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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug mit Lochstempel gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Blechbauteile durch Pressumformen herzustellen. Diese Blechbauteile werden insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt als Karosseriestrukturbauteile oder aber auch Karosserieaußenhautbauteile. Hierzu werden metallische Werkstoffe, insbesondere Stahlwerkstoffe, in Platinenform bereitgestellt, wobei die Platinen dann in Pressformwerkzeuge eingelegt werden und durch entsprechendes Pressumformen umgeformt werden. Hierzu weist ein Pressformwerkzeug ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug auf, wobei Oberwerkzeug und Unterwerkzeug eine Vertikalbewegung durchführen und dann zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug ein Formhohlraum verbleibt, welcher der Platine eine entsprechende dreidimensionale Kontur verleiht.
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Aus dem Stand der Technik ist insbesondere die Warmumform- und Presshärttechnologie bekannt, bei der die Platine vor der Erwärmung auf über Austenitisierungstemperatur, mithin auf mehr als 850 °C aufgeheizt wird, so dass eine Austenitisierung stattgefunden hat. Die Platine wird dann im warmen Zustand umgeformt, da sie in diesem Zustand hohe Formgebungsfreiheitsgrade bei in Relation gering aufzubringenden Umformkräften besitzt. Im Anschluss daran wird die Platine derart schnell abgekühlt bzw. abgeschreckt, dass eine Umwandlung des austenitischen Gefüges in martensitisches Gefüge entsteht und hierdurch dann eine deutlich höhere Festigkeit bzw. Härteeigenschaften eingestellt werden. Eine Gefahr verzögerter Rissbildung oder das Auftreten von Mikrorissen wie beim Hartschneiden wird so vermieden.
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Es sind mitunter jedoch nicht nur Formgebungsoperationen, sondern auch Lochungs- oder aber Beschnittoperationen vor der Härtung durchzuführen, da der Einsatz der Kräfte zum Lochen oder aber Beschneiden sowie der Verschleiß der Loch- oder aber Beschnittwerkzeuge hier geringer sind als bei einem gehärteten Bauteil.
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In ein entsprechendes Bauteil müssen insbesondere derart Ausnehmungen oder Löcher eingebracht werden, so dass Schraubverbindungen hergestellt werden können oder aber auch Kabeldurchführungen stattfinden können. Um solche Ausnehmungen an einem Bauteil herzustellen, sind entsprechende Lochstempel aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist ein kombiniertes Umform- und Lochwerkzeug aus der
DE 10 2008 034 996 B4 bekannt. Hierbei wird mit dem Umformen selber eine entsprechende Lochoperation durchgeführt.
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Kommen nunmehr dreidimensional komplex geformte Bauteile zum Einsatz oder aber Bauteile mit voneinander verschiedenen Wandstärken, so kommt es in dem Formhohlraum mitunter zu unpräzisem Anlagenkontakt gerade im Bereich des Lochstempels zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug sowie der dazwischen befindlichen bereits weitgehend ausgeformten Platine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik, ein Umformwerkzeug aufzuzeigen, mit dem es möglich ist, unabhängig von den Wanddicken des herzustellenden Bauteils und/oder dem Verschleißzustand des Umformwerkzeuges, Lochungen mit hoher Präzision durchzuführen.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Umformwerkzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das Umformwerkzeug zum Pressumformen einer Platine weist ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug auf, wobei bei geschlossenem Umformwerkzeug zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug ein Formhohlraum verbleibt und ein relativ gegenüber dem Umformwerkzeug in einer Bewegungsrichtung verfahrbarer Lochstempel vorgesehen ist, der zumindest in den Formhohlraum einfahrbar ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Lochstempel elastisch mit mindestens einem Bewegungsfreiheitsgrad gelagert ist, wobei der Bewegungsfreiheitsgrad quer zur Bewegungsrichtung des Lochstempels orientiert ist.
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Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug ist insbesondere als Warmumform- und Presshärtwerkzeug ausgebildet. Wird nunmehr das Umformwerkzeug in einer Serienfertigung betrieben, so unterliegt zum einen das Umformwerkzeug selber einem abrasiven Verschleiß und/oder es kommt aufgrund von Bauteilen mit unterschiedlicher Wandstärke zu Ungenauigkeiten im Anlagenbereich zwischen Oberwerkzeug und Platine sowie Platine und Unterwerkzeug, insbesondere im Bereich des Lochstempels.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass der Lochstempel zumindest teilweise, insbesondere vollständig in den Formhohlraum einfährt und ganz besonders bevorzugt diesen durchfährt und dabei die Lochung durchführt. Das ausgetriebene Material kann dann in einem dem Lochstempel gegenüberliegenden Bereich aufgenommen werden oder aber auch über einen entsprechenden Abführkanal dann den gelochten Ausschnitt direkt abführen. Kommt es zu einer derartigen Ungenauigkeit, dass beim Anfahren eines aus dem Stand der Technik bekannten Lochstempels ein Verklemmen stattfinden würde, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein weiterer Bewegungsfreiheitsgrad des Lochstempels vorgesehen ist, der quer zur Bewegungsrichtung des eigentlichen Lochvorganges angeordnet ist. Dem Lochstempel wird somit eine Toleranzausgleichmöglichkeit gegeben, so dass dieser dennoch die Lochung durchführt und gleichzeitig selbst nicht verklemmt. Die elastische Lagerung wird somit im Wesentlichen in Radialrichtung des Lochstempels ausgebildet. Dabei kann der Lochstempel nur in eine Radialrichtung elastisch gelagert sein, alternativ in zwei gegenüberliegende Radialrichtungen elastisch gelagert sein oder aber radial umlaufend elastisch gelagert sein.
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Insbesondere ist dieser Toleranzausgleich erfindungsgemäß durch eine radiale elastische Lagerung ausgebildet in Verbindung mit einer Fase an dem Kopf des Lochstempels sowie einer entsprechenden Gegenfase bzw. Innenfase an dem Loch des dem Lochstempel gegenüberliegenden Werkzeuges, in das der Lochstempel einfährt. Ein entsprechender Toleranzausgleich findet somit bei Ausführung der Bewegung in Bewegungsrichtung zum Lochen derart statt, dass der Lochstempel durch die Platine hindurchfährt und aufgrund von Fase eine Zentrierung zur gegenüberliegenden Lochmatrize stattfindet. Die Rückbewegung des Lochstempels in seine Ausgangslage erfolgt durch die radial umlaufend elastische Lagerung. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass nur der Lochstempel eine Fase aufweist oder alternativ das Loch, in das der Lochstempel auf der gegenüberliegenden Seite einfährt, eine entsprechende Innenfase aufweist. Alternativ kann der Lochstempel auch zu seinem freien Ende hin verjüngt ausgebildet sein. Insbesondere ist das freie Ende dann mit seinem Außenradius kleiner ausgebildet als ein Innenradius einer korrespondierenden Öffnung, in die der Lochstempel einfährt. Auch hierdurch würde dann eine Eigenzentrierung in Verbindung mit der radialen Lagerung ausgeführt werden.
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Im Ergebnis können somit Lochungen in einem Bauteil innerhalb eines Umformwerkzeuges durchgeführt werden, unabhängig von dem Verschleißzustand des Umformwerkzeuges und/oder eventueller Ungenauigkeiten des Anlagenkontaktes der Platine innerhalb des Formhohlraumes, insbesondere bedingt durch voneinander verschiedene Wandstärken und/oder komplexe Umformgrade.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass insbesondere der Lochstempel nicht nur eine in Werkzeugschließrichtung mithin maßgeblichen Vertikalrichtung ausführende Bewegung durchführt, sondern in jedem dazu orientierten Winkel eine Lochbewegung durchführen kann und insbesondere eine Lochbewegung in Horizontalrichtung durchführt. Dazu ist der Lochstempel insbesondere auf einem Schlitten gelagert, wobei der Schlitten bevorzugt von einer dritten Antriebsquelle relativ zu dem Umformwerkzeug verfahrbar ist. Insbesondere ist der Lochstempel in dem Oberwerkzeug oder in dem Unterwerkzeug gelagert, so dass die Antriebsquelle dann den Lochstempel relativ gegenüber dem Oberwerkzeug oder aber dem Unterwerkzeug verfährt. Die Antriebsquelle selbst ist mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder aber auch pneumatisch ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird insbesondere ein Servoantrieb oder aber auch ein Hydraulikantrieb verwendet. Auch ist es möglich, dass eine entsprechende Umlenkkinematik vorgesehen ist, so dass der Lochstempel mit dem Pressenantrieb selbst verbunden ist. Nunmehr wird der Schlitten zur Ausführung der Lochungsbewegung in Richtung des Formhohlraumes bewegt, wobei der Lochstempel selbst als länglicher Fortsatz an dem Schlitten festgelegt ist.
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Der Lochstempel ist derart an dem Schlitten festgelegt, dass dieser an einem Fußbereich schubstarr in Bewegungsrichtung mit dem Schlitten gekoppelt ist. Insbesondere erfolgt die schubstarre Koppelung über einen Zylinder oder aber einen Kugelkopf, jeweils nach dem Prinzip einer Gleitlagerung. Durch den Zylinder wird es ermöglicht, dass der Lochstempel eine Schwenkbewegung zumindest um wenige Grad um die Zylinderachse durchführt. Bei Verwendung eines Kugelkopfes kann der Lochstempel eine rotierende Schwenkbewegung um den Kugelkopf ausführen. Nunmehr ist der Lochstempel als länglicher Fortsatz ausgebildet und in Richtung zu seinem kopfseitigen Ende radial elastisch gelagert. Insbesondere erfolgt diese Lagerung durch elastische Lagerringe, die auf den Lochstempel aufgeschoben sind und/oder diesen radial umfassen. Bevorzugt sind die Lagerringe selbst austauschbar, so dass eine entsprechende Wartung des Lochstempels möglich ist. Insbesondere sind die Lagerringe in einem Hohlraum des Schlittens angeordnet und mit einem Verschlussring, beispielsweise einem Sprengring oder aber einer Verschlusskappe gegen axiale Bewegung lagegesichert.
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Die Lagerringe sind im Rahmen der Erfindung insbesondere aus einem temperaturbeständigen Werkstoff ausgebildet, so dass diese auch zumindest kurzzeitig Temperaturen oberhalb von 200 °C oder mehr standhalten. Alternativ ist es möglich, dass am Lochstempel in Radialrichtung angreifende Federelemente angeordnet sind, die dann die elastische Lagerung des Lochstempels übernehmen. Insbesondere sind die Federelemente aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, so dass diese temperaturstabil auch gegenüber Temperaturen oberhalb von 200 °C, insbesondere oberhalb von 500 °C sind.
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Der Lochstempel weist weiterhin an seinem Kopf eine Fase auf. Komplementär zu der Fase weist der gegenüberliegende Bereich des Umformwerkzeuges mithin insbesondere einen Bereich am Unterwerkzeug im Falle dessen, dass der Lochstempel an dem Oberwerkzeug relativ verfahrbar gelagert ist, eine Innenfase auf. Der Lochstempel fährt also in die Innenfase sowie die dahinter befindliche Öffnung zur Ausführung der Lochbewegung ein. Hierzu ist besonders bevorzugt eine austauschbare Lochplatte, nachfolgend auch als Lochmatrize bezeichnet, vorgesehen. In einer Ausgestaltung kann das Loch sowie die Innenfase direkt in das Werkzeug bzw. die Formoberfläche eingelassen sein. Bei Ausführung einer Serienfertigung kann es hier jedoch zu einem derartigen Ausleihern kommen, dass das Formwerkzeug in einem noch akzeptablen Zustand ist, die Innenfase sowie die dahinter befindliche Öffnung jedoch einer Revision bedürfte. Hierzu sieht die vorliegende Erfindung vor, dass eine Lochplatte in dem Bereich der Ausnehmung angeordnet ist und die Lochplatte austauschbar ist. Hierdurch kann zum einen dem Verschleiß und damit aufwändigen Aufschweißarbeiten am Unterwerkzeug bei der Instandsetzung vorgebeugt werden, es kann jedoch auch durch Austausch der Lochplatte mit einer anderen Positionierung des Loches eine Nachjustierung für den Lochvorgang durchgeführt werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere bei Verwendung eines Presshärtewerkzeugs vorstellbar, dass die Lochplatte selbst wiederum gekühlt oder aber kühlbar ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Lochplatte an einem entsprechenden Kühlkanal des Unterwerkzeuges verschließend angeordnet oder aber mit diesem gekoppelt, so dass auch hier eine Wärmeabfuhr über die Lochplatte ermöglicht wird.
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Im Rahmen der Erfindung werden insbesondere hochfeste oder aber höchstfeste Stahlplatinen zu einem Kraftfahrzeugbauteil umgeformt mittels Warmumformen und Presshärten. Die Lochung selber findet insbesondere vor dem eigentlichen Härtungsvorgang der Platine bzw. des geformten Bauteils statt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug in Querschnittsansicht;
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2a) und b) ein geschlossenes Umformwerkzeug mit Lochstempel in Detailansicht vor und nach der Lochung;
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3 die Verschwenkbarkeit des erfindungsgemäßen Lochstempels und
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4 ein erfindungsgemäßer Lochstempel mit Lochblech
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug 1, aufweisend ein Oberwerkzeug 2 und ein Unterwerkzeug 3 im geöffneten Zustand. Zwischen Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3 ist eine Platine 4 eingelegt. Bei Ausführung einer Schließbewegung in Vertikalrichtung 5 entsteht zwischen Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3 ein Formhohlraum 7, der der Platine 4 die gewünschte Formgebung verleiht. Ferner ist in dem Oberwerkzeug 2 eine Lochstempelanordnung 6 vorgesehen, welche in Bewegungsrichtung B beweglich zu dem Oberwerkzeug 2 gelagert ist. Die Bewegungsrichtung B ist dabei im Wesentlichen horizontal ausgeführt, wohingegen die Schließbewegung des Oberwerkzeuges 2 in Vertikalrichtung 5 ausgeführt wird. Die Lochstempelanordnung wird in einer Schlittenführung 23 beweglich gelagert, so dass diese in Bewegungsrichtung B verlagerbar ist.
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2a) und b) zeigen eine Detailansicht bei geschlossenem Umformwerkzeug. In 2a) ist das Umformwerkzeug 1 nahezu vollständig geschlossen und in 2b) ist dieses vollständig geschlossen und die Lochstempelanordnung 6 hat die Relativbewegung in Bewegungsrichtung zur Durchführung der Lochung ausgeführt. Zu erkennen ist der entstehende Formhohlraum 7 zwischen Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3, wobei es bei 2b) gut ersichtlich ist, dass es zu Ungenauigkeiten, beispielsweise verbleibenden Hohlräumen 8 bei vollständig geschlossenem Umformwerkzeug 1 kommen kann. Nunmehr hat gemäß 2b) die Lochstempelanordnung 6 die Lochbewegung in Bewegungsrichtung B ausgeführt und ein entsprechender Ausschnitt, auch als Butzen 9 bezeichnet, fällt in einen nicht näher dargestellten Auffangraum oder aber Hohlraum im Unterwerkzeug 3, so dass dieser entsprechend, beispielsweise zur Wiederverwertung abgeführt werden kann.
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Damit nunmehr eine präzise Lochung durchgeführt werden kann und in Bewegungsrichtung B kein Verkanten des Lochstempels 6 erfolgt, ist dieser insbesondere orthogonal zu seiner Bewegungsrichtung B elastisch gelagert. Es ist somit möglich, dass der Lochstempel 10 in die elastische Bewegungsrichtung E eingezeichnet oder aber in die Bildebene oder aus der Bildebene heraus bewegt wird, insbesondere durch eine Eigenzentrierung. Sollte es nunmehr zu Ungenauigkeiten bei einem Anlagenkontakt oder zu einem weitergehenden Verschleiß von Oberwerkzeug 2 oder Unterwerkzeug 3 kommen, können diese Ungenauigkeiten durch die elastische Bewegung des Lochstempels 10 ausgeglichen werden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Lochstempel 10, wie in 3 dargestellt, schubstarr mit einem Schlitten 11 in Bewegungsrichtung B der Lochstempelanordnung 6 gekoppelt ist. Diese schubstarre Koppelung im Fußbereich 12 des Lochstempels 10 wird durch einen Kugelkopf 13 oder aber einen Zylinder realisiert. Hierdurch ist es möglich im Falle eines Zylinders, dass eine Schwenkbewegung S oder im Falle eines Kugelkopfes 13 eine dreidimensionale Schwenkbewegung S bei gleichzeitig schubstarrer Koppelung in Bewegungsrichtung B ausgeführt wird. Somit kann der Lochstempel 10 um wenige Grad in einem Winkel α geschwenkt werden. Im Falle eines Kugelkopfes 13 ist zusätzlich bevorzugt ein Verdrehsicherungsstift 14 angeordnet, so dass sich der Lochstempel 10 nicht um seine Längsachse L dreht, sondern nur die Schwenkbewegung S ausführt.
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Damit nunmehr grundsätzlich eine Ausgangsposition nach der Schwenkbewegung S wieder eingenommen wird oder der Lochstempel 10 in Radialrichtung R in dem Schlitten 11 elastisch gelagert durch elastische Lagerungsringe 15. Die elastischen Lagerungsringe 15 sind wiederum durch einen Sicherungsring 16 in Axialrichtung gesichert. Der Sicherungsring 16 weist zudem eine Öffnung 17 auf, die als Begrenzung dienen kann, so dass bei formschlüssigem Kontakt zwischen Lochstempel 10 und Öffnung 17 eine Begrenzung der Schwenkbewegung S in Radialrichtung R erfolgt.
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Damit nunmehr die Eigenzentrierung stattfindet ist am Kopf 18 des Lochstempels 10 eine umlaufende Fase 19 ausgebildet.
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Gemäß der Darstellung in 4 kommt es somit bei Ausführung der Lochbewegung in Bewegungsrichtung B und Durchtreiben des Lochstempels 6 durch den Formhohlraum 7, hier dargestellt ohne Platine, zu einem Eintauchen des Lochstempels 6 in eine Öffnung 20 auf der dem Lochstempel 6 gegenüberliegenden Seite. Hierzu ist bevorzugt eine austauschbare Lochplatte 21 in dem schematisch angedeuteten Unterwerkzeug 3 vorgesehen, wobei an der Lochplatte 21 bzw. am Eintritt der Öffnung 20 in der Lochplatte 21 eine Innenfase 22 ausgebildet ist. Somit kann eine Schwenkbewegung S in Radialrichtung R bei Ausführen der Lochbewegung in Bewegungsrichtung B durchgeführt werden und im Zusammenspiel zwischen Fase 19 und Innenfase 22 findet eine entsprechende Eigenzentrierung statt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umformwerkzeug
- 2
- Oberwerkzeug
- 3
- Unterwerkzeug
- 4
- Platine
- 5
- Vertikalrichtung
- 6
- Lochstempelanordnung
- 7
- Formhohlraum
- 8
- Hohlraum
- 9
- Butzen
- 10
- Lochstempel
- 11
- Schlitten
- 12
- Fußbereich zu 10
- 13
- Kugelkopf
- 14
- Verdrehsicherungsstift
- 15
- elastischer Lagerungsring
- 16
- Sicherungsring
- 17
- Öffnung zu 16
- 18
- Kopf
- 19
- Fase
- 20
- Öffnung
- 21
- Lochplatte
- 22
- Innenfase
- 23
- Schlittenführung zu 2
- B
- Bewegungsrichtung
- E
- elastische Bewegungsrichtung
- L
- Längsachse
- S
- Schwenkbewegung
- R
- Radialrichtung
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008034996 B4 [0005]
