hierzu korrespondierenden Toleranzbereichen zu den IST-Werten des Werkzeugs;
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Hierdurch können Fehler beim Verschraubungsprozess einfach und automatisch festgestellt werden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Verfahren folgende zusätzliche Schritte umfasst:
- a. Interpretieren der Abweichung durch das Datenverarbeitungsmittel und Zuordnen zu einer Fehlerart, wie defektes Gewinde, Schrägstellung des Werkzeugs, etc. und
- b. Ggf. Anzeigen der Abweichung, der Übereinstimmung oder der Fehlerart durch mindestens ein Anzeigemittel der Sensoreinheit.
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Durch das Interpretieren der Abweichung durch das Datenverarbeitungsmittel und durch das Zuordnen zu einer Fehlerart ist es ermöglicht, dem Bediener diese anzuzeigen. Hierdurch kann für einen Bediener eine Auswertung oder Analyse des Fehlers verkürzt werden.
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Schließlich erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Verfahren nachfolgende Schritte umfasst:
- a. Ermitteln einer Korrekturbewegung beim Feststellen einer Abweichung und/oder Fehlerart durch das Datenverarbeitungsmittel; und
- b. Durchführen der Korrekturbewegung durch den Roboter. Hierdurch kann auf ein aktives Eingreifen eines Bedieners verzichtet werden, da seitens der Werkzeugmaschinenvorrichtung automatisch eine Korrektur eines erkannten Fehlers durchgeführt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenvorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen und Optimieren des Betriebs einer Werkzeugmaschinenvorrichtung erweisen sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft:
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Dadurch, dass auf ein Sensormittel der Sensoreinheit des Roboters zurückgegriffen werden kann, kann das Werkzeuggerät kostengünstig und bauteilreduziert ausgestaltet sein.
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Dadurch, dass die Werkzeugmaschinenvorrichtung eine Auswerteeinheit umfasst, bei der SOLL-Werte in einem Speichermittel hinterlegt sind und bei der SOLL-Werte mit IST-Werten durch ein Datenverarbeitungsmittel ausgewertet werden können, ist auf einfache Weise die Feststellung eines ordnungsgemäßen Betriebs oder eines fehlerhaften Betriebs der Werkzeugmaschinenvorrichtung feststellbar und automatisch durch die Werkzeugmaschinenvorrichtung hiergegen gegensteuerbar.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Werkzeugmaschinenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben und Optimieren einer Werkzeugmaschinenvorrichtung
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 Eine perspektivische Seitenansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschinenvorrichtung;
- 2 Ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben und Optimieren einer Werkzeugmaschinenvorrichtung.
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1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehene Werkzeugmaschinenvorrichtung. Diese umfasst bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Werkzeuggerät 4 sowie einen Roboter 6. Das Werkzeuggerät 4 ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als Schraubvorrichtung 8 ausgebildet und umfasst einen Antrieb 10 sowie eine mit dem Antrieb 10 zusammenwirkende Werkzeugspindel 12. An der Werkzeugspindel 12 ist ein Werkzeug 14 festgelegt, mit dem beispielsweise die Verschraubung durchführbar ist. Das Werkzeuggerät 4 ist über eine Halteeinheit 34 des Roboters 6 an dem Roboter 6 festgelegt.
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Darüber hinaus umfasst die Werkzeugmaschinenvorrichtung 2 ein Sensormittel 16 umfassende Sensoreinheit 18, die an dem Roboter 6 festgelegt ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensormittel 16 der Sensoreinheit 8 an einem Gelenk 20 der Halteeinheit 34 festgelegt. Über das Gelenk 20 sind ein erstes Haltemittel 22 der Halteeinheit 34 des Roboters 6 mit einem zweiten Haltemittel 24 der Halteeinheit 34 des Roboters 6 drehbar miteinander verbunden. Darüber hinaus umfasst die Werkzeugmaschinenvorrichtung 2 eine Auswerteeinheit 26, die ein Speichermittel 28 und ein Datenverarbeitungsmittel 30 umfasst. In dem Speichermittel 28 sind SOLL-Werte des Werkzeugs 14 und/oder SOLL-Werte der Werkzeugspindel 12 hinterlegbar. Diese SOLL-Werte umfassen bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise Drehmomente, Drehwinkel und/oder zeitliche Ableitungen des Drehwinkels.
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Durch das Datenverarbeitungsmittel 30 sind die SOLL-Werte des Werkzeugs 14 und/oder die SOLL-Werte der Werkzeugspindel 12 mit den durch das Sensormittel 16 der Sensoreinheit 18 erfassten IST-Werten der Werkzeugspindel 12 und/oder des Werkzeugs 14 vergleichbar und auswertbar.
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Schließlich umfasst die Werkzeugmaschinenvorrichtung 2 ein Anzeigemittel 32, durch das eine seitens des Datenverarbeitungsmittels 30 festgestellte Abweichung oder Übereinstimmung anzeigbar ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Überwachen und Optimieren des Betriebs einer Werkzeugmaschinenvorrichtung 2.
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Diese umfasst in einem ersten Schritt 101 ein Festlegen des mindestens einen als Gelenksensorik ausgebildeten Sensormittels 16 der Sensoreinheit 18 an dem Gelenk 20 des Roboters 6. Ein derartiger Schritt 101 kann beispielsweise notwendig sein, wenn der Roboter 6 keine inhärente Gelenksensorik umfasst.
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In einem zweiten Schritt 102 wird das Werkzeuggerät 4 durch den Roboter 6 betrieben und gegebenenfalls Festigungsmittel an das Werkzeug 14 zugeführt. In einem weiteren Schritt 103 werden durch das Sensormittel 16 der Sensoreinheit 18 die IST-Werte der Werkzeugspindel 12 und/oder die IST-Werte des Werkzeugs 14 erfasst. Diese IST-Werte können beispielsweise ein Drehmoment, einen Drehwinkel und/oder die zeitliche Ableitung des Drehwinkels umfassen.
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In einem weiteren Schritt 104 werden die IST-Werte der Werkzeugspindel 12 und/oder des Werkzeugs 14 mit den in dem Speichermittel 28 der Auswerteeinheit 26 hinterlegten SOLL-Werten des Werkzeugs 14 und/oder der Werkzeugspindel 12 durch das Datenverarbeitungsmittel 30 verglichen. In einem weiteren Schritt 105 wird eine Abweichung oder eine Übereinstimmung zwischen den SOLL-Werten der Werkzeugspindel 12 und/oder des Werkzeugs 14 zu den IST-Werten der Werkzeugspindel 12 und/oder des Werkzeugs 14 erfasst. In einem weiteren Schritt 106 wird die Abweichung durch das Datenverarbeitungsmittel 30 interpretiert und einer Fehlerart zugeordnet. Die Fehlerart kann beispielsweise ein defektes Gewinde, eine Schrägstellung des Werkzeugs 14 und dergleichen umfassen.
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In einem Folgeschritt 107 wird die Abweichung oder die Fehlerart durch das Anzeigemittel 32 angezeigt.
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Wird jedoch in dem Schritt 105 keine Abweichung zwischen den SOLL-Werten und den IST-Werten festgestellt, so folgt unmittelbar Schritt 107 und zeigt entsprechend die Übereinstimmung der SOLL-Werte zu den IST-Werten an.
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Wenn keine Abweichung festgestellt wird, so wird das Verfahren von Schritt 107 auf Schritt 102 zurückgesetzt, in welchem das Werkzeuggerät 4 weiterbetrieben wird. Wird jedoch eine Abweichung festgestellt, wird in einem Schritt 108 eine Korrekturbewegung seitens des Datenverarbeitungsmittels 30 ermittelt. Die Korrekturbewegung wird dann in einem Folgeschritt 109 durch den Roboter 6 durchgeführt.
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Nach Abschluss der Korrekturbewegung im Verfahrensschritt 109 springt das Verfahren wieder zurück auf Schritt 102, bei dem das Werkzeuggerät 4 durch ein Roboter 6 betrieben wird.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Werkzeugmaschinenvorrichtung
- 4
- Werkzeuggerät
- 6
- Roboter
- 8
- Schraubeinrichtung
- 10
- Antrieb
- 12
- Werkzeugspindel
- 14
- Werkzeug
- 16
- Sensormittel
- 18
- Sensoreinheit
- 20
- Gelenk
- 22
- erstes Haltemittel
- 24
- zweites Haltemittel
- 26
- Auswerteeinheit
- 28
- Speichermittel
- 30
- Datenverarbeitungsmittel
- 32
- Anzeigemittel
- 34
- Halteinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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