DE102012002213A1 - Tool for use with actuating device for shaping sheet material, has tool component with blank holder, where actuating device acts between blank holder and another tool component, and has actuating element and electromagnetic actuating drive - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Blechumformung bzw. ein Werkzeug zum Umformen eines Blechmaterials gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Art.The invention relates to a tool for sheet metal forming or a tool for forming a sheet material according to the closer specified in the preamble of
Die Erfindung betrifft ferner eine Stellenrichtung zur Verwendung in einem solchen Werkzeug sowie auch ein Verfahren zum Umformen eines Blechmaterials.The invention further relates to a location direction for use in such a tool as well as a method for forming a sheet material.
Aus der
Der Flanschabschnitt ist bekanntermaßen der beim Umformen zwischen Niederhalter und typischerweise der Matrize mit definierter Flächenpressung eingeklemmte Blechbereich, der während des Umformvorgangs eine reibkraftbeaufschlagte Relativbewegung zu diesen Werkzeugteilen ausführt.As is known, the flange portion is the sheet-metal area clamped during forming between the holding-down device and typically the die with a defined surface pressure, which during the forming process carries out a relative movement to these tool parts subjected to frictional forces.
Das aus der
Das vorbekannte Werkzeug und das einstellbare Distanzelement weisen jedoch diverse Nachteile auf, wie bspw. einen hohen mechanischen Verschleiß des Distanzelements sowie ein träges Verhalten beim Verändern der Einstellung.However, the prior art tool and the adjustable spacer element have various disadvantages, such as. A high mechanical wear of the spacer element and a sluggish behavior when changing the setting.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Werkzeug der eingangs genannten Art anzugeben, dass die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a tool of the type mentioned that the disadvantages associated with the prior art not or at least only to a reduced extent.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug zum Umformen eines Blechmaterials mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.This object is achieved by an inventive tool for forming a sheet material with the features of
Mit zwei nebengeordneten Ansprüchen wird auch für eine Stelleinrichtung zur Verwendung bzw. zum Verbau in einem erfindungsgemäßen Werkzeug sowie für eine bevorzugte alternative Verwendung einer solchen Stelleinrichtung gesondert Schutz beansprucht.With two independent claims, protection is also claimed separately for a setting device for use or for installation in a tool according to the invention and for a preferred alternative use of such a setting device.
Mit einem weiteren nebengeordneten Anspruch wird auch für ein Verfahren zum Umformen eines Blechmaterials unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs und/oder einer entsprechenden Stelleinrichtung (wie nachfolgend noch näher erläutert) gesondert Schuh beansprucht. Bei diesem Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass die beim Umformen in (wenigstens) einem Flanschabschnitt des Blechmaterials gegebene Flächenpressung und/oder Flächenpressungsverteilung während des ablaufenden bzw. fortschreitenden Umformvorgangs variiert (bzw. angepasst oder eingestellt) wird.With a further independent claim is claimed separately for a method for forming a sheet material using a tool according to the invention and / or a corresponding actuating device (as explained in more detail below) separately shoe. In this method, it is provided in particular that the surface pressure and / or surface pressure distribution given during forming in (at least) one flange section of the sheet material varies (or is adjusted or adjusted) during the ongoing or progressive forming process.
Die vorausgehenden und nachfolgenden Erläuterungen gelten analog für alle Erfindungsgegenstände. Zum Verständnis der Erfindung wird ausdrücklich auch auf die Erläuterungen in der
Das erfindungsgemäße Werkzeug, wobei es sich insbesondere um ein Tiefziehwerkzeug handelt, umfasst
- – zwei (d. h. wenigstens zwei) zueinander relativbewegliche Werkzeugteile (in der Regel handelt es sich hierbei um einen Stempel und eine Matrize), zwischen denen das Blechmaterial umgeformt wird (bzw. umgeformt werden kann), wobei (wenigstens) eines der Werkzeugteile (wenigstens) einen Niederhalter aufweist, der beim Umformen (wenigstens) einen Flanschabschnitt des Blechmaterials mit vorgegebener Niederhalterkraft gegen das andere Werkzeugteil (in der Regel gegen die Matrize) drückt (bzw. drücken kann) oder an dieses andere Werkzeugteil andrückt (bzw. andrücken kann), und
- – wenigstens eine zwischen dem Niederhalter und dem anderen Werkzeugteil wirksame Stelleinrichtung (bzw. Aktor oder Aktuator), die beim Umformen den Niederhalter und das andere Werkzeugteil (bzw. die Matrize) auseinander drückt bzw. distanziert (bzw. auseinander drücken bzw. distanzieren kann), um hierüber die (resultierende) Flächenpressung und/oder Flächenpressungswerteilung zu variieren bzw. variieren (bzw. anpassen oder einstellen) zu können.
- Two (ie at least two) relative to each other relatively movable tool parts (usually this is a punch and a die), between which the sheet material is formed (or can be reshaped), wherein (at least) one of the tool parts (at least) having a hold-down (at least) presses a flange portion of the sheet material with a predetermined hold-down force against the other tool part (usually against the die) (or can press) or presses on this other tool part (or can press), and
- At least one actuating device (or actuator or actuator) acting between the hold-down device and the other tool part, which presses apart or distances (or can press or distract apart) the hold-down device and the other tool part (or die) during forming in order to be able to vary (or adapt or adjust) the (resulting) surface pressure and / or surface pressure distribution.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass wenigstens eine Stelleinrichtung wenigstens ein Stellglied (bzw. Stellelement) und wenigstens einen elektromagnetischen Stellantrieb (bzw. eine elektromagnetische Antriebsanordnung) zur Betätigung und insbesondere zur direkten bzw. unmittelbaren Betätigung des Stellglieds aufweist. According to the invention it is now provided that at least one actuating device has at least one actuator (or actuator) and at least one electromagnetic actuator (or an electromagnetic drive assembly) for actuation and in particular for direct or immediate actuation of the actuator.
Bevorzugt ist eine direkte Umsetzung der von dem elektromagnetischen Stellantrieb erzeugten Stellbewegung und/oder Stellkraft vorgesehen, d. h. ohne zwischengeschaltete Wirkelemente, was u. a. einen hohen Wirkungsgrad, einen kompakten Aufbau und eine weitgehende Verschleißfreiheit zur Folge hat. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Stellglied der Stelleinrichtung erst durch Aktivierung des elektromagnetischen Stellantriebs aus einer Ausgangsposition (Ruheposition bzw. Nulllage) heraus mit Kraft beaufschlagt und/oder ausgelenkt wird.Preferably, a direct implementation of the adjusting movement and / or actuating force generated by the electromagnetic actuator is provided, d. H. without intermediary active elements, what u. a. high efficiency, a compact design and a high degree of wear-free result. Furthermore, it is preferably provided that the actuator of the actuating device is acted upon and / or deflected only by activation of the electromagnetic actuator from an initial position (rest position or zero position) out and / or is deflected.
Die vorgeschlagene Stelleinrichtung ermöglicht eine schnelle bzw. reaktionsflinke Variation (bzw. Anpassung oder Einstellung) der durch den Niederhalter aufgebrachten Flächenpressung und/oder Flächenpressungsverteilung, indem der Niederhalter und das andere Werkzeugteil (bzw. die Matrize) durch elektrische Aktivierung der Stelleinrichtung zumindest lokal und vorzugsweise nur lokal auseinandergedrückt werden können. Die wirksame bzw. resultierende Flächenpressung und/oder Flächenpressungsverteilung kann quasi direkt verändert bzw. beeinflusst werden.The proposed adjusting device allows a rapid or reaction-sensitive variation (or adjustment or adjustment) of the surface pressure and / or surface pressure distribution applied by the hold-down device by the hold-down device and the other tool part (or die) by electrical activation of the actuating device at least locally and preferably can only be pressed apart locally. The effective or resulting surface pressure and / or surface pressure distribution can be almost directly changed or influenced.
Mit der Stelleinrichtung ist auch eine Variation (bzw. Anpassung oder Einstellung) der Niederhalterpressung und/oder der Flächenpressungsverteilung während eines Umformvorgangs, d. h. während des Arbeitshubs der Presse, möglich, was bspw. auch in einem Regelkreis erfolgen kann. Dies ist mit den aus dem Stand der Technik bekannten mechanischen, elektromechanischen und/oder hydraulischen Stelleinrichtungen bzw. Stellsystemen, insbesondere aufgrund deren Trägheit, nicht möglich. (Die Einstellungen können dort nur zwischen den Arbeitshüben verändert werden.) With the adjusting device is also a variation (or adjustment or adjustment) of the hold-down pressure and / or the surface pressure distribution during a forming process, d. H. during the working stroke of the press, possible, which can take place, for example, in a control loop. This is not possible with the known from the prior art mechanical, electro-mechanical and / or hydraulic actuators or adjusting systems, in particular due to their inertia. (The settings can only be changed between the working strokes.)
Die vorgeschlagene Stelleinrichtung kann verhältnismäßig kostengünstig und auch verhältnismäßig kleinbauend (und damit auch leicht) bereitgestellt werden, wobei die Stelleinrichtung trotz kompakter Abmessung derart ausgelegt sein kann, dass große Stellkräfte erzeugt und aufgebracht werden können. Zudem ist die vorgeschlagene Stelleinrichtung verhältnismäßig einfach montierbar bzw. demontierbar.The proposed adjusting device can be provided relatively inexpensively and also relatively compact (and thus also easy), wherein the adjusting device can be designed despite compact dimensions such that large actuating forces can be generated and applied. In addition, the proposed adjusting device is relatively easy to assemble or disassemble.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung am Niederhalter oder am anderen Werkzeugteil und insbesondere an der Matrize angeordnet ist. Der Niederhalter und/oder die Matrize kann lokal im Bereich einer angeordneten Stelleinrichtung verstärkt ausgebildet sein. insbesondere ist eine ortsfeste Anordnung der Stelleinrichtung bzw. der Stelleinrichtungen vorgesehen. Sind mehrere Stelleinrichtungen vorgesehen, so können diese wahlweise (d. h. auch wechselweise) am Niederhalter und/oder am anderen Werkzeugteil angeordnet bzw. befestigt sein. Falls mehrere Stelleinrichtungen vorgesehen sind, so können diese z. B. je nach Bedarf in umformkritischen Bereichen (bspw. Eckbereichen) angeordnet werden. Ferner ist eine gleichmäßig verteilte Anordnung der Stelleinrichtungen am Umfang des Niederhalters und/oder der Matrize möglich. Bevorzugt ist die Stelleinrichtung oder sind die Stelleinrichtungen im äußeren Bereich des Niederhalters angeordnet. Ist eine Vielzahl von Stelleinrichtungen vorgesehen; so können diese gemeinsam, einzeln oder in zusammengefassten Gruppen angesteuert werden, was durch ein entsprechendes Steuergerät bewerkstelligt bzw. veranlasst werden kann.It is preferably provided that the adjusting device is arranged on the hold-down or on the other tool part and in particular on the die. The holding-down device and / or the die can be reinforced locally in the region of an arranged setting device. In particular, a stationary arrangement of the adjusting device or the adjusting devices is provided. If a plurality of adjusting devices are provided, then these can optionally be arranged or fastened (that is to say alternately) on the hold-down device and / or on the other tool part. If several actuators are provided, then these z. B. as required in form-critical areas (eg. Corner areas) are arranged. Furthermore, a uniformly distributed arrangement of the adjusting devices on the circumference of the blank holder and / or the die is possible. Preferably, the adjusting device or the adjusting devices are arranged in the outer region of the blank holder. If a plurality of adjusting devices is provided; so they can be controlled together, individually or in grouped together, which can be accomplished or prompted by a corresponding control unit.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stelleinrichtung ein Gehäuse (bzw. einen Grundkörper) mit (wenigstens) einem darin geführten höhenverstellbaren Stellglied und einem elektromagnetischen Stellantrieb (elektromagnetische Antriebsanordnung) zur Kraftbeaufschlagung und/oder Höhenverstellung und insbesondere zur direkten Kraftbeaufschlagung und/oder Höhenverstellung des höhenverstellbaren Stellglieds aufweist. Der elektromagnetische Stellantrieb ist im Wesentlichen im Gehäuse angeordnet bzw. untergebracht. Das Gehäuse kann als staub- und/oder öldichtes Gehäuse ausgebildet sein. Ferner ist denkbar, dass Gehäuse mit Öl-, Schmutzabläufen oder dergleichen auszustatten.Furthermore, it is preferably provided that the adjusting device comprises a housing (or a base body) with (at least) a height-adjustable actuator guided therein and an electromagnetic actuator (electromagnetic drive arrangement) for applying force and / or height adjustment and in particular for direct application of force and / or height adjustment of the height-adjustable Having actuator. The electromagnetic actuator is arranged or housed substantially in the housing. The housing may be formed as a dust and / or oil-tight housing. Furthermore, it is conceivable that housing with oil, Schmutzabläufen or the like equip.
Das Stellglied der Stelleinrichtung kann als Hubkolben bzw. als hubkolbenartiges Stellelement ausgebildet bzw. ausgestaltet sein. Das Stellglied kann jedoch auch anders ausgebildet sein, wie nachfolgend noch näher erläutert.The actuator of the adjusting device can be designed or configured as a reciprocating piston or as a piston-type control element. However, the actuator can also be designed differently, as explained in more detail below.
Der Stellantrieb der Stelleinrichtung kann wenigstens eine feststehende Spule umfassen, die je nach Aktivierung (d. h. abhängig vom Grad der Bestromung) das Stellglied (bzw. den Hubkolben oder das hubkolbenartige Stellglied) mit einer Kraft bzw. Stellkraft beaufschlagt und/oder bewegt bzw. auslenkt. Zum Schutz kann die Spule versiegelt sein. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine solche Spule an einem Gehäusedeckel und insbesondere an der Innenseite eines solchen Gehäusedeckels angeordnet ist. Bevorzugt ist dieser Gehäusedeckel zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt.The actuator of the actuating device may comprise at least one stationary coil which, depending on the activation (i.e., depending on the degree of energization) applied to the actuator (or the reciprocating piston or the piston-type actuator) with a force or force and / or moves or deflects. For protection, the coil may be sealed. It is particularly preferred that such a coil is arranged on a housing cover and in particular on the inside of such a housing cover. Preferably, this housing cover is at least partially made of a ferromagnetic material.
Der Stellantrieb der Stelleinrichtung kann ferner wenigstens eine mit dem Stellglied verbundene und insbesondere starr verbundene Anzugsplatte aufweisen, die mit der Spule magnetisch zusammenwirken kann, derart, dass diese zusammen mit dem Stellglied bei Aktivierung der Spule von dieser angezogen wird, worüber die Betätigung des Stellglieds erfolgt bzw. wodurch eine Stellkraft und/oder eine Stellbewegung am Stellglied erzeugt wird bzw. erzeugbar ist. Bevorzugt ist diese Anzugsplatte zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet.The actuator of the adjusting device may further comprise at least one connected to the actuator and in particular rigidly connected tightening plate, which is magnetic with the coil can cooperate such that it is attracted together with the actuator upon activation of the coil of this, over which the actuation of the actuator takes place or whereby a force and / or an actuating movement is generated or can be generated on the actuator. Preferably, this tightening plate is at least partially formed of a ferromagnetic material.
Wie nachfolgend noch näher erläutert, ist vorgesehen, dass die vom Niederhalter beim Umformen auf wenigstens einen Flanschabschnitt des Blechmaterials aufgebrachte Niederhalterkraft von einer entsprechenden Einrichtung in der Presse oder im Werkzeug erzeugt wird. Mit der vorgeschlagenen Stelleinrichtung kann dann die erzeugte Flächenpressung zumindest lokal reduziert und/oder die Flächenpressungsverteilung verändert werden, in dem die aufgebrachte Niederhalterkraft zumindest teilweise über die Stelleinrichtung bzw. die Stelleinrichtungen unter Entlastung des Flanschabschnitts gegen das andere Werkzeugteil bzw. gegen die Matrize abgestützt wird.As explained in more detail below, it is provided that the hold-down force applied by the holding-down device to at least one flange section of the sheet material is generated by a corresponding device in the press or in the tool. With the proposed adjusting device, the surface pressure generated can then at least locally reduced and / or the surface pressure distribution are changed, in which the applied holding-down force is at least partially supported by the adjusting device or the adjusting devices with relief of the flange against the other tool part or against the die.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Werkzeug derart ausgebildet ist, dass die gesamte Niederhalterkraft, mit der der Niederhalter beim Umformen einen Flanschabschnitt des Blechmaterials gegen das andere Werkzeugteil bzw. die Matrize drückt, durch wenigstens eine vorgeschlagene Stelleinrichtung, d. h. mit einer Stelleinrichtung die einen elektromagnetischen Stellantrieb zur Betätigung eines Stellglieds aufweist, erzeugt wird bzw. erzeugt werden kann. In diesem Fall wird die gesamte Niederhalterkraft sozusagen elektromagnetisch erzeugt und kann dementsprechend auch in einfacher Weise variiert (bzw. angepasst oder eingestellt) werden. D. h. die vorgeschlagene Stelleinrichtung kann demnach auch zur Erzeugung der gesamten Niederhalterkraft, wobei es sich um eine konstante und insbesondere um eine sich zeitlich verändernde Niederhalterkraft handeln kann, mit der der Niederhalter beim Umformen den Flanschabschnitt des Blechmaterials gegen das andere Werkzeugteil (bzw. die Matrize) drückt, verwendet werden. In diesem Fall wird also die Erzeugung der Niederhalterkraft vollständig in das Werkzeug integriert und durch wenigstens eine vorgeschlagene Stelleinrichtung realisiert.However, it can also be provided that the tool is designed such that the entire hold-down force with which the holding down presses a flange portion of the sheet material against the other tool part or the die during forming, by at least one proposed adjusting device, d. H. with an adjusting device which has an electromagnetic actuator for actuating an actuator, is generated or can be generated. In this case, the entire hold-down force is generated electromagnetically, so to speak, and can accordingly be varied in a simple manner (or adjusted or adjusted). Ie. Accordingly, the proposed adjusting device can also be used to produce the entire holding-down force, which can be a constant and in particular a time-varying hold-down force with which the holding down presses the flange portion of the sheet material against the other tool part (or the die) during forming , be used. In this case, therefore, the generation of the hold-down force is fully integrated into the tool and realized by at least one proposed adjusting device.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungs- und Weiterbildungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden und nicht einschränkenden Erläuterungen anhand der schematischen Figuren.Further advantages, design and training opportunities of the invention will become apparent from the following and non-limiting explanations with reference to the schematic figures.
Die nachfolgend verwendeten Richtungsangaben beziehen sich lediglich auf die in den Figuren gezeigten Darstellungen und können somit von den realen Gegebenheiten abweichen.The directions used below relate only to the representations shown in the figures and thus may differ from the real world.
Am Niederhalter
Der Materialfluss bzw. Blechfluss M kann durch Verändern der wirksamen Reibkraft beeinflusst werden. Die wirksame Reibkraft ist über das Coulombsche Reibgesetz abhängig von der Flächenpressung p, die wiederum von der Niederhalterkraft abhängig ist, mit der das Blechmaterial
Die als Baueinheit ausgebildete Stelleinrichtung
Die
Das höhenverstellbar bzw. entlang der Längsachse L längsbeweglich im Gehäuse
Am Hubkolben
Die Spule
Wird die Spule
Die Betätigung des hubkolbenartigen Stellglieds
In besonders bevorzugter Weise wird die Bestromung der Spule
Über die Beeinflussung der Flächenpressung p und damit des Materialflusses bzw. Blechflusses M kann die Stelleinrichtung
Eine solche Steuerung oder Regelung kann anhand von Prozessgrößen und insbesondere anhand von in Echtzeit erfassten Prozessgrößen erfolgen. Etwaige Prozessgrößen sind Pressendaten, Werkzeugdaten, Materialkennwerte und/oder Umformwerte (Umformkräfte, Umformtemperatur, Verformungsgrad, Verformungsgeschwindigkeit, Flanscheinzugsgeschwindigkeit und dergleichen), die bspw. mit Hilfe von Sensoren gemessen oder in sonstiger Weise erfasst werden können. Ferner kann auch das Spaltmaß des Luftspalts
Ein Regelung oder Steuerung kann bspw. folgendermaßen ablaufen. Beim Schließen der Presse bzw. des Werkzeugs ist die Stelleinrichtung
Wie bereits vorausgehend erläutert, wird das hubkolbenartige Stellglied
Die vorausgehend erläuterte Stelleinrichtung
Die in
Die Stelleinrichtung
Die in
Die Stelleinrichtung
Abweichend zu den vorausgehenden Erläuterungen kann eine Stelleinrichtung auch mit mehreren elektrischen bzw. elektromagnetischen Spulen ausgebildet sein, die je nach dem miteinander oder gegeneinander wirken können. Ferner ist auch die Verwendung von Permanentmagneten in einer solchen Stelleinrichtung denkbar.Notwithstanding the preceding explanations, an adjusting device may also be formed with a plurality of electrical or electromagnetic coils which, depending on the one another, can act with one another or against one another. Furthermore, the use of permanent magnets in such a control device is conceivable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Unterwerkzeug (unteres Werkzeugteil)Lower tool (lower tool part)
- 110110
- Grundplatte (Rahmen)Base plate (frame)
- 120120
- Werkzeugstempeltool punch
- 130130
- Niederhalter (Blechhalter)Hold down (sheet holder)
- 135135
- verstärkter Niederhalter-Eckbereichreinforced hold-down corner area
- 136136
- Verrippung (Stützrippe)Ribbing (supporting rib)
- 200 200
- Oberwerkzeug (oberes Werkzeugteil)Upper tool (upper tool part)
- 210210
- Matrizedie
- 300300
- Stelleinrichtungsetting device
- 310310
- Stellglied (Hubkolben)Actuator (reciprocating piston)
- 311311
- Schulter (Rand)Shoulder (edge)
- 320320
- Gehäusecasing
- 321321
- Gehäusedeckelhousing cover
- 330330
- SpuleKitchen sink
- 340340
- Anzugsplattetightening plate
- 350350
- Luftspaltair gap
- 361361
- unteres Plattenelementlower plate element
- 362362
- oberes Plattenelement (Druckplatte)upper plate element (pressure plate)
- 370370
- Druckstift (Druckbolzen)Pressure pin (pressure pin)
- 400400
- Blechmaterial (Platine)Sheet metal (board)
- 410410
- Flansch (Flanschabschnitt)Flange (flange section)
- pp
- Flächenpressung (Niederhalterpressung)Surface pressure (hold-down pressure)
- FF
- Stellkraftforce
- LL
- Längsachse (Symmetrieachse, Bewegungsachse)Longitudinal axis (symmetry axis, axis of motion)
- MM
- Materialfluss (Blechfluss)Material flow (sheet metal flow)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006031438 B4 [0003, 0005, 0011] DE 102006031438 B4 [0003, 0005, 0011]
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DE201210002213 Withdrawn DE102012002213A1 (en) | 2012-02-04 | 2012-02-04 | Tool for use with actuating device for shaping sheet material, has tool component with blank holder, where actuating device acts between blank holder and another tool component, and has actuating element and electromagnetic actuating drive |
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DE (1) | DE102012002213A1 (en) |
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