DE7828226U1 - Vorrichtung zum Programmieren eines Handhabungsgeräts - Google Patents
Vorrichtung zum Programmieren eines HandhabungsgerätsInfo
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Description
Dipl.-Ing.
RolfCharrier
Patentanwalt
Rehlingenstraße 8 · Postfach 260
D-8900 Augsburg 31
Telefon 0821/36015+36016 - 6 -
Telex 53 3 275
■7724/16/Ch/Gr Augsburg, 21. September 1978
H. A. Schlatter AG CH-8952 Schlieren
Vorrichtung zum Programmieren eines Handhabungsgeräts
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Programmieren eines in mehreren Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts
mittels eines von Hand geführten Griffs und mittels Meßwertgebern, die die durch das Führen des Griffs
bewirkten Kraftkomponenten in elektrische Signale umsetzen, die ein zu speicherndes Programm bestimmen, das
die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts steuert.
Moderne Handhabungsgeräte weisen üblicherweise am Ende
eines mehrgliedrigen Armes eine Hand auf, welche Handhabungen
ausführt. Beispielsweise trägt die Hand eine Schweißvorrichtung, welche zum Zusammenschweißen von
Karosserieteilen dient. Hierbei soll die Hand bestimmte
Bahnkurven im Raum ausführen.
Bei einem bekannten Roboter ist eine erste vertikale Drehachse vorhanden. Der mehrgliedrige Arm vermag
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horizontale und vertikale Bewegungen und durch überla -gerung dieser Bewegungen sich ergebende Schwenkbewegungen auszuführen. Die am Ende des Arms angeordnete
Hand ist um eine erste Drehachse drehbar, welche in Achsrichtung des Arms verläuft. Die Hand weist eine dazu
rechtwinkelige weitere Drehachse auf und letztlich eine zur weiteren Drehachse rechtwinkelig verlaufenden vierten Drehachse.
Es ist außerordentlich schwierig, die Antriebsmotoren
für die verschiedenen Bewegungen des Handhabungsgeräts so zu steuern, daß die gewünschte Bahnkurve sich ergibt, üblicherweise wird die Bahnkurve in lineare
Streckenabschnitte aufgeteilt, so daß die Bahnkurve streckenweise durchfahren wird. Der Programmieraufwand
zur programmierten Steuerung der Antriebsmotoren ist hierbei sehr groß.
Um den Programmieraufwand zu verringern, ist es bekannt, das Arm- Hand- Gliederaggregat des Handhabungsgeräts
durch ein Leergerüst zu umgeben, das dem Arm-Hand -Gliederaggregat parallel zugeordnet ist. Das Leergerüst
ist mehrgliedrig ausgebildet und läßt Relativbewegungen
zum Arm-Hand-Gliederaggregat zu. Die Glieder des Leergerüsts sind mit einer der Zahl der Drehachslinien entsprechenden Zahl von Schaltern versehen. Das Leergerüst
besteht im wesentlichen aus drei Gliedern, die über Drehlager miteinander verbunden sind und sich über
Federn am Arm-Hand-Gliederaggregat abstützen. Bei ReIativbewegungen zwischen den Arm- und den Handgliedern
und den Gliedern des Leergerüsts werden die vorerwähnten Schalter betätigt, deren Signale aufgezeichnet werden
und ein Steuerprogramm für die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts bestimmen.
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Der außerordentlich komplizierte Aufbau des Leergerüsts
macht diese Art von Programmiervorrichtung sehr teuer. Das unvermeidliche Spiel zwischen den einzelnen
Gliedern des Leergerüsts und zwischen diesen Gliedern und den Hand- und Armgliedern führt zwangsläufig dazu,
daß eine Fehlproqrammierung stattfindet, die umso größer ist, je größer dieses Spiel sich bei den Schaltern
auswirkt. Eine Fehlprogrammierung wird noch dadurch bewirkt, daß das Eigengewicht des Leergerüsts je nach
dessen Stellung zu Signalen der Schalter führt, obwohl keine entsprechende Kraft von Hand auf den am Leergerüst
angeordneten Handgriff ausgeübt wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Fehler sich in sogenannten Zappelkurven
auswirken, d.h. die gewünschte Bahnkurve wird nicht kontinuierlich sondern sprungweise und z.T.
rückführend durchfahren. Der Aufwand, der zur Korrektur einer solchen Zappelkurve notwendig ist, ist weitaus
größer als die Durchführung der eingangs erwähnten Programmiermethode, so daß die Programmierung über ein
Leergerüst keine praktische Anwendung fand.
Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Programmieren eines in mehreren Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts
so auszubilden, daß damit eine einfache und praktisch spielfreie Nachführung der Hand des Handhabungsgeräts
längs der gewünschten Bahnkurve möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den
Unteransprüchen entnehmbar.
Die von der Hand des Handhabungsgeräts auszuführenden Bewegungen verlaufen in kartesischen Koordinaten ausgedrückt
in X-, Y- und Z-Richtung und bestehen weiterhin aus Drehbewegungen um die X-, und Z-Achse. Die nach-
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folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Bewegungen in diesen kartesischen Koordinatensystem, jedoch gilt entsprechendes
auch für Bewegungen, wenn diese Polarkoordinaten ausgedrückt werden.
Ein Ausführungsbeispyiel der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Übersicht eines Handhabungsgeräts, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung
Anwendung findet;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie C-D in
Fig. 2 und
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-B in Fig. 2.
Im gezeigten Beispiel ist die Programmiervorrichtjng
23 am letzten Glied der Hand 27 des Handhabungsgeräts angeordnet. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die
Programmiervorrichtung 23 auch am vorletzten oder drittletzten Glied der Hand vorzusehen, wobei dann die Drehbewegungen
des letzten bzw. vorletzten Handgliedes separat programmiert werden müssen.
Das Handaggregat 27 ist an einem Armaggregat 26 des Handhabungsgeräts 22 angeordnet. Die Bewegungen des
Arms 26 können aufgeteilt werden in Bewegungen in Richtung der Achsen x1, y' urd z1 sowie in eine Drehbewegung
dy1 um die Y-Achse. Das erste Glied der Hand 27 vermag eine Drehbewegung um die x1 Achse auszuführen,
welche inFig. 1 mit dx1, bezeichnet ist. Das zweite
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Handglied vermag eine Drehbewegung um die z1 Achse
auszuführen, wobei diese Drehbewegung mit dz1 bezeichnet
ist. Letztlich ist ein drittes Handglied vorhanden, -das eine Drehbewegung um eine Achse parallel zur x1
Achse auszuführen vermag, wobei diese Drehbewegung mit dx'. bezeichnet ist. Alle diese Bewegungen können auf
die Programmiervorrichtung 23 bezogen werden und zwar dort auf lineare Bewegungen in der X-, Y- und Z-Achse
und auf Drehbewegungen dx, dy und dz um diese Achsen. Es besteht nunmeh5* die Aufgabe, ein Steuerprogram:;;
mittels der Prograsimiervorrichtung 23 zu erstellen, derart,
daß die Spitze P eines von der Hand 27 getragenen Werkzeugs 25 eine beliebige Raumkurve 24 vollzieht.
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ä Die Programmiervorrichtung ist in den Fig. 2 bis 4 im
^ einzelnen gezeigt. In Fig. 2 stellt die linke Hälfte
einen Schnitt durch das Mittelteil 13 und die Hülse des Griffs 23 dar, während in der rechten Hälfte der
Fig. 2 lediglich die Hülse 14 geschnitten ist, das Mittelteil 13 also in Ansicht dargestellt ist.
Das Mittelteil 13 des Griffs 23 ist im vorliegenden Beispiel mit dem letztenGlied der Hand 27 starr verbunden.
Dieses Mittelteil 13 wird von einer Hülse 14 umgeben. Im Bereich der beiden Enden der Hülse 14 sind
am Mittelteil 13 je vier Zungen 15, 16 vorgesehen. Die vier Zungen 15 und die vier Zungen 16 sind zueinander
um jeweils 90° versetzt um die Achse des Mittelteils 13 angeordnet. Die Zungencnüen tragen jeweils die
Hülse 14, wobei die Lagerung jeweils so vorgenommen ist, daß die Zungenenden sich relativ zur Hülse 14 bewegen
können. Auf jeder der Zungen 15, 16 ist ein Dehnmeßstreifen aufgebracht, welche mit den Bezugsziffern
1 bis 8 versehen sind. Die Zungen 15, 16 und ihre Dehnmeßstreifen 1 bis 8 verlaufen in Längsrichtung des
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Griffes 23.
Die linken und rechten unteren Zungen 15, 15, 15·'
tragen die Dehnmeßstreifen 7 und 8. Die vorderen und hinteren unteren Zungen 15' und 15' " tragen die Dehnmeßstreifen
2 und 1. An der oberen Seite tragen die
linken und rechten Zungen 16, 16'' die Dehnmeßstreifen
6 und 5, während die vorderen und hinteren Zungen die Dehnmeßstreifen !>
und 3 tragen. In Fig. 3 ist die Lage d er oberen Dehnmeßstreifen 3 bis 6 in Klammern angegeben.
Im mittleren Bereich des Mittelteils 13 sind zwei weitere Zungen 17, 17' vorgesehen, deren freie Enden
gegeneinander zeigen und welche in Richtung der Achse des Mittelteils 13 verlaufen. Diese Zungen 17, 17'
tragen ebenfalls den Meßstreifen 9, 10.Gegen die freien
Enden dieser beiden Zungen 17, 17' liegt spielfrei eine
Schraube 18 der Hülse 14- an.
Letztlich sind zwei Zungen 20, 20' am Mittelteil 13 vorgesehen,
welche längs des Umfangs des Mittelteils 13 und quer zu seiner Achse verlaufen. Die freien Enden der
Zungen 20, 20' weisen gegeneinander und die Zungen tragen den Meßs':reif en 11, 12. Gegen die freien Enden
der Zungen 20, 20' liegt spielfrei eine Schraube 19 der Hülse 14 an.
Die verschiedenen Leitungen zu den Dehnmeßstreifen sind
in einem Rohr 21 geführt, welches vom Inneren des Mittelteils 13 nach unten abgeht.
Soll sich die Hand 27 des Handhabungsgeräts in Richtung der X-Achse bewegen, dann wird die Hülse 1* von Hand
in Pfeilrichtung X bewegt, wodurch die Dehnmeßstreifen
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6, 7 gedehnt werden, da ihre zugehörigen Zungen sich infolge der auf sie wirkenden Kraft biegen. Eine Signalgabe
über die Dehnmeßstreifen 6 und 7 signalisiert also eine Bewegung in X-Richtung. Soll eine genau entgegengesetzte
Bewegung ausgeführt werden, dann wird auf die Hülse Ik von Hand ei/i Druck entgegen der Pfeilrichtung X
ausgeübt, so daß nunmehr die Dehnmeßstreifen 5 und &thgr; ein Signal abgeben.
Soll eine Bewegung in Y-Richtung ausgeführt werden, wird die Hülse 14· in diese Richtung gedrückt, wodurch die
Dehnmeßstreifen 2 und k Signale erzeugen. Soll eine Bewegung
entgegen dieser Pfeilrichtung Y ausgeführt werden, dann wird die Hülse 1* entgegen der Pfeilrichtung
Y gedrückt, was zu einer Signalerzeugung in den Dehnmeßstreifen 1, 3 führt.
Ist beabsichtigt, eine Bewegung in Z-Richtung auszuführen, wird die Hülse Ik nach oben gedrückt, wodurch
die Schraube 18 die Zunge 17 biegt, was zu einer Signalgabe beim Dehnmeßstreifen 9 führt. Bei einer beabsichtigten
Bewegung entgegen der Pfeilrichtung Z wird die Hülse Ik n?oh unten gezogen, was bewirkt, daß die
Schraube 18 die Zunge 17' durchbiegt, so daßder Dehnmeßstreifen 10 ein Signal erzeugt.
Damit sind sämtliche Linearbewegungen in Richtung der X-, Y- und Z-Achse programmierbar. Natürlich können
auch überlagerte Bewegungen durchgeführt werden, beispielsweise in Pfeilrichtung 28, wodurch die Dehnmeßstreifen
1, 3, 6, 7 Signale erzeugen.
Soll eine Drehbewegung dy um die Y-Achse ausgeführt werden, wird die Hülse Ik um diese Achse gedreht, wodurch
die Zungen 16 und 15fl gebogen werden, was zur
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Signalerzeugung bei den Dehnmeßstreifen 6 und 8 führt.
Eine Drehbewegung entgegen der Pfeilrichtung dy führt
zur Signalerzeugung bei den Dehnmeßstreifen 5 und 7. Bei
einer an der Hülse 14 ausgeübten Drehbewegung dx um die X-Achse werden die Dehnmeßstreifen 1 und 4· zur Signalerzeugung bewegt, während bei ei.ner entgegengesetzten
Bewegung die Dehnmeßstreifen 2 und 3 Signale hervorrufen.
Bei einer Drehbewegung dz um die Z-Achse läuft die
Schraube 19 gegen die Zunge 20* an, so daß der Dehnmeßstreifen 12 ein Signal erzeugt. Bei einer entgegengesetzten Drehbewegung wird der Dehnmeßstreifen 11 zur
Signalerzeugung angeregt.
Auch hier sind natürlich Überlagerungen der Drehbewegungen untereinander und mit den Linearbewegungen möglich.
Anstelle der Dehnmeßstreifen 1 bis 12 können natürlich
auch induktive und/oder kapazitive Meßwertgeber verwendet werden. Es ist auch möglich, die jeweils paarweise beaufschlagten Meßwertgeber durch einen einzigen
Geber zu ersetzen, der, wenn ein Druck auf ihn ausgeübt wird, ein Signal erzeugt, das unterschiedlich ist
zu denjenigen, welches er erzeugt, wenn auf ihn eine Zugkraft wirkt. Die bei Drehbewegungen um die X- und -Y-Achse paarweise wirksamen Dehnmeßstreifen 1 bis 8
können durch zwei Meßwertgeber ersetzt sein, die rechtwinkelig zueinander angeordnet sind und die jeweils
unterschiedliche Signale abgeben, wenn eine Drehbewegung um eine der Achsen in der einen oder anderen Richtung
ausgeführt wird.
Anstelle der Dehnmeßstreifen 1 bis 12 können auch
Schalter vorgesehen sein, welche Oa-Nein-Signale er-
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zeugen. Die Größe der Kräfte zwischen der Hüls3 IA- und
dem Mittelteil 13 messende Meßwertgeber sind jedoch zu bevorzugen, da die gemessene Größe der jeweiligen
Kraft umgesetzt werden kann, um die Verstellmotoren des Handhabungsgeräts 22 schnell oder langsam laufen.
zu lassen.
Die nachfolgende Tabelle zeigt, bei welchen Bewegungen welche Meßwertgeber 1 bis 12 Signale erzeugen.
linear +X -X +Y -Y +Z -Z
Dehnung +dx -dx +dy -dy +dz -dz
6 | und | 7 |
5 | und | 8 |
2 | und | k |
1 | und | 3 |
2 | ||
10 | ||
1 | und | |
2 | und | 3 |
6 | und | 8 |
7 | und | 5 |
12 | ||
11 |
Claims (15)
1. Vorrichtung zum Programmieren eines ii? mehreren
Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts mittels eines von Hand geführten Griffs und mittels Meßwertgebern,
die die durch das Führen des Griffs bewirkten Kraftkomponenten in elektrische Signale umsetzen, die ein
zu speicherndes Programm bestimmen, das die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Griff (23) einen
starr mit einem Glied des Handhabungsgeräts (22) verbundenen Mittelteil (23) und eine den Mittelteil
(13) umgebende Hülse (14) aufweist, die Hülse (14) zum Mittelteil (13) in den Achsen beweglich ist, in
denen sich das mit dem Mittelteil (13) verbundene Glied zu bewegen vermag und zwischen Mittelteil (13)
und Hülse (14) Meßwertgeber (1 bis 12) angeordnet sind, welche die in den Btwegungsrichtungen der Hülse
(14) relativ zum Mittelteil (13) auftretenden Kräfte erfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von zwei
rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X, Y) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (z. B.
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7, 8 und 1, 2) für jede Achse (X, Y) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (1, 2, 7, 8) um 90° zueinander versetzt
an den Mittelteil (13) angeordnet sind, wobei einander gegenüberliegende Meßwertgeber (1, 2) und
(7,8) jeweils ein Meßwertgeberpaar (1,2 und 7,8) bilden, die auf Kräfte quer zur Achse des Mittelteils
(13) ansprechen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e -&eegr; &eegr; zeichnet,
daß zur Programmierung von zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X, Z) für
jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (z. B.
7,8 und 9,10) für jede Achse (X,Z) vorgesehen ist, die Meßwertgeber (7,8) des einen Paares um 180° versetzt
zueinander um den Mittelteil (13) angeorndet sind und auf Kräfte quer zur Achse des Mittelteils
(13) ansprachen und die Meßwertgeber (9, 10) des anderen Paares längs der Achse des Mittelteils (13)
angeordnet sind und auf Kräfte längs dieser Achse
ansprechen.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch g e -
kennzeichnet, daß zur Programmierung von
*' drei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X,Y,
Z) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (z, B. 7,8; 1,2; 9,10) vorgesehen ist, die Meßwertgeber
(1,2 ,7,8) zweier Paare um 90c' zueinander versetzt um den Mittelteil (13) und die Meßwertgeber
(9,10) des dritten Paares längr der Achse des Mittelteils
(13) angeordnet sind, wobei die einander gegenüberliegenden, jeweils ein Paar der die zwei Paare
bildenden Meßwertgeber (1,2;7,8) auf Kräfte quer und die beiden Meßwertgeber (9,10) des dritten Paares
auf solche längs der Achse des Mittelteils (13) ansprechen.
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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeberpaare (l,2;7,8;9,10) durch je einen Meßwertgeber ersetzt sind, die bei einer Druckbeanspruchung ein Signal erzeugen, das zu demjenigen bei
Zugbeanspruchung »unterschiedlich ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen in einer quer zur Achse des Mittelteils
(13) verlaufenden Achse (z. B. Y) mindestens ein erstes Meßwertgeberpaar (&zgr;. &Bgr;. 6,8) vorgesehen ist,
de»*en Meßwertgeber (6,8) um 18t/0 versetzt zueinander
je an einem Ende des Mittelteils (13) angeordnet sind, und auf Drehbewegungen um diese Achse (Y) ansprechen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e &eegr; &eegr; -zeichnet, daß ein zweites Meßwertgeberpaar
(5.7) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (5,7) symmetrisch zu denjenigen des ersten Meßwertgeberpaares
(6.8) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen um zwei senkrecht zueinander und jeweils
quer zur Achse des Mittelteils (13) verlaufenden Achsen (X,Y) ein weiteres Meßwertgeberpaar (&zgr;. &Bgr;.
2,3) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (2,3) um 180° versetzt zueinander und um 90° versetzt zu denjenigen des ersten Meßwertgeberpaares (6,8) je an
einem Ende des Mittelteils (13) angeordnet sind ur,a
jedes Paar (2,3; 6,8) auf Drehbewegungen um die zugehörige Achse (X,Y) ansprechen.
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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes Meßwertgeberpaar
(1,4) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (1,4) symmetrisch zu denjenigen des weiteren Meßwertgeberpaares
(2,3) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen um eine längs der Achse des Mittelteils
(13) verlaufenden Achse (Z) ein Meßwertgeberpaar (11,12) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (11,12)
am Umfang des Mittelteils (13) angeordnet sind, und auf Drehbewegungen um diese Achse (Z) ansprechen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeberpaare (6,8;5,7; 2,3; 1,4;11,12) ersetzt sind
durch je einen Meßwertgeber, der bei einer Druckbeanspruchung ein Signal erzeugt, das zu demjenigen
bei Zugbeanspruchung unterschiedlich ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9. dadurch g e -kennzeichnet, daß die zwei jeweils einer
Drehachse (X, Y) zugeordneten Meßwertgeberpaare (5,7; 6,8 bzw. 2,3; 1,4) durch einen Meßwertgeber·
ersetzt sind, der am Mittelteil (13) in der jeweiligen Drehachse angeordnet, bei einer Drehbewegung
in der einen Richtung ein Signal erzeugt, das zu demjenigen bei einer Drehbewegung in der anderen Richtung unterschiedlich ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber um
90° versetzt zueinander am Mittelteil (13) angeordnet sind.
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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet ,daß die Meßwertgeber (1 bis 12) auf vom Mittelteil (13) abgehenden elastischen Zungen (15*16,17,20) angeordnet sind, an deren Enden sich die Hülse (14) abstützt. y
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e &eegr; &eegr; -zeichnet, daß die Meßwertgeber (1 bis \2)
Dehnmeßstreifen sind.
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