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Die vorliegende Erfindung betrifft Pressen nach Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Derartige Pressen bzw. Pressmaschinen sind bekannt.
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Hierbei durchlaufen die Pressenstößel einen durch die Kinematik des Hauptgetriebes vorgegebenen Weg, wie zum Beispiel bei Pressen mit Kurbel oder Kurvengetriebe.
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Die Bremse bei einer in Rede stehenden Pressmaschine erfüllt vorzugsweise eine Sicherheitsfunktion durch Federvorlast in Schließrichtung und wird hydraulisch gelüftet. Die Kupplung wird in ihrer Schließstellung hydraulisch beaufschlagt.
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Weiterhin können diese Pressen zum einen einen unveränderlichen Gesamthub aufweisen, wie z. B. Pressen mit Schubkurbelgetriebe und zum anderen einen veränderlichen Gesamthub besitzen, wie es bei Exzenterpressen der Fall ist.
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Der Stößelweg bei Pressen mit Kurbelgetriebe sowie die Stößelgeschwindigkeit sind vom Kurbelwinkel abhängig. Bei Exzenterpressen ändert sich zudem auch der Verlauf und die Größe der Stößelkraft, sowie die Stößelgeschwindigkeit aufgrund des veränderlichen Hubs.
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Während bei Kurbelgetrieben eine Synchronisation des Transfers mit der Stößelbewegung noch verhältnismäßig einfach erscheint, wird eine Synchronisation bei einer Exzenterpresse schwieriger, da hier nicht ein bestimmter Bewegungsablauf des Pressenstößels auftritt, sondern eine ganze Reihe von möglichen Bewegungsabläufen.
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In der
DE 10 2005 040 263 A1 soll eine hohe Ausstoßleistung an einer servoelektrischen Presse erzielt werden in Verbindung mit einer Synchronisation des Transfers, indem Position, Geschwindigkeit, Kräfte und Drehmomente des Servomotors entsprechend angesteuert werden. Dies geschieht aber in Abhängigkeit von Einflussgrößen, wie Getriebeübersetzung und/oder Federungen, deren maschinenspezifische Verläufe in einer NC-Steuerungseinrichtung gespeichert werden müssen, bevor der in der besagten Druckschrift beschriebene Verfahrensablauf beginnen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem zur Verfügung zu stellen, mit welchem insbesondere auch bei konventionellen, mit Schwungrad, Kupplung und Bremse ausgestatteten Pressen, die Bewegungen und die Kräfte der Pressenstößel in einfacher Weise beeinflusst werden können, ohne dass maschinenspezifische Einflussgrößen in die Steuerung mit einbezogen werden müssen.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Wesentlich ist, dass durch den veränderbaren Betätigungsdruck die Drehmomentübertragung an der Kupplung einen dynamisch gesteuerten auf- bzw. abbauenden Charakter erhält.
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Weiterhin wesentlich ist, dass der dynamisch gesteuerte Kupplungsvorgang von der Bewegung der Kurbelwelle abhängig ist.
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Die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und das übertragene Drehmoment können somit flexibel an vorbestimmte Arbeitswerte angepasst werden.
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Die Größe der Werte, der sich an der Kurbelwelle einstellenden Winkelgeschwindigkeiten und Drehmomente, sind erfindungsgemäß insbesondere abhängig vom Kupplungsschlupf, welcher in einem Ausführungsbeispiel von der veränderbaren Druckerzeugung beeinflusst wird und zwischen null und hundert Prozent variieren kann.
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Somit können Pressenstößeln, welche mit einer erfindungsgemäß beaufschlagten Kurbelwelle getrieblich wirkverbunden sind, in einfacher Weise modifizierbare bewegungskinematische Profile gegeben werden.
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Die Stößelkräfte und die Bewegungsgeschwindigkeit der Pressenstößel lassen sich beeinflussen, ohne dass hierzu für den Pressenantrieb ein aufwändiger servoelektrischer Antrieb notwendig ist.
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Erfindungsgemäß kann der Kurbelwelle ein vorbestimmtes Momentenprofil gegeben werden, um beispielsweise die Pressenstößel beim Durchfahren ihres Arbeitsbereiches mit einer vorbestimmten Kraft zu bewegen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Stößelbewegung sogar bei einer Exzenterpresse in einfacher Weise mit dem Transfer synchronisiert werden kann.
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Da die Bewegung der Kurbelwelle steuerungstechnisch erfasst wird, werden auch maschinenspezifische Einflussgrößen, wie beispielsweise Getriebeübersetzung, Federung, Reibwertschwankungen, Temperatureinflüsse und dergleichen automatisch mit erfasst und erfindungsgemäß ausgeregelt.
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Für die Erfindung ist es nicht notwendig, dass die Verläufe derartiger Einflussgrößen steuerungstechnisch extra erfasst werden müssen.
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Vorzugsweise ist die Bremse innerhalb der verwendeten Kupplungs-Brems-Kombination eine Sicherheitsbremse, so dass im Notfall stets sichergestellt ist, dass die Stößelbewegung zuverlässig stoppt.
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Um die Kurbelwellenbewegung in einfacher Weise erfassen zu können, wird vorgeschlagen, dass ein Messsystem zur Erfassung des Drehwinkels der Kurbelwelle vorgesehen ist.
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Weiterhin wird ein Messsystem vorgesehen, um die Höhe des noch innerhalb der Presse befindlichen ausgeformten Werkstücks zu erfassen. Hierdurch kann eine optimale Transferbewegung erfolgen, ohne dass eine Kollisionsgefahr des Werkstücks mit dem oder den Pressenstößel(n) zu befürchten ist.
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Vorzugsweise wird wenigstens ein Drucksensor zur Messung des hydraulischen Drucks vorgesehen, sofern die Anpresskraft hydraulisch erzeugt wird. Weiterhin ist eine steuerungstechnische Einbindung des oder der Drucksensoren vorgesehen, um anhand der Kurbelwellenbewegung und eines beispielsweise innerhalb der Steuerung abgelegten Bewegungsprofils für die Kurbelwelle erfindungsgemäß exakte Druckeinstellungen zur Einhaltung dieses Bewegungsprofils vornehmen zu können.
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Weiterhin wird vorgesehen, dass über den veränderbaren Druck die Drehzahl der Kurbelwelle so beeinflussbar ist, dass die Bewegung des Pressenstößels ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil abfährt.
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Das Geschwindigkeitsprofil kann hierbei beispielsweise einer werkstoffspezifisch zulässigen Formänderungsgeschwindigkeit des jeweils zu bearbeitenden Werkstücks entsprechen.
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Ergänzend hierzu wird vorgeschlagen, dass die Stößelgeschwindigkeit im Arbeitsbereich bzw. im Ziehbereich des Pressenstößels konstant ist, wodurch beispielsweise eine maximal zulässige Formänderungsgeschwindigkeit eingehalten werden kann und so bei minimalem Aufwand eine vorteilhafte Arbeitsgeschwindigkeit erreicht wird.
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Insbesondere für eine schnelle Bewegung des Pressenstößels zu seiner nächstgelegenen Arbeitsposition wird vorgeschlagen, dass die Kupplungs-Brems-Kombination für die Bewegung der Kurbelwelle außerhalb des Arbeitsbereichs des Pressenstößels schlupffrei einkuppelbar ist.
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Um sicherzustellen, dass für eine dynamisch gesteuerte Drehmomentübertragung der jeweils zugeordnete Systemdruck vorliegt, wird vorgeschlagen, dass die Druckerzeugung regelbar ist.
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Vorzugsweise wird sogar eine stufenlos regelbare Druckerzeugung vorgesehen.
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Ergänzend hierzu wird vorgeschlagen, dass für die Druckerzeugung eine Hydropumpe verwendet wird, die durch einen Servomotor angetrieben wird. Durch diese Maßnahme lassen sich beispielsweise exakte Druckwerte reproduzierbar ausregeln.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass für die Druckerzeugung eine hydraulische Steuerung verwendet wird, welche ein Pressensicherheitsventil aufweist. Hierdurch wird die Sicherheitskategorie der Presse noch weiter erhöht.
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Insbesondere für eine sichere Abführung der in Wärme umgewandelten Schaltarbeit wird vorgeschlagen, dass die Kupplungs-Brems-Kombination einen Kühlkreislauf aufweist.
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Im Folgenden wird die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gem. 1 mit einem Pressensicherheitsventil;
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Sofern im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.
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Die Figuren zeigen eine erfindungsgemäß angesteuerte Presse 1 mit elektrischem Antrieb. Der in den Figuren nicht näher gezeigte elektrische Antrieb treibt ein ebenfalls nicht näher gezeigtes Schwungmassen behaftetes System an, welches über eine Standard-Dreheinführung 15 und eine hydraulisch beaufschlagte Kupplungs-Brems-Kombination mit einer Kurbelwelle 3 wirkverbunden ist.
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Der Kurbelwelle 3 ist wenigstens ein bewegbar gelagerter Pressenstößel 4 zur Aufnahme von Werkzeugunterteilen 5 bzw. Werkzeugoberteilen 6 zugeordnet.
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Die Presse 1 ist mit einem elektronisch gesteuerten Transfer zum Hin- und Abtransport von Werkstücken 7 zur und von der Presse 1 ausgerüstet. Hierzu sind Mittel zur Erfassung der Stößelbewegung und zur Synchronisation der Stößelbewegung mit der Transferbewegung vorgesehen.
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Die Kupplungs-Brems-Kombination 2 ist in Schließrichtung hydraulisch beaufschlagt. Bremsseitig erfüllt die Kupplungs-Brems-Kombination 2 eine Sicherheitsfunktion der Bremse durch Federvorlast in Schließrichtung, so dass diese hydraulisch gelüftet wird.
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Ein derartiges System aus Kupplung und Bremse kann auch aus einzelnen Kupplungen und einzelnen Bremsen bestehen. Deshalb werden, da die Erfindung auf beide Ausführungsformen anwendbar ist, mit den im Folgenden aufgeführten Kupplungs-Brems-Kombinationen 2 stets auch alle gleich wirkenden Systeme aus Kupplung und Bremse umfasst.
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Wesentlich ist, dass eine veränderbare Druckerzeugung für den hydraulischen Druck zur Betätigung der Kupplungs-Brems-Kombination 2 vorgesehen ist, die mit der Bewegung der Kurbelwelle 3 steuerungstechnisch gekoppelt ist.
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Hierdurch kann die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 3 und ebenso das übertragene Drehmoment flexibel an vorbestimmte Arbeitswerte angepasst werden.
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Die Kräfte und die Bewegungsabläufe des Pressenstößels 4 sind somit nicht allein vom elektrischen Motor und der gekoppelten Getriebekinematik abhängig, sondern können in einfacher Weise modifiziert werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, dass die Kräfte am Pressenstößel 4 in einfacher Weise an werkstoffspezifische Eigenschaften des Werkstücks 7 angepasst werden können, ohne dass beispielsweise die Getriebekinematik konstruktiv geändert werden muss.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Transferbewegung der Werkstücke 7 in einfacher Weise beispielsweise auch bei Exzenterpressen leicht mit der Bewegung des Pressenstößels 4 synchronisiert werden kann.
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Die Figuren zeigen, dass ein Messsystem 8 zur Erfassung des Drehwinkels der Kurbelwelle 3 vorgesehen ist. Das Messsystem 8 sendet ein zur Drehzahl der Kurbelwelle 3 proportionales Signal zu einer elektrischen Steuerung 16.
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Das Messsystem 8 besteht im Wesentlichen aus einem optischen Geber, z. B. ein sich um den Kurbelwellenumfang erstreckendes Raster 18 und aus einem optischen Detektor, der dem Raster 18 zugeordnet ist. Hierdurch kann die Drehgeschwindigkeit sowie die Drehposition der Kurbelwelle 3 – beziehungsweise die Position des Pressenstößels 4 – zuverlässig erfasst werden. Bevorzugt wird für das Raster 18 ein schwarz-weiß-Raster verwendet.
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Weiterhin ist ein Messsystem 9 vorgesehen, welches die Höhe des noch innerhalb der Presse 1 befindlichen ausgeformten Werkstücks 7 erfasst.
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Hierdurch können die Werkstücke 7 unter dem Pressenstößel 4 durchlaufen, ohne dass es zu Kollisionsgefahren mit dem Werkzeugoberteil 6 bzw. Werkzeugunterteil 5 kommen kann.
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Weiterhin zeigen die Figuren, dass wenigstens ein Drucksensor 10 zur Messung des hydraulischen Drucks vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Drucksensor 10 mit der elektrischen Steuerung 16 verbunden. Hierdurch kann der für eine erfindungsgemäße Ansteuerung der Kupplungs-Brems-Kombination 2 zugeordnete Systemdruck zuverlässig überprüft werden.
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Zudem kann der Drucksensor 10 zur Regelung der Druckerzeugung verwendet werden. Ergänzend hierzu ist die Druckerzeugung regelbar und in den gezeigten Beispielen sogar stufenlos regelbar.
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Für die Druckerzeugung wird eine Hydropumpe 11 verwendet, die durch einen Servomotor 12 angetrieben wird. Der Servomotor 12 wird durch die elektrische Steuerung 16 mittels eines Verstärkers 17 angesteuert. Hierdurch lässt sich beispielsweise der Systemdruck stufenlos an vorgegebene Führungsgrößen anpassen.
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Zudem lässt sich die Druckerzeugung des Systemdrucks reproduzierbar ausregeln und beispielsweise mit anspruchsvollen Diagnosesystemen in einfacher Weise verbinden.
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Im vorliegenden Fall ist über den veränderbaren Druck die Drehzahl der Kurbelwelle 3 so beeinflussbar, dass die Bewegung des Pressenstößels 4 ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil abfährt. In der gezeigten Anordnung kann das Geschwindigkeitsprofil in einfacher Weise innerhalb der elektrischen Steuerung 16 gespeichert sein. Das Messsystem 8 erfasst die Bewegung der Kurbelwelle 3, so dass anhand dieser Bewegung die Bewegung des Pressenstößels 4 erfasst wird. Bewegt sich der Pressenstößel 4 in Bezug auf das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil zu schnell oder zu langsam, wird der Systemdruck zur Beaufschlagung der Kupplungs-Brems-Kombination 2 mittels einer entsprechenden Ansteuerung des Servomotors 12 angepasst.
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Hierbei ist denkbar, dass das Geschwindigkeitsprofil aus der zulässigen Formänderungsgeschwindigkeit des Werkstücks 7 resultiert.
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Ergänzend hierzu wird vorgesehen, dass die Stößelgeschwindigkeit im Arbeitsbereich des Pressenstößels 4 konstant ist. Bei einer optimalen Arbeitsauslastung des Pressenstößels 7 kann so beispielsweise eine zulässige Formänderungsgeschwindigkeit zuverlässig eingehalten werden.
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In der Lehrlaufphase des Pressenstößels 4 bis zu seiner nächsten Arbeitsposition ist vorgesehen, dass die Kupplungs-Brems-Kombination 2 für die Bewegung der Kurbelwelle 3 außerhalb des Arbeitsbereichs des Pressenstößels 4 schlupffrei einkuppelbar ist.
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Zusätzlich zeigt 2 ein Pressensicherheitsventil 13, welches beispielsweise aus zwei redundanten Wegeventilen bestehen kann, die hydraulisch vorgesteuert sind.
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Durch diese Maßnahme wird die Sicherheitskategorie der Presse 1 noch weiter gesteigert.
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Zweckmäßigerweise zeigen die Figuren, dass der Kupplungs-Brems-Kombination 2 ein Kühlkreislauf 14 zugeordnet ist. Hierdurch wird die in Wärme umgewandelte Schaltarbeit sicher abgeführt.
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Ergänzend hierzu wird weiterhin vorgesehen, dass die Kupplungs-Brems-Kombination 2 für große Rutschzeiten ausgelegt ist.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung sind:
- – Das System ist geeignet für die Betätigung von passiven Federdruck-Sicherheitsbremsen.
- – Ein- und Abschalten des Antriebs erfolgt durch eine geregelte Hydropumpe. Ein Schaltventil ist nicht nötig.
- – Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dass die Bremsenfedern das Hubvolumen rückwärts in das System drücken, was beispielsweise durch einen geregelten rückwärts drehenden Servomotor 12 aktiv kontrolliert unterstützt werden kann, so dass eine Weichbremsfunktion realisiert wird.
- – Der Verschleiß im System wird durch das Messsystem 8 erfasst und automatisch ausgeregelt, so dass beispielsweise die Erfassung von maschinenspezifischen Einflussgrößen wie z. B. Federung oder Verschleiß nicht extra in die elektrische Steuerung 16 mit eingebunden werden müssen.
- – Der Energieverbrauch des Pumpenantriebs kann optimal durch die kontinuierliche Drehzahlanpassung an das augenblicklich erforderliche Fördervolumen und den zugehörigen Druck ausgelegt werden.
- – Das erfindungsgemäße Steuerungssystem ist für einfache bis anspruchsvolle Diagnosesysteme geeignet.
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So lange der Grundgedanke der Erfindung nicht verlassen wird, ist das erfindungsgemäße System für alle hydraulischen Kupplungen bzw. Bremsen und deren Kombinationen nachrüstbar. Insbesondere für konventionelle, mit Schwungrad, Kupplung und Bremse ausgestatteten Pressen 1 bietet die Erfindung ein einfaches System zur Pressenmodernisierung, ohne dass aufwändige Servomotoren für die Ansteuerung des oder der Pressenstößel 4 verwendet werden müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Presse
- 2
- Kupplungs-Brems-Kombination
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Pressenstößel
- 5
- Werkzeugunterteil
- 6
- Werkzeugoberteil
- 7
- Werkstück
- 8
- Messsystem
- 9
- Messsystem
- 10
- Drucksensor
- 11
- Hydropumpe
- 12
- Servomotor
- 13
- Pressensicherheitsventil
- 14
- Kühlkreislauf
- 15
- Standard-Dreheinführung
- 16
- elektrische Steuerung
- 17
- Verstärker
- 18
- Raster
