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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Roboter.
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Stand der Technik
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Ein bekannter SCARA-Roboter umfasst eine Welle, die so gestützt wird, dass sie in der vertikalen Richtung bezüglich eines Arms beweglich ist, und eine Leistungsversorgungsvorrichtung, die einem an dem unteren Ende der Welle angebrachten Werkzeug kontaktlos Leistung zuführt (siehe beispielsweise NPL 1). Bei diesem SCARA-Roboter ist die Leistungsversorgungsvorrichtung an dem oberen Ende der Welle angebracht, und wenn die Welle bezüglich des Arms herauf oder herab bewegt wird, wird die gesamte Leistungsversorgungsvorrichtung zusammen mit der Welle herauf oder herab bewegt.
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Liste bekannter Schriften
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Nicht-Patentliteratur
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NPL 1 „Employed in SCARA robot! Solution to disconnection in rotating handling part of robot!“, [online], [Zugriff am 30. Nov. 2020], Internet <URL : https://www.b-plus-kk.jp/blog/2017/11/13/254>
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn die gesamte Leistungsversorgungsvorrichtung zusammen mit der Welle herauf oder herab bewegt wird, wird ein eine Leistungsquelle mit der Leistungsversorgungsvorrichtung verbindendes Kabel bei dem Herauf-/Herab-Betriebsvorgang der Welle wiederholt verformt. Somit wird die Haltbarkeit des Kabels reduziert.
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Es wird also gewünscht, eine Verformung des Kabels, die durch den Herauf-/Herab-Betriebsvorgang der Welle bezüglich des Arms bewirkt wird, zu verhindern, so dass es möglich ist, das an der Welle angebrachte Werkzeug dauerhaft mit Leistung zu versorgen.
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Lösung des Problems
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Roboter, der Folgendes umfasst: einen Arm; eine Welle, die so an einer Spitze des Arms gestützt wird, dass sie in einer Richtung einer vorbestimmten Achse beweglich ist; eine Leistungsübertragungseinheit, die an dem Arm fixiert und mit einer Leistungsquelle verbunden ist; und eine Leistungsaufnahmeeinheit und eine Batterie, die an der Welle fixiert sind. In einem Zustand, in dem die Welle an einer vorbestimmten Position in der Richtung der Achse positioniert ist, wird die Leistungsaufnahmeeinheit nahe an die Leistungsübertragungseinheit geführt, um drahtlos von der Leistungsübertragungseinheit übertragene Leistung aufzunehmen, und die Batterie speichert die von der Leistungsaufnahmeeinheit aufgenommene Leistung und verwendet die Leistung als Leistungsquelle für eine an der Welle angebrachte Vorrichtung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- [1] 1 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Roboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- [2] 2 ist ein Querschnitt, der eine Innenstruktur des Roboters von 1 zeigt.
- [3] 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines an dem Roboter von 1 angebrachten Werkzeugs.
- [4] 4 ist ein Querschnitt des Roboters von 1, wenn die Welle an einer anderen Position als der Position in 2 angeordnet ist.
- [5] 5 ist ein Blockdiagramm des Roboters und des Werkzeugs von 1.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ein Roboter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Der Roboter 1 gemäß dieser Ausführungsform ist beispielsweise ein Horizontal-Gelenkroboter gemäß der Darstellung in 1. Der Roboter 1 umfasst eine Basis 2, die auf einer horizontalen Bodenfläche installiert ist, und einen ersten Arm 3, der so gestützt wird, dass er um eine erste Achse (erste vertikale Achse) A, die in der vertikalen Richtung verläuft, bezüglich der Basis 2 drehbar ist. Der Roboter 1 umfasst einen zweiten Arm (Arm) 4, der so gestützt wird, dass er um eine zweite Achse (zweite vertikale Achse) B, die zur ersten Achse A parallel ist, bezüglich des ersten Arms 3 drehbar ist, und eine Welle 5, die von dem zweiten Arm 4 so gestützt wird, dass sie sich entlang einer dritten Achse (Achse) C, die zu der ersten Achse A parallel ist, herauf und herab bewegen kann.
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Der Roboter 1 umfasst des Weiteren eine Leistungsübertragungseinheit 7, die an dem zweiten Arm 4 angebracht ist, und eine Leistungsaufnahmeeinheit 8 und eine Batterie 9, die an einem Werkzeug (einer Vorrichtung) 6, das (die) an einer Spitze der Welle 5 angebracht ist, fixiert sind. Dadurch, dass die Leistungsaufnahmeeinheit 8 und die Batterie 9 an dem Werkzeug 6 fixiert sind, sind sie über das Werkzeug 6 indirekt an der Welle 5 fixiert.
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Gemäß der Darstellung in 2 ist der Roboter 1 über ein mit der Basis 2 verbundenes Kabel 10 mit einer Steuerung 101 verbunden, und die Steuerung 101 ist mit einer Leistungsquelle 100 verbunden. Ein Installationskanal 11 ist zwischen die Basis 2 und den zweiten Arm 4 gekoppelt, und Kabel 12, die von der Basis 2 zu dem zweiten Arm 4 verlegt sind, sind in dem Installationskanal 11 aufgenommen.
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2 stellt nur das mit der Leistungsübertragungseinheit 7 verbundene Kabel 12 (nachstehend beschrieben) dar. Das Kabel 10 und die Kabel 12 übertragen Leistung, Steuersignale und dergleichen von der Steuerung 101.
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Die Basis 2 ist mit einem ersten Sender/Empfänger 22 zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über drahtlose Kommunikation versehen. Der erste Sender/Empfänger 22 kann in der Steuerung 101 angeordnet sein oder kann an einer anderen Position, wie z. B. dem zweiten Arm 4, angeordnet sein.
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Die Welle 5 ist eine Keilwelle mit integriertem Kugelgewindetrieb, die durch einen Spitzenabschnitt des zweiten Arms 4 in der vertikalen Richtung hindurchgeht. Die Welle 5 wird durch eine Kugelgewindemutter 41, die in dem zweiten Arm 4 angeordnet ist, so gestützt, dass sie sich entlang der dritten Achse C herauf und herab bewegen kann, und wird auch von einer Keilwellenmutter 42, die in dem zweiten Arm 4 angeordnet ist, so gestützt, dass sie sich um die dritte Achse C drehen kann. Die Kugelgewindemutter 41 und die Keilwellenmutter 42 werden so gestützt, dass sie um die dritte Achse C drehbar sind, und werden jeweils von einem Motor (nicht gezeigt) drehangetrieben.
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Wie beispielsweise in 3 gezeigt wird, ist das Werkzeug 6 eine Hand, die Arbeiten durchführt, wie z. B. Ergreifen eines Werkstücks W. Das Werkzeug 6 umfasst eine Handbasis 61, die an dem unteren Ende der Welle 5 fixiert ist, ein Paar Finger 62, die von der Handbasis 61 gestützt werden, und einen Servomotor 63, der die Finger 62 zum Öffnen und Schließen antreibt. Gemäß der Darstellung in 2 und 5 ist das Werkzeug 6 mit einer Werkzeugsteuerung 64 zur Steuerung des Werkzeugs 6 und einem zweiten Sender/Empfänger 65 zum drahtlosen Senden/Empfangen von Steuersignalen zu/von dem ersten Sender/Empfänger 22 versehen.
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Die Batterie 9 ist an die Leistungsaufnahmeeinheit 8 und die Werkzeugsteuerung 64 angeschlossen.
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Die Leistungsübertragungseinheit 7 ist an der unteren Fläche des zweiten Arms 4 fixiert, und das durch den Installationskanal 11 in den zweiten Arm 4 eingeführte Kabel 12 ist mit der Leistungsübertragungseinheit 7 verbunden.
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Die Leistungsaufnahmeeinheit 8 ist an der oberen Fläche der Handbasis 61 fixiert. Wie in 2 gezeigt wird, ist in einem Zustand, in dem die Welle 5 an der obersten Position in dem Bewegungsbereich in der vertikalen Richtung positioniert ist und in einem vorbestimmten Winkel zur dritten Achse C positioniert ist (Ladeposition), die Leistungsaufnahmeeinheit 8 an einer zu der Leistungsübertragungseinheit 7 weisenden Position mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen in der vertikalen Richtung angeordnet.
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In einem Zustand, in dem die Leistungsübertragungseinheit 7 und die Leistungsaufnahmeeinheit 8 zueinander weisen, wird die durch das Kabel 12 übertragene Leistung von der Leistungsübertragungseinheit 7 kontaktlos zu der Leistungsaufnahmeeinheit 8 übertragen, und die Batterie 9 wird mit der Leistung geladen. Die Werkzeugsteuerung 64 steuert den Servomotor 63 entsprechend den drahtlos von dem ersten Sender/Empfänger 22 gesendeten Steuersignalen zum Betreiben des Werkzeugs 6.
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Der Betrieb des so konfigurierten Roboters 1 gemäß dieser Ausführungsform wird beschrieben.
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Zur Durchführung von Arbeiten mit dem Werkzeug 6 unter Verwendung des Roboters 1 gemäß dieser Ausführungsform wird die Welle 5 dahingehend betrieben, das Werkzeug 6 an einer Ladeposition bezüglich des zweiten Arms 4 zu positionieren, wie in 2 dargestellt wird, so dass die Leistungsaufnahmeeinheit 8 zu der Leistungsübertragungseinheit 7 weist. In diesem Zustand wird Leistung von der Leistungsübertragungseinheit 7 kontaktlos zu der Leistungsaufnahmeeinheit 8 übertragen, und die Batterie 9 wird mit der von der Leistungsaufnahmeeinheit 8 aufgenommenen Leistung geladen.
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Durch Betreiben der Kugelgewindemutter 41 und der Keilwellenmutter 42 in einem Zustand, in dem die Batterie 9 ausreichend geladen wurde, wird die Welle 5 herauf oder herab bewegt und um die dritte Achse C gedreht, um des Werkzeug 6 an einer gewünschten Position zu positionieren.
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Beispielsweise wird gemäß der Darstellung in 4 in einem Zustand, in dem die Leistungsübertragungseinheit 7 und die Leistungsaufnahmeeinheit 8 voneinander weg liegen, die Zufuhr von Leistung von der Leistungsübertragungseinheit 7 beendet. Also wird das Werkzeug 6 von der in dem Werkzeug 6 vorgesehenen Werkzeugsteuerung 64 mit der in der Batterie 9 geladenen Leistung gesteuert.
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Insbesondere empfängt gemäß der Darstellung in 5 der zweite Sender/Empfänger 65 ein drahtlos von dem ersten Sender/Empfänger 22 gesendetes Steuersignal. Die Werkzeugsteuerung 64 wird mit Leistung von der Batterie 9 versorgt und empfängt ein Steuersignal von dem zweiten Sender/Empfänger 65. Dann führt die Werkzeugsteuerung 64 dem Servomotor 63 auf Basis des Eingangssteuersignals Leistung zu.
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Auf diese Weise kann der Roboter 1 das Werkzeug 6 betreiben, wenn es an einer anderen als der Ladeposition positioniert ist, und einen gewünschten Betriebsvorgang durchführen.
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In diesem Fall sind bei dem Roboter 1 gemäß dieser Ausführungsform der zweite Arm 4 und die Welle 5 nicht durch ein bewegliches Kabel verbunden. Somit kann die Welle 5 Herauf-/Herab-Betriebsvorgänge und Drehbetriebsvorgänge um die dritte Achse C bezüglich des zweiten Arms 4 durchführen, ohne durch das bewegliche Kabel eingeschränkt zu werden. Somit ist es möglich, einen hohen Bewegungsbereich für die Welle 5 sicherzustellen.
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Darüber hinaus kann, da die Leistungsübertragungseinheit 7 an dem zweiten Arm 4 fixiert ist, selbst wenn die Welle 5 bezüglich des zweiten Arms 4 verlagert wird, das mit der Leistungsübertragungseinheit 7 verbundene Kabel 12 in einem stationären Zustand in dem zweiten Arm 4 gehalten werden. Somit ist es möglich, zu verhindern, dass das Kabel 12 mit der Bewegung der Welle 5 wiederholt verformt wird, und die Haltbarkeit des Roboters 1 zu verbessern.
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Darüber hinaus ist es bei dem Roboter 1 gemäß dieser Ausführungsform nur erforderlich, die Welle 5 bezüglich des zweiten Arms 4 zu betätigen, um die in dem Werkzeug 6 vorgesehene Batterie 9 zu laden. Insbesondere kann, da der erste Arm 3 und der zweite Arm 4 nicht zum Laden betätigt werden müssen, die Bewegungsstrecke des Werkzeugs 6 zum Laden auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch kann die für den Ladebetrieb erforderliche Zeit auf ein Minimum reduziert werden und kann auch die Wahrscheinlichkeit von störenden Einwirkungen zwischen dem Werkzeug 6 und einem peripheren Objekt aufgrund des Ladebetriebs reduziert werden.
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Durch Reduzieren der für den Ladebetrieb erforderlichen Zeit auf ein Minimum kann Laden nicht nur während der Wartezeit zwischen Betriebsvorgängen des Werkzeugs 6 durchgeführt werden, sondern Laden kann auch während des Betriebsvorgangs durch häufiges Bewegen des Werkzeugs 6 an die Ladeposition durchgeführt werden. Dies führt zu den Vorteilen, dass die Kapazität der Batterie 9 reduziert werden kann und ihr Gewicht reduziert werden kann.
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Obgleich die Leistungsübertragungseinheit 7 bei dieser Ausführungsform an dem zweiten Arm 4 fixiert ist, kann die Leistungsübertragungseinheit 7 stattdessen lösbar an dem zweiten Arm 4 angebracht sein.
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Beispielsweise kann die untere Fläche des zweiten Arms 4 mit einem Schraubenloch (Befestigungsabschnitt) versehen sein, in das eine Schraube zum lösbaren Befestigen der Leistungsübertragungseinheit 7 geschraubt wird. Bei dieser Konfiguration ist es bei Auftreten eines Ausfalls der Leistungsübertragungseinheit 7 oder dergleichen möglich, nur die Leistungsübertragungseinheit 7 zu Wartungszwecken aus dem zweiten Arm 4 zu entfernen und dadurch die Wartungsfreundlichkeit zu verbessern.
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Des Weiteren kann durch Vorsehen von Schraubenlöchern zum Anbringen der Leistungsübertragungseinheit 7 an mehreren Positionen die Leistungsübertragungseinheit 7 an einer geeigneten Position entsprechend der Position der an dem Werkzeug 6 angeordneten Leistungsaufnahmeeinheit 8 angebracht werden.
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Obgleich bei dieser Ausführungsform eine Leistungsübertragungseinheit 7 und eine Leistungsaufnahmeeinheit 8 vorgesehen sind, können stattdessen die Leistungsübertragungseinheit 7 und/oder die Leistungsaufnahmeeinheit 8 in mehrfacher Ausführung vorgesehen sein.
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Bei solch einer Konfiguration können mehrere Ladepositionen, in denen das Werkzeug 6 angeordnet ist, wenn die Batterie 9 geladen wird, festgelegt werden. Somit ist es möglich, eine Ladeposition auszuwählen, die basierend auf der Position der Welle 5 unmittelbar vor dem Laden der Batterie 9 die kleinste Bewegungsstrecke der Welle 5 erfordert, und dadurch den Wirkungsgrad des Ladebetriebs weiter zu verbessern.
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Obgleich bei dieser Ausführungsform die Leistungsaufnahmeeinheit 8 und die Batterie 9 an dem Werkzeug 6 vorgesehen sind, können sie separat von dem Werkzeug 6 an der Welle 5 fixiert sein.
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Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform die Leistungsübertragungseinheit 7 an der unteren Fläche des zweiten Arms 4 fixiert, und die Leistungsaufnahmeeinheit 8 ist an der oberen Fläche des Werkzeugs 6 fixiert, so dass die Leistungsübertragungseinheit 7 und die Leistungsaufnahmeeinheit 8 in der vertikalen Richtung an der Ladeposition zueinander weisen. Stattdessen kann die Leistungsübertragungseinheit 7 an der oberen Fläche des zweiten Arms 4 fixiert sein, und es kann dafür gesorgt werden, dass die Leistungsaufnahmeeinheit 8 zu dem oberen Teil der Leistungsübertragungseinheit 7 an der Ladeposition weist. Alternativ dazu können die Leistungsübertragungseinheit 7 und die Leistungsaufnahmeeinheit 8 an Positionen angeordnet sein, an denen sie in der radialen Richtung um die dritte Achse C an der Ladeposition zueinander weisen.
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Diese Konfiguration gestattet die Anordnung der Leistungsübertragungseinheit 7 und der Leistungsaufnahmeeinheit 8 an Positionen, an denen störende Einwirkungen mit peripheren Vorrichtungen unwahrscheinlich sind.
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Bei dieser Ausführungsform kann die Batterie 9 während der Bewegung des ersten Arms 3 und des zweiten Arms 4 geladen werden.
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Beispielsweise kann das Werkzeug 6 an einer vorbestimmten Ladeposition bezüglich des zweiten Arms 4 angeordnet sein, dessen Lage drastisch geändert wird, während der erste Arm 3 und der zweite Arm 4 um die erste Achse A bzw. die zweite Achse B gedreht werden, um von dem derzeitigen Schritt zu dem nächsten Schritt zu wechseln.
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Dadurch ist es möglich, die Batterie 9 unter effektiver Nutzung der zum Schrittwechsel erforderlichen Zeit zu laden und dadurch den Arbeitswirkungsgrad des Roboters 1 zu verbessern.
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Obgleich bei dieser Ausführungsform ein Beispiel für den Roboter 1 ein Horizontal-Gelenkroboter ist, ist der Roboter 1 nicht darauf beschränkt, und er kann bei einer beliebigen Art von Roboter, der das Werkzeug 6 so stützt, dass es in einer vorbestimmten axialen Richtung beweglich ist, angewendet werden.
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Darüber hinaus ist, obgleich bei dieser Ausführungsform ein Beispiel für das Werkzeug 6 eine Hand ist, das Werkzeug 6 nicht darauf beschränkt und kann ein beliebiges Werkzeug, wie z. B. ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung, ein Beschichtungswerkzeug oder ein Reinigungswerkzeug sein.
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Darüber hinaus ist, obgleich bei dieser Ausführungsform ein Beispiel für einen elektrischen Aktuator des Werkzeugs 6 der Servomotor 63 ist, der elektrische Aktuator nicht darauf beschränkt und kann ein beliebiger Aktuator, wie z. B. ein elektromagnetisches Ventil oder ein Elektromagnet, das bzw. der mit Strom betrieben wird, sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 3
- Erster Arm
- 4
- Zweiter Arm (Arm)
- 5
- Welle
- 6
- Werkzeug (Vorrichtung)
- 7
- Leistungsübertragungseinheit
- 8
- Leistungsaufnahmeeinheit
- 9
- Batterie
- 100
- Leistungsquelle
- A
- Erste Achse (erste vertikale Achse)
- B
- Zweite Achse (zweite vertikale Achse)
- C
- Dritte Achse (Achse)
