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Es wird ein Montagewerkzeug zum Verbinden von Befestigungselementen mit zumindest einem Bauteil angegeben. Bei dem Montagewerkzeug kann es sich insbesondere um ein Schraubwerkzeug handeln. Weiterhin wird ein Verfahren zum Verbinden eines Befestigungselements mit zumindest einem Bauteil angegeben.
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Beim Verbinden von unterschiedlichen Befestigungselementen, wie z.B. beim Verschrauben von zumindest zwei verschiedenen Typen von Schrauben, besteht die Gefahr einer Verwechselung der verschiedenen Schrauben.
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Daher wird beispielsweise die Verwechselung von ähnlich langen Schrauben gleicher Dimension - z.B. zwei Schrauben des Typs „M8“ mit einer Länge von 50 cm bzw. einer Länge von 55mm - bzw. unterschiedliche Schraubparameter bei identischen Schrauben - z.B. einmal mit 28 NM und einmal mit 28 NM + 90° - durch unterschiedliche Schlüsselweiten und Schrauberaufsatzwechsel abgesichert. D.h. ein Werker kann eine Schraube eines ersten Typs nur mit einem ersten Schrauberaufsatz und eine Schraube eines zweiten Typs nur mit einem zweiten Schrauberaufsatz verschrauben. Dieser Stand der Technik führt aufgrund des Wechsels des Schrauberaufsatzes und der größeren Schlüsselweite zu erhöhten Fertigungskosten, Materialkosten und höherem Gewicht als es für den Anwendungsfall eigentlich notwendig ist.
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Also verursachen die bisher eingesetzten Lösungen zur Vermeidung einer Schraubenverwechselung in der Regel zusätzliches Gewicht und/oder Kosten auf Schraubenseite, bspw. bezüglich Schraubenlänge, Kopfgeometrie oder Einfärbung der Schrauben, sowie Einschränkungen im Bauraum, z.B. bezüglich Schraubenlänge oder Kopfgeometrie, und zu einem zusätzlichen Aufwand im Fertigungsprozess, wie z.B. wegen eines Nusswechsels oder des Einsatzes von Kameras.
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Es ist daher eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Montagewerkzeug anzugeben, mittels dessen eine Verwechslung unterschiedlicher Typen von Befestigungselementen sowie eine Erhöhung der Fertigungskosten vermieden werden können. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Verbinden eines Befestigungselements mit zumindest einem Bauteil anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
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Ein hier beschriebenes Montagewerkzeug zum Verbinden von Befestigungselementen mit zumindest einem Bauteil weist gemäß wenigstens einer Ausführungsform ein Werkzeugteil zum Übertragen einer Kraft auf ein Befestigungselement während eines Verbindungsvorgangs auf. Vorzugsweise ist das Werkzeugteil derart ausgebildet, dass es das Befestigungselement während des Verbindungsvorgangs direkt kontaktiert. Weiterhin weist das Montagewerkzeug eine Messeinrichtung zum Messen wenigstens einer elektrischen Kenngröße des Befestigungselements sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung zur Auswertung von Messwerten, welche von der Messeinrichtung aufgenommen werden, und zum Steuern des Werkzeugteils in Abhängigkeit der Auswertung.
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Das Montagewerkzeug kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise können das Werkzeugteil und die Auswerte- und Steuereinrichtung in voneinander separaten Teilkörpern des Montagewerkzeugs ausgebildet sein.
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Bei der elektrischen Kenngröße kann es sich insbesondere um den elektrischen Leitwert und/oder um die elektrische Leitfähigkeit und/oder um den elektrischen Widerstand und/oder um den spezifischen Widerstand des Befestigungselements bzw. eines Teilbereichs des Befestigungselements handeln.
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Das Montagewerkzeug kann insbesondere als Schraubwerkzeug ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Montagewerkzeug um ein handgeführtes Montagewerkzeug, wie z.B. einen Handschrauber. Weiterhin kann es sich bei dem Montagewerkzeug um einen sogenannten EC-Schrauber (EC, „electronic control“) handeln, mittels dessen sich der Schauprozess überwachen lässt und einen Rückschluss auf die Qualität der erstellten Schraubverbindungen geschlossen werden kann.
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Bei den Befestigungselementen kann es sich beispielsweise um Schrauben, wie z.B. um Sechskantbundschrauben, handeln. Insbesondere können unterschiedliche Typen von Schrauben, welche z.B. unterschiedliche elektrischen Leitwert und/oder unterschiedliche spezifische Widerstände aufweisen, vorliegen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Werkzeugteil des Montagewerkzeugs derart ausgebildet, dass es das zu befestigende Befestigungselement während des Verbindungsvorgangs direkt kontaktiert und/oder unmittelbar Kraft auf Befestigungselement überträgt. Beispielsweise kann das Werkzeugteil als Schrauberaufsatz bzw. Schraubernuss ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung derart ausgebildet, dass die elektrische Kenngröße des Befestigungselements durch eine unmittelbare Kontaktierung des Befestigungselements gemessen wird. Die Kontaktierung kann beispielsweise unmittelbar vor und/oder während des Verbindungsvorgangs erfolgen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung zumindest teilweise im Werkzeugteil angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung des Montagewerkzeugs zumindest einen Messwertaufnehmer auf. Der Messwertaufnehmer der Messeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er das zu befestigende Befestigungselement unmittelbar vor und/oder während des Verbindungsvorgangs direkt kontaktiert. Beispielsweise kann der Messwertaufnehmer zumindest teilweise im Werkzeugteil ausgebildet sein. Folglich kann der Messwertaufnehmer z.B. teilweise oder vollständig in dem als Schrauberaufsatz bzw. Schraubernuss ausgebildeten Werkzeugteil angeordnet sein. Weiterhin kann die Messeinrichtung eine Mehrzahl von Messwertaufnehmern aufweisen. Die Mehrzahl von Messwertaufnehmern kann ein oder mehrere Merkmale, wie sie vor ab in Bezug auf den Messwertaufnehmer beschrieben worden sind, aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Messwertaufnehmer bzw. können die Messwertaufnehmer der Messeinrichtung derart ausgebildet sein, dass eine Kontaktierung des Befestigungselements an einer Schraubenkopfoberseite eines als Schraube ausgebildeten Befestigungselements erfolgen kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Messwertaufnehmer bzw. können die Messwertaufnehmer der Messeinrichtung derart ausgebildet sein, dass eine Kontaktierung des Befestigungselements an einer Schraubenkopfflanke eines als Schraube ausgebildeten Befestigungselements erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung derart ausgebildet, dass der bzw. die Messwertaufnehmer unmittelbar vor und/oder während des Verbindungsvorgangs am Befestigungselement anliegen. Weiterhin kann die Messeinrichtung der ausgebildet sein, dass der bzw. die Messwertaufnehmer unmittelbar vor und/oder während des Verbindungsvorgangs zumindest eine Oberflächenbeschichtung des Befestigungselements durchstoßen. Alternativ zu einer taktilen Messung kann die Messeinrichtung derart ausgebildet sein, dass die elektrische Kenngröße des Befestigungselements induktiv gemessen werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Werkzeugteil als rotierbare Schraubernuss ausgebildet, und die Messeinrichtung weist zumindest einen Messwertaufnehmer auf, der zumindest teilweise in der rotierbaren Schraubernuss ausgebildet ist, wobei das Montagewerkzeug derart ausgebildet ist, dass eine Signalübertragung vom Messwertaufnehmer zu einem starren Teil des Montagewerkzeugs induktiv oder per Funk erfolgt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Signalübertragung vom Messwert auf nimmer zum starren Teil des Montagewerkzeugs über einen oder mehrere Schleifkontakte erfolgt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Montagewerkzeug derart ausgebildet, dass eine Signalübertragung von der Messeinrichtung zur Auswerte- und Steuereinrichtung durch ein Verbindungskabel erfolgt. Alternativ kann die Signalübertragung beispielsweise auch per Funk erfolgen.
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Durch das hier beschriebene Montagewerkzeug wird vorteilhafterweise auf Basis der elektrischen Kenngrößen, wie z.B. der elektrischen Leitwerte, einem Bauteilentwickler die maximalen Freiheitsgrade zur Optimierung von Kosten, Gewicht und Bauraum durch zielgerichtete Auslegung seiner Verbindungselemente, ohne Berücksichtigung der Einschränkungen durch die Verwechselungsgefahr im Montageprozess, ermöglicht.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Verbinden eines Befestigungselements mit zumindest einem Bauteil mittels eines Montagewerkzeugs angegeben. Das dabei zum Einsatz kommende Montagewerkzeug kann ein oder mehrere Merkmale der vorgenannten Ausführungsformen aufweisen. Die vorher und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das Montagewerkzeug wie auch für das Verfahren z zum Verbinden eines Befestigungselements mit zumindest einem Bauteil mittels eines Montagewerkzeugs.
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Gemäß einer Ausführungsform werden bei dem Verfahren ein hier beschriebenes Montagewerkzeug, zumindest ein Bauteil und zumindest ein Befestigungselement bereitgestellt.
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Bei dem Montagewerkzeug kann es sich insbesondere um ein Schraubwerkzeug bei dem Befestigungselement insbesondere um eine Schraube handeln. Das Bauteil kann beispielsweise ein Fahrzeugbauteil, wie z.B. dem Karosseriebauteil, sein.
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Weiterhin wird das Befestigungselement durch das Werkzeugteil des Montagewerkzeugs kontaktiert. Beispielsweise kann das Befestigungselement derart kontaktiert werden, dass die Messeinrichtung bzw. ein oder mehrere Messwertaufnehmer der Messeinrichtung in direktem Kontakt zu dem Befestigungselement stehen.
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Des Weiteren wird bei dem Verfahren zumindest eine elektrische Kerngröße des Befestigungselements, wie z.B. der elektrische Leitwert und/oder die elektrische Leitfähigkeit und/oder der elektrische Widerstand des Befestigungselements bzw. eines Teilbereichs des Befestigungselements, durch die Messeinrichtung gemessen.
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Die von der Messeinrichtung aufgenommenen Messwerte werden durch die Auswerte- und Steuereinrichtung ausgewertet. In Abhängigkeit der Auswertung wird dann Initiieren eines Verbindungsvorgangs entweder ermöglicht oder blockiert.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Montagewerkzeugs bzw. des Verfahrens zum Verbinden eines Befestigungselements mit zumindest einem Bauteil ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Montagewerkzeugs zum Verbinden von Befestigungselementen mit einem Bauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine graphische Darstellung des elektrischen Leitwerts G zweier unterschiedlicher Materialien gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 3A bis 3C eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden eines Befestigungselements mit einem Bauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 4A bis 4C eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden eines Befestigungselements mit einem Bauteil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
- 5 und 6 schematische Darstellungen von Werkzeugteilen eines Montagewerkzeugs gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Montagewerkzeugs 1 zum Verbinden von Befestigungselementen mit einem Bauteil (nicht dargestellt) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Montagewerkzeug 1 ist als Schraubwerkzeug ausgebildet und weist ein als Nuss ausgebildetes Werkzeugteil 4 auf, in welchem eine Messeinrichtung 5 zum Messen wenigstens einer elektrischen Kenngröße eines Befestigungselements angeordnet ist.
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Bei der elektrischen Kenngrößen kann es sich z.B. um den elektrischen Leitwert des Befestigungselements bzw. eines Teilbereichs des Befestigungselements handeln. Die Messeinrichtung 5 kann einen oder mehrere dem Messwertaufnehmer (nicht dargestellt) aufweisen.
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Weiterhin weist das Montagewerkzeug 1 eine Auswerte- und Steuereinrichtung 6 zur Auswertung von Messwerten, welche von der Messeinrichtung 5 aufgenommen worden sind, sowie zum Steuern des Werkzeugteils 4 in Abhängigkeit der Auswertung auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Montagewerkzeug 1 zweiteilig ausgebildet, wobei der Grundkörper bzw. der starre Teil 7 des Montagewerkzeugs 1 durch ein Verbindungskabel 8 mit der Auswerte- und Steuereinrichtung 6 verbunden ist. Alternativ kann der Grundkörper 7 beispielsweise per Funk mit der Auswerte- und Steuereinrichtung 6 verbunden sein. Weiterhin kann das Montagewerkzeug 1 einteilig ausgebildet und die Auswerte- und Steuereinrichtung 6 beispielsweise in den Grundkörper 7 integriert sein.
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Das Werkzeugteil 4 ist vorzugsweise gegenüber dem starren Teil 7 des Montagewerkzeugs 1 drehbar ausgebildet. Die Messwertaufnehmer können mit dem starren Teil 7 über Schleifkontakte, induktiv oder über Funk verbunden sein, sodass die Messsignale von der im Werkzeugteil 4 angeordneten Messeinrichtung 5 an den starren Teil 7 Montagewerkzeugs und anschließend an die Auswerte- und Steuereinrichtung 6 übertragen werden können.
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In der 2 ist eine schematische Darstellung des elektrischen Leitwerts G zweier unterschiedlich beschichteter Befestigungselement bzw. Schrauben gezeigt. Bei der mit „ZNNIVSI“ bezeichneten Beschichtung handelt es sich um eine Zink-Nickel-Beschichtung, die vorzugsweise galvanisch aufgebracht ist, mit einem Nickelanteil von ca. 10 bis 15 %. Die mit „ZNS3“ bezeichnete Beschichtung ist eine Zink-Aluminiumlamelle, die insbesondere durch Sprühen oder einen Tauchprozess hergestellt sein kann, mit einem Aluminiumanteil bis zu 10 %.
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Durch das hier beschriebene Montagewerkzeug bzw. durch das hier beschriebene Verfahren können vorteilhafterweise Befestigungselemente bzw. Schrauben mit unterschiedlichen elektrischen Kennwerten, wie z.B. mit unterschiedlichen elektrischen Leitwerten G aufgrund unterschiedlicher Oberflächenbeschichtungen, auf eine zuverlässige Art und Weise identifiziert werden.
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Die 3A bis 3C zeigen ein hier beschriebenes Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In der 3A wird ein Befestigungselement 2 bzw. eine Schraube zu einem ersten Zeitpunkt in einer vorgegebenen Position in einem Bauteil 3 geheftet. Anschließend setzt eine Person zu einem zweiten Zeitpunkt, in der 3B dargestellt, ein hier beschriebenes Montagewerkzeug 1, welches insbesondere als EC-Schrauber ausgebildet sein kann, bzw. das als Nuss ausgebildete Werkzeugteil 4 des Montagewerkzeugs 1 auf den Schraubenkopf der Schraube und betätigt ein Betätigungselements bzw. ein Schalter des Montagewerkzeugs 1. In der Folge messen die Messwertaufnehmer der Messeinrichtung 5, die in der 3C dargestellt, den Leitwert der Schraube bzw. des Schraubenkopfes. In Abhängigkeit der Auswertung durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 6, in welcher die Leitwertfenster der verschiedenen Befestigungselemente 2 bzw. Schrauben hinterlegt sind, wird der Schraubprogramm durch das Montagewerkzeug 1 freigegeben bzw. ausgeführt oder alternativ nicht freigegeben bzw. nicht ausgeführt.
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Das Ergebnis der Auswertung kann über eine Anzeigeeinheit an die Person gemeldet werden. Somit kann eine falsche Schraube nach dem Heftvorgang erkannt und ausgetauscht werden. Das Verfahren eignet sich ebenso für eine nachträgliche Qualitätskontrolle nach einem erfolgten Heftvorgang.
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In den 4A bis 4C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens dargestellt. Im Unterschied zu dem im Zusammenhang mit den 3A bis 3C gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Befestigungselement 2 bzw. die Schraube, wie in der 4B dargestellt, bereits vor einem Heftvorgang durch das Montagewerkzeug 1 bzw. durch das Werkzeugteil 4 des Montagewerkzeugs 1 kontaktiert. Wie in der 4 C gezeigt, messen die Messwertaufnehmer der Messeinrichtung 5 anschließend, ebenfalls vor einem Heften des Befestigungselements 2, den Leitwert des Schraubenkopfes bzw. der Schraube. Die Freigabe bzw. Ausführung des Schraubprogramms erfolgt wiederum in Abhängigkeit der Auswertung durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 6. Das Ergebnis der Auswertung kann ebenso über die Anzeigeeinheit dargestellt werden.
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Die 5 zeigt ein als Schraubernuss ausgebildetes Werkzeugteil 4, in welches eine Mehrzahl von Messwertaufnehmern integriert sind, welche an verschiedenen Messpunkten 9 die elektrischen Kenngröße, wie z.B. den elektrischen Leitwert, eines Befestigungselements 2 messen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann durch die Messwertaufnehmer eine dreifachredundante Abfrage der Leitwerte an einer Schraubenkopfoberseite einer Schraube erfolgen. Vorzugsweise sind die Messwertaufnehmer derart angeordnet, dass die Kontaktierung der Messwertaufnehmer nicht auf einer Schraubenbeschriftung bzw. Verbreitung auf der Schraubenkopfoberseite der Schraube erfolgt.
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In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Schraubernuss ausgebildeten Werkzeugteils 4 dargestellt. Hierbei erfolgt ein Abgriff der Leitwerte des Befestigungselements 2 durch die Messwertaufnehmer der Messeinrichtung 5 über Messpunkte 9 an den Schraubenkopfflanken. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass Beschriftungen bzw. Prägungen, welche gewöhnlicherweise an einer Schraubenkopfoberseite ausgebildet sind, nicht störend wirken können.
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Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Montagewerkzeug
- 2
- Befestigungselement
- 3
- Bauteil
- 4
- Werkzeugteil
- 5
- Messeinrichtung
- 6
- Auswerte- und Steuereinrichtung
- 7
- starrer Teil des Montagewerkzeugs
- 8
- Verbindungskabel
- 9
- Messpunkte
