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Die Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung zum Erzeugen einer Schraubverbindung zwischen zumindest einem ersten Element und einem zweiten Element gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Schraubverbindung.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass in der Montage Verbindungen, insbesondere Schraubverbindungen, hergestellt werden, welche beispielsweise zum Verbinden von zwei Elementen, beispielsweise von zwei Bauelementen, genutzt wird. Ferner ist bekannt, dass es Verbindungen gibt, über die später Strom, beispielsweise eines Bordnetz, fließt. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass ein Übergangswiderstand gemessen werden kann, wobei dieser abhängig ist von dem Material und der Verbindungsqualität. Der Übergangswiderstand wird dabei im Stand der Technik manuell gemessen. Bei nicht korrekten Verbindungen, insbesondere bei nicht korrekten Schraubverbindungen, kann dies zu einem hohen Übergangswiderstand führen, welcher später zu Funktionsstörungen führen kann. Dies kann beispielsweise bei Schraubverbindungen eines elektrisches Bordnetz betreffend zu Feuer oder Funken führen.
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Die
EP 072 4935 B1 offenbart eine Schraubvorrichtung, insbesondere Handschrauber, mit einem drehzahlvariablen Antriebsmotor, mit einem Antriebsmotor angetriebenen, ein impulsförmiges momentabgebenden Impulsschlagwerk und mit Mitteln zum Erfassen wenigstens einer ein Verschraubungsmoment einer Schraubverbindung und/oder ein Abgeben des Moment des Impulsschlagwerks charakterisierenden Kenngröße während oder nach wenigstens einer Impulsabgabe, wobei die Schraubvorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, in der die ermittelte Kenngröße auswertbar ist und mittels der eine Antriebsgröße der Schraubvorrichtung, beispielsweise eine Antriebs- Solldrehzahl des Antriebsmotors, in Abhängigkeit des Wertes der Kenngröße festlegbar ist, wobei der Antriebsmotor elektrisch betrieben ist und nach Erreichen eines Sollwertes der Kenngröße ein Abbruch des Schraubvorgangs vorgesehen ist.
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Die
DE 3938 787 A1 offenbart einen Elektroschrauber mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments eines von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsmoments und mit einer Bremseinrichtung, die beim Erreichen eines vorgebbaren Drehmoments die Drehung des Antriebselements mittels einer elektrischen Bremsschaltung stoppt, wobei ein das Drehmoment mechanisch erfassenden Drehmomentsensor die Abgabe eines Bremssignals bewirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Schraubvorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem eine verbesserte Schraubverbindung hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schraubvorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung zum Erzeugen einer Schraubverbindung zwischen zumindest einem ersten Element und einem zweiten Element, wobei die Schraubvorrichtung eine Sensoreinrichtung aufweist, welche zum Erfassen eines die Schraubverbindung charakterisierenden Parameters ausgebildet ist.
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Es ist dabei vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Übergangswiderstands der Schraubverbindung als der charakterisierende Parameter ausgebildet ist.
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Insbesondere kann somit der elektrische Übergangswiderstand erfasst werden, welcher charakteristisch für die Schraubverbindung ist. Insbesondere kann somit, ohne ein Drehmoment erfassen zum müssen, der elektrische Übergangswiderstand erfasst werden, wodurch verbessert eine Schraubverbindung hergestellt werden kann. Insbesondere ist der elektrische Übergangswiderstand dabei unabhängig vom Drehmoment. Insbesondere bei beispielsweise einem elektrischen Bordnetz beziehungsweise bei Schraubverbindungen innerhalb des elektrischen Bordnetzes, insbesondere innerhalb des Strompfades, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Schraubverbindung einen vorgegebenen Übergangswiderstand aufweist, welche durch die vorliegende Schraubvorrichtung direkt gemessen werden kann. Es erfolgt somit das manuelle Erfassen des Übergangswiderstands, wodurch ein automatisierter Prozess zum Erzeugen der Schraubverbindung realisiert werden kann. Insbesondere kann somit eine Überwachung der Schraubverbindung realisiert werden.
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Bei der Schraubvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen elektrisch betriebenen Schrauber, einen pneumatisch beschriebenen Schrauber oder dergleichen handeln. Bei einer elektrisch betriebenen Schraubvorrichtung kann der elektrische Energiespeicher der Schraubvorrichtung zum Durchführen der Übergangswiderstandsmessung genutzt werden. Bevorzugt ist die Schraubvorrichtung derart bereitgestellt, dass diese von einem Nutzer manuell genutzt werden kann. Alternativ kann die Schraubvorrichtung auch beispielsweise einem Roboterarm bereitgestellt werden.
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Insbesondere wird somit nach der Herstellung beziehungsweise während der Herstellung der Schraubverbindung in der Fertigung der Übergangswiderstand der Schraubverbindung in der Fertigung gemessen. Die Messapparatur beziehungsweise die Sensoreinrichtung ist dabei als Teil der Schraubvorrichtung, beispielsweise des Elektroschraubers, ausgebildet. Wenn sich der Übergangswiderstand dann wiederum in einem vorgegebenen Bereich befindet, ist die Schraubverbindung in Ordnung, wobei diese dann nicht nachgearbeitet werden muss. Je niedriger dabei der Übergangswiderstand ist, desto fester ist die Schraubverbindung. Je höher der Übergangswiderstand ist, desto lockerer ist die Schraubverbindung. Insbesondere sinkt somit er Übergangswiderstand über den Schraubvorgang von einem hohen Übergangswiderstand zu einem niedrigeren Übergangswiderstand.
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Als Beispiel kann eine 48 Volt Bordnetzleitung in einem Kraftfahrzeug verschraubt werden, wobei direkt nach beziehungsweise während der Verschraubung die Schraubverbindung kontaktiert und der Übergangswiderstand gemessen werden kann. Der Übergangswiderstand kann insbesondere auch als Kontaktwiderstand beziehungsweise Kontaktübergangswiderstand bezeichnet werden, wobei dieser einen elektrischen Widerstand einer elektrischen Kontaktfläche beschreibt, insbesondere vorliegend zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element. Insbesondere kann sich der Kontaktübergangswiderstand beziehungsweise der Übergangswiderstand aus der Summe der beiden Anteile Engewiderstand und Fremdschichtwiderstand zusammensetzen. Neben dem aufgeführten Beispiel sind auch nicht stromführende Schraubverbindungen durch eine Prüfung des Übergangswiderstands überprüfbar.
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Beispielsweise kann eine Vierleitermessung mittels der Schraubvorrichtung durchgeführt werden, um den Übergangswiderstand zu erfassen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Schraubvorrichtung eine elektronische Recheneinrichtung auf, wobei die Schraubvorrichtung beziehungsweise die elektronische Recheneinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Übergangswiderstand einen Schraubvorgang zum Erzeugen der Schraubverbindung zu unterbrechen. Beispielsweise kann nach einem Erreichen eines vorgegebenen Übergangswiderstandsschwellwert der Schraubvorgang automatisiert unterbrochen werden. Insbesondere kann der vorgegebene Übergangswiderstand beispielsweise eingestellt werden, und nach dem Erreichen des Übergangswiderstands automatisiert der Schraubvorgang unterbrochen werden. Somit kann eine gezielte und automatisierte Schraubverbindung hergestellt werden, welche vorgegebenen Ansprüchen entspricht.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Schraubvorrichtung eine elektronische Recheneinrichtung aufweist und dazu ausgebildet ist, den erfassten Übergangswiderstand abzuspeichern. Insbesondere wird der erfasste Übergangswiderstand mit der entsprechenden Schraubverbindung, beispielsweise mit einer Seriennummer der Schraubverbindung, beziehungsweise mit einer Seriennummer des ersten Elements und des zweiten Elements abgespeichert oder des dazugehörigen Prozessschrittes. Somit kann eine Nachverfolgung und Protokollierung der Schraubverbindung realisiert werden, was für nachgeschaltete Prozesse beziehungsweise eine Qualitätserfassung von entscheidender Bedeutung ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Schraubvorrichtung dazu ausgebildet, einen aktuellen Umgebungsparameter der Schraubvorrichtung bei der Erfassung des Übergangswiderstands zu berücksichtigen. Insbesondere ist der elektrische Übergangswiderstand von Umgebungsparametern, wie beispielsweise Temperatur, abhängig. Durch die Berücksichtigung, beispielsweise die Erfassung der Umgebungsparameter, kann somit zuverlässig der Übergangswiderstand bestimmt werden und eine zuverlässige Schraubverbindung somit erzeugt werden.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schraubvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Temperatur und/oder eine aktuelle Luftfeuchtigkeit als Umgebungsparameter und/oder Materialeigenschaften der Schraubverbindung zu berücksichtigen. Insbesondere auf Basis der aufgezählten Umgebungsparameter beziehungsweise Materialeigenschaften kann somit zuverlässig der Übergangswiderstand bestimmt werden und die Qualität und Güte der Schraubverbindung bestimmt werden.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schraubvorrichtung eine Warneinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Übergangswiderstand eine Warnmeldung für einen Nutzer der Schraubvorrichtung auszugeben. Beispielsweise kann die Warneinrichtung ein akustisches oder haptisches Warnsignal ausgeben. Insbesondere sollte beispielsweise ein vorgegebener Übergangswiderstand nicht erreicht werden, so kann eine entsprechende Warnmeldung für den Nutzer ausgegeben werden. Alternativ oder ergänzend kann bei Erreichen des vorgegebenen Übergangswiderstands ebenfalls eine Meldung für den Nutzer ausgegeben werden, sodass dieser über eine In-Ordnung Schraubverbindung in Kenntnis gesetzt ist und beispielsweise den Schraubvorgang unterbrechen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Schraubvorrichtung eine Anzeigeeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, den erfassten Übergangswiderstand auf der Anzeigeeinrichtung für einen Nutzer der Schraubvorrichtung auszugeben. Beispielsweise kann die Anzeigeeinrichtung in Form eines Displays ausgebildet sein. Es kann dann beispielsweise eine Kurve des erfassten Übergangswiderstands angezeigt werden, sodass der Nutzer überprüfen kann, ob die Schraubverbindung entsprechend eine Güte aufweist. Somit kann eine Überwachung der Schraubverbindung durch den Nutzer realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die Schraubvorrichtung eine weitere Erfassungseinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, ein aktuelles Drehmoment der Schraubverbindung zu erfassen. Insbesondere können somit alternativ oder ergänzend das Drehmoment und der Übergangswiderstand erfasst werden. Somit kann ein weiterer Parameter, nämlich das Drehmoment, erfasst werden, wobei dadurch ebenfalls die Güte der Schraubverbindung erfasst werden kann.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schraubvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Schraubverbindung als In-Ordnung zu charakterisieren, wenn der erfasste Übergangswiderstand einen vorgegebenen Widerstandsschwellwert überschreitet und wenn das erfasste Drehmoment einen vorgegebenen Drehmomentschwellwert überschreitet. Insbesondere kann somit die Güte der Schraubverbindung zuverlässig bestimmt werden, indem sowohl der erfasste Übergangswiderstand als auch das erfasste Drehmoment vorgegebene Schwellwert überschreitet. Insbesondere weist di Schraubverbindung einen niedrigen Übergangswiderstand und einen hohes Drehmoment auf, wenn die Schraubverbindung in-Ordnung ist. Insbesondere können beide Parameter, also der Übergangswiderstand und das erfasste Drehmoment entsprechend abgespeichert werden und beispielsweise für eine Überwachung der Schraubverbindung innerhalb einer elektronischen Recheneinrichtung abgespeichert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schraubverbindung mittels einer Schraubvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei mittels einer Erfassungseinrichtung der Schraubvorrichtung ein elektrischer Übergangswiderstand der Schraubverbindung als ein die Schraubverbindung charakterisierender Parameter erfasst wird. Insbesondere wird die Schraubverbindung, beispielsweise durch Drehen einer Schraube entsprechend erfasst. Insbesondere kann sowohl während der Erzeugung der Schraubverbindung als auch nach der Herstellung der Schraubverbindung wiederum der elektrische Übergangswiderstand erfasst werden und in Abhängigkeit davon wiederum eine Qualität beziehungsweise Güte der Schraubverbindung überwacht werden. Zusätzlich kann auch sowohl während des Schraubvorgangs als auch nach dem Schraubvorgang ein entsprechendes Drehmoment erfasst werden, wodurch alternativ beziehungsweise redundant die Schraubverbindung überwacht werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Schraubvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens anzusehen. Insbesondere weist die Schraubvorrichtung gegenständliche Merkmale auf, um entsprechende Verfahrensschritte durchführen zu können.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt dabei die einzige Figur eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Schraubvorrichtung.
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In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht gemäß einer Ausführungsform einer Schraubvorrichtung 10. Die Schraubvorrichtung 10 ist zum Erzeugen einer Schraubverbindung 12 zwischen zumindest einem ersten Element 14 und einem zweiten Element 16 ausgebildet, wobei die Schraubvorrichtung 10 eine Sensoreinrichtung 18 aufweist, welche zum Erfassen eines die Schraubverbindung 12 charakterisierenden Parameters ausgebildet ist.
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Es ist dabei vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung 18 zum Erfassen eines elektrischen Übergangswiderstand 20 der Schraubverbindung 12 als der charakterisierende Parameter ausgebildet ist.
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Insbesondere weist im folgenden Ausführungsbeispiel die Schraubvorrichtung 10 einen Schraubkopf 22 auf, welcher zum Erzeugen der Schraubverbindung 12 ausgebildet ist. Der Schraubkopf 22 kann dabei insbesondere zumindest einen Teil der Sensoreinrichtung 18 aufweisen, um den Übergangswiderstand 20 zu messen. Beim folgenden Ausführungsbeispiel kann es sich beim ersten Element 14 um ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs handeln und beim zweiten Element 16 um ein Kabel. Beispielsweise kann es sich dann mittels der Schraubverbindung 12 ein Anschluss des Karosseriebauteils mit dem Kabel handeln. Beispielsweise zum Erzeugen einer elektrischen Masseverbindung. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei dem ersten Element und dem zweiten Element um Elemente eines Bordnetzes, beispielsweise eines 48V Netzes, beziehungsweise um ein Hochvoltbordnetz handeln, wobei mittels der Schraubverbindung 12, dann entsprechende Komponenten des Bordnetzes beziehungsweise Hochvoltbordnetzes miteinander verknüpft werden können.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schraubvorrichtung 10 ferner eine elektronische Recheneinrichtung 24 aufweist, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Übergangswiderstand 20 einen Schraubvorgang zum Erzeugen der Schraubverbindung 12 zu unterbrechen. Ferner kann die elektronische Recheneinrichtung 24 dazu ausgebildet sein, den erfassten Übergangswiderstand 20 abzuspeichern.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Schraubvorrichtung 10 dazu ausgebildet ist, einen aktuellen Umgebungsparameter 26 einer Umgebung 28 der Schraubvorrichtung 10 bei der Erfassung des Übergangswiderstands 20 zu berücksichtigen. Hierzu kann beispielsweise die Schraubvorrichtung 10 weitere Sensoreinrichtungen aufweisen, um den Umgebungsparameter 26 erfassen zu können. Beispielsweise kann die Schraubvorrichtung 10 dazu ausgebildet sein eine aktuelle Temperatur und/oder eine aktuelle Luftfeuchtigkeit als Umgebungsparameter 26 zu erfassen. Ferner können auch Materialeigenschaften der Schraubverbindung 12 mit der Schraubvorrichtung 10 berücksichtigt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Schraubvorrichtung 10 eine Warneinrichtung 30 aufweist, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Übergangswiderstand 20 eine Warnmeldung für einen nicht dargestellten Nutzer der Schraubvorrichtung 10 auszugeben. Die Schraubvorrichtung 10 kann ferner eine Anzeigeeinrichtung 32 aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, den erfassten Übergangswiderstand 20 auf der Anzeigeeinrichtung 32 für einen Nutzer der Schraubvorrichtung 10 auszugeben.
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Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Schraubvorrichtung 10 eine weitere Erfassungseinrichtung 34 aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein aktuelles Drehmoment der Schraubverbindung 12 zu erfassen. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Schraubvorrichtung 10 dazu ausgebildet ist, die Schraubverbindung 12 als In-Ordnung zu charakterisieren, wenn der erfasste Übergangswiderstand 20 einen vorgegebenen Widerstandsschwellwert überschreitet und wenn das erfasste Drehmoment einen vorgegebenen Drehmomentschwellwert überschreitet.
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Insbesondere schlägt somit die Erfindung vor, dass die Sensoreinrichtung 18 zur Übergangswiderstandsmessung in die Schraubvorrichtung 10 integriert ist und beispielsweise alternativ oder gemeinsam mit der Drehmoment-Drehwinkelüberwachung von der elektronischen Recheneinrichtung 24 überwacht werden kann. Die Verschraubung wird dabei als In-Ordnung bezeichnet, wenn die Drehmoment-Drehwinkelkurve in einem vorgegebenen Fenster, beispielsweise in sogenannten Neunerfeld, landet und der Übergangswiderstand 20 ebenfalls als In-Ordnung erfasst wird, also auch im festgelegten Rahmen oder Bereich liegt. Die Schraubvorrichtung 10 kann zur Widerstandsmessung an den entsprechenden Stellen mit den dafür vorgesehenen Kontakten aufliegen. Die Übergangswiderstandsmessung kann auch bei anderen Verbindungsarten durchgeführt werden, zum Beispiel bei Nieten.
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Die Erfindung betrifft dabei auch ein Verfahren zum Erzeugen der Schraubverbindung 12 mittels der Schraubvorrichtung 10, wobei während eines Schraubvorgangs beziehungsweise nach dem Schraubvorgang insbesondere der Übergangswiderstand 20 mittels der Schraubvorrichtung 10 erfasst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schraubvorrichtung
- 12
- Schraubverbindung
- 14
- erstes Element
- 16
- zweites Element
- 18
- Sensoreinrichtung
- 20
- Übergangswiderstand
- 22
- Schraubkopf
- 24
- elektronische Recheneinrichtung
- 26
- Umgebungsparameter
- 28
- Umgebung
- 30
- Warneinrichtung
- 32
- Anzeigeeinrichtung
- 34
- weitere Sensoreinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0724935 B1 [0003]
- DE 3938787 A1 [0004]
