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Die Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung für eine Robotergelenkvorrichtung, die Aktuatorvorrichtung aufweisend einen Aktuator, ein Getriebe mit einem Getriebeausgang und einen Abtrieb. Außerdem betrifft die Erfindung eine Robotergelenkvorrichtung aufweisend ein erstes Gelenkteil und ein zweites Gelenkteil, wobei das erste Gelenkteil und das zweite Gelenkteil relativ zueinander beweglich sind. Außerdem betrifft die Erfindung einen Roboter.
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US 5523662 A betrifft ein modulares, erweiterbares und rekonfigurierbares Robotersystem. Es wird ein Roboter bereitgestellt, der mindestens zwei Manipulatoren mit jeweils mehreren kompakten Drehgelenken aufweist. Die Drehgelenke haben eine Eingangskupplung und entweder eine oder zwei Ausgangskupplungen. Jedes Gelenk ist modular aufgebaut mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der mit einem topfförmigen Spannungswellengetriebe gekoppelt ist, und Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentsensoren enthält. Jeder Manipulator kann zerlegt und wieder zusammengebaut werden, um eine Vielzahl von Konfigurationen anzunehmen.
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US 2012/0065902 A1 betrifft ein Entfernen einer Rauschkomponente verursacht durch Vibration eines flexiblen Elements aus einem ursprünglichen Erfassungssignal, das von einer Erfassungseinheit ausgegeben wird, und Unterdrücken einer Phasenverzögerung eines Erfassungssignals, das durch Filtern erhalten wird. Zu diesem Zweck wird eine Erfassungseinheit bereitgestellt, die ein flexibles Element, das sich gemäß einem Zustand eines zu messenden Objekts verformt, und einen Sensor umfasst, der einen Verformungsbetrag des flexiblen Elements erfasst und ein ursprüngliches Erfassungssignal ausgibt, das ein Erfassungsergebnis anzeigt. Eine Filtereinheit gibt ein Erfassungssignal aus, das durch Filtern des ursprünglichen Erfassungssignals unter Verwendung eines Filterkoeffizienten erhalten wird. Eine Rechenvorrichtung berechnet eine Schwingungsfrequenz des flexiblen Elements, das in dem ursprünglichen Erfassungssignal enthalten ist. Eine Änderungseinheit ändert einen Filterkoeffizienten der Filtereinheit, um zu bewirken, dass die Filtereinheit als Filter zum Dämpfen der von der Rechenvorrichtung berechneten Schwingungsfrequenz fungiert.
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US 5767648 A betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompensieren des Effekts der Gelenkreibung in Manipulatoren. Ein sechsachsiger Dehnungssensor (auch Kraft- / Drehmomentsensor genannt), ist zwischen dem Manipulator und einem Referenzkörper angebracht, auf dem er gelagert ist. Aus den Messungen der Basisdehnung für Drehgelenke werden die Gelenkdrehmomente geschätzt. Die Schätzvorrichtung verwendet Newton-Euler-Beziehungen aufeinanderfolgender Verbindungskörper. Das geschätzte Drehmoment wird durch einen Drehmomentregler zurückgeführt, der Reibungs- und Schwerkrafteffekte praktisch eliminiert. Ein Lageregelkreis umschließt den Drehmomentregler und versorgt ihn mit Sollmomenten, die aus gemessenen Positionsfehlern berechnet werden. Für lineare Gelenke werden geeignete Kräfte geschätzt. Mit der Verbindung von Positionssensoren und Dehnungssensor ist ein Schwerkraftkompensator gekoppelt, der basierend auf den Positionssignalen und dem Basisdehnungssignal ein dynamisches Dehnungssignal erzeugt, das der schwerkraftkompensierten dynamischen Komponente des Basisdehnungssignals entspricht. Mit dem Schwerkraftkompensator und den Positionssensoren ist ein Gelenkanalysator gekoppelt, der basierend auf dem dynamischen Dehnungssignal und den Positionssignalen ein Signal erzeugt, das dem schwerkraftkompensierten Drehmoment entspricht, das tatsächlich auf die Verbindung am Drehgelenk ausgeübt wird. Sowohl Drehmomente an Drehgelenken als auch Kräfte an Lineargelenken werden von der Vorrichtung geschätzt. Es können mehrere und einzelne Gelenkmanipulatoren ausgewertet werden.
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DE 10 2013 012 448 A1 betrifft eine Roboterachsanordnung mit wenigstens einem Abtriebsglied, einer Bremse zum Aufprägen einer Bremskraft auf das Abtriebsglied, einem Antrieb zum Aufprägen einer Antriebskraft auf das Abtriebsglied, und einem Steuermittel zum Steuern der Antriebskraft und/oder der Bremskraft auf Basis einer dynamischen Größe des Abtriebsglieds, welche von der Bremskraft abhängt. Um ein Bremsen der Roboterachsanordnung, insbesondere bis zu einem Stillstand, zu verbessern, wird die Roboterachsanordnung mithilfe des Steuermittels gebremst. Dazu wird in dem Dokument
DE 10 2013 012 448 A1 vorgeschlagen, auf das Abtriebsglied durch die Bremse eine Bremskraft aufzuprägen und dabei eine Antriebskraft des auf das Abtriebsglied wirkenden Antriebs und/oder der Bremskraft auf Basis einer dynamischen Größe des Abtriebsglieds, welche von der Bremskraft abhängt, zu steuern. Die dynamische Größe soll eine Kraft, insbesondere ein Drehmoment (T), und/oder Bewegungsgröße, insbesondere eine Beschleunigung, des Abtriebsglieds umfassen.
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DD 1 30 690 B1 betrifft eine Einrichtung zur Messung von Drehmomenten, insbesondere für angeflanschte Antriebsorgane, bei der Dehnungsmessstreifen an Messstegen oder dergleichen angebracht sind. Um die Einrichtung einfach aufzubauen und genaue Messergebnisse zu erzielen, wird in dem Dokument
DD 1 30 690 B1 vorgeschlagen, eine ruhende, in die Flanschverbindung einfügbare Reaktionsmessvorrichtung vorzusehen, die zwei durch axial verlaufende Messstege käfigartig auf Abstand gehaltene Anschlussplatten umfasst und bei der eine an sich bekannte, die Reaktionsmessvorrichtung durchdringende Wellenkupplung die Motorwelle abstandsüberbrückend mit der Getriebewelle verbindet. Zur Drehmomentmessung wird dem Dokument
DD 1 30 690 B1 zufolge der Motor vom Getriebe gelöst und an dessen Stelle die Reaktionsmessvorrichtung mittels deren Anschlussplatte am Gehäuse befestigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Aktuatorvorrichtung strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Robotergelenkvorrichtung strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Roboter strukturell und/oder funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer Aktuatorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einer Robotergelenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Aktuatoreinrichtung dient zum aktiven Bewegen der Robotergelenkvorrichtung. Zwischen dem Aktuator, dem Getriebe, dem Getriebeausgang und dem Abtrieb kann eine mechanische Leistung fließen. Eine Leistung kann ausgehend von dem Aktuator über das Getriebe und den Getriebeausgang zu dem Abtrieb fließen. Der Aktuator, das Getriebe mit dem Getriebeausgang und der Abtrieb können einen Antriebsstrang bilden. In dem Antriebsstrang können der Aktuator, das Getriebe mit dem Getriebeausgang und der Abtrieb aufeinanderfolgend wirksam sein. Der Aktuator, das Getriebe mit dem Getriebeausgang und/oder der Abtrieb können strukturell und/oder funktionell zusammengefasst sein.
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Der Aktuator kann ein Motor sein. Der Aktuator kann ein Elektromotor sein. Der Aktuator kann ein mehrpoliger Motor sein. Der Aktuator kann einen Stator und einen Rotor aufweisen. Die Aktuatorvorrichtung und/oder der Aktuator können/kann regelungstechnisch und/oder steuerungstechnisch kontrollierbar sein. Die Aktuatorvorrichtung und/oder der Aktuator können/kann drehmomentbasiert kontrollierbar sein. Die Aktuatorvorrichtung und/oder der Aktuator können/kann kraftbasiert kontrollierbar sein. Die Aktuatorvorrichtung und/oder der Aktuator können/kann wegbasiert kontrollierbar sein.
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Das Drehmoment kann aktuatorseitig des Getriebes erfassbar sein. Die Aktuatorvorrichtung kann zum Erfassen des Drehmoments eine Sensorvorrichtung aufweisen. Die Sensorvorrichtung kann wenigstens einen Drehmomentsensor aufweisen. Der wenigstens eine Drehmomentsensor kann einen Dehnungsmessstreifen (DMS) aufweisen. Der wenigstens eine Drehmomentsensor kann eine passive magnetoelastische Dehnungsmessung (Magnetostriktion), eine aktive magnetisch-induktive Dehnungsmessung (Inverse Magnetostriktion) und/oder eine faseroptische Dehnungsmessung verwenden. Der wenigstens eine Drehmomentsensor kann ein kontaktloser Drehmomentsensor sein. Der wenigstens eine Drehmomentsensor kann ein aktiver magnetisch-induktiver Drehmomentsensor sein. Die Sensorvorrichtung kann wenigstens einen Positionssensor aufweisen. Der wenigstens eine Positionssensor kann als Resolver ausgeführt sein. Das Drehmoment kann aktuatorinhärent erfassbar sein. Zum Erfassen des Drehmoments kann ein Strom des Elektromotors erfassbar sein. Das Drehmoment kann mithilfe eines Stroms des Elektromotors erfassbar sein.
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Das Getriebe kann einen Wirkungsgrad µ > 85% aufweisen. Damit kann eine hinreichende Kontrollierbarkeit gewährleistet werden. Das Getriebe kann eine Übersetzung i > 10, insbesondere i > 20, insbesondere i > 30, insbesondere i > 40,insbesondere i > 50, aufweisen. Das Getriebe kann ein Leichtbaugetriebe sein. Das Getriebe als Leichtbaugetriebeeinbausatz ausgeführt sein. Das Getriebe kann als Planetengetriebe ausgeführt sein. Das Getriebe kann als Zykloidgetriebe ausgeführt sein. Das Getriebe kann einstufig oder mehrstufig, insbesondere zweistufig, ausgeführt sein. Das Getriebe kann als Getriebeeinbausatz ausgeführt sein. Ein Getriebeeinbausatz kann strukturell und/oder funktionell integrierbar sein.
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Die Aktuatoreinrichtung kann einen Eingang aufweisen. Der Eingang kann als Welle ausgeführt sein. Die Aktuatoreinrichtung kann ein Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann wenigstens einen Deckel aufweisen. Der Eingang kann in dem Gehäuse drehbar gelagert sein. Der Eingang kann in dem Gehäuse mithilfe einer Lageranordnung drehbar gelagert sein. Die Lageranordnung kann zwei angestellte Lager in O-Anordnung aufweisen. Der Abtrieb kann wellenartig oder wellenstumpfartig ausgeführt sein. Der Abtrieb kann lochkreisförmig angeordnete Befestigungsstellen aufweisen. Der Abtrieb kann in dem Gehäuse drehbar gelagert sein. Der Abtrieb kann in dem Gehäuse mithilfe eines Lagers drehbar gelagert sein. Der Stator des Aktuators kann gehäusefest angeordnet sein. Der Rotor des Aktuators kann eingangsfest angeordnet sein.
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Das Getriebe kann als Planetengetriebe ausgeführt sein. Das Getriebe kann als mehrstufiges Planetengetriebe ausgeführt sein. Das Planetengetriebe kann als Getriebeeinbausatz ausgeführt sein. Das Planetengetriebe kann einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz aufweisen. Der erste Planetenradsatz kann ein Hohlrad, Planetenräder, einen Planetenträger und ein Sonnenrad aufweisen. Der zweite Planetenradsatz kann ein Hohlrad, Planetenräder, einen Planetenträger und ein Sonnenrad aufweisen. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes kann mit dem Gehäuse fest verbunden sein. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes kann mit dem Stator des Aktuators fest verbunden sein. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes kann mit dem Rotor des Aktuators fest verbunden sein. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes kann mit dem Eingang fest verbunden sein. Der Rotor des Aktuators kann mit dem Eingang fest verbunden sein. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes kann mit dem Stator des Aktuators fest verbunden sein. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes kann mit dem Gehäuse fest verbunden sein. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes können miteinander fest verbunden sein. Der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes kann mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes fest verbunden sein. Der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes kann mit dem Abtrieb fest verbunden sein. Der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes kann den Getriebeausgang bilden.
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Die Aktuatorvorrichtung kann eine Drehachse aufweisen. Die Drehachse kann eine gemeinsame Drehachse des Eingangs, des Aktuators, des Getriebes mit Getriebeausgang und/oder des Abtriebs sein. Der Eingang und der Abtrieb können zueinander koaxial angeordnet sein.
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Die Robotergelenkvorrichtung kann eine Drehachse aufweisen. Die Drehachse der Robotergelenkvorrichtung und die Drehachse der Aktuatorvorrichtung können zueinander koaxial angeordnet sein. Das erste Gelenkteil und das zweite Gelenkteil können zueinander koaxial angeordnet sein. Das erste Gelenkteil kann mit einem ersten Glied des Roboters fest verbunden sein. Das zweite Gelenkteil kann mit einem weiteren Glied des Roboters fest verbunden sein. Die Robotergelenkvorrichtung kann ein Gelenk aufweisen. Das erste Gelenkteil und das zweite Gelenkteil können miteinander mithilfe des Gelenks gelenkig verbunden sein. Das erste Gelenkteil und das zweite Gelenkteil können relativ zueinander drehbeweglich sein. Das Gelenk kann einen Freiheitsgrad f=1, f=2 oder f=3 aufweisen. Das Gelenk kann ein Drehgelenk, ein Kreuzgelenk oder ein Kugelgelenk sein. Die Robotergelenkvorrichtung kann aktiv bewegbar ausgeführt sein.
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Die Aktuatoreinrichtung kann zwischen dem ersten Gelenkteil und dem zweiten Gelenkteil wirksam sein. Die Aktuatoreinrichtung kann einerseits mit dem ersten Gelenkteil und andererseits mit dem zweiten Gelenkteil verbunden sein. Der Eingang kann mit dem ersten Gelenkteil fest verbunden sein. Der Abtrieb kann mit dem zweiten Gelenkteil fest verbunden sein.
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Der Roboter kann ein Industrieroboter, ein Medizinroboter, ein Serviceroboter oder ein humanoider Roboter sein. Der Roboter kann wenigstens einen Manipulator aufweisen. Der wenigstens eine Manipulator kann Glieder aufweisen. Der wenigstens eine Manipulator kann ein erstes Glied und wenigsten ein weiteres Glied aufweisen. Das erste Glied und das wenigstens eine weitere Glied können mithilfe der Robotergelenkvorrichtung miteinander gelenkig verbunden sein. Der Roboter kann eine elektrische Kontrolleinrichtung aufweisen. Die Kontrolleinrichtung kann programmierbar sein. Die Aktuatorvorrichtung und/oder der Aktuator können/kann mithilfe der Kontrolleinrichtung kontrollierbar sein.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Drehmomentmessung an einem Leichtbauaktuator. Eine Sensorik kann vor einem Getriebeausgang angeordnet sein. Das Getriebe kann einen Wirkungsgrad größer als 85% besitzen, um eine zufriedenstellende Regelbarkeit des Gelenks zu gewährleisten. Damit ein Motor bei einem üblichen Roboterbetrieb sinnvoll arbeiten kann, soll das Getriebe eine Übersetzung größer als 50 besitzen. Damit jedes Gelenk muss nachfolgende Gelenke halten und beschleunigen kann, soll das Getriebe ein Leichtbaugetriebe sein. Um ein Gewicht weiter reduzieren zu können, soll das Getriebe als Leichtbaugetriebesatz ausgeführt sein. So kann eine Struktur des Gelenks und das Getriebe platz- und gewichtssparend integriert werden. Diese Eigenschaften lassen sich zum Beispiel durch einen mehrstufigen Planetengetriebeeinbausatz erreichen. Diese Eigenschaften lassen sich auch durch einen Zykloidgetriebeeinbausatz erreichen. Eine Drehmomentmessung kann motorinhärent, zum Beispiel mittels Messung von Motorströmen, erfolgen.
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Mit der Erfindung können ein Leichtbau und eine drehmomentbasierte Kontrolle ermöglicht werden. Eine Verlust- und/oder Reibungsproblematik kann entschärft werden. Eine Aussagekraft einer Drehmomentmessung kann erhöht werden. Eine Belastung einer Sensoreinrichtung kann reduziert werden. Eine Dimensionierung einer Sensoreinrichtung kann reduziert werden. Eine Robotergelenksteifheit kann erhöht werden. Eine Kontrollierbarkeit kann vereinfacht werden. Eine Performance bei einem Kontrollieren kann erhöht werden. Eine Qualität einer drehmomentbasierten Kontrolle kann erhöht werden. Eine Geschwindigkeit einer drehmomentbasierten Kontrolle kann erhöht werden. Eine Regelgüte kann erhöht werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:
- 1 eine Aktuatorvorrichtung für eine Robotergelenkvorrichtung mit einem zweistufigen Planetengetriebeeinbausatz.
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1 zeigt eine Aktuatorvorrichtung 100 für eine Robotergelenkvorrichtung. Die Aktuatoreinrichtung 100 weist einen Eingang 102, einen Aktuator 104, ein Getriebe 106 mit einem Getriebeausgang 107, einen Abtrieb 108, Sensoren 110, 112 und ein Gehäuse 114 auf.
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Der Eingang 102 ist als Welle ausgeführt und mithilfe zweier angestellter Lager 116 ,118 in O-Anordnung drehbar in dem Gehäuse 114 gelagert. Der Aktuator 104 ist als Elektromotor mit einem Stator 120 und einem Rotor 122 ausgeführt. Der Stator 120 ist gehäusefest angeordnet. Der Rotor 122 ist eingangsfest angeordnet. Damit ist der Eingang 102 antreibbar.
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Das Getriebe 106 ist als zweistufiger Planetengetriebeeinbausatz ausgeführt und weist einen ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz auf. Der erste Planetenradsatz weist ein Hohlrad 124, Planetenräder, wie 126, einen Planetenträger 128 und ein Sonnenrad 130 auf. Der zweite Planetenradsatz weist ein Hohlrad 132, Planetenräder, wie 134, einen Planetenträger 136 und ein Sonnenrad 138 auf.
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Das Sonnenrad 130 ist mit dem Eingang 102 fest verbunden. Das Hohlrad 124 ist mit dem Gehäuse 114 fest verbunden. Der Planetenträger 128 ist mit dem Sonnenrad 138 fest verbunden. Das Hohlrad 132 ist mit dem Gehäuse 114 fest verbunden. Der Planetenträger 136 bildet einen Getriebeausgang 107 und ist mit dem Abtrieb 108 fest verbunden.
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Der Abtrieb 108 ist wellenstumpfartig ausgeführt, mithilfe eines Lagers 140 drehbar in dem Gehäuse 114 gelagert und weist lochkreisförmig angeordnete Befestigungsstellen, wie 142, auf.
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Der Sensor 110 ist als Positionssensor ausgeführt und dient zum Erfassen einer Position des Stators 120. Der Sensor 112 ist als Positionssensor ausgeführt und dient zum Erfassen einer Position des Rotors 122. Ein Drehmoment wird aktuatorinhärent über einem Motorstrom des Aktuators 104 erfasst. Damit wird eine sehr kompakte und leichte Bauweise ohne Drehmomentsensor erzielt. Eine Antriebsträgheit wird maximal klein gehalten, was die Dynamik enorm verbessert. Zusätzlich kann zwischen dem Aktuator 104 und dem Getriebe 106 einen kleiner Drehmomentsensor vorgesehen sein.
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Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.
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Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.
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Bezugszeichen
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- 100
- Aktuatorvorrichtung
- 102
- Eingang
- 104
- Aktuator
- 106
- Getriebe
- 107
- Getriebeausgang
- 108
- Abtrieb
- 110
- Sensor
- 112
- Sensor
- 114
- Gehäuse
- 116
- Lager
- 118
- Lager
- 120
- Stator
- 122
- Rotor
- 124
- Hohlrad
- 126
- Planetenrad
- 128
- Planetenträger
- 130
- Sonnenrad
- 132
- Hohlrad
- 134
- Planetenrad
- 136
- Planetenträger
- 138
- Sonnenrad
- 140
- Lager
- 142
- Befestigungsstelle
