DE2133522A1 - Preßkraftregler für Tiefziehpressen - Google Patents

Description

PAUMIER INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Ohio, Canton, Stark County, Ohio (V. St. A.)

Presskraftregler für TiefZiehpressen

Die Erfindung betrifft TiefZiehpressen zur Herstellung von Büchsen, Hülsen o.dgl. aus Blechen, insbesondere eine Vorrichtung zur Regelung der Widerstandskraft beim Abwärtshub der Pressenmechanik*

Beim Tiefziehen von Werkstücken, z.B. Büchsen, aus Blechmaterial müssen Verzerrungen, z.B. Beulen oder Kräuseln, des Materials beim Ziehen und formen dea Materials über eine Matrize vermieden werden. Bei der Verwendung von Standard-Metallegierungen und relativ einfach geformten Standard-Matrizen wird das Beulen oder Kräuseln bei den bekannten Pressen lediglich dadurch vermieden, daß während des Ziehhubes der Presse eine variable Widerstandskraft aufgebracht wird. Die bekannten Pressen erzeugen die größte erforderliche Widerstandskraft zu Beginn jedes Ziehhubes; die Höhe der erforderlichen Kraft ist für jede Materialart unterschiedlich. Infolge dieser inflexiblen Konstruktion nimmt die Widerstandskraft mit fortschreitendem Ziehhub ab. Dadurch werden oft für jedes zu ziehende Material Widerstandsmechaniken unterschiedlicher Kon-

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struktion erforderlich; ferner läßt sich dadurch der Widerstandsdruck nicht lückenlos aufbringen.

Durch die Einführung des Einsatz® γοη Aluminiumblech für viele Werkstücke, die früher aus verzinntem Blech oder anderen Legierungen tiefgezogen wurden, insbesondere durch die Einführung von Aluniniualegierungen wie z.B. der Legierung H 19, wurde es erforderlich, dem aus den Standardwalzspezifikationen resultierenden variablen Abstand zwischen Streck- und Brushgrenze, der relativen Dehnung, der Verformbarkeit und variablen Richtungseigenschaften besondere Beachtung zu schenken. Wenn diese Faktoren beachtet werden müssen, arbeiten die genannten Widerstandskraftregler nicht sehr zufriedenstellend.

Durch den Einsatz von modernen Aluminiumlegierungen sind die bekannten Regelsysteme schnell veraltet, da geringe Änderungen der Metallblechdicke, der Bruchgrenze, der Streckgrenze, der relativen Dehnung, der Verformbarkeit und der Richtungseigenschaften, sowie geringe Änderungen der Konfiguration der zu ziehenden Büchse oder des zu siehenden Werkstückes nun bessere Regelsysteme erfordern, inabesondere solche legeleyateme, die sich zur Kompensation dieser Änderungen leicht verstellen lassen.

Aufgäbe der Erfindung ist» einen verbesserten Presskraftregleg für Tiefziehpressen vorzuschlagen, der Verzerrungen des tiefzuziehendem Materials verhindert, and der sieh ferner leicht derart verstellen läßt, daä sich mit der Tiefziehpresse sowohl alle Blechmatesialarten einschließlich solcher Legierungen wie z.B. H 19-Alumium, als such nichtmetallische Blechmaterialien, einschließlich solcher Materialien mit änderungen der Streckgrenz©, der Bruchgre&se, der relativen Dehnung, der Verformbarkeit und d«j? Hiehtuagsaigenachaften ver-10988S/1228

arbeiten lassen.

Die zur Erfüllung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagene Regelvorrichtung besitzt einen Zylinder, einen in dem Zylinder bewegbar angeordneten ersten Kolben, der der Abwärtsbewegung der Presse einen nachgebenden Widerstand entgegensetzt, einen zweiten nachgebend in dem Zylinder bewegbaren Kolben, und Einrichtungen zur Bewegung des ersten Kolbens in Abhängigkeit von dem Abwärtshub der Tiefziehpresse. Der zweite Kolben ist selektiv durch die Bewegung des ersten Kolbens betätigbar, wodurch sich die dem Abwärtshub der Presse entgegengesetzte Widerstandskraft selektiv progressiv erhöhen läßt.

Im allgemeinen wird eine übliche Tiefziehpresse mit einem erfindungsgemäßen Presskraftregler ausgerüstet, der die Geschwindigkeit des Stößels und die anschließend im Kollisionspunkt erzeugte Kraft derart ausnutzt, daß die anfänglich erforderliche hohe Widerstandskraft erzeugt wird. Diese Kraft ist jedoch geringer als die Kraft der bekannten Pressen. Danach wird nach einer gewissen einstellbaren Verzögerungszeit die durch die Stößelgeschwindigkeit erzeugte Widerstandskraft durch eine grössere Widerstandskraft ersetzt. Die einleitend dem Pressenhub entgegengesetzte Widerstandskraft wird von dem ersten Kolben erzeugt; der erste Kolben besitzt eine einem Druckmedium ausgesetzte kleine Fläche, so daß nur die zum Einleiten des Tiefziehprozesses erforderliche geringe Kraft (kombiniert mit der Stößelkraft) erzeugt wird. Da die aus der Stößelgeschwindigkeit resultierende Kraft abnimmt und der Einfluß des geringen Mediumdruckes in dem Maße abnimmt, in dem der erste Kolben ausgelenkt wird, wird diese Kraft durch die zusätzliche Widerstandskraft des zweiten Kolbens ersetzt,

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wenn der erste Kolben den zweiten Kolben berührt. Der zweite Kolben besitzt üblicherweise eine große Arbeitsfläche und erzeugt daher eine wesentlich größere Widerstandskraft. Dem restlichen Tiefziehhub wird dann die auf beide Kolben wirkende Widerstandskraft entgegengesetzt. Der Raum zwischen den Kolben ist einstellbar, so daß sich die Wirkungsdauer der kleinen Widerstandkraft vorgeben läßt; ferner ist der Druck durch die Geschwindigkeit des Stößels variierbar.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer in den Zeich-) nungen dargestellten Ausfuhrungsform ausführlich beschrieben. Es zeigt:

Pig. I einen fragmentarischen axialen Querschnitt einer üblichen Tiefziehpresse mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemaßen Presskraftreglers zu Beginn des Ziehhubes;

Fig. 2 den gleichen Querschnitt wie Fig. 1, der jedoch die Tiefziehpresse in einer Position unmittelbar nach dem Beginn des Ziehhubes zeigt;

^ Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt des Tiefzieh-

bleches und eines Teiles des Ziehwerkzeuges gemäß Fig. 2;

Fig. 4 den gleichen Querschnitt wie Fig. 1, der jedoch die Tiefziehpreene in einer Position weitgehend am Ende des Ziehhubeo zeigt;

Fig. 5 den gleichen Querschnitt wie Fig. 4, der jedoch die Tiefziehpresse in eirmr Position unmittelbar nach Beginn des Aufwärtßhubes zeigt;

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Pig. 6 den gleichen Querschnitt wie Pig. 5, der jedoch die Tiefziehpresse in einer Position weitgehend am Ende des Aufwärtshubes zeigt;

Fig. 7 einen Schnitt 7-7 gemäß Pig. I.

Gemäß Pig. 1 bis 7 besitzt eine erfindungsgemäße Tiefziehpresse 10 ein ringförmiges Pressenbett 11 mit einem Matrizenrahmen 12. Auf dem Matrizenrahmen 12 ist ein Matrizenhalter 13 befestigt. Der Matrizenhalter 13 besitzt an seiner Oberseite zwei konzentrische kreisförmige Vertiefungen 14 und 15. Die Vertiefung 14 dient zur Aufnahme eines Matrizenringes 16, während die Vertiefung 15 zur Aufnahme des unteren Endes eines Matrizenblockes 17 dient. Zwei Druckstifte 18 erstrecken sich aufwärts durch den Matrizenrahmen 12 und den Matrizenhalter 13 in den Raum zwischen dem Matrizenblock 17 und dem Matrizenring 16. Ein Druckring 19 liegt auf den Druckstiften 18 auf. Der Ring 19 besitzt einen ringförmigen Bund 20, der an einer Schulter 21 des Matrizenringes 16 anliegt. Es ist ersichtlich, daß die axiale Höhe des Matrizenringes 16 in der Vertiefung 14 plus der Höhe des Matrizenhalters 13 und des Matrizenrahmens 12 gleich der axialen Höhe des Druckringes 19 und der Druckstifte 18 und ebenfalls gleich der axialen Höhe des Matrizenblockes 17 in der Vertiefung 15 plus der axialen Höhe des Matrizenhalters 13 und des Matrizenrahmens 12 ist,so daß eine ebene Fläche für die kontinuierliche Zuführung von Tiefziehblech B besteht.

Ein Pressenschlitten 30 trägt einen ringförmigen Stempelhalter 31f der Vertiefungen 32 zur Aufnahme von Zöpfen von Positionierbolzen 33 besitzt. Die Bolzen 33 tragen einen Abstreifring 34, der von Federn 35 gegen das Blech B gedrückt wird. Der Stempelhalter 31 besitzt eine zentrale kreisförmige Vertiefung 36, die zur Aufnahme des 109885/1228

oberen Endes eines Matrizenringes 37 dient. Der Matrizenring 37 besitzt eine Schulter 38 an der ein inneres Matrizenelement 39 anliegt.

Durch den Pressenschlitten 30 und die Stempelhalter 31 abwärts erstreckt sich eine Stange 40, die an ihrem unteren Ende einen Profilstempel 41 trägt. Die Stange 40 wird normalerweise von einer ihr oberes Ende zwischen einem Ring 43 und dem Pressenschlitten 30 umgebenden Schraubenfeder 42 in ihrer oberen Stellung gehalten.

Die obere innere Oberfläche des ringförmigen Stempelhalters 31 ist mit einem Innengewinde 44 ausgerüstet, daß zur Aufnahme einer Stellmutter 45 zum Vorspannen von Tellerfedern 46 dient. Die Tellerfedern 46 halten das innere Matrizenelement 39 an der Schulter 38 und an dem Profilstempel 41.

Die bisher beschriebene TiefZiehpressenmechanik ist eine dem Stand der Technik gemäße Pressenkonstruktion; sie ist daher nur allgemein beschrieben. Einzelheiten der Pressenkonstruktion sind für das Prinzip der Erfindung unbedeutend.

Ein erfindungsgemäßer Presskraftregler 50 ist in einer Öffnung des ringförmigen Pressenbettes 11 angeordnet, der Regler 50 besitzt einen ersten Zylinderteil 51» in der ein erster Kolben 52 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 52 besitzt einen kappenförmigen Querschnitt mit einem Boden 53 und einer aufrechten Seitenwand 54. Auf der ringförmigen Oberseite der Seitenwand 54 liegen die unteren Enden der Druckstifte 18 der Presse 10 auf. Am oberen Ende ist der Kolben 52 mit einem radialeny ringförmigen Bund 55 ausgerüstet, der, wie später" ϊ&ί^ω schrieben,· eine relativ kleine Arbeitsfläche 56

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Der Boden 53 des Kolbens 52 erstreckt sich durch einen Innenbund 57 des Zylinderteils 51 in eine Luftkammer 58. Die Luftkammer 58 wird von einem zweiten Zylinderteil 59 gebildet. Dadurch bildet der Bund 57 eine Trennwand zwischen den Zylinderteilen 51 und 59.

Im zweiten Zylinderteil 59 ist verschiebbar ein zweiter Kolben 61 mit weitgehend T-förmigem Querschnitt angeordnet, dessen oberer Teil 62 sich derart zwischen den Wänden des Zylinderteiles 59 erstreckt, daß er auf der einen Seite die Kammer 58 und auf der anderen Seite eine Kammer 63 begrenzt. Das untere sich durch den Boden 64 des Zylinderteils 59 erstreckende Ende des T-förmigen Kolben besitzt ein Gewindeende zur Aufnahme von Justiermuttern 65. Die Muttern 65 dienen zur Einstellung der Ausgangsposition des Kolbens 61 im Zylinderteil 59 und damit zur Einstellung der Größe der Kammer 58 und des Weges des Kolbens 61.

Die Kammer 63 des Zylinderteiles 59 steht über eine in den Boden 64 eingeschraubte Rohrleitung 66 mit einer Druckmediumquelle (nicht dargestellt) in Verbindung. Ferner ist die Kammer 63 durch einen in den Enden der Zylinderteile 59 und 51 gebildeten Kanal 67 mit der Kammer des Zylinderteiles 51 verbunden; dadurch wirkt der Mediumdruck auf die Arbeitsfläche 56 des Kolbens 52. Es wird hier unterstellt, daß das verwendete Medium Druckluft ist. Es ist jedoch offensichtlich, daß sich dsr beschriebene Regler auch mit Öl oder einem anderen Hydratilikmedium betreiben läßt.

Obwohl offensichtlich ist, daß sich auch ein einteiliger Zylinder zur Aufnahme der beiden Kolben 52 und 61 eineet*en läßt, sind separate Zylinderteile 51 und 59 dargestellt, äie durch sehrere BoIten 60 «itelna&der verbunten und mn äem lirfcri»enr»hmen 12 befestigt Bind. Se 103*85/1228

ist jedoch offensichtlich, daß unabhängig davon, ob ein einteiliger oder ein zweiteiliger Zylinder verwendet wird, die beiden Zylinderkammerη für die beiden Kolben voneinander getrennt sein müssen.

Punktionsgemäß wirkt in der Ruhestellung gemäß Pig. I der Tiefziehpresse 10 Druckluft in der Kammer 63 auf den zweiten Kolben 61 (nachdem die Muttern 65 wunschgemäß positioniert worden sind) und durch den Kanal 67 in dem ersten Zylinderteil 51 auf die Arbeitsfläche 56 des er-

fc sten Kolben 52. In dieser Stellung befinden sich der Pressenschlitten 30 und seine zugeordneten Elemente in ihrer obersten Position; das Tiefziehblech B ist bereit zum Schneiden und zum Tiefziehen zu einem gewünschten Fertigprodukt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Fertigprodukt eine kleine Büchse für Lebensmittelspezialitäten, deren Form aus dem zueinander passenden Flächen des Matrizenblockes 17 und des Profilstempels 41 ersichtlich ist. Dieses Fertigprodukt ist hier nur als typisches Beispiel dargestellt; es ist offensichtlich, daß das beschriebene erfindungsgemäße Prinzip zur Regelung der Widerstandskraft einsetzbar ist, unabhängig von der Konfiguration des zu ziehenden Werkstückes. Je-

W doch ist die dargestellte Form in den bekannten Pressen besonders schwierig zu ziehen, bei denen in und um die Konturen des Profilstempels 41 Beulen und Kräuseln auftritt.

Wenn der Schlitten 30,von einem üblichen Pressenmotor (nicht dargestellt) angetrieben,seinen Abwärtshub beginnt, schneidet der Matrizenring 37 das erforderliche Stück Tiefziehblech B aus und das innere Matrizenelement 39 beginnt das Tiefziehblechstück entlang des Matrizenblockes 17 zu ziehen. Dieser in Fig. 2 dargestellten Abwärtsbewegung wird anfangs nur die von dem auf die Arbeitsfläche 56 des Kolbens 52 wirkenden Mediumdruck er-

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zeugte und von den Druckstiften 18 übertragene Widerstandskraft fließend entgegengesetzt; dadurch wird das Tiefziehblech schnell und sauber abgetrennt, ohne daß in dem Bereich 47 gemäß Fig. 3 Beulen auftreten. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 52 wird die in der Kammer 58 eingeschlossene Luft durch Entlüftungsbohrungen 68 hinausgedrückt.

In der in Pig. 2 dargestellten Position hat sich der zweite Kolben 61 noch nicht bewegt; der erste Kolben 52 ist gerade erst mit dem zweiten Kolben 61 in Berührung gekommen. Der weitere zum Ziehen des Bleches B über den Matrizenblock 17 erforderlichen Abwärtsbewegung des Schlittens 30 wird jedoch der Widerstand der auf die beiden Kolben 52 und 61 wirkenden Druckluft entgegengesetzt. Da der Kolben 61 eine größere der Druckluft ausgesetzte Arbeitsfläche besitzt, erhöht sich die Widerstandskraft. Am Ende des Abwärtshubes gemäß Fig. 4 haben sich die Stellmuttern 65 mit dem Kolben 61 von dem Boden 64 wegbewegt. Diese Erhöhung des Widerstandes gegen den Abwärtshub stellt ein sorgfältiges und langsames Ziehen des Bleches B in die endgültige Form sicher, währenddessen der Druck derart sorgfältig geregelt wird, daß nur eine Annäherung an die Streckgrenze jedoch keine Überschreitung der Bruchgrenze stattfindet. Dies ist bei solchen Metallen besonders kritisch, deren Bruchgrenze und deren Streckgrenze dicht beieinander liegen.

Wenn der Schlitten 30 gemäß Fig. 5 seinen Aufwärtshub beginnt, wird das Blech B, das nun zu einer Büchse C tiefge zogen worden ist, von dem inneren Matrizenelement 39 und dem Profilstempel 41 nach oben von dem Matrizenblock 17 abgehoben. Diese Bewegung erfolgt gemäß Fig.6 gegen ein Auswerferanschlag 48,mit dem die Stange 40 derart zum Eingriff kommt, daß der Profilstempel 41 die 109885/1228

Büchse C aus dem inneren Matrizenelement 39 ausstößt. Die gemäß Fig. 1 in der von dem Bund 55 gebildeten Kammer 69 eingeschlossene Luft kann durch Entlüftungsbohrungen 70 austreten.

Während des Tiefziehhubes läßt sich der auf die Kolben 52 und 61 wirkende Druck sorgfältig in Abhängigkeit von der Bruchgrenze des spezifischen zuziehenden Materiales regeln. Bei Verwendung der Aluminiumlegierung H 19 z.B., deren Bruchgrenze zwischen ca. 15000 bis 19000 kg liegt, k hat sich eine von dem Kolben 52 ausgeübte Widerstandskraft von ca. 1050 bis 2040 kg und eine von den Kolben 52 und 61 gemeinsame erzeugte Widerstandskraft von 2440 bis 3520 kg als günstig erwiesen. Für das Tiefziehen von ABS-Kunststoffplatten mit der Presse, deren Bruchgrenze zwischen ca. 700 bis 835 kg liegt, hat sich jedoch eine von dem Kolben 52 erzeugte Widerstandskraft von ca. 217 bis 610 kg und eine von den Kolben 52 und 61 gemeinsam erzeugte Widerstandskraft von ca. 660 bis 1520 kg als günstig erwiesen.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß die erfindungegemäße Regelvorrichtung während des ^ Tiefziehhubes der Presse eine mit hoher Exaktheit einstellbare Widerstandskraft erzeugt. Die Einstellung erfolgt primär durch die Einstellung des Spaltes zwischen dem Kolben 52 und dem Kolben 61, wobei ein größerer Spalt eine längere Verzögerungsbewegung zur Folge hat, so daß die minimale Widerstandskraft während einer längeren Zeit ansteht. Jedoch lassen sich auch anderere Einstellungen vornehmen; z.B. läßt sich die Größe der Arbeitsflächen der Kolben, der von der Druckquelle zur Verfügung gestellte Mediumdruck, die Geschwindigkeit des Stößels oder die Anzahl der Kolben verändern, um eine noch feinerere Reglung zu erziehlen. Diese und weiterere Änderungen lassen sich von mit der Technik ver-

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trauten Personen durchführen, um Präzisions-Tiefziehoperationen auszuführen und dadurch wesentlich die Tiefziehtechnik zu verbessern»

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Claims (12)

1. Ansprüche

   }\ Presskraftregler für Tief Ziehpressen zur Reglung der der Pressenmechanik während des Abwärtshubee entgegengesetzen Widerstandskraft gekennzeichnet durch einen Zylinder (51, 59)» durch einen ersten in dem Zylinder (51, 59) beweglich angeordneten Kolben (52) zur Erzeugung eines nachgebenden Widerstandes während des Abwärtshubes der Pressenmechanik (10); fc , durch, den ersten Kolben (52) in Abhängigkeit von dem Abwärtshub der Tiefziehpresse (10) bewegende Einrichtungen (18, 19); und durch einen nachgebend beweglich im Zylinder (51, 59) angeordneten selektiv derart durch die Bewegung des ersten Kolben (52) bewegbaren zweiten Kolben (61), daß sich die Widerstandskraft gegen den Pressenhub selektiv progressiv vergrößern läßt.
2. 2. Regler nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Einrichtungen (65) zur Einstellung der Position des zweiten Kolbens (61) relativ zum ersten Kolben (52).
3. w 3. Regler nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (52) den zweiten Kolben (61) berührt.
4. 4. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylinder (51, 59) ein Druckmedium eingespeist wird, daß auf den ersten Kolben (52) und auf den zweiten Kolben (61) eine Kraft ausübt. ■
5. 5. Regler nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (61) eine größere dem Druckme-

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   dium ausgesetzte Arbeitsfläche besitzt als der erste Kolben (52).
6. 6. Regler nach einem der Ansprüche 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die auf den ersten Kolben (52) ausgeübte Kraft im Bereich von ungefähr 1050 bis 2040 kg und die resultierende auf den ersten Kolben (25) und dem zweiten Kolben (61) ausgeübte Kraft im Bereich von ungefähr 2440 bis 3520 kg liegt, um eine Aluminiumlegierung H 19 mit einer Bruchgrenze ivu Bereich von ungefähr 15000 bis 19 000 kg tiefzuziehen,
7. 7. Regler nach einem der Ansprüche 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die auf den ersten Kolben (52) ausgeübte Kraft im Bereich von ungefähr 217 bis 610 kg und die resultierende auf den ersten Kolben (52) und den zweiten Kolben (61) ausgeübte Kraft im Bereich von ungefähr 660 bis 1520 kg liegt, um ABS-Kunststoffmaterial mit einer Bruchgrenze im Bereich von ungefähr 700 bis 825 kg tiefzuziehen.
8. 8. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (51» 59) aus einem ersten Zylinderteil (51) und einem zweiten Zylinderteil (59) besteht; und daß der erste Kolben (52) beweglich in dem ersten Zylinderteil (51) und der zweite Kolben (61) beweglich in dem zweiten Zylinderteil (59) angeordnet ist.
9. 9. Regler nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zylinderteil (51) und der zweite Zylinderteil (59) eine gemeinsame Wand (57) besitzen.
10. 10. Regler nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß sich der erote Kolben (52) durch die gemeinsame Wand (57) erstreckt, um den zweiten Kolben (61) zu berühren. 109885/1228
11. 11. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (61) auf den ersten Kolben (52) zu und von dem ersten Kolben (52) weg einstellbar beweglich ist.
12. 12. Regler nach einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß in den ersten Zylinderteil (51) und in den zweiten Zylinderteil (59) Druckmedium eingespeist wird; und daß das Druckmedium auf den ersten Kolben (52) wirkt, um dem Abwärtshub der Tiefziehpressenmechanik (10) einen Widerstand entgegenzusetzen, und selektiv auf den zweiten Kolben (61) wirkt, um dem Abwärtshub der Pressenmechanik (10) einen Widerstand entgegenzusetzen.

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