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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes, insbesondere
zum Ausschneiden oder Umformen eines Stanzteils aus einem Streifen,
wobei zwei Werkzeugteile relativ zueinander bewegbar sind und zwischen
sich das Werkstück
aufnehmen.
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Derartige
Vorrichtungen sind in vielfältiger
Form und Ausführung
bekannt und auf dem Markt. Nur der Ordnung halber wird auf die
DE 35 76 129 A1 verwiesen,
die eine Feinschneidvorrichtung zeigt, bei der zwei Werkzeugteile
zum Feinschneiden von Werkstücken
zusammen wirken.
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Beim
Einsatz derartiger Schneid- und Umformwerkzeuge, vor allem bei mehrstufigen
Modulwerkzeugsätzen,
können
die Schneid- und/oder Umformschritte in der Regel nicht so ausgelegt
werden, dass ein entsprechender Kraftausgleich der einzelnen Arbeitsstufen
besteht. In diesen Fällen
kommt es zu einem aussermittigen Kraftangriff am Stössel, wodurch
eine Stösselkippung
verursacht wird, die wiederum eine Schrägstellung der Werkzeugteile
zueinander zur Folge hat. Hierdurch entsteht auch ein Versatz zwischen
den Aktivteilen von Werkzeug-Ober- zu Werkzeug-Unterteilen. Diese
Kippung bzw. der Versatz führt
zu einem vorzeitigen Werkzeugverschleiss bzw. zu einer Werkzeugbeschädigung sowie
zu hohen Reparatur- und Wartungskosten.
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Eine
zusätzliche
Schwierigkeit besteht darin, dass der zu bearbeitende Werkstoff
(z. B. ein Blechband) einseitig geklemmt wird. Deshalb kommt es
dann beim Umformen zu einem einseitigen Schliessverhalten des Werkstoffes
und dadurch zu fehlefiaften Teilen. Beim Schneidvorgang entsteht
ein seitlicher Schub auf den Werkstoff, was wiederum zu einer entsprechenden
Massveränderung
bzw. Qualitätsminderung
der Schnittfläche
führt.
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Durch
den Einsatz optimal ausgelegter Werkzeugführungen, wie bspw. in Buchsen
geführten
Führungssäulen, ist
es zwar möglich,
die Kippung um bis zu 33% und den Versatz um bis zu 70% zu reduzieren. Diese
Verbesserung ist aber nicht ausreichend, um einerseits qualitativ
anspruchvolle Schneid- oder Umformteile fertigen zu können bzw.
andererseits die Werkzeugstanzzeiten auf ein vertretbares Mass zu
verbessern.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der o. g. Art
zu entwickeln, bei der die Kippung bzw. der Versatz der beiden Werkzeughälften zueinander
kompensiert wird.
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Lösung der
Aufgabe
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Zur
Lösung
der Aufgabe führt
zum Einen, dass zumindest ein Werkzeugteil schwimmend gelagert ist.
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Hierdurch
kann zwar ein Versatz kompensiert werden, es verbleibt jedoch die
Gefahr der Kippung. Deshalb wird in einem verbesserten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, für
das jedoch auch separat Schutz begehrt wird, beansprucht, dass ein
Werkzeugteil gegenüber
seiner Längsachse
kippbar ist.
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Das
Kippen des Werkzeugsteils wird insbesondere dadurch bewirkt, dass
das Werkzeugteil eine konkave Innenwölbung oder eine konvexe Oberfläche aufweist,
welche einer konvexen Oberflächenwölbung oder konvexen
Innenwölbung
einer Schwenkplatte anliegt. Dabei kann die Oberflächen- bzw.
die Innenwölbung
zylindrisch oder kugelkalottenartig ausgestaltet sein, wobei durch
letztere Ausgestaltung jede Kipprichtung aufgefangen werden kann.
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Damit
beim Auseinanderfahren der beiden Werkzeugteile das gekippte Werkzeugteil
wieder in seine Ausgangslage zurück
gelangt, sollte die Neigung des Werkzeugsteils gegen mindestens
einen Kraftspeicher erfolgen. Bevorzugt sind jedoch mehrere Kraftspeicher
vorgesehen, die dann das Werkzeugteil wieder zentrieren.
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Bevorzugt
ist das Werkzeugteil mit einer Lagerschale verbunden, in der sich
die Innenwölbung
befindet bzw. welche die Oberflächenwölbung aufweist.
Von dieser Lagerschalenplatte oder aber auch direkt von dem Werkzeugteil
können
Halteleisten aufragen, welche bspw. Tragstreifen an der Schwenkplatte übergreifen. Hierdurch
wird das Werkzeugteil ggf. zusammen mit der Lagerschalenplatte an
der Schwenkplatte bewegbar gehalten. Die Federelemente befinden
sich dann bevorzugt im Randbereich zwischen den Tragstreifen der Schwenkplatte
und den Halteleisten.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt, dass die Schwenkplatte kein Bestandteil
des eigentlichen Werkzeugteils ist, sondern mit dem Stössel oder
dem Werkzeugtisch (je nachdem, um welches Werkzeugteil es sich handelt)
verbunden ist. In diesem Fall ragen von der Lagerschalenplatte Winkelspannleisten
ab, welche die Werkzeugplatte hydraulisch klemmend festlegen. An
der Werkzeugplatte befindet sich dann bspw. nur noch ein Lochstempel
mit ggf. einem Abstreifen und ggf. Führungssäulen.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
bildet die Schwenkplatte zusammen mit dem Werkzeugteil und ggf.
der Lagerschalenplatte eine Einheit und wird als Einheit in den
Werkzeugraum der Presse eingesetzt bzw. aus dem Werkzeugraum entnommen.
In diesem Fall kann zusätzlich
eine Halteplatte vorgesehen sein, die in Gebrauchslage von hydraulischen
Spannleisten an dem Stössel
durchsetzt ist, welche die Halteplatte gegen die Stösseloberfläche drücken. In
diesem Fall könnten
auch die Winkelspannleisten entfallen.
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Eine
schwimmende Lagerung des Werkzeugteils hat zur Folge, dass dieses
Werkzeugteil horizontal verschiebbar ist. Bevorzugt handelt es sich
dabei um ein unteres Werkzeugteil. Die Lagerung kann jedoch auch
für ein
oberes Werkzeugteil gewählt
werden.
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Die
horizontale Bewegung des Werkzeugteils geschieht auf einer Aufnahmeplatte,
wobei bevorzugt zwischen Werkzeugteil und Aufnahmeplatte eine Rollen-Zwischenlage
vorgesehen ist. Das Werkzeugteil kann direkt auf der Rollen-Zwischenlage
aufliegen oder aber sich über
eine Verschiebeplatte gegen die Rollen-Zwischenlage abstützen.
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Damit
das Werkzeugteil beim Auseinanderfahren der Werkzeuge wieder in
seine Ausgangslage zurückgelangt,
stützt
sich das Werkzeugteil und/oder die Verschiebeplatte seitlich gegen
Federelemente ab. Anstelle oder mit den Federelementen können auch
noch zusätzliche
Gummileisten vorgesehen werden, gegen die sich das Werkzeugteil
und/oder die Verschiebeplatte abstützt.
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Die
Verschiebeplatte zusammen mit dem Werkzeugteil, der Aufnahmeplatte
und der Rollen-Zwischenlage können
das Werkzeug-Unterteil (bzw. -Oberteil) ausbilden und insgesamt
aus dem Pressenraum entnommen bzw. in den Pressenraum eingesetzt
werden. Bevorzugt verbleibt jedoch die Verschiebeplatte, die Rollen-Zwischenlage
und die Aufnahmeplatte im Pressenraum. In diesem Fall ist vorgesehen,
dass von der Verschiebeplatte Ausrichtelemente aufragen, die in
Richtnuten in dem Werkzeugteil bzw. einer separaten Gleitplatte
des Werkzeugteils eingreifen können. Über diese
Richtnuten geschieht ein seitliches Positionieren des Werkzeugteils.
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Nach
dem Einsetzen des Werkzeugteils und dem Ausrichten über die
Richtnuten und Ausrichtelemente wird das Werkzeugteil im Pressenraum
festgelegt. Dies geschieht über
seitliche Halteleisten, wobei bspw. die oben erwähnte Gleitplatte oder ein anderes
Element des Werkzeugteils in entsprechende Längsnut der Halteleisten eingreift
und dort geklemmt wird.
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Das
Festlegen des Werkzeugteils geschieht bevorzugt über eine federgelagerte Sperrklinke.
Beim Einschieben des Werkzeugteils wird diese Sperrklinke nach unten
gedrückt,
so dass das Werkzeugteil die Sperrklinke überfahren kann. Sobald das
Werkzeugteil seine Endlage erreicht hat, was bevorzugt durch einen Nährungsschalter
an einem Festanschlag festgestellt wird, schnappt die Sperrklinke
nach oben und verriegelt das Werkzeugteil in seiner Arbeitslage.
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Ein
zweiter Gedanke der vorliegenden Erfindung betrifft die Möglichkeit
der Abführung
des Stanzteils, sei es, dass es sich dabei um Abfall oder aber um
ein hergestelltes Werkstück
handelt. Zu diesem Zweck besitzt das Werkzeugteil (bevorzugt eine
Matrize) eine Öffnung,
in welche das Stanzteil eingedrückt
wird. Das Stanzteil fällt
dann durch einen anschliessenden Durchfallschnitt-Kanal bevorzugt
auf ein Förderband
oder eine andere Weitertransporteinrichtung.
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Über diese
wird das Stanzteil aus dem Bereich der Presse ausgetragen. Es kann
sich jetzt nicht mehr störend
auf einen weiteren Pressehub auswirken.
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Figurenbeschreibung
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnung; diese zeigt in
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1 einen
Querschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Bearbeiten
eines Werkstücks
im Bereich des Werkzeugs;
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2 eine
teilweise gebrochen dargestellte Draufsicht auf einen Querschnitt
durch ein Werkzeugpositionier- und -anschlagsystem.
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3 eine
Seitenansicht eines Teils des Werkzeugpositionier- und anschlagsystem
gemäss 2;
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4 einen
Querschnitt durch den Bereich gemäss 3 entlang
Line IV-IV.
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Gemäss 1 sitzt
auf einem Pressentisch 1 eine Rolltisch-Aufnahmeplatte 6 auf.
Diese befindet sich zwischen 2 Halteleisten 5.1 und 5.2,
die ebenfalls fest mit dem Pressentisch 1 verbunden sind.
Jede Halteleiste 5 ist querschnittlich im oberen Bereich
durch Ausbildung einer T-förmigen
Rückhalteleiste 35 mit
beidseitigen Längsnuten 36.1 und 36.2 versehen.
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Auf
der Rolltisch-Aufnahmeplatte 6 liegt eine Verschiebeplatte 9 auf,
wobei zwischen Verschiebeplatte 9 und Rolltisch-Aufnahmeplatte 6 eine
Rollen-Zwischenlage 7 vorgesehen
ist. Diese Rollen-Zwischenlage 7 ermöglicht ein Schwimmen der Verschiebeplatte 9 in
Richtung des Doppelpfeiles 37, wobei sich die Verschiebeplatte 9 über Schultern
gegen Federelemente (Gummileisten) 8.1 und 8.2 abstützt. Diese
Gummileisten 8.1 und 8.2 werden von Winkelleisten 12.1 und 12.2 in
Position gehalten, welche von der Rollentisch-Aufnahmeplatte 6 seitlich
aufragen und mit einer Fixierleiste 38 in eine seitliche
Führungsnut 39 in
der Verschiebeplatte 9 eingreifen.
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In
einen Nutgrund 40 diese Führungsnut 39 sind
beabstandet Sacklöcher 41 eingeformt,
welche der Aufnahme eines Federelementes 10 dienen, dass
sie anderseits gegen eine Federkraft-Einstellschraube 11 in der
Kopfleiste 38 abstützt.
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Auf
der Verschiebeplatte 9 sitzt ein Werkzeug-Unterteil 3 auf,
welches aus verschiedenen Platten zusammengesetzt ist. Die direkte
Auflage auf der Verschiebeplatte 9 bildet eine Gleitplatte 16,
in welche zwei Richtnuten 42.1 und 42.2 eingeformt
sind. In jeder Richtnut 42.1 bzw. 42.2 sitzen
Ausrichtelemente 13.
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Den
oberen Abschluss des Werkzeug-Unterteils 3 bildet eine
Lochplatte 44 mit einer nach obenausgerichteten Arbeitsebene 33.
Von der Lochplatte 44 verläuft im Inneren des Werkzeug-Unterteils 3 ein
Schrottkanal 18, über
den ausgestanzter Abfall zu einem Schrottband 17 hingeführt werden
kann.
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Einerseits
befindet sich neben der Lochplatte 44 ein Anschlag 45,
der mit einem Distanzklotz 14 zusammen wirkt, welcher von
einem Werkzeug-Oberteil 25 abragt. Ferner ist neben der
Lochplatte 44 eine Führungsbuchse 21 vorgesehen,
welche mit einer Führungssäule 20 zusammen
wirkt, die ebenfalls vom Werkzeug-Oberteil 25 abragt.
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Am
Werkzeug-Oberteil 25 befindet sich ferner ein Lochstempel 19,
der von einem federgelagerten Abstreifer 46 umfangen ist.
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Das
Werkzeug-Oberteil 25 liegt einer Lagerschalenplatte 27 an
und wird von dieser mit seitlichen Winkelspannleisten 47.1 und 47.2 gehalten.
Diese Winkelspannleisten 47.1 und 47.2 sind hydraulisch
betätigbar und
greifen in seitliche Spannnuten 48.1 und 48.2 in
dem Werkzeug-Oberteil 25 ein. Die Lagerschalenplatte 27 übergreift
mit seitlich aufragenden umgedreht L-förmigen Halteleisten 29.1 und 29.2 seitliche
Tragstreifen 49.1 und 49.2 einer Schwenkplatte 28.
Dabei stützen
sich die Halteleisten 29.1 und 29.2 über Federelemente 26 gegen
diese Tragstreifen 49.1 und 49.2 ab.
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Eine
Oberfläche 50 der
Schwenkplatte 28 ist konvex ausgebildet, während eine
Innenfläche 51 der
Lagerschalenplatte 27 konkav geformt ist.
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Zwischen
Oberfläche 50 und
Innenfläche 51 befindet
sich eine Rollen-Zwischenlage 30.
Die Schwenkplatte 28 ist an einer Gleit- bzw. Halteplatte 24 festgelegt.
Diese Halteplatte 24 wird mittels hydraulischer Spannleisten 23 gegen
einen Pressenstössel 22 gehalten,
wobei die hydraulischen Spannleisten 23 mit entsprechenden
T-Leisten 52 zusammenwirken, in denen sich auch die Hydraulik
zum Anziehen der hydraulischen Spannleisten 23 befindet.
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Die
Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
Beim
Einsatz von Schneid- und Umformwerkzeugen, vor allem bei mehrstufigen
Modulwerkzeugsätzen
können
die Arbeitsschritte in der Regel nicht so ausgelegt werden, dass
ein entsprechender Kraftausgleich der einzelnen Arbeitsstufen besteht.
In diesen Fällen
kann es dann zu einem aussermittigen Kraftangriff am Stössel 22 kommen.
Diese aussermittig angreifende Kräfte verursachen eine entsprechende
Stösselkippung
um einen Winkel 31, die wiederum eine Schrägstellung
des Werkzeug-Oberteils 25 zu dem Werkzeug-Unterteil 3 zur
Folge hat. Die Schrägstellung
des Stössels 22 führt dann
zu einem weiteren Problem. Dadurch, dass ein Stössel-Kipppunkt 32 nicht
mehr in der Arbeitsebene 33 der Lochplatte 44 liegt,
entsteht ein Versatz 34 zwischen den Aktivteilen des Werkzeug-Oberteils
zum Unterteil.
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Um
dem Versatz 34 und der Stösselkippung 31 entgegen
zu wirken ist die flexible Lagerung zwischen der Lagerschalenplatte 27 und
der Schwenkplatte 28 vorgesehen. Diese Lagerung kann als
Gleitlager ausgebildet sein, oder bevorzugt als Rollen-Zwischenlage 30 oder
auch durch Kugeleinsätze
gebildet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, statt einer kontar/konvexen
Zylinderform eine kugelkalottenähnliche
Oberfläche 50 vorzusehen,
die mit einer ähnlich
geformten Innenfläche 51 zusammen
wirkt. Damit kann ein Kippverhalten des Stössels 22 nicht nur
in der Längsachse,
sondern auch in der Querachse ausgeglichen werden.
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Die
schwenkbare Lagerschalenplatte 27 wird durch die Federelemente 26 seitlich
so abgestützt,
dass sie nach jedem Arbeitshub wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt wird.
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Bei
geschlossenem Werkzeug ist das Werkzeug-Unterteil 3 mit
dem Werkzeug-Oberteil 25 über die Säulenführungselemente 20 und 21 so
fixiert, dass die Aktivteile des Werkzeug-Ober- und Unterteil ohne
Seitenversatz 34 und Parallelitätsabweichungen zueinander positioniert
sind. Die Stösselkippung 31 durch
die aussermittig angreifenden Kräfte
wird somit nur von der am Stössel
anliegenden Gleit- bzw. Halteplatte 24 und der Schwenkplatte 28 mitvollzogen
und nicht auf das eigentliche Werkzeug übertragen.
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Im
Gegensatz zum Werkzeug-Oberteil 25 wird das Werkzeug-Unterteil 3 nicht
festgespannt. Die Positionierung des Werkzeug-Unterteils 3 erfolgt
bei geschlossenem Werkzeug über
die eingetauchten Führungssäulen 20.
Wenn das Werkzeug beim Zurückfahren
des Stössel 22 auseinander
gezogen wird und die Führungssäulen 20 nicht
mehr im Eingriff mit den Führungsbuchsen 21 sind,
erfolgt die Positionierung des Werkzeug-Unterteils 3 über die
untere Gleitplatte 16, die schwimmend über die Verschiebeplatte 9 auf
der Rolltisch-Aufnahmeplatte 6 aufliegt.
Durch diese schwimmende Lagerung ist ein Verspannen des Werkzeuges ausgeschlossen
und der Versatz durch die Stösselkippung 31 wird
auch unter Last bei jedem Pressenhub automatisch kompensiert. Die
Federelemente 10 bewirkt nach Öffnung des Werkzeuges, dass
das Werkzeug-Unterteil 3 wieder in seiner Ausgangslage
zurückgedrückt wird.
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Zur
Fixierung des Werkzeug-Unterteil 3 auf der Verschiebeplatte 9 befinden
sich in der Gleitplatte 16 die Richtnuten 42.1 und 42.2,
in welche die Ausrichtelemente 13 eingreifen, die von der
Verschiebeplatte 9 aufragt. Dadurch wird das Werkzeug-Unterteil 3 quer
zur Rollrichtung der Verschiebeplatte 9 positioniert.
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Gemäss 2 wird
auf der Rückseite
des Werkzeug-Unterteils 3 die Werkzeug-Einschubtiefe durch einen
Festanschlag 4 zum Pressentisch begrenzt. Das Einschieben
des Werkzeug-Unterteils 3 bzw. der Gleitplatte 16 wird
durch einen Näherungsschalter 2 überwacht.
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Auf
der Einschubseite wird das Werkzeug-Unterteil 3 gemäss 3 und 4 durch
eine gefederte Sperrklinke am Auslaufen gehindert. Die entsprechende
Feder 53 stützt
sich einerseits gegen die Sperrklinke 15 und andererseits
in einem Sackloch 54 gegen den Pressentisch 1 ab.
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Eine
Führung
der Sperrklinke 15 an der Halteleiste 5.1 bzw. 5.2 erfolgt
mittels einer stirnseitigen Nut 57 in der Halteleiste.
Ferner durchsetzt ein Bolzen 55 einen Führungsschlitz 56 in
der Sperrklinke 15.
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Um
sicherzustellen, dass die beiden Werkzeughälften bei zurückgehendem
Stössel 22 auseinandergezogen
werden, greift die untere Gleitplatte 16 in die beiden
Längsnuten 36.1 und 36.2 der
sich gegenüberliegenden
Halteleisten 5.1 und 5.2 ein. Das seitliche Spiel
zwischen der Gleitplatte 16 und den Halteleisten 5.1 und 5.2 ist
so bemessen, dass das Werkzeug um den gesamten Stösselversatz 34 verfahren
werden kann. In der Höhe
ist es ausreichend, wenn zwischen der Gleitplatte 16 und
den Rändern
der Nute 36.1 und 36.2 ein Spiel von 0,1 mm vorhanden
ist.
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Da
die Fertigungslosgrössen
immer kleiner werden, kommt dem Rüstvorgang eine immer grössere Bedeutung
zu, da er einen grossen Kostenfaktor darstellt. Das vorliegende
Werkzeugpositionier- und -spannsystem ist deshalb so ausgeführt, dass
das Werkzeug beim Einschieben automatisch positioniert und gespannt
wird, ohne dass eine Schraube angezogen werden muss.
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Im
vorliegendem Ausführungsbeispiel
ist daran gedacht, dass das Werkzeug-Oberteil 25 zusammen mit dem
Werkzeug-Unterteil 3 eine auswechselbare Einheit bildet.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass das Werkzeug-Oberteil nicht
nur aus der Aufspannplatte 25, sondern aus der gesamten
Schwenkeinheit mit Lagerschalenplatte, Schwenkplatte und Gleit-
bzw. Halteplatte 24 gebildet sein kann, sodass dieses so
gebildete Werkzeug-Oberteil
durch Lösen
der hydraulischen Spannleisten 23 ausgetauscht werden kann.
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Ebenso
kann auch ein Werkzeug-Unterteil aus dem durch die Bezugszahl 3 insgesamt
bezeichnete Plattenstapel aber auch der Verschiebeeinheit aus Rolltisch-Aufnahmeplatte
und Verschiebeplatte 9 gebildet sein.
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Die
Werkzeugpositionierung und Werkzeugspannung läuft wie folgt ab:
- a) Der Pressenstössel 22 wird
in Rüstposition
(Werkzeugeinbauhöhe)
gefahren.
- b) der gesamte Werkzeugblock aus Werkzeug-Oberteil und Werkzeug-Unterteil wird vor
dem Arbeitsraum auf Leisten abgesetzt und dann von Hand auf die
Verschiebeplatte 9 geschoben. Beim Aufschieben auf die Platte
wird zuerst die gefederte Sperrklinke 15 nach unten gedrückt, danach
wird das Werkzeug durch die Richtnuten 42.1 und 42.2 in
der Gleitplatte im Zusammenwirken mit den Ausrichtelementen 13 quer
zur Einschubrichtung positioniert.
- c) Die Rüstposition
des Pressenstössels 22 wird
nun so gewählt,
dass das Werkzeug-Oberteil 25 mit den seitlich ausgefrästen Nuten 48.1 und 48.2 zwischen
die hydraulischen Winkelspannleisten 47.1 und 47.2 eingeschoben
werden kann. Durch Betätigen
dieser Winkelspannleisten 47.1 und 47.2 wird das
Werkzeug-Oberteil 25 mit der Lagerschalenplatte 27 verbunden.
- d) Wenn das eingeschobenen Werkzeug seine hintere Position erreicht
hat und am Festanschlag 4 ansteht, schnappt die Sperrklinke 15 nach
oben und die hydraulischen Spannleisten 47.1 und 47.2 werden
durch den Näherungsschalter 2 aktiviert
und spannen das Oberteil in seiner Position fest.
- e) Nach diesem Vorgang ist das Werkzeug-Oberteil 25 lagerichtig
positioniert und festgespannt. Das Unterteil ist in Einschubrichtung
durch den Festanschlag 4 und die Sperrklinke 15 fixiert
und quer zur Einschubrichtung über
die Ausrichtelemente 13 auf der Verschiebeplatte 9 positioniert.
Die Verschiebeplatte 9 wird bei dem Rüstvorgang durch die Federelemente 10 in
Ausgangsstellung gehalten.
- f) Jetzt kann der Stössel 22 in
seinen oberen Tonpunkt gefahren werden. Die Werkzeugdistanzbolzen
(Federentlastungsbolzen) werden umgesetzt.
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Damit
ist der Rüstvorgang
beendet und der Arbeitsprozess kann beginnen.
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