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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Stanzen und insbesondere auf eine elektrische Stanzvorrichtung. Derartige Stanzvorrichtungen sind in vielfältigen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei verfügen Stanzvorrichtungen üblicherweise über einen Stanzkopf und ein Element an dem der Stanzkopf angeordnet ist und welches ferner zur Kraftbeaufschlagung verwendet wird. Der Stanzkopf kann je nach Einsatzgebiet, das heißt Materialart bzw. Materialdicke oder auch Einsatzhäufigkeit bzw. Einsatzgeschwindigkeit unterschiedlich dimensioniert und ausgestaltet sein. Aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen zum Stanzen weisen üblicherweise ein Hydrauliksystem auf. Diese hydraulischen Stanzvorrichtungen benötigen weiterhin Hydraulikflüssigkeit, Schläuche, eine Hydraulikpumpe, Ventile, Führungen (Lagerung) und weitere Elemente. Derartige Stanzvorrichtungen weisen jedoch teilweise hohe Reibungswerte auf und müssen in vorgegebenen Abständen in Hinblick auf Verunreinigungen, Alterung der Hydraulikflüssigkeit, Leckage und weitere zeit- und kostenaufwendige Faktoren überprüft werden, da sonst Funktionsverlust und Umweltbelastungen eintreten können.
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GB 8 13 556 A zeigt eine Stanzmaschine zum Stanzen von Belüftungslöchern in einen Converter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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US 3 709 083 A zeigt eine Stanzpresse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stanzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, in welcher der Vortrieb des Stanzwerkzeuges mit geringem Raumbedarf und einfacher Konstruktion erfolgt. Erfindungsgemäß wird dies durch eine Stanzvorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es wird an dieser Stelle der Begriff des Solenoid-Motors eingeführt, der seit langem bekannt ist, beispielsweise aus den Druckschriften
DE 198 46 711 A1 oder
CA 810778 . Im Falle der vorliegenden Erfindung wird das gleiche Prinzip angewandt, dass auch schon aus den zuvor genannten Patentschriften hervorgeht. Es wird mittels einer Spule eine Feld erzeugt, das wiederum dazu eingesetzt wird, um einen Körper, um den die Spule angeordnet ist, reibungsfrei in mindestens eine Richtung zu verschieben.
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Eine erfindungsgemäße Stanzvorrichtung zum Stanzen von festen Körpern weist mindestens ein erstes Bewegungselement auf, wobei das erste Bewegungselement in einem Hohlkörper angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an dem Bewegungselement ein Sekundärteil eines Solenoid-Motors angeordnet. Der Hohlkörper weist ein Primärteil des Solenoid-Motors auf, wobei das Primärteil mindestens eine Spule aufweist, die zur Erzeugung eines Feldes dient. Hierdurch wirkt das Primärteil funktional mit dem Sekundärteil des Solenoid-Motors zusammen, um eine lineare Relativbewegung zu erzeugen. Ferner dient mindestens ein Bereich der Vorrichtung zur Aufnahme von mindestens einem Stanzwerkzeug.
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Vorteilhaft ist dadurch, dass vier planare Linearmotoren in rechteckiger Anordnung durch einen einzigen Solenoidantrieb ersetzt werden können. Dies führt zu geringerem Raumbedarf und einfacher Montage, das heißt, es resultiert keine komplizierte Konstruktion zur Montage der Sekundärteile. Die Konstruktion ist daher einfacher und direkter hinsichtlich der Montage der Verdrehung des Stanzstempels ausgeführt. Zudem werden die Verbindungen des Sekundärteils geringer belastet, das heißt anstelle von Querkräften (Linearmotor) sind die Verbindungen Zug- bzw. Druckbelastungen ausgesetzt. Durch die einzelnen Vorteile aber besonders durch deren Kombination lassen sich Kosten in der Entwicklung, in der Herstellung und beim Kunden reduzieren.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine Bereich der Vorrichtung, der zur Aufnahme von mindestens einem Stanzwerkzeug dient, an einem bewegten Bereich der Vorrichtung vorgesehen. Hierdurch ist eine einfache Montage des Stanzwerkzeuges möglich, da dieser Bereich der Vorrichtung in Längsrichtung und bevorzugt auch in radialer Richtung bewegt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an dem Bereich, der zur Aufnahme von mindestens einem Stanzwerkzeug dient, reibschlüssig oder formschlüssig oder feldschlüssig oder durch eine Kombination dieser Kopplungsarten ein Stanzwerkzeug anbringbar. Ferner ist es möglich, dass das Stanzwerkzeug unlösbar, das heißt durch Stoffschluss mit dem Aufnahmebereich der Vorrichtung verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl an unterschiedlichen Ausgestaltungsvarianten für lösbare bzw. unlösbare Anordnungen von Stanzwerkzeugen an der Vorrichtung. Unlösbare Verbindungen zwischen dem Stanzwerkzeug und dem Aufnahmebereich der Vorrichtung sind beispielsweise dann denkbar, wenn die erwartete Werkzeuglebensdauer der Lebensdauer der gesamten Vorrichtung oder Teilen der Vorrichtung entspricht. Mit Hilfe lösbarer Verbindungen können abgenutzte Stanzwerkzeuge ausgetauscht werden oder aber auch andere Stanzköpfe einer anderen Art, das heißt unterschiedlicher Größe, Ausführungsform, Materialeigenschaften und vielen anderen variablen Faktoren angeordnet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Bewegungselement in mindestens eine Richtung geradlinig bewegbar. Hierbei ist es möglich, dass das Bewegungselement selbst als Stanzwerkzeug ausgestaltet ist. Damit das Sekundärteil des Solenoid-Motors geradlinig bewegt werden kann, ist es zumindest teilweise von mindestens einer Spule umgeben. Das Sekundärteil kann hierbei als Permanentmagnet ausgeführt sein. Die Bewegung in mindestens eine Richtung kann mit Hilfe einer Steuerungsvorrichtung in im Wesentlichen linearen aber auch nicht linearen Beschleunigungsverläufen vorgegeben werden. Das Bewegungselement kann in der Gebrauchsstellung schwimmend gelagert sein. Die schwimmende Lagerung resultiert aus einem Feldschluss, der zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil aufgebaut wird. Sollte eine möglichst präzise Führung des Bewegungselementes benötigt werden, so können in der erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung auch Wälz- und Gleitlager zur Führung des Bewegungselementes eingesetzt werden. Stanzvorgänge können ferner bei jeder Längsbewegung des Bewegungselementes durchgeführt werden, dies bedeutet, dass an einem zweiten Ende des Bewegungselementes auch Stanzwerkzeuge angeordnet werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Bewegungselement in Umfangsrichtung, um eine vorgegebene Achse, drehbar. Hierdurch wird ein elektrischer Stanzkopf, der an dem Bewegungselement angeordnet ist, mit verdreht. Die Bewegung in Längsrichtung und die rotatorische Bewegung um die Längsachse des Bewegungselementes sind vorzugsweise unabhängig voneinander durchführbar.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bewegungselement in einem nicht Gebrauchszustand von einer Haltevorrichtung gehalten. Das Bewegungselement kann in dieser Position zumindest nicht in Längsrichtung des Bewegungselementes verschoben werden. Ein Verdrehen oder Verschwenken des Bewegungselementes kann zur Vereinfachung der Montage, des Werkzeugwechsels oder für Wartungsarbeiten in dieser Position vorgenommen werden. Es ist ferner vorgesehen, dass das Bewegungselement in der Haltevorrichtung fest eingespannt ist und dadurch in keine Richtung bewegt werden kann. Dies ist dann wichtig, wenn bei der Montage, dem Werkzeugwechsel oder der Wartung große Kräfte auf das Bewegungselement einwirken und das Bewegungselement mit dem Primärteil derart in Kontakt gebracht wird, dass eine Beschädigung eines der beiden Teile erfolgen kann. Die Haltevorrichtung kann hierbei elektromagnetisch, formschlüssig, reibschlüssig oder als eine Kombination dieser Verbindungsarten ausgeführt sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Bewegungselement bzw. dessen Längsrichtung merklich senkrecht angeordnet. Dies bedeutet, dass das Bewegungselement in einem Winkel von 80° - 100° genauer zwischen 85°- 95° und vorteilhaft um ca. 90° gegenüber der horizontalen Lage geneigt ist. Hierdurch lässt sich die Schwerkraft bei einem Stanzvorgang vorteilhaft nutzen, wodurch das Bewegungselement nicht nur durch den Antrieb des Solenoid-Motors beschleunigt wird, sondern auch durch die Erdanziehung eine Beschleunigung erfährt. Weiter ist es jedoch möglich, dass das Bewegungselement horizontal, geneigt oder in seiner Ausrichtung variabel angeordnet sein kann.
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Bevorzugt ist ein Antrieb zur Erzeugung einer rotatorischen Bewegung des Bewegungselementes vorgesehen. Dieser Antrieb erfolgt bevorzugt über einen Torquemotor. Bei dem Einsatz eines Torquemotors werden je nach Motorvariante, Anordnung und Anwendungsgebiet eine variable Anzahl an Magneten eingesetzt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Antrieb am Primärteil oder in der Nähe des Primärteils angeordnet. Der Antrieb kann hierbei elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder mechanisch, beispielsweise durch drehen einer Haltebremse, erfolgen. Weiter sind Teile des Antriebs und des Primärteils im Wesentlichen unbewegt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Primärteil durch den Antrieb rotatorisch bewegbar. Der Kopf kann hierbei um bis zu 360° in einer ersten Drehung verdreht werden. Je nach Anwendung ist es Teil der Erfindung, dass der Kopf in mehreren Umdrehungen, welche in beliebiger Drehrichtung erfolgen können, bewegbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Kopplung vorgesehen, wodurch das Primärteil und das Sekundärteil derart gekoppelt werden können, dass aus einer rotatorischen Auslenkung des Primärteils auch eine rotatorische Auslenkung des Sekundärteils resultiert, d.h. insbesondere der Primärteil und der Sekundärteil drehfest gekoppelt sind. Die Kopplung zwischen dem Sekundärteil und dem Primärteil kann lösbar, d.h. feldschlüssig, formschlüssig, reibschlüssig oder durch eine Kombination dieser Verbindungsarten gestaltet sein. Die synchrone bzw. asynchrone Auslenkung des Primärteils und des Sekundärteils findet in der gleichen Richtung, um eine gemeinsame Drehachse, statt. Die Drehrichtung kann hierbei im oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgen. Dies wird daher als vorteilhaft erachtet, da der Startimpuls mit dem eine Drehbewegung eingeleitet wird und durch den die weitere Drehbewegung erzeugt wird mit Hilfe eines Feldschlusses und daher reibungsfrei induziert wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Primärteil des Solenoidmotors statisch bzw. stationär angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Torquemotor auf dem Primärteil angeordnet werden kann und daher eine kompakte Bauform erzielt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Drehbewegung des Bewegungselementes vor dem Stanzen abgeschlossen. Die Drehung erfolgt hierbei mittels eines Torquemotors. Das Sekundärteil kann hierzu mit dem Torquemotor kombiniert werden, zudem kann das Sekundärteil als Werkzeugträger verwendet werden. Hieraus ergibt sich, dass der Eintritt des Werkzeuges in das Werkstück erst erfolgt, wenn eine reine lineare Bewegung des Bewegungselementes vorliegt. Zur Unterstützung der rotatorischen Bewegung weist die Stanzmaschine bevorzugt einen zylindrischen Stempel auf und/oder eine integrierte Drehachse des Stempels.
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Es sei ferner angedacht, dass der Stempel eliptisch, rechteckig oder mit Kurven und Bögen bzw. Winkeln unter oder über 90° ausgestaltet ist. Als Stempel wird hierbei das Bewegungselement verstanden. Das Bewegungselement kann ferner aus einer Vielzahl von Bauteilen zusammengesetzt sein: Diese Bauteile können unterschiedliche geometrische Ausgestaltungsformen und Materialeigenschaften aufweisen. Es ist weiterhin hervorgehoben, dass die Rotationsbewegung des Primärteils mit gekoppeltem Sekundärteil oder des Sekundärteils alleine während einer linearen Verschiebung durchgeführt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche bewirkt, dass rotatorische und translatorische Bewegungen des Bewegungselementes unabhängig voneinander bzw. abhängig voneinander steuerbar sind. Eine derartige Steuerung führt zu effizienten Stanzvorgängen. Dies bedeutet, dass die Zulieferung der zu bearbeitenden Werkstücke derart berücksichtigt werden kann, dass das Stanzwerkzeug gehoben und abgesenkt werden kann ohne, dass ein Leerlauf im Herstellungsprozess auftritt. Auch in einer Ausführungsform in der eine Drehung des Primärteils bzw. des Sekundärteils erfolgt, kann durch die Steuereinheit ein Zusammenwirken der Prozesse derart optimiert werden, dass das Bewegungselement während des Gebrauchs nahezu nie unbewegt ist.
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Dies bedeutet, dass das Bewegungselement während des Gebrauchs ständig wechselnde Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen ausführt und nicht in einer Position verweilt. Da ein solcher Prozessablauf als ideal anzusehen ist, ergibt sich, dass auch Bewegungsabläufe des Bewegungselementes auftreten können in denen das Bewegungselement teilweise unbewegt ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Antrieb reibungsfrei erfolgt und daher der Verschleiß gegenüber reibungsaufweisenden Vorrichtungen geringer ist und Wartungszyklen ausgedehnt werden können. Zudem sind die Lärmemissionen der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den Lösungen aus dem Stand der Technik daher auch wesentlich niedriger. Hieraus resultiert eine geringere Belastung der Mitarbeiter und dies führt zu einer weiteren Reihe an positiven Effekten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung Sensoren auf, die eine kommunizierende Verbindung zu einer Steuereinheit aufweisen können. Über diese Sensoren kann die Position des Werkstückes wie auch dessen Ausrichtung erfasst werden. Über weitere Sensoren lässt sich die Position des Stanzkopfes bestimmen. Weiterhin ist es denkbar Sensoren vorzusehen die zur Bestimmung von Kräften, Distanzen, Temperaturen, Lärmpegeln, Momenten, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Abrieb des Stanzkopfes bzw. der in der Nähe angeordneten Bauteile dienen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Spule zumindest teilweise aus Kupfer, das Sekundärteil ist als Permanentmagnet ausgeführt und das Bewegungselement besteht aus einem magnetischen Werkstoff vorzugsweise aus magnetischem Eisen, die übrigen tragenden Elemente der Vorrichtung sind aus Werkzeugstahl gefertigt.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
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Darin zeigen:
- 1 Eine erste Darstellung einer erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung mit einem drehbarem Primärteil des Solenoid-Motors.
- 2 Eine zweite Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem rotatorischen bewegbaren Primärteils eine Solenoid-Motors.
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1 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung 1. Diese Stanzvorrichtung 1 weist ein Bewegungselement 2 auf, an dem ein Sekundärteil 6 eines in seiner Gesamtheit mit 5 bezeichneten Solenoidmotors angeordnet ist. Das Sekundärteil 6 umschließt das Bewegungselement 2 zumindest teilweise in Umfangsrichtung und zumindest teilweise in Längsrichtung L. An dem Bewegungselement 2 ist mindestens ein Bereich 12 vorgesehen, der zur Aufnahme von mindestens einem Stanzwerkzeug dient. Das Stanzwerkzeug kann einstückig mit dem Bewegungselement 2 ausgebildet sein oder aber lösbar an den Bewegungselement 2 angeordnet sein. Das Bewegungselement 2 ist mit dem daran angeordneten Sekundärteil 6 innerhalb eines Hohlkörpers 4 angeordnet. Der Hohlkörper 4 weist ein Primärteil 8 des Solenoid-Motors 5 (nicht im Detail gezeigt) auf. Der Hohlkörper 4 ist derart gelagert, dass er um eine Achse x drehbar ist. Die Achse x entspricht der Rotationsachse des Bewegungselementes 2. Auf dem Hohlkörper 4 ist ein Antriebselement 14 fest angeordnet. Das Antriebselement 14 wird zumindest teilweise von einem weiteren stationär angeordneten Element 15 in Längsrichtung des Bewegungselementes 2 überdeckt.
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Das Primärteil 8 weist mindestens eine Spule zum Erzeugen eines Feldes auf. Durch dieses Feld wird eine Wirkverbindung zwischen dem Sekundärteil 6 und dem Primärteil 8 kontaktlos erstellt. Das Feld kann derart gesteuert werden, dass ein geradliniges Verschieben des Bewegungselementes 2 in eine der Pfeilrichtungen 18 bzw. 20 erfolgt. In der vorliegenden 1 ist die Erdbeschleunigung durch den mit „g“ gekennzeichneten Pfeil angegeben. Eine Bewegung des Bewegungselementes 2 in die Richtung des Pfeiles 18 wird in dieser Ausführungsform daher durch die Schwerkraft unterstützt, wodurch die auf das zu bearbeitende Werkstück einwirkende Kraft gesteigert wird. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass es durch die Ausnutzung der Erdanziehung während des Stanzschrittes möglich ist, mit reduziertem Energieaufwand das Stanzwerkzeug in den Rohkörper zu fahren.
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Zur Drehung des Stanzwerkzeuges findet eine Kupplung der rotatorischen Bewegung des Bewegungselementes 2 und des Hohlkörpers 4 derart statt, dass bei einer Drehung des Hohlkörpers 4 das Bewegungselement 2 keine Relativbewegung zu dem Hohlkörper 4 um eine gemeinsame Drehachse aufweist. Demnach verlaufen die Bewegungen der gekoppelten Körper synchron zueinander. Eine Möglichkeit für eine derartige Kopplung besteht aus einem Antriebselement 14 und einem Element 15, beides sind Elemente eines Torquemotors. Das Antriebselement 14 repräsentiert einen Rotor der mit dem Element 15, das einen Stator repräsentiert, in einer kontaktlosen Wirkverbindung stehen kann.
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2 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung 1. Auf dem Bewegungselement 2 ist wiederum das Sekundärteil 6 des Solenoidmotors angeordnet. Weiter ist auch das Antriebselement 14 an dem oder in der Nähe des Bewegungselementes 2 angeordnet. Das Antriebselement 14 und das Sekundärteil 6 können als einstückiges Element ausgeführt sein. Das Bewegungselement 2 ist wiederum innerhalb des Hohlkörpers 4 angeordnet. Der Hohlkörper 4 ist statisch angeordnet. Ferner ist an dem Hohlkörper 4 oder in dessen Nähe das Element 15 (der Stator) angeordnet. Der Hohlkörper 4 führt keine Relativbewegung gegenüber dem restlichen Gestell der Stanzvorrichtung oder dem Hohlkörper 4 durch.
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Das Antriebselement 14 und das Element 15 weisen eine kontaktfreie Wirkverbindung auf. Dies gilt wiederum auch für das Primärteil 8, das mit dem Sekundärteil 6 in einer kontaktfreien Verbindung steht.
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Der Bereich der Werkzeugaufnahme ist entsprechend der zu 1 beschriebenen Gestaltungsform ausgeführt, d.h., dass an dem Bewegungselement 2 mindestens ein Bereich 12 vorgesehen ist, der zur Aufnahme von mindestens einem Stanzwerkzeug dient. Das Stanzwerkzeug kann einstückig mit dem Bewegungselement 2 ausgebildet sein oder aber lösbar an den Bewegungselement 2 angeordnet sein.
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Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stanzvorrichtung
- 2
- Bewegungselement
- 4
- Hohlkörper
- 5
- Solenoidmotor
- 6
- Sekundärteil des Solenoidmotors
- 8
- Primärteil des Solenoidmotors
- 12
- Aufnahmebereich
- 14
- Antriebselement (Rotor)
- 15
- Element (Stator)
- 16
- Torquemotor
- 18
- Erste Bewegungsrichtung
- 20
- Zweite Bewegungsrichtung
