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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung zum automatisierten
Anbringen von Befestigungselementen. Derartige Werkzeugeinrichtungen werden
in einer Anlage oder einem größeren Werkzeug
verwendet und dienen dort der automatisierten Anbringung von Befestigungselementen.
Beispiele für
Befestigungselemente sind Schrauben, Nägel, Niete, Einstanzmuttern
oder dergleichen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, Befestigungselemente beliebiger
Art in einem hoch automatisierten Vorgang und mit sehr kurzen Taktzeiten
in solchen Anlagen anzubringen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung eine Werkzeugeinrichtung mit den im Anspruch 1 genannten
Merkmalen vor. Diese Werkzeugeinrichtung enthält also eine Bewegungsbahn,
längs der
die Befestigungselemente genau positioniert in Richtung auf die Übergabeeinrichtung
vorwärts
bewegt werden, bis sie die Übergabeeinrichtung
erreichen. Von dort übergibt
die Übergabeeinrichtung
jeweils ein einzelnes Befestigungselement an eine Position, wo das Befestigungselement
so angeordnet ist, dass es von dem eigentlichen Werkzeug ergriffen
und an der gewünschten
Stelle befestigt wird.
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Da
die Werkzeugeinrichtung in Anlagen verwendet werden soll, kann erfindungsgemäß in Weiterbildung
die Bewegungsbahn zur Aufnahme und Bevorratung mehrerer Befestigungselemente
ausgebildet sein.
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Insbesondere
können
dabei die Befestigungselemente eine Reihe bilden.
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Wenn
die Befestigungselemente eine Reihe bilden, so kann erfindungsgemäß in Weiterbildung vorgesehen
sein, dass die Vorschubeinrichtung mindestens an dem letzten Befestigungselement
einer Reihe angreift und dieses vorwärts bewegt. Dabei kann sich
diese Vorwärtsbewegung
des letzten Befestigungselements einer Reihe durch unmittelbare Berührung auf
die vorhergehenden Befestigungselemente übertragen. Da aber nicht immer
das letzte Befestigungselemente einer Reihe an der gleichen Position
angeordnet ist, kann erfindungsgemäß die Vorschubeinrichtung derart
ausgebildet und angeordnet sein, dass sie zusätzlich auch an weiteren Befestigungselementen
angreifen kann oder auch an dem letzten Befestigungselement der
Reihe unabhängig
von dessen Position.
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Um
eine schnelle Taktzeit mit geringem mechanischen Aufwand zu ermöglichen,
kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass die Vorschubeinrichtung berührungslos arbeitet.
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Als
Beispiel für
einen berührungslos
arbeitenden Vorschub kann eine Luftströmung dienen, die beispielsweise
kontinuierlich arbeitet, oder auch diskontinuierlich immer dann
einen Luftstromimpuls liefert, wenn ein Transport erforderlich ist.
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Die
Verwendung einer positiv arbeitenden Vorschubeinrichtung macht es
möglich,
dass der Transport der Befestigungselemente auch horizontal oder
auch ansteigend erfolgen kann. Die Werkzeugeinrichtung kann daher
an die Anlage und die in der Anlage geforderten unterschiedlichen
Bearbeitungspositionen angepasst werden.
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Für eine korrekte
Zuführung
der Befestigungselemente auch in unterschiedlichen Orientierungen
der Werkzeugeinrichtung kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
sein, dass die Bewegungsbahn durch eine Rinne gebildet wird oder
eine Rinne aufweist. Dadurch wird das seitliche Ausweichen der Befestigungselemente
während
des Vorschubs zuverlässig
verhindert.
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In
nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein,
dass diese Rinne an ihrer Oberseite ebenfalls geschlossen ist, also
durch einen an seinem Umfang geschlossenen Kanal gebildet wird.
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Es
wurde bereits erwähnt,
dass der Vorschub beispielsweise dadurch erfolgen kann, dass eine
berührungslos
arbeitende Vorschubeinrichtung an dem letzten Befestigungselement
einer Reihe angreift und diese Vorschubkraft dann durch gegenseitigen
Berührung über die
anderen Befestigungselemente weitergegeben wird. Hierzu ist es sinnvoll, wenn
der Querschnitt der Rinne beziehungsweise des Kanals derart an die
Form der Befestigungselemente angepasst ist, dass ein seitliches
Ausweichen und/oder ein Verkippen der Befestigungselemente während der
Bewegung zuverlässig
verhindert wird.
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Die
bereits erwähnte Übergabeeinrichtung kann
so ausgebildet sein, dass sie eine Aufnahme aufweist, in die ein
Befestigungselement hinein passt. Wenn das Befestigungselement in
der Aufnahme angeordnet ist, kann die Übergabeeinrichtung diese Aufnahme
so bewegen, dass diese in die Setzposition gelangt.
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Es
ist natürlich
auch denkbar, dass die Übergabeeinrichtung
mehr als eine Aufnahme aufweist, so dass sie mehrere Befestigungselemente
aufnehmen kann.
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Das
Vorsehen einer Aufnahme für
ein Befestigungselement hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen
Elemente wie Greifer oder dergleichen vorhanden sein müssen.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Übergabeeinrichtung
zwischen einer Aufnahmeposition, in der die Aufnahme für das Befestigungselement
am Ende der Bewegungsbahn angeordnet ist, und einer Setzposition
bewegbar ist, in der die Aufnahme für das Befestigungselement in der
Setzposition für
das Befestigungselement angeordnet ist.
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Wenn
die Aufnahme in der Aufnahmeposition der Übergabeeinrichtung direkt am
Ende der Bewegungsbahn angeordnet ist, dient die Vorschubeinrichtung
auch dazu, das jeweils erste Befestigungselement der Reihe in diese
Aufnahme einzuschieben.
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Bei
der Bewegung der Übergabeeinrichtung, um
die Aufnahme aus der Aufnahmeposition in die Setzposition zu bringen,
kann es sich um jede Bewegung handeln, die nach den Umständen des
Einzelfalles und dem zur Verfügung
stehenden Platz geeignet erscheint. Beispielsweise kann ein Sternrad
dazu verwendet werden, das immer in der gleichen Richtung angetrieben
wird.
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Als
besonders sinnvoll hat es sich herausgestellt, dass die Bewegung
der Übergabeeinrichtung eine
hin und her gehende Bewegung ist. Solche Bewegungen lassen sich
relativ einfach herstellen, und da das Befestigungselement selbst
im Regelfall ein sehr leichtes und kleines Teil ist, werden auch
nur geringe Massen hin und her bewegt. Es lassen sich daher auch
hohe Übergabegeschwindigkeiten
erreichen.
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Da
die Wirkung des Vorschubs weitergeht, sobald das erste Befestigungselement
in der Aufnahme aufgenommen ist, kann erfindungsgemäß in Weiterbildung
vorgesehen sein, dass die Übergabeeinrichtung
an ihrer der Bewegungsbahn zugewandten Seite glattflächig ausgebildet
ist, damit dort das nächste
Befestigungselement unbeschadet anliegen kann.
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Um
auch bei hohen Übergabegeschwindigkeiten
eine große
Sicherheit des korrekten Arbeitens zu gewährleisten, kann erfindungsgemäß in Weiterbildung
vorgesehen sein, dass die Aufnahme für das Befestigungselement an
die Form und Größe des Befestigungselements
angepasst ist. Beispielsweise kann sie das Befestigungselement um
etwa einen halben Umfang umfassen.
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Zum
Antrieb der Übergabeeinrichtung,
die vorzugsweise als linearer Schieber ausgebildet ist, kann ein
pneumatischer Zylinder vorgesehen sein, der sich einfach steuern
lässt und
nur eine geringe zu bewegende Masse aufweist.
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Natürlich ist
auch die Verwendung eines Servomotors oder eines hydraulischen Zylinders
möglich.
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Um
das in der Setzposition befindliche Befestigungselement dort auch
zu sichern, kann erfindungsgemäß eine magnetische
Halterung vorgesehen sein. Diese kann in Weiterbildung insbesondere direkt
an dem Werkzeug selbst angebracht sein.
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Das
Arbeiten der Übergabeeinrichtung
und das Arbeiten des Werkzeugs selbst müssen natürlich synchronisiert sein.
Die Nachlieferung und der Vorschub von Befestigungselementen in
der Bewegungsbahn kann aber unabhängig von den genannten Vorgängen erfolgen.
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Beispielsweise
ist es auch möglich,
die Befestigungselemente paketweise nachzuliefern. Dann kann immer
dann, wenn die Reihe der Befestigungselemente in der Bewegungsbahn
zu klein geworden ist, die Nachlieferung mehrerer Befestigungselemente
in die Bewegungsbahn erfolgen.
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Erfindungsgemäß kann für eine besonders schnelle Übergabe
vorgesehen sein, dass die Bewegung des Befestigungselements von
der Aufnahmeposition in die Setzposition quer zur Richtung der Bewegungsbahn
verläuft.
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Es
wurde bereits erwähnt,
dass die Werkzeugeinrichtung je nach den Erfordernissen in der Anlage
unterschiedlich positioniert und orientiert wird. Um in allen möglichen
Fällen
zuverlässig
dafür zu
sorgen, dass auch dann, wenn der Vorschub einmal ausfallen sollte,
keine Rückwärtsbewegung
der Befestigungselemente in der Bewegungsbahn erfolgt, kann eine
Rücklaufsperre
in der Bewegungsbahn angeordnet sein. Hierbei kann es sich um eine federbelastete
Klappe handeln, die bei der Vorwärtsbewegung
von dem Befestigungselementen überwunden
wird, bei der Rückwärtsbewegung
aber eine Sperre bildet.
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Ein
Beispiel für
ein Befestigungselement, das mit einer solchen Werkzeugeinrichtung
verarbeitet werden kann, ist eine Schraube, bei der das Werkzeug
ein Schraubendreher ist. Das Werkzeug muss also in diesem Fall die
Möglichkeit
der Vorwärtsbewegung
und der Drehbewegung haben.
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Eine
weitere Möglichkeit
ist ein Nagel oder Nagelbolzen, der mithilfe eines Schlaginstruments eingetrieben
wird. Dieser braucht dann nur die Möglichkeit der Vorwärtsbewegung
zu haben.
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Ein
nochmals weiteres Beispiel für
ein Befestigungselement ist ein Niet, bei dem ein Stößel dazu dient,
den Niet durch ein Loch gegen eine Matrize anzuschlagen.
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Eine
weitere Möglichkeit
für ein
Befestigungselement, das mit der Werkzeugeinrichtung nach der Erfindung
gesetzt werden kann, ist eine Einstanzmutter oder auch ein Einstanzbolzen.
Hier dient ebenfalls als Werkzeug ein Schlagwerkzeug, und auf der
gegenüberliegenden
Seite des Bauteils kann eine Matrize vorhanden sein.
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Je
nach dem zu verwendenden Werkzeug enthält die Werkzeugeinrichtung
eine Lagerung für dieses
Werkzeug, das mindestens die Möglichkeit
einer Verschiebung haben muss.
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Bei
dem erwähnten
Beispiel eines Schraubendrehers muss auch die Möglichkeit der Verdrehung dieses
Werkzeugs gegeben sein.
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Der
eigentliche Antrieb für
das Werkzeug kann erfindungsgemäß von der
Anlage selbst geliefert werden, braucht also kein Teil der Werkzeugeinrichtung
zu sein.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge
der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung,
deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Werkzeugeinrichtung nach der Erfindung;
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2 einen
Horizontalschnitt durch die Anordnung der 1;
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3 einen
weiteren Längsschnitt
durch die Anordnung der 1 in einer anderen Ebene;
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4 einen
Querschnitt durch die Anordnung der 1.
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Die 1 zeigt
in ihrem oberen Bereich einen Vorrichtungskörper 1, in dem die
wesentlichen Teile der von der Erfindung vorgeschlagenen Werkzeugeinrichtung
untergebracht sind. Der Vorrichtungskörper 1 ist angenähert quaderförmig ausgebildet.
Er enthält
einen Kanal 2, der horizontal und damit parallel zur Oberseite 3 des
Vorrichtungskörpers 1 verläuft. Der
Kanal 2 hat eine konstante Höhe und einen ebenen Boden 4.
An dem in 1 rechten Ende des Vorrichtungskörpers 1 ist
ein im Querschnitt rechteckiger Stutzen 5 befestigt, an
dessen freiem Ende 6 ein Schlauch oder eine sonstige Zuführeinrichtung
für die
Befestigungselemente angeschlossen werden kann. An dem gegenüberliegenden
Ende des Vorrichtungskörpers 1 ist
eine schematisch zu sehende Übergabeeinrichtung 7 vorhanden, durch
die der Schnitt hindurchgelegt ist.
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An
der Oberseite des Vorrichtungskörpers 1 ist
ein kurzes Rohr 8 befestigt, das eine Führung für das Befestigungselement bildet.
Dies wird im Folgenden noch erklärt
werden.
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An
der Unterseite des Vorrichtungskörpers 1 ist
ein Führungsrohr 9 befestigt,
an dem eine Hülse 10 verschiebbar
geführt
ist. Die Hülse 10 ist
ihrerseits mit dem Werkzeugkopf 11 verbunden. Um die Hülse 10 und
das Führungsrohr 9 herum
kann eine Druckfeder angeordnet werden, um den Werkzeugkopf 11 von
dem Vorrichtungskörper 1 weg
zu beaufschlagen.
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Der
Werkzeugkopf 11 enthält
im dargestellten Beispiel einen Stößel 12, der durch
den Vorrichtungskörper 1 hindurch
greift und dann, wenn der Werkzeugkopf 11 dem Vorrichtungskörper 1 angenähert wird,
bis in die Führung 8 hinein
reicht. Der Stößel 12 bildet
in dem dargestellten Beispiel das Werkzeug, das zum Setzen von als
Nieten ausgebildeten Befestigungselementen verwendet wird.
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Der
Kanal 2 dient zur Vorwärtsbewegung
von Befestigungselementen, nämlich
im dargestellten Beispiel Nieten 13. Ein derartiges Befestigungselement
ist dargestellt. Es liegt mit der Oberseite seines Kopfs auf dem
Boden 4 des Kanals 2 an. Seine Höhe entspricht
der Höhe
des Kanals. Auf diese Weise ist es beim Verschieben gegen ein Verkippen
innerhalb des Kanals 2 gesichert. Am Beginn des Kanals 2, also
unmittelbar hinter dem Ende des Stutzens 5, ist eine Klappe 14 in
einer Vertiefung 15 im Boden 4 des Kanals 2 angebracht.
Sie wird mithilfe einer Feder 16 in die dargestellte Position
beaufschlagt, wo sie von rechts her eine sanft ansteigende Oberfläche bildet. An
der gegenüberliegenden
Seite ist eine Kante gebildet. Wenn ein Niet 13 von rechts
her geschoben wird, gibt die Klappe 14 nach und lässt den
Niet 13 einfach vorbei gleiten. In umgekehrter Richtung
ist ein Überwinden
der Klappe 14 nicht möglich.
Diese Klappe 14 bildet einer Rücklaufsperre.
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Die 2 zeigt
jetzt einen horizontalen Schnitt durch die Anordnung der 1 in
Höhe des Kanals 2.
In dieser Darstellung sind in dem Kanal 2 eine Reihe von
Nieten 13 angeordnet, die als einfache Kreise dargestellt
sind. Dieser Kreis soll dem Kopf des Niets entsprechen. Der Durchmesser
der Niete 13 entspricht der Breite des Kanals 2,
so dass die Niete 13 dann, wenn man an dem letzten Niet 13b angreift,
dieser alle vor ihm vorhandenen Niete 13 weiter schiebt.
Ein seitliches Ausweichen ist nicht möglich, ebenso wenig ein Verkippen,
siehe 1.
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An
dem dem Stutzen 5 entgegengesetzten Ende ist, wie bereits
erwähnt,
die Übergabeeinrichtung 7 angeordnet.
Diese Übergabeeinrichtung 7 enthält einen
Schieber 18, der in einer Richtung quer zur Längsachse
des Kanals 2 verschiebbar ist. Der Schieber 18 weist
eine in Draufsicht halbkreisförmige Aufnahme 17 auf,
in die gerade ein Niet 13a passt. In der dargestellten
Position der Übergabeeinrichtung 7 beziehungsweise
des Schiebers 18 befindet sich diese Aufnahme 17 in
geradliniger Verlängerung
des Kanals 2. Schiebt man die Befestigungselemente 13 den
Kanal 2 entlang in Richtung auf die Übergabeeinrichtung 7,
so gelangt der erste Niet 13a unmittelbar in die Aufnahme 17.
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Wird
nun der Schieber 18 in dem Querkanal 19 in 2 nach
rechts verschoben, so wird der in seiner Aufnahme 17 enthaltene
Niet 13a ebenfalls nach rechts verschoben. Sobald dieser
Niet die Verlängerung
des Kanals 2 verlässt,
gelangt eine glatte Begrenzungsfläche 20 des Schiebers 18 vor
das Ende des Kanals 2, so dass der nächste Niet 13 an dieser
Begrenzungsfläche 20 zur
Anlage gelangt. Der Schieber hat also zwei parallel zueinander verlaufende
Begrenzungsflächen 20, 21,
die in dem Querkanal 19 geführt sind.
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Aus
der in 2 dargestellten Position, in der die Aufnahme 17 der Übergabeeinrichtung 7 in Verlängerung
des Kanals zwei angeordnet ist, gelangt nach Vorwärtsschieben
des Schiebers 18 die Aufnahme in eine zweite Position,
wo die Aufnahme 17 in Übereinstimmung
mit einem Durchgang 22 in dem Vorrichtungskörper 1 fluchtet.
Dieses ist die so genannte Setzposition, aus der heraus der dort
vorhandenen Niet 13 durch eine Bewegung senkrecht zur Zeichnungsebene
in ein oberhalb des Rohrs 8 angeordnetes Blech eingenietet
werden kann.
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Zur
Betätigung
des Schiebers 18 der Übergabeeinrichtung 7 dient
ein Pneumatikzylinder 23, der zwei Anschlüsse 24, 25 aufweist.
An diesen Anschlüssen 24, 25 werden
Schläuche
angeschlossen, durch die hindurch Druckluft in den jeweiligen Hohlraum
des Pneumatikzylinders 23 eingeführt wird, um diesen zu bewegen.
Die jeweilige Position des Pneumatikzylinders 23 beziehungsweise
des durch ihn betätigten
Schiebers 18 wird durch Sensoren festgestellt, die hier
nicht weiter beschrieben werden.
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Zum
vorwärts
bewegen oder besser ausgedrückt
zur Beaufschlagung der in dem Kanal 2 enthaltenen Befestigungselemente 13 in
Richtung auf die Übergabeeinrichtung 7 dient
ein Nebenkanal 26, der schräg in den Kanal 2 führt. Sein
Ausgang in dem Kanal 2 zeigt in Richtung auf die Übergabeeinrichtung 7.
Dieser Nebenkanal 26 führt
zur Außenseite hin
in einen Druckluftanschluss 27. Wird an dem Druckluftanschluss 27 Druckluft
angelegt, so entsteht in dem Kanal 2 eine Luftströmung, die
direkt an dem letzten Niet 13b in dem Kanal 2 angreift
und diesen in Richtung auf die Übergabeeinrichtung 7 beaufschlagt.
Falls in dem Kanal 2 weniger Befestigungselemente vorhanden
sind, greift der Luftstrom auch dann an diesen Befestigungselementen
an, wenn der letzte Niet 13b näher an der Übergabeeinrichtung 7 angeordnet
ist. Das Angreifen des Luftstroms bildet eine Vorschubeinrichtung,
die die Befestigungselemente 13 beaufschlagt, ohne sie
zu berühren.
Sie führt
auch dann zu einem Vorschub, wenn in dem Kanal nur ein einziges
Befestigungselement 13 vorhanden ist.
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Die
Zufuhr der Befestigungselemente dann, wenn keine mehr vorhanden
sind, in den Kanal 2 geschieht durch den Stutzen 5 hindurch,
wobei dies paketweise erfolgen kann.
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Die 3 zeigt
einen teilweisen Längsschnitt
in einer Ebene parallel zu der Ebene der 1 von der
anderen Seite. Der Schnitt führt
jetzt durch die erwähnte
Bohrungen 22 für
den Stößel 12. Die
Bohrung 22 geht in den Querkanal 19 über, und oberhalb
des Querkanals 19 und koaxial zu der Bohrung 22 ist
das Rohr 8 angeordnet, das mit einem Flansch 28 und
einer Klammer 29 an der Oberseite des Vorrichtungskörpers 1 befestigt
ist. In der dargestellten Position fluchtet die ebene Stirnfläche 30 des Stößels 12 mit
dem Boden des Querkanals 19 und damit mit dem Boden 4 des
Kanals 2. Der Stößel 12 ist
in seiner eigenen Längsrichtung
verschiebbar zusammen mit dem Werkzeugkopf 11. Zu seiner
Lagerung in dem Vorrichtungskörper 1 ist
ein Lagerungsring 31 vorgesehen.
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In
einem weiteren Kanal 32 durch den Vorrichtungskörper 1 ist
ein Sensor 33 angeordnet, dessen Stirnfläche in den
Querkanal 19 beziehungsweise oberhalb der Bohrung 22 gerichtet
ist. Dieser Sensor 33 kann das Vorhandensein eines Befestigungselements
an der Stirnfläche 30 des
Stößels 12 feststellen.
In der Stirnfläche 30 des
Stößels 12 ist
vertieft ein Magnet eingelassen, so dass die Stirnfläche 30 eine
magnetische Halterung für
ein metallisches Element bildet.
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Die 4 zeigt
jetzt einen Querschnitt durch die Stelle, wo der Stößel 12 angeordnet
ist, und zwar in einer Ebene, die quer zu der Zeichnungsebene der 1 und
der 3 steht. Der Stößel 12 nimmt wieder
die gleiche Position ein, wie sie in 3 dargestellt
ist. Auf seiner Stirnfläche 30 ist
ein Befestigungselement 13 angeordnet, das von dem Magneten
festgehalten wird. Die Form des Befestigungselements ist jetzt etwas
deutlicher dargestellt als in den vorherigen Figuren. Das Befestigungselement 13 enthält einen
Kopf 34, der eine ebene Oberseite aufweist. Diese Oberseite
ist jetzt nach unten orientiert und liegt auf der Stirnfläche 30 des
Stößels 12 auf. Der
Durchmesser des Kopfs 34 ist etwas kleiner als der Durchmesser
des Stößels 12.
Wenn dieses Befestigungselement, das im dargestellten Beispiel ein Niet
ist, gesetzt werden soll, wird der Werkzeugkopf 11 durch
einen Antrieb der Anlage, in der die Werkzeugeinrichtung untergebracht
ist, nach oben beschleunigt. Dabei nimmt der Stößel 12 den Niet 13 mit,
schiebt ihn durch das Rohr 8 hindurch und in die Öffnung des
Bauteils, mit dem er vernietet werden soll. Auf der anderen Seite
dieses Bauteils ist eine Matrize angeordnet, so dass durch das Zusammenwirken
zwischen dem Stößel 12 und
der Matrize ein Nietkopf gebildet wird.
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Die 4 zeigt
auch einen Querschnitt durch die Aufnahme 17 des Schiebers 18 der Übergabeeinrichtung 7.
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In
dem dargestellten Beispiel ist das Befestigungselement ein Niet
mit einem Nietkopf 34 mit einer ebenen Oberseite. Daher
ist auch der Boden 4 des Kanals 2 eben ausgebildet.
Es ist auch denkbar, dass der Kopf des Befestigungselements abgerundet verläuft. In
diesem Fall würde
auch der Boden 4 des Kanals 2 einen abgerundeten
Querschnitt aufweisen, und auch das Ende des Stößels 12 wäre anders
geformt.
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Falls
es sich bei dem Befestigungselement um eine Schraube handelt, müsste noch
ein Drehantrieb für
ein als Schraubendreher ausgebildetes Werkzeug vorhanden sein.