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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Handwerkzeugmaschine mit einer Messeinheit
zum Erfassen einer Arbeitsfortschrittskenngröße nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Es
sind Handwerkzeugmaschinen bekannt, die zum Signalisieren eines
Arbeitsfortschritts bei einer Werkstückbearbeitung mit einem mechanischen Anschlag
versehen sind. Beispielsweise sind Bohrmaschinen bekannt, die einen
Messstab aufweisen, durch welchen eine gewünschte Bohrtiefe beim Bohren
eines Werkstückes
eingestellt werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Handwerkzeugmaschine mit einer Messeinheit
zum Erfassen einer Arbeitsfortschrittskenngröße.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zum Senden eines Messsignals
vorgesehen ist und die Arbeitsfortschrittskenngröße als geometrische Kenngröße des Messsignals
ausgebildet ist. Dadurch kann eine berührungslose, präzise Erfassung der
Arbeitsfortschrittskenngröße erreicht
werden. Beispielsweise können
ein Montieren, ein Abstimmen eines mechanischen Erfassungsmittels
und hierdurch entstehende Ungenauigkeiten vermieden werden. Durch
die Erfassung einer geometrischen Kenngröße kann ein einfacher Aufbau
der Messeinheit erreicht werden. Insbesondere kann eine geringe Messzeit
bzw. ein geringer Rechenaufwand erreicht werden, wenn der Arbeitsfortschritt
bei einer Werkstückbearbeitung
selbst durch den Verlauf eines geometrischen Parameters, z.B. eines
Abstands, eines Winkels usw., charakterisiert ist. Beispielsweise
kann auf eine Umwandlung einer zeitlichen Kenngröße des Messsignals in eine
geometrische Kenngröße und/oder
auf einen Vergleich des Messsignals mit einem Referenzsignal verzichtet
werden. Unter einer "Arbeitsfortschrittskenngröße" soll insbesondere
eine Kenngröße verstanden
werden, die ein erreichtes oder ein zu erreichendes Bearbeitungsstadium
bei einer Werkstückbearbeitung
vorzugsweise eindeutig charakterisiert. Sie dient vorteilhafterweise
zum Berücksichtigen
des Bearbeitungsstadiums bei einem Betrieb der Handwerkzeugmaschine
sowie zum Signalisieren und/oder zum Ermitteln dieses Bearbeitungsstadiums.
Unter einer "geometrischen
Kenngröße des Messsignals" soll insbesondere
eine Kenngröße des Messsignals
verstanden werden, die einen räumlichen
Verlauf des Messsignals charakterisiert. Beispielsweise kann diese
Kenngröße als Verlaufsrichtung,
Strahlwinkel, Strahlbreite usw. ausgebildet sein. Das Messsignal
kann außerdem
von einem Sendesignal, welches auf ein Werkstück gesendet wird, und einem
Empfangs signal, welches vom Sendesignal angeregt wird und zur Erfassung
der Arbeitsfortschrittskenngröße bearbeitet
wird, gebildet sein. Ferner ist das Messsignal vorzugsweise in Form
von elektromagnetischen Wellen gesendet.
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Vorzugsweise
ist die Arbeitsfortschrittskenngröße als Abstandskenngröße ausgebildet.
Dadurch können
besonders einfache und gängige
Methoden zur Erfassung der Arbeitsfortschrittskenngröße eingesetzt
werden. Dies eignet sich insbesondere, wenn die Handwerkzeugmaschine
als Bohrmaschine ausgebildet ist. Dabei kann eine präzise Erfassung
einer Bohrtiefe erreicht werden, wodurch eine hohe Arbeitsqualität erzielt
werden kann.
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Außerdem wird
vorgeschlagen, dass die geometrische Kenngröße als Ausrichtungskenngröße ausgebildet
ist. Hierdurch können
besonders einfache und gängige
Mittel zur Erfassung der geometrischen Kenngröße des Messsignals, wie z.B.
optische Elemente, eingesetzt werden. Dabei ist die Ausrichtungskenngröße vorzugsweise
in Bezug auf eine durch die Messeinheit vorgegebene Richtung erfasst.
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In
diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit eine
Empfangsfläche
zum Empfangen des Messsignals aufweist und die Arbeitsfortschrittskenngröße als Ausrichtung
des Messsignals relativ zur Empfangsfläche ausgebildet ist. Es kann
dadurch zur Erfassung der Arbeitsfortschrittskenngröße eine
einfache Bearbeitung des Messsignals erreicht werden, z.B. indem
optische Elemente in der Empfangsfläche integriert sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zu einem
Betrieb in einem Infrarotbereich vorgesehen ist. Es können dadurch
besonders gängige
und kostengünstige
Sende- und Empfangsmittel für
das Messsignal eingesetzt werden. Ferner kann eine geringe Empfindlichkeit
der Messeinheit, insbesondere gegenüber Vibrationen, die bei einer
Werkstückbearbeitung
entstehen, erreicht werden. Unter einem "Infrarotbereich" soll insbesondere ein Bereich des elektromagnetischen
Spektrums verstanden werden, der vorzugsweise in einem Wellenlängeintervall
zwischen 780 nm (Nanometer) und 1 mm (Millimeter) angeordnet ist.
Der Bereich ist vorteilhafterweise derart ausgewählt, dass eine Störung eines
Erfassungsprozesses durch eine Wärmestrahlung
von Umgebungsobjekten verhindert werden kann. Unter einem "Betrieb in einem
Infrarotbereich" soll
insbesondere ein Betrieb verstanden werden, bei welchem zumindest
ein überwiegender
Teil der gesendeten Energie des Messsignals in einem Infrarotbereich
geleistet wird. Vorzugsweise liegt dabei das Maximum der spektralen
Strahldichte des Messsignals im Infrarotbereich.
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Es
wird ferner vorgeschlagen, dass die Handwerkzeugmaschine einen Gehäuseabschnitt aufweist,
welcher der Messeinheit zugeordnet und für das Messsignal durchlässig ist.
Dadurch kann ein vorteilhafter Schutz der Messeinheit, insbesondere gegen
ein Eindringen von Staub, erreicht werden. Wird das Messsignal in
Form von elektromagnetischen Wellen in einem Bereich des elektromagnetischen
Spektrums gesendet, ist der Gehäuseabschnitt
bevorzugt in diesem Bereich durchlässig. Unter "Durchlässigkeit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere
eine Durchlässigkeit
verstanden werden, die mindestens 10% beträgt und bevorzugt größer als
30% ist, insbesondere größer als
50%.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Handwerkzeugmaschine eine Signalbearbeitungseinheit aufweist, die
dazu vorgesehen ist, abhängig
von der Arbeitsfortschrittskenngröße ein Arbeitsfortschrittssignal
zu erzeugen. Dadurch kann ein Erfassen der Arbeitsfortschrittskenngröße mit einer
hohen Flexibilität
ausgenutzt werden. Beispielsweise kann das Arbeitsfortschrittssignal
zum Signalisieren eines Arbeitsfortschritts, z.B. optisch und/oder
akustisch, und/oder als Steuersignal zum Steuern eines Betriebs
der Handwerkzeugmaschine genutzt werden. Ferner kann die Signalbearbeitungseinheit
ein Bauteil der Messeinheit sein.
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Es
können
in diesem Zusammenhang ein einfacher Aufbau und eine besonders einfache
Funktionsweise der Signalbearbeitungseinheit erreicht werden, wenn
die Signalbearbeitungseinheit als Schwellenwertschaltelement ausgebildet
ist.
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Ferner
kann der Bedienkomfort erhöht
werden, wenn die Handwerkzeugmaschine eine Einstelleinheit umfasst,
die zur Einstellung eines Schwellenwerts der Arbeitsfortschrittskenngröße vorgesehen ist.
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Ist
die Signalübertragungseinheit
zur drahtlosen Übertragung
des Arbeitsfortschrittssignals vorgesehen, kann ferner ein besonders
einfacher Aufbau der Handwerkzeugmaschine erreicht werden, wobei
auf eine aufwendige Verkabelung verzichtet werden kann. Beispielsweise
kann die Signalübertragungseinheit zur
induktiven und/oder kapazitiven Übertragung
des Arbeitsfortschrittssignals, insbesondere an eine Ausgabeeinheit
und/oder an eine Steuereinheit zum Steuern eines Betriebs der Handwerkzeugmaschine,
ausgelegt sein.
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Es
wird ferner vorgeschlagen, dass die Handwerkzeugmaschine einen Zusatzhandgriff
aufweist, in welchem die Messeinheit angeordnet ist. Dadurch kann
auf einen zusätzlichen
Bauraum innerhalb eines Handwerkzeugmaschinengehäuses, an welchem der Zusatzhandgriff
befestigt werden kann, für
die Messeinheit verzichtet werden. Der Zusatzhandgriff ist im montierten
Zustand zweckmäßigerweise
an einem werkzeugseitigen Bereich des Handwerkzeugmaschinengehäuses befestigt,
wodurch eine kurze Strecke für
das Messsignal zu einem zu bearbeitenden Werkstück erreicht werden kann. Alternativ
kann die Messeinheit im Handwerkzeugmaschinengehäuse montiert werden, vorzugsweise
in einem werkzeugseitigen Bereich des Handwerkzeugmaschinengehäuses.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Bohrmaschine mit einer in einem Zusatzhandgriff angeordneten Messeinheit
bei der Bearbeitung eines Werkstücks,
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2 eine
Schnittansicht des Zusatzhandgriffs mit der Messeinheit,
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3 die
Messeinheit in zwei verschiedenen Positionen relativ zum Werkstück,
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4 eine
Schaltung der Bohrmaschine mit der Messeinheit und einer Signalbearbeitungseinheit und
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5 die
Handwerkzeugmaschine mit einem alternativen Zusatzhandgriff und
eine drahtlose Übertragung
eines Arbeitsfortschrittssignals.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine als akkubetriebene Bohrmaschine 10 ausgebildete Handwerkzeugmaschine
bei einer Bearbeitung eines Werkstücks 12. Diese weist ein
Gehäuse 14 mit
einem Schalter 16, eine Werkzeugaufnahme 18, in
welcher ein Bohrer 20 fixiert ist, und einen Zusatzhandgriff 22 auf,
der am Gehäuse 14 befestigt
ist. Innerhalb des Gehäuses 14 sind
eine Antriebseinheit 24 und eine Steuereinheit 26 zum Steuern
der Antriebseinheit 24 zu erkennen. Im Betrieb der Bohrmaschine 10 kann
einem Bediener eine Information, wie z.B. eine Drehzahl, ein Akkuladezustand
usw. über
eine als LCD-Display ausgebildete Ausgabeeinheit 28 ausgegeben
werden. Durch eine Einstelleinheit 30 kann der Bediener
ferner Informationen, wie z.B. eine Drehzahl, eingeben. Die Bohrmaschine 10 ist
ferner mit einer Funktion versehen, durch welche ein Arbeitsfortschritt
bei der Bearbeitung des Werkstücks 12 dem
Bediener angezeigt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Arbeitsfortschritt
durch eine Entfernung A der Bohrmaschine 10 zum Werkstück 12 charakterisiert.
Mittels einer weiteren Funktion der Bohrmaschine 10 kann
ein Antrieb des Bohrers 20 durch die Antriebseinheit 24 abhängig vom
Arbeitsfortschritt angepasst oder gehalten werden. Hierzu ist die
Bohrmaschine 10 mit einer Messeinheit 32 versehen,
welche im Zusatzhandgriff 22 angeordnet ist. Diese erzeugt
im Betrieb ein Messsignal 34 in Form einer Infrarotstrahlung,
welches auf das Werkstück 12 reflektiert
und von der Messeinheit 32 wieder empfangen wird. Im Zusatzhandgriff 22 ist
ferner eine Signalbearbeitungseinheit 36 angeordnet. Das
Senden, Empfangen und Bearbeiten des Messsignals 34 wird
anhand der 2 und 3 näher dargestellt.
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In 2 ist
der Zusatzhandgriff 22 der Bohrmaschine 10 in
einer Schnittansicht von oben gesehen. Der Zusatzhandgriff 22 weist
ein Gehäuse 38 auf,
innerhalb welches die Messeinheit 32 angeordnet ist. Das
Gehäuse 38 weist
einen Gehäuseabschnitt 40 auf,
welcher als Infrarotfilter dient und aus einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Material hergestellt
ist. Dieser Gehäuseabschnitt 40 bietet eine
Sichtverbindung der Messeinheit 32 zu einem Bohrbereich 42 des
Werkstücks 12 sowie
einen vorteilhaften Schutz gegen ein Eindringen von Schmutz und
Staub in den für
die Messeinheit 32 innerhalb des Zusatzhandgriffs 22 vorgesehenen
Raum. Die Messeinheit 32 weist eine Sendeeinheit 44 und
eine Empfangseinheit 46 auf, die in 3 dargestellt
sind. Das Messsignal 34 wird über eine Sendelinse 48 gesendet,
auf das Werkstück 12 reflektiert
und über eine
Empfangslinse 50 von der Empfangseinheit 46 empfangen.
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In 3 ist
das Funktionsprinzip der Messeinheit 32 anhand einer schematischen
Skizze erläutert.
Die Sendeeinheit 44 ist als eine Leuchtdiode ausgebildet,
die im Betrieb das Messsignal 34 in Form einer Infrarotstrahlung
erzeugt. Der Übersichtlichkeit
halber ist in der Figur nur der Teil des vom Werkstück 12 bei
der Reflexion gestreuten Lichts dargestellt, der von der Empfangseinheit 46 empfangen
wird. Es sind zwei Positionen des Werkstücks 12 relativ zur
Messeinheit 32, eine nahe Position (gestrichelt) mit einer
Entfernung An und eine ferne Position mit
einer Entfernung Af, dargestellt. Die Messeinheit 32 weist
eine bei einer Werkstückbearbeitung
dem Werkstück 12 zugewandte
Empfangsfläche 52 auf.
In der nahen und fernen Position weist das reflektierte Messsignal 34 jeweils
eine verschiedene Ausrichtung relativ zur Empfangsfläche 52 auf,
die durch eine als Winkel ausgebildete Ausrichtungskenngröße αn bzw. αf charakterisiert
ist. Diese Ausrichtungskenngröße αn bzw. αf,
die eine geometrische Kenngröße des Messsignals 34 ist,
hängt selbst
von der Entfernung An bzw. Af des
Werkstücks 12 relativ
zur Messeinheit 32 ab, und ist daher als Abstandskenngröße ausgebildet.
Da der Arbeitsfortschritt im betrachteten Ausführungsbeispiel durch den Verlauf
der Entfernung A gegeben wird, stellt die Ausrichtungskenngröße αn bzw. αf zusätzlich eine
Arbeitsfortschrittskenngröße dar.
Ferner kann mit einem bekannten Abstand L zwischen dem Zentrum der
Sendelinse 48 und dem Zentrum der Empfangslinse 50 und
mit der erfassten Ausrichtungs kenngröße an bzw. αf durch
eine Triangulationsmethode die Entfernung An bzw.
Af zum Werkstück 12 ermittelt werden.
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Zur
Erfassung dieser als Ausrichtungskenngröße αn bzw. αf ausgebildeten
Arbeitsfortschrittskenngröße sind
die Empfangslinse 50 und die Anordnung der Empfangseinheit 46 zur
Empfangslinse 50 derart gewählt, dass das vom Werkstück 12 reflektierte
Messsignal 34 durch die Empfangslinse 50 auf eine
lichtempfindliche Fläche 54 der
Empfangseinheit 46 fokussiert wird. Das Messsignal 34 wird
bei der nahen Position in einem Punkt Pn der
Fläche 54 fokussiert,
während
es bei der fernen Position in einem Punkt Pf der
Fläche 54 fokussiert
wird. Die Empfangseinheit 46 erzeugt ein elektrisches Signal,
das von dem Punkt Pn bzw. Pf des
fokussierten Messsignals 34 auf der lichtempfindlichen
Fläche 54 abhängt. Hierzu
ist die Empfangseinheit 46 von einem Photodetektor gebildet,
der z.B. als PIN-Diode (positive intrinsic negative diode) ausgeführt ist.
Diese Position des Punkts Pn bzw. Pf des fokussierten Messsignals 34 auf
der Fläche 54 hängt selbst
von der Ausrichtung des Messsignals 34 relativ zur Empfangsfläche 52 ab
und dient zur Erfassung der Ausrichtungskenngröße αn bzw. αf.
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Die
Messeinheit 32 gibt als Ausgangssignal eine Ausgangsspannung
Vout aus, die von der als Ausrichtungskenngröße α ausgebildeten
Arbeitsfortschrittskenngröße abhängt (Die
Ausrichtungskenngröße α soll hier
als kontinuierliche Größe betrachtet werden,
die in den in 3 dargestellten Fällen die Werte
an und αf annimmt). Beispielsweise ist die Ausgangsspannung
Vout proportional oder umgekehrt proportional
zur Ausrichtungskenngröße α. Das Ausgangssignal
mit der Aus gangsspannung Vout wird anschließend in
der Signalbearbeitungseinheit 36 bearbeitet. Dies ist anhand
der 4 erläutert.
Es ist eine Schaltung dargestellt, in welcher die Messeinheit 32, die
Signalverarbeitungseinheit 36, die Steuereinheit 26,
die Antriebseinheit 24, die Ausgabeeinheit 28 und die
Einstelleinheit 30 zu erkennen sind. Die Signalbearbeitungseinheit 36 kann
ein Arbeitsfortschrittssignal 56 erzeugen, das als Steuersignal
auf die Steuereinheit 26 gegeben wird. Erreicht die Entfernung
A einen bestimmten Grenzwert, der einem gewünschten Arbeitsfortschritt
entspricht, kann durch Erzeugen des Arbeitsfortschrittssignals 56 und
dessen Übertragung
zur Steuereinheit 26 ein Betrieb der Antriebseinheit 24 gehalten
oder, z.B. durch Umschaltung einer Drehzahl, an den erreichten Arbeitsfortschritt
angepasst werden. Hierzu ist die Signalbearbeitungseinheit 36 als
Schwellenwertschaltelement ausgebildet. In diesem wird die Ausgangsspannung
Vout mit zumindest einem einstellbaren Grenzwert
verglichen, welcher dem gewünschten
Arbeitsfortschritt entspricht und mit Hilfe der Einstelleinheit 30 eingestellt werden
kann. Das Arbeitsfortschrittssignal 56 kann ferner zur
Ausgabeeinheit 28 übertragen
werden, wodurch das Erreichen eines gewünschten Arbeitsfortschritts
durch optische Anzeige und/oder durch ein akustisches Signal dem
Bediener signalisiert werden kann. In einer Ausführungsvariante, die ebenfalls anhand
der 4 erläutert
wird, ist die Signalbearbeitungseinheit 36 als ASIC (Application
specific integrated circuit oder anwendungsspezifische integrierte
Schaltung) ausgebildet, welche dem Zweck einer Anwendung entsprechend
programmiert ist. In diesem Element wird das Ausgangssignal mit
der Ausgangsspannung Vout vorzugsweise digitalisiert
und bearbeitet. Beispielsweise kann die Entfernung A berechnet werden
und über
die Ausgabe einheit 28 dem Bediener angezeigt werden. Der
kontinuierliche Verlauf des Arbeitsfortschritts kann außerdem ebenfalls ermittelt
und über
die Ausgabeeinheit 28 angezeigt werden. In einer weiteren
Ausführungsform
kann die Signalbearbeitungseinheit 36 in der Messeinheit 32 integriert
sein, wodurch Bauteile und Bauraum eingespart werden können.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform der
Bohrmaschine 10 dargestellt. Es sind für die oben beschriebenen und
identischen Teile keine neuen Bezugszeichen gegeben. Die Bohrmaschine 10 weist
eine Signalübertragungseinheit 58 auf,
die der Messeinheit 32 zugeordnet ist und im Zusatzhandgriff 22 angeordnet
ist. Diese ist mit der Signalbearbeitungseinheit 36 verbunden
und dient dazu, das von der Signalbearbeitungseinheit 36 ausgegebene Arbeitsfortschrittssignal 56 drahtlos
zur Steuereinheit 26 und/oder zur Ausgabeeinheit 28 zu übertragen. Die
Signalübertragungseinheit 58 ist
als induktives Sendeelement ausgebildet. Es ist in einer Ausführungsvariante
denkbar, dass die Signalübertragungseinheit 58 als
kapazitives Sendeelement oder als Sendeelement zum Senden des Arbeitsfortschrittssignals 56 in
Form einer elektromagnetischen Welle ausgebildet ist. Im Zusatzhandgriff 22 ist
ferner eine Stromversorgungseinheit 60 zum Versorgen der Messeinheit 32,
der Signalbearbeitungseinheit 36 und der Signalübertragungseinheit 58 angeordnet. Somit
kann auf Anschlussmittel des Zusatzhandgriffs 22 zur Übertragung
des Arbeitsfortschrittssignals 56 und/oder auf Anschlussmittel
zur Stromversorgung der im Zusatzhandgriff 22 angeordneten
Einheiten und auf entsprechende Gegenanschlussmittel des Gehäuses 14 verzichtet
werden.