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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung und einer Lokalisierungsvorrichtung.
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Ein freies Ende einer Hebevorrichtung ist besonders großen Schwankungen ausgesetzt, die die Steuerung der Hebevorrichtung erschweren. Grundsätzlich ist es dabei zwar bekannt, Vorrichtungsteile zu lokalisieren, um die Steuerung der Vorrichtung zu vereinfachen. Bisher hierzu eingesetzte Lokalisierungsvorrichtungen waren jedoch für die meisten Anwendungsfälle zu wenig robust, zu ungenau bzw. hatten einen zu hohen Energieverbrauch.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung bereit zu stellen, deren Bewegung eines freien Endes auf besonders einfache und präzise Art und Weise steuerbar bzw. regelbar ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung und einer Lokalisierungsvorrichtung, wobei die Lokalisierungsvorrichtung eine Steuerung, mehrere Anker und zumindest einen Marker aufweist, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Position des zumindest einen Markers mittels einer Laufzeitbestimmung von Ultrabreitbandsignalen mit Frequenzen von mehr als 1,5 GHz zwischen dem zumindest einen Marker und den Ankern zu ermitteln, wobei die Hebevorrichtung ein bewegbares freies Ende aufweist und der zumindest eine Marker im Bereich dieses freien Endes angeordnet oder ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht aufgrund der Lokalisierungsmöglichkeit des freien Endes mittels Ultrabreitbandsignalen („ultra wide band [UWB] signals“) sowohl erfahrenen als auch unerfahrenen Nutzern eine einfache und präzise Steuerung der Hebevorrichtung.
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Unter einer Hebevorrichtung wird dabei ein Lastenverteiler verstanden. Eine Last am freien Ende der Hebevorrichtung ist vorzugsweise mit mehr Freiheitsgraden bewegbar als durch den Lastenverteiler selbst bestimmbar ist, weil die Last beispielsweise vom Nutzer und/oder Wind bewegbar ist.
Die Ultrabreitbandsignale weisen vorzugweise eine Bandbreite zwischen 0,1 GHz und 10 GHz, insbesondere zwischen 0,5 GHz und 5 GHz, besonders bevorzugt zwischen 0,8 GHz und 1,2 GHz, auf. Die Frequenz der Ultrabreitbandsignale beträgt vorzugweise zwischen 1,5 GHz und 20 GHz, insbesondere zwischen 2 GHz und 15 GHz, besonders bevorzugt zwischen 3 GHz und 10 GHz. Die Energie der Ultrabreitbandsignale beträgt vorzugsweise zwischen -100 dBm/Hz und -1 dBm/Hz, insbesondere zwischen -90 dBm/Hz und -10 dBm/Hz, besonders bevorzugt zwischen -60 dBm/Hz und -30 dBm/Hz.
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Mehrere, insbesondere alle, Marker („mobile tag devices“) können gleich ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu können mehrere Anker („anchors“) gleich ausgebildet sein.
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Zumindest zwei Anker sind vorzugsweise in verschiedenen (vertikalen) Höhen angeordnet oder ausgebildet. Besonders bevorzugt sind drei Anker in gleicher Höhe und ein Anker in einer anderen Höhe vorgesehen.
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Die Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, teilweise oder vollständig im Innenbereich („indoor“) oder im Außenbereich („outdoor“) eingesetzt zu werden.
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Vorzugsweise ist die Hebevorrichtung in Form eines Krans ausgebildet ist. Der Kran kann dabei stationär (z.B. als Hafenkran) oder bewegbar ausgebildet sein.
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Weiter bevorzugt kann der Kran am freien Ende einen seilgeführten Kranhaken aufweist, wobei der zumindest eine Marker im Bereich des Kranhakens angeordnet oder ausgebildet ist. Der Kran kann dabei einen Ausleger mit einer Laufkatze aufweisen, an der der seilgeführte Kranhaken geführt ist. Die Lokalisierung kann besonders präzise erfolgen, wenn zumindest ein Anker an der Laufkatze angeordnet oder ausgebildet ist. Weiter bevorzugt sind mehrere Anker an der Laufkatze angeordnet oder ausgebildet.
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Alternativ dazu kann die Hebevorrichtung in Form einer Betonpumpe ausgebildet sein. Die Betonpumpe kann stationär oder bewegbar (z.B. in Form eines Betonpumpen-Lastwagens) ausgebildet sein. Betonpumpen weisen typischerweise lange Ausleger auf, die ohne die erfindungsgemäße Lokalisierungsvorrichtung schwer kontrollierbar sind.
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Zumindest ein weiterer bewegbarer Teil der Vorrichtung kann einen weiteren Marker aufweisen. Insbesondere ein Ausleger eines Krans kann einen weiteren Marker aufweisen, sodass die Differenz zwischen der Bewegung eines starren Auslegers und dem seilgeführten freien Ende ermittelbar ist und in die Steuerung der Hebevorrichtung einbezogen werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann/können zumindest ein Hindernis und/oder eine Person mit einem Marker versehen sein. Die Vorrichtung kann ein Display aufweisen, auf dem die Marker einem Nutzer anzeigbar sind. Das Display kann Teil eines augmented reality displays sein.
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Weiter alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Last der Vorrichtung, die am freien Ende der Hebevorrichtung angeordnet ist, mit zumindest einem Marker versehen sein, sodass die tatsächliche Bewegung der Last beim Steuern der Hebevorrichtung berücksichtigbar ist. Vorzugsweise sind mehrere Marker an der Last angeordnet, um Neigungswinkel der Last bestimmen zu können. Umfasst die Vorrichtung Marker an verschiedenen stationären oder mobilen Zielen, kann eine Auftragsreihenfolge festgelegt werden.
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Zumindest ein Anker kann an der Hebevorrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Zur effektiven und störungsarmen Lokalisierung können mehrere Anker an der Hebevorrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Vorrichtung einen stationären Anker bzw. mehrere stationäre Anker aufweisen.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Lokalisierungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, Signale innerhalb definierter Echtzeitrahmen zu senden, wobei die Lokalisierungsvorrichtung eine Bakenvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Länge der Echtzeitrahmen bei allen Teilnehmern der Lokalisierungsvorrichtung durch das Senden von zumindest zwei Mastersignalen zu synchronisieren, wobei der zumindest eine Marker dazu ausgebildet ist, in einem vorgegebenen Echtzeitrahmen auf ein Signal der Bakenvorrichtung zu antworten. Signale können hierdurch zeitstempelfrei und/oder adressfrei zwischen den Teilnehmern der Lokalisierungsvorrichtung gesendet werden. Dies ermöglicht einen besonders niedrigen Stromverbrauch der Lokalisierungsvorrichtung, wodurch der Einsatz der Lokalisierungsvorrichtung auf Baustellen und dergleichen signifikant erleichtert wird.
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Die Mastersignale („beacon frames“) können in Form von Zwillingsmastersignalen („twin beacon frames“) gesendet werden. Die Lokalisierungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine ganzzahlige Folge von Mastersignalen auszusenden.
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Die Lokalisierungsvorrichtung kann eine Master-Bakenvorrichtung („master beacon device“) und zumindest eine Bakenwiederholvorrichtung („beacon repeater device“) aufweisen.
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Die Bakenvorrichtung kann einen Anker der Lokalisierungsvorrichtung aufweisen. Werden Bakenvorrichtung und ein Anker in ein und derselben Einheit ausgebildet, kann die Lokalisierungsvorrichtung besonders platzsparend und einfach montierbar ausgebildet werden.
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Die hier angeführte Art der Lokalisierungsvorrichtung unter Nutzung von Echtzeitrahmen ist im Detail in der beiliegenden PCT/FR2019/000057 beschrieben, deren Inhalt vollinhaltlich einbezogen wird.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest eine Bakenwiederholvorrichtung einen Anker aufweisen.
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Zumindest ein Marker kann zur Energiegewinnung durch Bewegung des zumindest einen Markers ausgebildet sein. Vorzugsweise sind mehrere Marker zur Energiegewinnung durch Bewegen des jeweiligen Markers („energy harvesting“) ausgebildet. Hierdurch kann die Vorrichtung besonders wartungsarm ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest ein Marker batteriebetrieben sein.
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Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, die Bewegung des freien Endes auf Grundlage der Lokalisierung des zumindest einen Markers zu steuern. Das freie Ende kann beispielsweise durch einen „Folge-mir-Modus“ gesteuert werden. Vorzugsweise basiert die Steuerung auf einer Differenzberechnung zwischen der aktuellen Position des freien Endes und dem Zielort. Durch die Differenzbestimmung kann die Bewegung des freien Endes leicht geregelt werden.
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Die Vorrichtung kann einen mit der Steuerung verbundenen cloudbasierten Speicher aufweisen. Die Steuerung („control unit“) kann selbst cloudbasiert, d.h. auf einer örtlich entfernten, vorzugsweise anonymisierten, Speichervorrichtung hinterlegt, ausgebildet sein.
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Die Optimierung der Steuerung kann durch eine Daten-Aggregations-Routine („machine learning“) erfolgen. Eine Daten-Aggregations-Routine kann ausgelegt sein, mehrere ,ermittelte Daten“ zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren. Das neue Datenpaket kann eine oder mehrere Zahlen oder Vektoren aufweisen. Das neue Datenpaket kann vollständig oder teilweise weiteren Daten-Aggregations-Routinen als „ermittelte Daten“ zur Verfügung gestellt werden. „Ermittelte Daten“ können z.B. Maschinendaten, Materialdaten, Verfahrensdaten und/oder von einer der Daten-Aggregations-Routine(n) zur Verfügung gestellte Datenpakete sein. Eine, insbesondere mehrere, besonders bevorzugt alle, Daten-Aggregations-Routinen können ausgelegt sein, mehrere „ermittelte Daten“ jeweils mit einer gewichteten Variablen zu kombinieren, insbesondere zu multiplizieren, und so die „ermittelten Daten“ zu „kombinierten Daten“ umzuwandeln und dann die „kombinierten Daten“ zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren, insbesondere zu addieren. Die Daten-Aggregations-Routine kann ausgelegt sein, die Steuerung zu verbessern, durch Rückmeldung zu überprüfen und weiter zu verbessern. Dies kann beispielsweise durch eine Rückmeldung in Form von Dateneingabe erfolgen. Die Dateneingabe kann durch eine von einem Bediener zu bedienende Dateneingabe-Vorrichtung, wie etwa einer Tastatur oder eines Touchpads erfolgen oder durch Eingabe eines Datensatzes.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise betrieben durch ein Verfahren zur Lokalisierung eines freien Endes einer Hebevorrichtung mit dem Verfahrensschritt:
- A) Lokalisieren eines im Bereich des freien Endes angeordneten oder ausgebildeten Markers durch mehrere Anker, wobei zwischen dem Marker und den Ankern Ultrabreitbandsignale mit Frequenzen von mehr als 1,5 GHz gesendet werden.
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Das Verfahren weist vorzugsweise folgenden Verfahrensschritt auf:
- B) Steuern des freien Endes auf Grundlage der zuvor bestimmten Position des Markers.
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Das Steuern kann besonders bevorzugt auf Grundlage cloudbasierter hinterlegter Algorithmen erfolgen.
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Vorgesehen ist weiterhin die Verwendung einer Lokalisierungsvorrichtung, die zum Senden von Ultrabreitbandsignalen mit Frequenzen von mehr als 1,5 GHz zwischen zumindest einem Marker und mehreren Ankern ausgebildet ist, zum Lokalisieren eines freien Endes einer Hebevorrichtung.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung in Form einer Betonpumpe.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens.
- 3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Krans.
- 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Signalaustauschs einer Lokalisierungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines weiteren Krans.
- 6 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines weiteren Krans.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 mit einer Hebevorrichtung 12, hier in Form einer Betonpumpe. Die Hebevorrichtung 12 weist einen Ausleger 14 mit einem freien Ende 16 auf. Aufgrund der weiten Auskragung des Auslegers 14 ist das freie Ende 16 schwer zu steuern. Erfindungsgemäß ist daher eine Lokalisierungsvorrichtung 18 vorgesehen.
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Die Lokalisierungsvorrichtung 18 umfasst zumindest einen, insbesondere mehrere, Marker 20a, 20b, 20c. Im vorliegenden Fall sind die Marker 20a-20c zueinander distanziert am Ausleger 14 angeordnet. Die Position der Marker 20a-20c wird mittels Triangulation bzw. mittels Laufzeitmessung von UWB-Signalen zwischen dem bzw. den Markern 20a-20c und Ankern 22a,22b ,22c ,22d ,22e ,22f bestimmt. Die Anker 22a-22f können mobil (wie die Anker 22a-22c) oder stationär (wie die Anker 22d-22f) angeordnet sein. Die Positionsbestimmung erfolgt durch eine Steuerung 24, die kabellos oder kabelgebunden mit den Ankern 22a-22f verbunden sein kann. Die Steuerung 24 kann mit einem cloudbasierten Speicher 26 verbunden sein, um auf eine Vielzahl, insbesondere anonymisierter, Nutzererfahrungen zurückgreifen zu können.
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2 zeigt eine schematische Übersicht eines Verfahrens, gemäß dem (siehe 1) im Verfahrensschritt A) das Lokalisieren eines im Bereich des freien Endes 16 angeordneten oder ausgebildeten Markers 20a-20c durch mehrere Anker 22a-22f erfolgt, wobei zwischen dem Marker 20a-20c und den Ankern 22a-22f Ultrabreitbandsignale mit mehr als 1,5 GHz gesendet werden.
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Im Verfahrensschritt B) wird die Bewegung des freien Endes 16 auf Grundlage der zuvor bestimmten Position zumindest eines Markers 20a-20c gesteuert bzw. geregelt.
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3 zeigt analog zur Vorrichtung 10 in 1 eine Vorrichtung 10 mit einer Hebevorrichtung 12 in Form eines Krans. Ein Marker 20a ist im Bereich des freien Endes 16 angeordnet, das vorliegend in Form eines Kranhakens ausgebildet ist.
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4 erläutert eine besonders bevorzugte Form der Signalübertragung zwischen (hier beispielhaft einem) Marker 20 und (hier beispielhaft einem) Anker 22. Der Anker 22 umfasst im vorliegenden Fall eine Bakenvorrichtung. Die Datenübertragung basiert hierbei auf Echtzeitrahmen, von denen in 4 die Echtzeitrahmen f1-f16 dargestellt sind. Die Länge bzw. Dauer der Echtzeitrahmen f1-f16 wird durch Mastersignale a, b in den Echtzeitrahmen f1 und f2 zwischen den Einheiten der Lokalisierungsvorrichtung 18 (siehe 1 und 3) synchronisiert. Die Mastersignale a, b sind um die Zeitdauer mtd („master time delay“) versetzt, die die Länge der Echtzeitrahmen f1-f16 bestimmt. Die Mastersignale a, b erreichen den Marker 20 aufgrund der Flugzeit zeitversetzt, aber immer noch im Abstand mtd, sodass eine Synchronisierung der Länge der Echtzeitrahmen zwischen dem Marker 20 und dem Anker 22 erfolgen kann.
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Jedem Marker 20 ist ein bestimmter Echtzeitrahmen (hier f15) zum Senden seines Signals zugeordnet, das um die Flugzeit versetzt am Anker 22 eintrifft. Im vorliegenden Beispiel erwartet der Anker 22 das Signal zum Zeitpunkt c', erhält es aber erst zum Zeitpunkt c, der um die zweifache Flugzeit (2*tof [„time of flight“]) verspätet ist. Anhand dieser zweifachen Flugzeit 2*tof kann die Steuerung 24 (siehe 1) die Distanz des Markers 20 zum Anker 22 berechnen.
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Die Verwendung der Echtzeitrahmen f1-f16 ermöglicht die adress- bzw. zeitstempelfreie Übermittlung von Signalen, sodass die Signale nur ein sehr geringes Datenvolumen beinhalten müssen und die Lokalisierungsvorrichtung 18 mithin sehr energiesparend betrieben werden kann.
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5 zeigt, dass die Lokalisierungsvorrichtung 18 an der erfindungsgemäßen Hebevorrichtung 12 vorzugsweise drei Anker 22a-22c aufweist, die auf gleicher Höhe angeordnet sind und einen Anker 22d aufweist, der auf einer hiervon abweichenden Höhe angeordnet ist.
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6 zeigt eine Vorrichtung 10 mit einer Hebevorrichtung 12, die einen Ausleger 14 mit einer Laufkatze 28 aufweist. Zumindest ein Anker 22b, 22c, hier mehrere Anker 22b, 22c, ist/sind an der Laufkatze 28 angeordnet. Zumindest ein weiterer Anker 22a kann am Ausleger 14 angeordnet sein.
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Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 10 mit einem Lastenverteiler, insbesondere in Form einer Hebevorrichtung 12, wobei die Vorrichtung 10 eine Lokalisierungsvorrichtung 18 umfasst. Die Lokalisierungsvorrichtung 18 ist zum Austausch von UWB-Signalen, insbesondere auf Basis von Echtzeitrahmen f1-16, ausgebildet. Vorzugsweise ist der Lastenverteiler in Form einer Betonpumpe oder eines Krans ausgebildet. Zumindest ein bewegbares freies Ende 16 der Hebevorrichtung 12 ist mit einem Marker 20a-20c der Lokalisierungsvorrichtung 18 versehen. Anker 22a-22f können an mobilen oder stationären Bestandteilen der Vorrichtung 10 angeordnet sein. Vorzugsweise sind mehrere Anker 22a-22f an einer Laufkatze 28 der Vorrichtung 10 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Hebevorrichtung
- 14
- Ausleger
- 16
- freies Ende
- 18
- Lokalisierungsvorrichtung
- 20a-20c
- Marker
- 22a-22f
- Anker
- 24
- Steuerung
- 26
- cloudbasierter Speicher
- 28
- Laufkatze
