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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Innenhochdruckumformen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Adapterstück zur Befestigung eines Arbeitszylinders in einem Werkzeug zum Innenhochdruckumformen.
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Beim Innenhochdruckumformen (IHU) wird ein metallisches Rohr durch Aufbringen eines hohen Innendrucks zu einem Bauteil umgeformt. Das Rohr wird hierzu in die Kavität (Gravur) eines formgebenden Werkzeugs (auch als Innenhochdruck-Umformwerkzeug oder IHU-Werkzeug bezeichnet) eingelegt und mit Hilfe eines in das Innere des Rohrs eingeleiteten Fluids (bspw. eine Wasser-ÖI-Emulsion) aufgeweitet. Die Rohrenden werden während des Umformvorgangs durch Dichtstempel, die durch hydraulisch betätigte Arbeitszylinder angetrieben werden, abgedichtet. Ein solches Werkzeug weist regelmäßig, neben den bereits erwähnten Arbeitszylindern, ein unteres, feststehendes Werkzeugteil und ein oberes, bewegliches Werkzeugteil auf. Typischerweise handelt es sich um ein pressengebundenes Werkzeug. Die Presse dient zum Öffnen und Schließen des Werkzeugs und zum Aufbringen von Zuhaltekräften während des Umformvorgangs.
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Ein solches Werkzeug ist typischerweise zur Erzeugung eines bestimmten Bauteils ausgelegt. Eine Umrüstbarkeit ist in der Regel nicht möglich, da die Werkzeugkomponenten in hohem Maße aufeinander abgestimmt sind. Aus der
DE 43 20 236 C1 und der
DE 44 34 441 C2 sind umrüstbare Werkzeuge bekannt, bei denen die Raumlage der Arbeitszylinder verändert und dadurch deren Position und Ausrichtung (Winkelausrichtung) an auswechselbare formgebende Werkzeugteile angepasst werden kann. Nachteilig an den vorbekannten Lösungsansätzen zur Flexibilisierung eines Werkzeugs ist unter anderem die geringe Steifigkeit, mit der die Arbeitszylinder im Werkzeug angeordnet sind.
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Des Weiteren ist aus der
DE 102 26 025 A1 ein Werkzeug zum Innenhochdruckumformen von Hohlkörpern bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein umrüstbares und somit flexibles Werkzeug zum Innenhochdruckumformen anzugeben, bei dem einerseits die Raumlage und insbesondere die Ausrichtung wenigstens eines Arbeitszylinders veränderbar ist und bei dem andererseits dieser Arbeitszylinder mit hoher Steifigkeit im Werkzeug angeordnet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug zum Innenhochdruckumformen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs ergeben sich gleichermaßen sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf ein erfindungsgemäßes Adapterstück zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Werkzeug, wozu dieses Adapterstück entsprechend ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug zum Innenhochdruckumformen eines metallischen Rohrs umfasst wenigstens ein unteres formgebendes Werkzeugteil (Untergesenk) und wenigstens ein oberes formgebendes Werkzeugteil (Obergesenk), die zwischen sich eine Kavität zur Aufnahme des umzuformenden Rohrs begrenzen, sowie mehrere (d. h. wenigstens zwei) Arbeitszylindern, die neben der Kavität und insbesondere neben dem unteren formgebenden Werkzeugteil angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Arbeitszylinder (und bevorzugt alle Arbeitszylinder) mittels eines Adapterstücks an einer sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden und massiv ausgebildeten Aufnahmeplatte befestigt ist, wobei das Adapterstück über einen rohrartigen Abschnitt verfügt, der an einem Ende einen ersten Befestigungsflansch für die direkte Befestigung des Adapterstücks an der vertikalen Aufnahmeplatte und am anderen Ende einen zweiten Befestigungsflansch für die direkte Befestigung des Arbeitszylinders am Adapterstück aufweist, wobei jedoch die Flanschebenen dieser Befestigungsflansche zueinander schief bzw. schiefstehend oder schrägstehend (im Sinne von nicht-flächenparallel) ausgebildet sind, um hierdurch eine an die formgebenden Werkzeugteile angepasste Ausrichtung (Winkelausrichtung) des Arbeitszylinders im Werkzeug zu ermöglichen bzw. eine erforderliche oder gewünschte Ausrichtung herbeizuführen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung wenigstens eines Arbeitszylinders im Werkzeug zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit aus, so dass dieser Arbeitszylinder auch mit hohem Arbeitsdruck (insbesondere von mehr als 1000 bar) betrieben werden kann, ohne dass kritische Belastungen und Verformungen im Werkzeug eintreten. Durch Lösen und Drehen des Adapterstücks kann die Ausrichtung des Arbeitszylinders und damit die Neigung der Bewegungsachse des Dichtstempels verändert werden. Erforderlichenfalls kann das Adapterstück auch gegen ein anderes Adapaterstück ausgewechselt werden. Ergänzend kann gegebenenfalls noch die Aufnahmeplatte ausgewechselt werden, insbesondere um hierüber eine Höhenanpassung zu erzielen. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aufnahmeplatte in ihrer Position innerhalb des Werkzeugs veränderbar ist, was Gegenstand einer bevorzugten Weiterbildung ist. Die dadurch gegebene Anpassfähigkeit des erfindungsgemäßen Werkzeugs ermöglicht den Einsatz verschiedener formgebender Werkzeugteile bzw. Gesenke zur Erzeugung unterschiedlicher Bauteile. Das erfindungsgemäße Werkzeug ist somit für die Erzeugung unterschiedlicher Bauteile flexibel umrüstbar, wodurch Werkzeugbau- und Folgekosten eingespart werden können.
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Die direkte Befestigung des Adapterstücks an der Aufnahmeplatte und/oder die direkte Befestigung des Arbeitszylinders am Adapterstück kann durch Verschrauben mittels Schrauben erfolgen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Befestigungsflansch am Adapterstück, der zur Befestigung des Adapterstücks an der Aufnahmeplatte dient, als Ringkranz bzw. Ringschulter mit durchgehenden Schraubbohrungen ausgebildet ist. Bevorzugt überragt dieser Ringkranz den rohrartigen Abschnitt in radialer Richtung. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass sich der rohrartige Abschnitt des Adapterstücks durch eine korrespondierende Ausnehmung bzw. Bohrung in der Aufnahmeplatte hindurch erstreckt, wobei das Adapaterstück über den Ringkranz, insbesondere auf der den formgebenden Werkzeugteilen zugewandten Seite der Aufnahmeplatte, mit der Aufnahmeplatte verschraubt ist. Die Aufnahmeplatte kann auf dieser Seite mit einer die Ausnehmung umrandenden Nut bzw. Ringnut ausgebildet sein, in die der Ringkranz formschlüssig und insbesondere auch plan (d. h. ohne überzustehen) einsetzbar ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Arbeitszylinder ebenfalls über die Ringkranzseite mit dem Adapterstück verschraubt ist.
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Das Adapterstück ist bevorzugt einteilig aus einem metallischen Werkstoff, bspw. einem Stahlmaterial, gebildet. Bevorzugt ist das Adapterstück durch spanabhebende Bearbeitung (bspw. durch Drehen, Fräsen, Schleifen und dergleichen) hergestellt.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug kann eine untere Werkzeuggrundplatte aufweisen, an der die Aufnahmeplatte an ihrem unteren Ende befestigt ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aufnahmeplatte verstellbar in einer in der unteren Werkzeuggrundplatte ausgebildeten bogenförmigen Nut bzw. Verstellnut befestigt ist, wozu die Aufnahmeplatte an ihrem unteren Ende in geeigneter Weise, bspw. mit wenigstens einem Nutführungselement, ausgebildet ist. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Werkzeug auch eine obere Werkzeuggrundplatte aufweist, die korrespondierend zu der in der unteren Werkzeuggrundplatte ausgebildeten Nut bzw. Verstellnut ebenfalls mit wenigstens einer bogenförmigen Nut ausgebildet ist, wobei in dieser oberen Nut verstellbar wenigstens ein Lagerelement angeordnet ist, über das bei geschlossenem Werkzeug die Aufnahmeplatte an ihrem oberen Ende abgestützt werden kann. Hierdurch wird eine hohe Steifigkeit erzielt. Die Aufnahmeplatte ist an ihrem oberen Ende in geeigneter Weise ausgebildet und weist bspw. wenigstens ein mit dem Lagerelement korrespondierendes Eingriffselement auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft und in nicht einschränkender Weise näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
- 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Werkzeug.
- 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Aufnahmeplatte mit einem daran befestigten Arbeitszylinder aus dem in 1 gezeigten Werkzeug.
- 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein mit dem Arbeitszylinder verschraubtes Adapterstück aus dem in 1 gezeigten Werkzeug.
- 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Montage des Adapterstücks aus 3 an einer Aufnahmeplatte gemäß 2.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug 100 zum Innenhochdruckumformen eines metallischen Rohrs, wie eingangs erläutert. Das Werkzeug 100 umfasst ein Oberwerkzeug 110 und ein Unterwerkzeug 120. Durch Anheben und Absenken des Oberwerkzeugs 110 kann das Werkzeug 100 geöffnet und geschlossen werden. Hierzu ist das Werkzeug 100 in einer Presse oder dergleichen eingebaut. Die Darstellung zeigt das Werkzeug 100 im geschlossenen Zustand. Die Abmessungen (B × T × H) des Werkzeugs 100 betragen bspw. 3000 mm × 1600 mm × 1200 mm.
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Das Oberwerkzeug 110 weist eine obere Werkzeuggrundplatte 111 auf, an der ein oberes formgebendes Werkzeugteil 112 mit einem Obergesenk befestigt ist. Das Unterwerkzeug 120 weist eine untere Werkzeuggrundplatte 121 auf, auf der ein von einer Wanne 123 umgebenes unteres formgebendes Werkzeugteil 122 mit einem Untergesenk befestigt ist. Die Gesenke der formgebenden Werkzeugteile 112 und 122 weisen Gravuren auf, die bei geschlossenem Werkzeug 100 eine formgebende Kavität zur Aufnahme des durch Innenhochdruck umzuformenden Rohrs bilden. Die Werkzeugteile 112 und 122 oder zumindest deren Gesenke können ausgewechselt werden, um mit dem Werkzeug 100 verschiedene Bauteile erzeugen zu können. Die formgebenden Werkzeugteile 112 und 122 können auch einteilig mit Gesenken ausgebildet sein.
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Das Werkzeug 100 weist ferner zwei sich gegenüberliegende Arbeitszylinder 140 auf, für die Betätigung der zum Innenhochdruckumformen benötigten Dichtstempel zur Abdichtung der Rohrenden des umzuformenden Rohrs. Die Arbeitszylinder 140 sind an sich vertikal erstreckenden und massiv ausgebildeten Aufnahmeplatten bzw. Konsolen 150 befestigt, die beidseitig der formgebenden Werkzeugteile 112 und 122 an den Werkzeugschmalseiten angeordnet sind. Jede Aufnahmeplatte 150 ist verstellbar in einer in der unteren Werkzeuggrundplatte 121 ausgebildeten bogenförmigen Nut bzw. Verstellnut 124 angeordnet, so dass unabhängig voneinander die Position der Arbeitszylinder 140 innerhalb des Werkzeugs 100 durch Verschieben der Aufnahmeplatten 150 entlang der bogenförmigen Nuten 124 veränderbar und an die im Werkzeug 100 eingebauten formgebenden Werkzeugteile 112 und 122 und/oder Gesenke anpassbar ist. Die Aufnahmeplatten 150 sind an ihren unteren Enden stirnseitig mit Nutführungsmitteln 153 ausgebildet (siehe 2 und 4). Die lösbare Fixierung der Aufnahmeplatten 150 in einer bestimmten Position erfolgt über die außenliegenden Fixierbohrungen 156 im Fußbereich der Aufnahmeplatten 150 durch Verstiftung mit den auf der unteren Werkzeuggrundplatte 121 montierten Fixierklötzen 125.
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Die obere Werkzeuggrundplatte 111 ist korrespondierend zu den Verstellnuten 124 in der unteren Werkzeuggrundplatte 121 ebenfalls mit bogenförmigen Nuten ausgebildet, in denen scheibenartige Lagerelemente 170 mit Eingriffsbuchsen geführt sind, die analog zu den Aufnahmeplatten 150 entlang dieser oberen bogenförmigen Nuten verschoben werden können. Die Aufnahmeplatten 150 weisen an ihren oberen Enden stirnseitig vorstehende Eingriffselemente 154 auf (siehe 2 und 4), die beim Schließen des Werkzeugs 100 formschlüssig in die Eingriffsbuchsen der Lagerelemente 170 eingreifen können, wodurch die Aufnahmeplatten 150 an ihren oberen Enden verriegelt und insbesondere im Hinblick auf Querkräfte beim Innenhochdruckumformen abgestützt werden.
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Die Arbeitszylinder 140 sind mit Hilfe jeweils eines Adapaterstücks 160 an den Aufnahmeplatten 150 befestigt, wie in 2 gezeigt. Wie aus 3 ersichtlich, weist ein Adapterstück 160 einen rohrartigen Abschnitt bzw. Rohrstutzen 161 auf, der an einem axialen Ende mit einem ersten Befestigungsflansch 162 zur direkten Befestigung des Adapterstücks 160 an der Aufnahmeplatte 150 und der am anderen axialen Ende mit einem zweiten Befestigungsflansch 163 zur direkten Befestigung des Arbeitszylinders 140 am Adapterstück 160 ausgebildet ist. Die Flanschebenen E1 und E2 des ersten Befestigungsflanschs 162 und des zweiten Befestigungsflanschs 163 am Adapterstück 160 sind schief (im Sinne von nicht-flächenparallel bzw. unparallel) zueinander ausgebildet. Die Schiefstellung der Flanschebenen E1 und E2 ist in 3 schematisch dargestellt und mit w bezeichnet. Die Betätigungsachse des Arbeitszylinders 140, die der Bewegungsachse des an der Kolbenstange des Arbeitszylinders 140 befestigten Dichtstempels 145 entspricht (siehe 2), ist ebenfalls in 3 schematisch dargestellt und mit B bezeichnet.
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Als Folge der zueinander schiefstehenden Flanschebenen E1 und E2 ist die Betätigungsachse B des an der Aufnahmeplatte 150 befestigten Arbeitszylinders 140 gegenüber der horizontalen Ebene H und/oder gegenüber der vertikalen Ebene V geneigt, wie insbesondere aus 2 ersichtlich. Der Winkel zwischen der Bewegungsachse B des Arbeitszylinders 140 und der horizontalen Ebene H ist in 2 schematisch dargestellt und mit a1 bezeichnet. Der Winkel zwischen der Bewegungsachse B des Arbeitszylinders 140 und der vertikalen Ebene V ist ebenfalls in 2 schematisch dargestellt und mit a2 bezeichnet. Die Bewegungsachse B des Arbeitszylinders 140 erstreckt sich also schief (im Sinne von nicht senkrecht bzw. nicht in Normalenrichtung) zur Aufnahmeplatte 150.
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Durch die über das Adapterstück 160 herbeigeführte Neigung a1 und/oder a2 der Bewegungsachse B wird eine an die auswechselbaren Werkzeugteile 112 und 122 und/oder Gesenke angepasste Ausrichtung des Arbeitszylinders 140 im Werkzeug 100 erzielt. Durch Drehen des Adapterstücks 160 oder durch Auswechseln gegen ein anderes Adapaterstück 160 kann die Ausrichtung des hierüber befestigten Arbeitszylinders 140 im Werkzeug 100 verändert und an die formgebenden Werkzeugteile 112 und 122 und/oder deren Gesenke angepasst werden. Ferner kann die Aufnahmeplatte 150 ausgewechselt werden, insbesondere um hierüber eine Anpassung der Höhenposition des Arbeitszylinders 140 im Werkzeug 100 zu erreichen. Gleichwohl sind die Arbeitszylinder 140, unter anderem wegen der massiv ausgebildeten und somit festen und verformungsarmen Aufnahmeplatten 150, mit hoher Steifigkeit im Werkzeug 100 angeordnet.
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Die durch Verändern der Position und Ausrichtung der Arbeitszylinder 140 gegebene Anpassfähigkeit des Werkzeugs 100 ermöglicht den Einsatz verschiedener formgebender Werkzeugteile 112 und 122 und/oder Gesenke zur Erzeugung unterschiedlicher Bauteile in diesem Werkzeug. Das Werkzeug 100 ist somit im Hinblick auf die Erzeugung unterschiedlicher Bauteile flexibel umrüstbar, was sich vorteilig auf die Investitionskostenumlage pro Bauteil auswirkt. Zudem werden Werkzeugbaukosten eingespart, da nicht mehr für jedes Bauteil ein eigenes Werkzeug herzustellen ist.
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Ferner ist der Umrüstaufwand am erfindungsgemäßen Werkzeug 100 bei einem Bauteilwechsel gering.
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Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, ist der erste Befestigungsflansch 162 zur Befestigung des Adapterstücks 160 an der Aufnahmeplatte 150 als Ringkranz bzw. Ringschulter mit Schraubbohrungen ausgebildet. Zum Befestigen des Adapaterstücks 160 an der Aufnahmeplatte 150 wird dieses von der den formgebenden Werkzeugteilen 112 und 122 zugewandten bzw. von der dem Arbeitszylinder 140 abgewandten Seite mit seinem rohrartigen Abschnitt 161 durch eine Ausnehmung bzw. einen bohrungsartigen Durchlass 151 in der Aufnahmeplatte 150 hindurch gesteckt und über den Ringkranz 162 mit der Aufnahmeplatte 150 verschraubt, wie aus 4 ersichtlich. Die Aufnahmeplatte 150 ist mit einer die Ausnehmung 151 umrandenden Ringnut 152 ausgebildet, in die der Ringkranz 162 des Adapterstücks 160 ohne überzustehen formschlüssig eingesetzt werden kann (siehe auch 2).
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Der Ringkranz 162 weist zwei Lochkreise für die Schraubbohrungen auf. Durch die Schraubbohrungen des äußeren Lochkreises hindurch kann mittels Schrauben die Verschraubung des Adapterstücks 160 mit der Aufnahmeplatte 150 erfolgen. Die Schraubbohrungen des äußeren Lochkreises erstrecken sich senkrecht zur Flanschebene E1. Durch die Schraubbohrungen des inneren Lochkreises hindurch erfolgt mittels Schrauben die Verschraubung des Arbeitszylinders 140 mit dem Adapaterstück 160. Der Arbeitszylinder 140 wird somit über die Ringkranzseite des Adapterstücks 160 mit diesem verschraubt, nachdem das Adapaterstück 160 mit der Aufnahmeplatte 150 verschraubt wurde. Die Schraubbohrungen des inneren Lochkreises erstrecken sich senkrecht zur Flanschebene E2 des zweiten Befestigungsflansches 163 und verlaufen vollständig oder zumindest teilweise durch die Wandung des rohrartigen Abschnitts 161 (siehe 3). Alle Schraubbohrungen sind als gewindefreie Durchgangsbohrungen ausgebildet. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, sind die beiden Lochkreise nicht konzentrisch bzw. exzentrisch zueinander angeordnet. Ferner ist die Durchtrittsöffnung 165 für den Dichtstempel 145 exzentrisch zum Außenumfang des Ringkranzes 162 ausgebildet.
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Das Adapterstück 160 ist einstückig aus einem Metallmaterial, insbesondere einem Stahlmaterial, gebildet. Auch die Aufnahmeplatte 150 ist im Wesentlichen einstückig aus einem Metallmaterial, insbesondere einem Stahlmaterial, gebildet. Mit 155 sind an der Aufnahmeplatte 150 angeordnete Zuführ- und Abführanschlüsse für das Fluid zum Innenhochdruckformen bezeichnet (siehe 2).
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Werkzeug
- 110
- Oberwerkzeug (Werkzeugoberteil)
- 111
- obere Werkzeuggrundplatte
- 112
- oberes formgebendes Werkzeugteil (Obergesenk)
- 120
- Unterwerkzeug (Werkzeugunterteil)
- 121
- untere Werkzeuggrundplatte
- 122
- unteres formgebendes Werkzeugteil (Untergesenk)
- 123
- Wanne
- 124
- Verstellnut
- 125
- Fixierklotz
- 140
- Arbeitszylinder
- 145
- Dichtstempel
- 150
- Aufnahmeplatte
- 151
- Ausnehmung
- 152
- Ringnut
- 153
- Nutführungsmittel
- 154
- Eingriffselement
- 155
- Zuführ- und Abführanschlüsse
- 156
- Fixierbohrungen
- 160
- Adapterstück
- 161
- rohrartiger Abschnitt / Rohrstutzen
- 162
- erster Befestigungsflansch / Ringkranz
- 163
- zweiter Befestigungsflansch
- 165
- Durchtrittsöffnung
- 170
- Lagerelement
- B
- Betätigungs-, Bewegungsachse
- E1
- Flanschebene (erster Befestigungsflansch)
- E2
- Flanschebene (zweiter Befestigungsflansch)
- H
- horizontale Ebene
- V
- vertikale Ebene
- a1
- Winkel gegenüber der horizontalen Ebene
- a2
- Winkel gegenüber der vertikalen Ebene
- w
- Flächenwinkel
