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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dichtsystem für Verpackungsmaschinenwerkzeuge
mit integrierter Hubstange gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Ein
bislang bekanntes Dichtsystem für
Verpackungsmaschinenwerkzeuge mit integrierter Hubstange hat eine
erste und eine zweite Werkzeughälfte,
die relativ zueinander bewegbar sind; die Hubstange selbst, die
die erste Werkzeughälfte
in einer axialen Richtung durchdringt und in der axialen Richtung
bewegbar ist; und eine Dichtung, die einen Spalt zwischen der ersten
Werkzeughälfte
und der Hubstange abdichtet.
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Bisher
wurde die Dichtung als Vertikaldichtung oder als Axialdichtung ausgeführt. Bei
der Vertikaldichtung fehlt eine ausreichende Gegenkraft, so dass
die Dichtung in einigen Fällen
ungenügend
ist. Bei der Axialdichtung besteht die Gefahr, dass sich die Hubstange
verkantet. Es wäre
denkbar, eine Sonderdichtung vorzusehen, was aber mit hohen Kosten und
hohem Aufwand verbunden wäre.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dichtsystem für Verpackungsmaschinenwerkzeuge
mit integrierter Hubstange vorzusehen, das für eine genügende Dichtfunktion sorgt,
ein Verkanten der Hubstange verhindert und preiswert herzustellen
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch das Dichtsystem für Verpackungsmaschinenwerkzeuge
mit integrierter Hubstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung handelt es
sich vorzugsweise um eine einfache aber wirkungsvolle Abdichtung
in Form eines Silikonringes. Gegenüber üblichen Radialdichtungen, bei
denen verschiebbare Wellen an der Innenseite laufen, können hier
die Toleranzen der mit der Dichtung in Kontakt stehenden Bauteile
größer gewählt werden. Durch
die hohen axialen Schließkräfte zwischen
der Klemmplatte und der ersten Werkzeughälfte können somit hohe axiale Kräfte der
Dichtung auf die Hubstange wirken und die Abdichtung für hohe Unterdrücke von
bis zu 1 mbar in der Kammer sicherstellen. Durch diese Ausführung kann
auch eine Kontaktfläche
zwischen Dichtung und Hubstange erhöht werden, wodurch die Dichtwirkung
ebenfalls verstärkt wird.
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Vorzugsweise
hat die Hubstange einen Dichtbolzen, der in vorteilhafter Weise
nur im Moment der benötigten
Abdichtung mit der Dichtung in Berührung gelangt. Wenn die Dichtung
nicht komprimiert wird, tritt zwischen der Hubstange und der Dichtung
keine Reibung auf, so dass dann die Stützteller durch ihr (geringes)
Eigengewicht nach unten gleiten können. Bei Lösungen mit Simmerringen wäre eine eigene
Halte- oder Zugvorrichtung nach unten notwendig.
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Beim
Wechseln von Werkzeugen ist ebenfalls die leichte De- und Montage
von Vorteil; bei anderen Dichtsystemen muss aufgrund der engen Toleranzen
beim Einbau darauf geachtet werden, dass die Dichtung nicht beschädigt wird,
wenn der Dichtbolzen eingesetzt wird.
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Vorzugsweise
ist bei der erfindungsgemäßen Lösung der
Dichtbolzen direkt unter dem Stützteller
realisiert, der durch die schmälere,
restliche Hubstange angehoben wird. Der Dichtbolzen ist mit der
restlichen Hubstange lösbar
verbunden und kann für
die einfachere Montage beim Werkzeugwechsel vom Stützteller
getrennt werden.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der beigefügten Zeichnungen.
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Von
den Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Schalenverschließmaschine als Beispiel einer
Verpackungsmaschine, bei der das Dichtsystem gemäß der vorliegenden Erfindung
anwendbar ist;
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2 eine
schematische Schnittansicht einer Siegelstation in geöffneter
Stellung mit einem Dichtsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 eine
schematische Schnittansicht der Siegelstation in halb geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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4 eine
schematische Schnittansicht der Siegelstation in geschlossener,
aber nicht abgedichteten Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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5 eine
schematische Schnittansicht der Siegelstation in geschlossener und
abgedichteten Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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6 eine
schematische Schnittansicht einer Siegelstation in geöffneter
Stellung mit einem Dichtsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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7 eine
schematische Schnittansicht der Siegelstation in halb geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel;
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8 eine
schematische Schnittansicht der Siegelstation in geschlossener und
abgedichteter Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
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9 eine
schematische Schnittansicht einer Siegelstation in geöffneter
Stellung mit einem Dichtsystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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10 eine
schematische Schnittansicht der Siegelstation in halb geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel;
und
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11 eine
schematische Schnittansicht der Siegelstation in geschlossener und
abgedichteter Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsbeispiele
eines Dichtsystems gemäß der Erfindung
werden für
eine Schalenverschließmaschine
(Traysealer) unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei
das Dichtsystem selbstverständlich
auch in anderen Verpackungsmaschinen wie zum Beispiel in einer Tiefziehmaschine angewendet
werden kann.
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Die 1 zeigt
die Schalenverschließmaschine
mit einem Zuführband 20,
einer oder mehreren Arbeitsstationen 21 wie zum Beispiel
einer Evakuier-, Siegel-, und Schneidstation, einem Abführband 22,
einem Maschinengestell 23, einer Folienspannvorrichtung 24,
einer Bedienvorrichtung 25, einer Folienzuführrolle 26 und
einem Folienrestaufwickler 27.
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Auf
dem Zuführband 20 und
dem Abführband 22 werden
Verpackungsschalen P (siehe 2) in die
Arbeitsstation 21 hinein bzw. aus ihr heraus transportiert.
Eine Oberfolie wird der Arbeitsstation 21 durch die Folienzuführrolle 26 zugeführt und
durch die Folienspannvorrichtung 24 gespannt. In der Arbeitsstation 21 wird
die Verpackungsschale P mit der Oberfolie versiegelt. Das Innere
der Verpackungen kann zusätzlich
evakuiert und begast werden. Die Oberfolie kann in der Arbeitsstation 21 auch zugeschnitten
werden. Der entstandene Folienrest wird hinter der Arbeitsstation 21 auf
den Folienrestaufwickler 27 aufgewickelt.
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Im
folgenden wird anhand der 2 bis 5 eine
Siegelstation 21 als ein Beispiel einer Arbeitsstation 21 der
Schalenverschließmaschine
aus der 1 beschrieben. Die Siegelstation 21 hat
ein Dichtsystem gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
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In
den folgenden Figuren sind jeweils zwei Verpackungsschalen P in
Reihe dargestellt, die in einem Maschinentakt gleichzeitig versiegelt
werden. In der Schnittansicht der Figuren sind daher zwei Dichtsysteme
mit identischem Aufbau gezeigt, von denen nur eines beispielhaft
mit Bezugszeichen versehen und beschrieben wird.
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Das
Dichtsystem besteht aus einer ersten Werkzeughälfte 1 und einer zweiten
Werkzeughälfte 2,
die relativ zueinander bewegbar sind. Bei der Siegelstation 21 ist
die erste Werkzeughälfte 1 ein
Siegelunterteil, und die zweite Werkzeughälfte 2 ist ein Siegeloberteil.
Das Dichtsystem wird außerdem durch
eine integrierte Hubstange 3 gebildet, die die erste Werkzeughälfte 1 in
der axialen Richtung durchdringt und in der axialen Richtung bewegbar
ist. Die Hubstange 3 trägt
einen Stützteller 8 für Packungsschalen
P.
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Eine
Dichtung 4 ist vorgesehen, die einen Spalt 5 zwischen
der ersten Werkzeughälfte 1 und der
Hubstange 3 abdichtet. Die Dichtung 4 hat bei den
Ausführungsbeispielen
die Form eines zylindrischen Rings mit rechteckigem Profilquerschnitt.
Das Material der Dichtung 4 besteht aus Silikon. Aufgrund der
Form des zylindrischen Rings hat die Dichtung 4 einen Innendurchmesser,
der bei geöffneter
Stellung der Siegelstation 21 gemäß der 2 größer ist
als ein Außendurchmesser
der Hubstange 3. Somit ist zwischen der Hubstange 3 und
der Dichtung 4 der Spalt 5 deutlich vorhanden.
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Die
vorliegenden Erfindung sieht des Weiteren eine Vorrichtung vor,
die die Dichtung 4 in der axialen Richtung komprimiert,
damit sich die Dichtung 4 senkrecht zur axialen Richtung
ausdehnt und den Spalt 5 abdichtet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist diese Vorrichtung durch eine Klemmplatte 6 verwirklicht,
die in der axialen Richtung relativ zu der ersten Werkzeughälfte 1 bewegbar
ist. Die Klemmplatte 6 ist insbesondere in einer Ausnehmung 10 der
ersten Werkzeughälfte 1 verschiebbar geführt und
zentriert, wobei die Kontur der Ausnehmung 10 an den Umfang
der Klemmplatte 6 angepasst ist.
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Die
Dichtung 4 ist zwischen der Klemmplatte 6 und
einer unteren, sich senkrecht zur axialen Richtung erstreckenden
Fläche 7 der
ersten Werkzeughälfte 1 angeordnet.
Die Klemmplatte 6 hat pro Dichtung 4 eine zylindrische
Ausnehmung 11, in der die entsprechende Dichtung 4 zum
Beispiel mit einer Spielpassung oder Übergangspassung aufgenommen
ist. Die axiale Länge
der Dichtung 4 ist größer als
die Tiefe der zylindrischen Ausnehmung 11 in der Klemmplatte 6.
Dadurch ragt die Dichtung 4 über die obere Seite der Klemmplatte 6 hinaus.
Die erste Werkzeughälfte 1 liegt
an ihrer unteren Fläche 7 durch
ihr Eigengewicht auf einer oberen Fläche der Dichtung 4 auf.
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Die
untere Seite der Klemmplatte 6 ist mit einer Hubvorrichtung 9 verbunden,
die die Klemmplatte 6 zusammen mit der ersten Werkzeughälfte 1 anhebt.
Wenn die Klemmplatte 6 zusammen mit der ersten Werkzeughälfte 1 durch
die Hubvorrichtung 9 soweit angehoben wird, dass die erste
Werkzeughälfte 1 gegen
die zweite Werkzeughälfte 2 drückt, wird
die Dichtung 4 komprimiert (genauer gesagt wird die Dichtung 4 verstärkt komprimiert,
da die Dichtung 4 durch das Gewicht der ersten Werkzeughälfte 1 bereits
in gewissem Maß vorkomprimiert
wird). Dadurch fließt
das Material der Dichtung 4 in radikaler Richtung, und
die Dichtung 4 wird radial gedehnt.
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Der
Betrieb des Dichtsystems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
wird anhand der 2 bis 5 beschrieben.
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Die 2 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Die Hubvorrichtung 9 hat die erste Werkzeughälfte 1 mitsamt
der Klemmplatte 6 nach oben verfahren. Die integrierten
Hubstangen 3 sind nach unten verfahren.
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In
der geöffneten
Stellung der Siegelstation 21, wie sie in der 2 dargestellt
ist, liegt die untere Fläche 7 der
ersten Werkzeughälfte 1 auf
der oberen Fläche
der Dichtung 4 an, so dass die Dichtung 4 nur durch
das Gewicht der ersten Werkzeughälfte 1 vorkomprimiert
wird. Zwischen der Hubstange 3 und der Dichtung 4 ist
der Spalt 5 gebildet.
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Die 3 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
halb geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Die Hubvorrichtung 9 hat die Klemmplatte 6 zusammen
mit der ersten Werkzeughälfte 1 nach
oben bewegt und die Packungsschalen P insbesondere an dort ausgebildeten
Flanschen 32 mitgenommen. Dadurch werden die Packungsschalen
P von den Stütztellern 8 getrennt.
Die Hubstangen 3 können
sich zusätzlich
nach unten bewegen.
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Die 4 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
geschlossener, aber nicht abgedichteten Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Hier wurde die Hubvorrichtung 9 soweit nach oben verfahren, dass
die erste Werkzeughälfte 1 beginnt,
gegen die zweite Werkzeughälfte 2 zu
drücken.
Die Form der Dichtung 4 hat sich hierbei noch nicht verändert.
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Die 5 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
geschlossener und abgedichteten Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Im Vergleich mit dem Zustand in der 4 hat die
Hubvorrichtung 9 die Klemmplatte 6 mit der ersten
Werkzeughälfte 1 stärker nach
oben gedrückt.
Dadurch wurde die Klemmplatte 6 relativ zur ersten Werkzeughälfte 1 hin bewegt
und die Dichtung 4 wurde zwischen der Klemmplatte 6 und
der ersten Werkzeughälfte 1 noch stärker axial
komprimiert. Aufgrund der Elastizität der Dichtung 4 fließt das Material
der Dichtung 4 radial in den verbleibenden Raum zwischen
dem Innenumfang der Dichtung 4 und der Hubstange 3,
so dass die Dichtung 4 radial gedehnt wird. Infolge dessen wird
der Spalt 5 zwischen der Dichtung 4 und der Hubstange 3 geschlossen
und abgedichtet.
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In
den Ausführungsbeispielen
drückt
die Hubvorrichtung 9 die Klemmplatte 6 so stark
nach oben, dass die Klemmplatte 6 die untere Fläche 7 der ersten
Werkzeughälfte 1 berührt. Auf
diese Weise wird ein Anschlag vorgesehen, der die maximale Komprimierung
der Dichtung 4 auf ein gewünschtes Maß einstellt.
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Die 6 bis 8 zeigen
eine Siegelstation 21 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Ähnliche
oder gleiche Bauteile zum ersten Ausführungsbeispiel haben die selben
Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrieben. Der Aufbau des Dichtsystems
entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel
mit folgender Ausnahme:
Die Hubstange 3a, 3b bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
hat einen Dichtbolzen 3a, der eine zylindrische Form mit
einem Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Durchmesser
der restlichen Hubstange 3b. Der Dichtbolzen 3a hat
die Aufgabe, mit der Dichtung 4 zusammenzuwirken, um den
Spalt 5 abzudichten. Dabei wird die Dichtung 4 durch
die Klemmplatte 6 dann komprimiert, wenn der Dichtbolzen 3a der
Dichtung 4 gegenüberliegt.
Der Dichtbolzen 3a ist fest mit dem Stützteller 8 verbunden,
und er hat eine axiale Bohrung 3e, in die die restliche
Hubstange 3b lösbar
einsteckbar ist. Die restliche Hubstange 3b beim zweiten
Ausführungsbeispiel
hat insbesondere einen Zapfen 3g, der in die axiale Bohrung 3e des Dichtbolzens 3a lösbar einsteckbar
ist, wie dies in der 7 deutlich zu erkennen ist.
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Der
Betrieb des Dichtsystems gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
wird anhand der 6 bis 8 beschrieben.
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Die 6 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Die Hubvorrichtung 9 hat die erste Werkzeughälfte 1 mitsamt
der Klemmplatte 6 nach oben verfahren. Die integrierten
Hubstangen 3a, 3b sind nach unten verfahren, wobei
der Zapfen 3g der restlichen Hubstange 3b mit
der axialen Bohrung 3e des Dichtbolzens 3a im
Eingriff ist. In der geöffneten
Stellung der Siegelstation 21, wie sie in der 6 dargestellt
ist, liegt die untere Fläche 7 der
ersten Werkzeughälfte 1 auf
der oberen Fläche
der Dichtung 4 an, so dass die Dichtung 4 nur
durch das Gewicht der ersten Werkzeughälfte 1 vorkomprimiert
wird. Zwischen der restlichen Hubstange 3b und der Dichtung 4 ist
der Spalt 5 gebildet.
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Die 7 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
halb geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Die Hubvorrichtung 9 hat die Klemmplatte 6 zusammen
mit der ersten Werkzeughälfte 1 nach
oben bewegt und die Packungsschalen P insbesondere an den dort ausgebildeten
Flanschen 32 mitgenommen. Dadurch wurden die Packungsschalen
P von den Stütztellern 8 getrennt,
die nun in Inneren der ersten Werkzeughälfte 1 aufliegen.
Ein besonderes Merkmal des zweiten Ausführungsbeispiels ist, dass sich
der Dichtbolzen 3a von der restlichen Hubstange 3b trennt,
sobald die Stützteller 8 im
Inneren der ersten Werkzeughälfte 1 aufliegen.
Die Hubstangen 3 können
sich wie im ersten Ausführungsbeispiel
zusätzlich
nach unten bewegen.
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Die 8 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
geschlossener und abdichtender Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Im Vergleich mit dem Zustand in der 7 hat die
Hubvorrichtung 9 die Klemmplatte 6 mit der ersten
Werkzeughälfte 1 maximal
nach oben gedrückt,
so dass die erste Werkzeughälfte 1 gegen
die zweite Werkzeughälfte 2 drückt. Dadurch
wurde die Klemmplatte 6 relativ zur ersten Werkzeughälfte 1 hin
bewegt und die Dichtung 4 wurde zwischen der Klemmplatte 6 und
der ersten Werkzeughälfte 1 noch
stärker
axial komprimiert. Aufgrund der Elastizität der Dichtung 4 fließt das Material
der Dichtung 4 radial in den verbleibenden Raum zwischen
dem Innenumfang der Dichtung 4 und der Hubstange 3,
genauer gesagt zwischen dem Innenumfang der Dichtung 4 und
dem Dichtbolzen 3a. Infolge dessen wird der Spalt 5 zwischen
der Dichtung 4 und dem Dichtbolzen 3a geschlossen
und abgedichtet.
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Auch
hier drückt
die Hubvorrichtung 9 die Klemmplatte 6 so stark
nach oben, dass die Klemmplatte 6 die untere Fläche 7 der
ersten Werkzeughälfte 1 berührt. Auf
diese Weise wird ein Anschlag vorgesehen, der die maximale Komprimierung
der Dichtung 4 auf ein gewünschtes Maß einstellt.
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In
der 8 ist außerdem
gezeigt, dass die restliche Hubstange 3b wieder nach oben
verfahren wurde, so dass der Zapfen 3g der restlichen Hubstange 3b in
die axiale Bohrung 3e des Dichtbol zens 3a eingesteckt
ist. Dies dient der Vorbereitung zum Öffnen der Werkzeughälften 1, 2,
wenn die Stützteller 8 die
versiegelten Packungsschalen P wieder tragen sollen.
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Die 9 bis 11 zeigen
eine Siegelstation 21 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Ähnliche
oder gleiche Bauteile zum ersten Ausführungsbeispiel haben die selben
Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrieben. Der Aufbau des Dichtsystems
entspricht dem zweiten Ausführungsbeispiel
mit folgender Ausnahme, dass der Dichtbolzen 3c nicht mit
dem Stützteller 8,
sondern mit der restlichen Hubstange 3d fest verbunden
ist. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel
hat der Dichtbolzen 3c eine axiale Bohrung 3f,
in die ein Zapfen 8a des Stütztellers 8 lösbar einsteckbar
ist, wie dies insbesondere in der 10 erkennbar
ist.
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Analog
zu den 6 bis 8 des zweiten Ausführungsbeispiels
zeigen die 9 bis 11 den
Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels.
Die 9 zeigt eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel;
die 10 zeigt eine schematische Schnittansicht der Siegelstation 21 in
halb geöffneter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel;
und die 11 zeigt eine schematische Schnittansicht
der Siegelstation 21 in geschlossener und abgedichteter
Stellung mit dem Dichtsystem gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel.
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Der
Schutzumfang beschränkt
sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern er umfasst
weitere Änderungen
und Abwandlungen, sofern diese innerhalb des durch die beigefügten Ansprüche definierten
Umfangs fallen.
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Zum
Beispiel kann die Dichtung 4 an ihrem Innenumfang oder
der Dichtbolzen 3a, 3c an seinem Außenumfang
eine konische Form aufweisen, so dass ein Verkanten oder Verklemmen
beim Einführen des
Dichtbolzens 3a, 3c in die Dichtung 4 vermieden wird.
Gleichzeitig wird der Dichtbolzen 3a, 3c besser in
der Dichtung 4 zentriert.
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Die
Dichtung 4 muss nicht als zylindrischer Ring geformt sein,
sondern sie kann auch als Torus mit rundem oder elliptischem Profilquerschnitt
geformt sein.
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Bei
den gezeigten Ausführungsbeispielen
ist die axiale Länge
der Dichtung 4 größer als
die Tiefe der zylindrischen Ausnehmung 11 in der Klemmplatte 6,
so dass die Dichtung 4 über
die obere Seite der Klemmplatte 6 hinaus ragt. Diese Struktur
ist aber nicht zwingend; alternativ kann die axiale Länge der Dichtung 4 kleiner
als die Tiefe der zylindrischen Ausnehmung 11 in der Klemmplatte 6 sein,
und an der unteren Fläche 7 der
ersten Werkzeughälfte 1 kann ein
Vorsprung (nicht gezeigt) ausgebildet sein, der in die Ausnehmung 11 eindringt,
um die Dichtung 4 zu komprimieren. Ein derartiger Vorsprung
hat vorzugsweise eine an die Ausnehmung 11 angepasste,
ringartige Form.
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Das
Dichtsystem ist nicht nur bei Schalenverschließmaschinen anwendbar, sondern
auch bei anderen Verpackungsmaschinen wie zum Beispiel bei Tiefziehmaschinen.