DE2550306A1

DE2550306A1 - Matrize

Info

Publication number: DE2550306A1
Application number: DE19752550306
Authority: DE
Inventors: Jun Francis Joseph Fuchs
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1975-11-08
Publication date: 1976-05-20
Also published as: JPS5834202B2; FR2290966A1; CH604952A5; GB1508148A; JPS5171259A; FR2290966B1; CA1036106A; US3916669A

Description

Patentanwalt

. Kfali ar Jaeklseh

tN 255Q3QS

Western Electric A 34 988 Company, Incorporated

195 Broadway 7. NOV, 1975 Sew York, IT.Y. 10007

Matrize

Die Erfindung bezieht sich auf eine Matrize der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Eine derartige Matrize ist bekannt (US-PS 3.394 579).

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von langgestreckten Gegenständen, beispielsweise Drähten durch Verformen eines Knüppel- bzw. Bolzenmaterials.

In der US-Patentschrift 3 394 579 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Extrudieren mehrerer Produkte beschrieben. Bei einer Ausführungsform wird ein einzelner Knüppel bzw. Bolzen durch eine Matrize mit mehreren Öffnungen extrudiert. Bei einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Knüppel bzw. Bolzen gleichzeitig durch zugeordnete Öffnungen einer Mehrlochmatrize extrudiert„

In den US-Patentschriften 2 050 298 und 2 077 682 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem mehrere diskrete Knüppel

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bzw. Bolzen zu einem Bündel zusammengefaßt werden, das in eine 2.1etallhülse eingesetzt wird. Die das Bündel umgebende lietallhülse wird dann mit einem pulverisierten Material oder mit Kunststoff gefüllt, das als Trennmittel zwischen den Knüppeln bzw. Bolzen wirkt. Die Ketallhülse und das darin eingeschlossene Bändel v/erden anschließend durch eine Reihe von hintereinander angeordneten Hatrizen gezogen, um den Querschnitt der Lletellhülse und des darin befindlichen Bündels zu verringern, worauf die gezogene Metallhülse auf chemischem, elektrolytisches, oder mechanischem Wege (letzteres durch Abstreifen der gezogenen Metallhülse) von den durch die gezogenen Knüppel bzw. Bolzen gebildeten Drähten entfernt wird.

In der US-Patentschrift 3 540 114 ist ein weiteres Verfahren beschrieben, bei dem mehrere Drähte zu einem Bündel zusammengefaßt werden und das Bündel in eine Hülse eingesetzt und mit einem dünnen Schmiermittelfilm überzogen wird. Die Hülse und das Bündel werden durch eine Matrize gezogen, um die einzelnen Drähte auf Fadenstärke zu verringern, worauf anschließend die gezogene Hülse abgelöst oder chemisch weggeätzt wird, um sie von den Fäden zu entfernen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Matrize der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß gleichzeitig mehrere Drähte aus Knüppel- bzw. Bolzenmaterial extrudiert werden können.

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Me Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Matrize nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 8 gekennzeichnet .

Eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Matrize besitzt ein sich erweiterndes Mundstück mit einer ersten Matrizenöffnung am Scheitel des sich erweiternden Mundstückes und mit mehreren zweiten Matrizenöffnungen, die in gleichen radialen Abständen um den Umfang des Mundstückes der Matrize verteilt sind.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Matrize umfaßt eine Vielzahl von Hehrfachöffnungsgruppen, wobei konvergierende ilintrittsbereiche sowohl für jede dieser Gruppen als auch für jede Matrizenöffnung innerhalb jeder Gruppe vorhanden sind.

Die Erfindung wird mit ihren v/eiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigern

Fig. 1 einen medialen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Matrize}

Pig. 2 eine Ansicht der Eintrittsseite der Matrize nach Fig. 1}

Fig. 3 einen teilweisen medialen Längsschnitt durch die

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Matrize nach Fig. 1, wobei mit strichpunktierten Linien ein rotierendes Werkzeug angedeutet ist, das gegen eine Matrizenöffnung angelegt wird, um deren Eintrittsbereich zu bilden;

Figo 4 einen medialen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Extrusionsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Matrize, um die Vielzahl der gleichzeitig damit hergestellten länglichen Produkte zu veranschaulichen;

Fig. 5 eine Ansicht der Eintrittsseite einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Matrize, und

Fig. 6 einen medialen Längsschnitt durch die Matrize nach Fig. 5, und zwar längs der Schnittlinie 6-6 in Fig. 5. -

Wie aus Fign. 1 und 2 hervorgeht, besitzt die Matrize 1 ein konisches ±.xundstück 2, an dessen Scheitel eine erste Matrizenöffnung 3 vorhanden ist, die sich durch die Matrize 1 erstreckt und mit einem Durchtritt 4 am hinteren .finde der Matrize 1 in Verbindung steht. Im Bereich der Eintrittsseite 6 der Matrize 1 befinden sich an dem konischen Mundstück 2 mehrere zweite Matrizenöffnungen 5> die - wie insbesondere aus Figo 2 ersichtlich ist - in radialjgleichen Abständen um die Matrize 1 verteilt sind. Jede der zweiten Matrizenöffnungen 5 weist an ihrer Einlaßseite einen abgeschrägten Eintrittsbereich 7 auf, der bezüglich der Längsachse der

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"betreffenden zweiten Matrizenöffnung 5 asymmetrisch ausgebildet ist und in Richtung der ersten Mataizenöffnung 3 verläuft ο Und zwar schneidet eine Verbindungslinie der Längsachsen der ersten Matrizenöffnung 3 und einer zweiten Matrizenöffnung 5 den abgeschrägten Eintrittsbereich 7 der betreffenden zweiten Matrizenöffnung 5. Der von der Schnittstelle zwischen dem abgeschrägten Eintrittsbereich 7 und dem konischen Mundstück 2 eingeschlossene Winkel « jeder zweiten Matrizenöffnung 5 liegt vorteilhaft im Bereich von etwa 45° bis 50° (Fign. 1 und 3), doch versteht es sich, daß die erfindungsgemäße Matrize auch mit anderen Werten des Winkels ^Ä ausgeführt werden kann. Jede zweite Matrizenöffnung 5 steht mit einem zugeordneten Durchtritt 8 am hinteren Ende der Matrize 1 in Verbindung.

Figo 3 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der abgeschrägten Eintrittsbereiche 7 an den Einlaßseiten der zweiten Matrizenöffnungen 5. An der Stelle jeder gewünschten zweiten Matrizenöffnung 5 wird ein zylindrisches Loch 9 hindurchgebohrt, wie in Fig. 3 teilweise mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Anschließend wird ein mit strichpunktierten Linien angedeutetes, konisch geformtes, rotierendes Schneidwerkzeug 10 in das zylindrische Loch 9 geschoben, wobei eine Seite der konischen Schneidkante des rotierenden Werkzeugs 10 parallel zu der äußeren Umfangskante des zylindrischen Loches 9 um die Längsachse des

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Schneidwerkzeuges 10 parallel zu einer Linie zwischen den Längsachsen der ersten Matrizenöffnung 3 und dem zylindrischen Loch 9 ausgerichtet werden, worauf dann die Herstellung der zweiten Matrizenöffnung 9 abgeschlossen wird.

Es hat sich gezeigt, daß mit der vorstehend erläuterten Ausführungsform ein mit einem Matrizenschmiermittel wie beispielsweise Rizinusöl, Bienenwachs oder Polyäthylenwachs ummantelter Knüppel bzw. Bolzen im Verlaufe einer Vorschubbewegung gegen das Mundstück 2 der Matrize 1, wie dies beispielsweise bei einem hydrostatischen Extrusionsvorgang der Fall ist, auf sämtliche Matrizenöffnungen 3 und 5 gleichmäßig verteilt wird, so daß jede Matrizenöffnung 3 und 5 das Knüppelmaterial in gleichem Maße erhält und ein extrudiertes Produkt, z.B. einen Draht mit der gleichen Geschwindigkeit wie die anderen Matrizenöffnungen 3 und 5 erzeugt=

Die in Fig. 2 veranschaulichte Matrize 1 besitzt acht zweite Matrizenöffnungen 5> welche gegenseitig um 45 versetzt sind. Bs versteht sich, daß die Matrize 1 auch weniger als acht zweite Matrizenöffnungen 5, und zwar bis zu zwei zweite Matrizenöffnungen 5,. oder auch mehr als acht zweite Matrizenöffnungen 5 aufweisen kann, die in gleichen radialen Abständen um die erste Matrizenöffnung 3 verteilt sind»

Die Matrize 1 kann mit besonderem Vorteil bei einer hydrostatischen Extrusionsvorrichtung der in der DT-OS 22 55 866

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beschriebenen Art verwendet werden, obgleich ihre Verwendung auch in anderen Arten von Extrusionsvorrichtungen möglich ist. Zura besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Katrize soll die erwähnte hydrostatische Extrusionsvorrichtung nach der DT-OS 22 55 866 nachstehend kurz erläutert werden.

Die DT-OS 22 55 866 beschreibt die Ummantelung der langgestreckten Oberfläche eines Knüppelmaterials mit einem zur Übertragung von Scherkräften geeigneten Medium,wie beispielsweise Bienenwachs oder Polyäthylenwachs, worauf anschließend über das Scherkraft-Übertragungsmedium eine rei-_ bungsbedingte oder viskose Schleppkraft längs der langgestreckten Oberfläche des Knüppelmaterials angelegt wird und dieses damit durch eine Matrize unter Erzeugung des extrudierten Produktes bewegt wird.

Das erwünschte Scherkraft-Übertragungsmedium besitzt hohe Viskosität und Scherfestigkeit, ist zur Schmierung der Matrize geeignet, erlaubt eine gute Benetzung des Knüppelmaterials und weist eine minimale Viskositätsänderung bezüglich Druck, Temperatur und Scherstärke auf.

Die Einrichtungen, welche über das Scherkraft-Übertragungsmedium eine viskose Schleppkraft längs der langgestreckten Oberfläche des Knüppelmaterials anlegen, umfassen Ketten von Greiferelementabschnitten, wobei jede Kette über Ritzel

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längs eines gesonderten Endlosweges .kontinuierlich angetrieben wird und sich sämtliche Ketten (von Greiferelementabschnitten) längs einer Bahnlänge zwischen einer stromaufwärts von der Matrize gelegenen ersten Station und einer stromabwärts von der Matrize gelegenen zweiten Station treffen und längs/dieser gemeinsamen Bahnlänge zusammenarbeiten, um eine sich kontinuierlich bewegende Kette von sich gegen die Matrize bewegenden, mit Mittelbohrungen versehenen Greiferelementen zu bilden. Die inneren Umfangsflachen der erwähnten Mittelbohrungen, die mit der Außenfläche des um das Knüppelmaterial gelegten Scherkraft-Übertragungsmedium-Mantels in Wirkverbindung stehen, erzeugen Scherkräfte in diesem Medium, welche eine reibungsbedingte oder viskose Schleppkraft längs der langgestreckten Oberfläche des Knüppelmaterials erzeugen, um eine Axialspannung in dem Knüppelmaterial aufzubauen und dieses durch die Matrize zu bewegen. Ein Druckzylinder umgibt stromaufwärts der Matrize die mit Mittelbohrungen versehenen Greiferelemente und beaufschlagt diese mit einem in Richtung auf die Matrize ansteigenden Formaldruckgradienten, wodurch ein in Richtung auf die Matrize ansteigender Normalspannungsgradient in dem Knüppelmaterial aufgebaut wird. Diese Axial- und Normalspannungen beanspruchen das Knüppelmaterial weit oberhalb dessen Streckgrenze und erhöhen dessen Duktilität bzw. dessen Verformungsvermögen, ohne daß ein Bruch eintritt.

Einzelheiten der Extrusionsvorrichtung, soweit sie sich

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nicht auf die Ilehrfachextrusion und die Ivlatrizenkonstruk-"tion beziehen, brauchen hier nicht näher erläutert zu werden, sondern können im Bedarfsfalle aus der LT-OS 22 55 866 entnommen werden.

Die Verwendung der Uatrise 1 ist in Fig. 4 veranschaulicht.

Ίίβ aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Matrize 1 an dem Matrizenstempel 13 gemäß der Lehre der DT-OS 22 55 866 gehalteit, wobei der Matrizenstempel 13 Öffnungen aufweist, die sich in Verlängerung der Öffnungen 4 und 3 der Matrize 1 erstrecken.

3in mit einem Scherkraft-Übertragungsmedium wie beispielsweise Bienenwachs oder Polyäthylenwachs ummantelter Knüppel 11 wird gegen die Matrize 1 bewegt und durch diese extrudiert, und zwar mit Hilfe von G-reiferelementabschnitten 14, die vor und hinter der Matrize 1 durch nicht dargestellte, mit den Zähnen 15 an den äußeren Oberflächen der G-reif erelementabschnitte 14 im Singriff stehende Ritzel angetrieben werden. Die als eine Kette zusammenwirkenden Greiferelementabschnitte 14 bilden eine den Knüppel 11 umgebende Druckkammer und legen über den Scherkraft-Übertragungsmedium-Mantel eine reibungsbedingte oder viskose Schleppkraft längs der Oberfläche des Knüppels 11 an, wodurch dieser gegen die Matrize 1 und durch die darin vorhandenen Matrizenöffnungen 3 und 5 bewegt wird.

Ss versteht sich, daß die G-reiferelemente gemäß der Lehre

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der DT-OS 22 55 866"stromaufwärts der Matrize 1 von einem nicht dargestellten Druckzylinder umgeben sind, wobei ein in Richtung auf die Matrize 1 ansteigender. Normaldruckgradient, der in Fig« 4 schematise]! durch Pfeile mit ansteigender Länge angedeutet ist, an den Knüppel 11 angelegt wird.

In der vorstehend erläuterten Weise werden Axial- und Normalspannungsgradienten, die in Richtung auf die Matrizelauf einen Wert oberhalb der Streckgrenze des Knüppelmaterials ansteigen, in dem Knüppel 11 aufgebaut, wenn dieser durch eine reibungsbedingte oder eine viskose Schleppkraft längs seiner Oberfläche gegen und in die Matrize 1 sowie durch die Matrizenöffnungen 3 und 5 bewegt wird, um gleichzeitig mehrere extrudierte Drähte 12 zu erzeugen.

Die Fign, 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Mehrfach-Extrusionsmatrize 16 mit einem sich erweiternden Mundstück 17, das sich von der Stromaufwärts- oder Eintrittsseite B der Matrize 16 bis zu einer Mehrfachöffnungsgruppe 19 innerhalb der Matrize 16 erstreckt und auf deren Längsachse zentriert ist. Die erste Mehrfachöffnungsgruppe 19 wird von mehreren, im gleichen radialen Abstand verteilten zweiten Mehrfachöffnungsgruppen 20 umgeben, von denen jede an ihrer Eintrittsseite ein konisches Mundstück 21 aufweist, das durch eine konische Übergangsöffnung 22 mit dem sich erweiternden Mundstück 17 in Verbindung steht.

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Die erste Mehrfachgruppe 19 umfaßt eine zentrale Matrizenöffnung 23, für welche das sich erweiternde Mundstück 17 als konvergierender Eintrittsbereich dient. Jede zweite Mehrfachöffnungsgruppe 20 umfaßt eine zentrale Matrizenöffnung 23, für welche das konische Mundstück 21 als konvergierender Eintrittsbereich dient. Die zentralen Matrizenöffnungen 23 der ersten und zweiten Mehrfachöffnungsgruppen 19 bzw. 20 werden von mehreren peripheren Matrizenöffnungen 24 in radialjgleichen Abständen umgeben, wobei sich die Matrizenöffnungen 23 und 24 durch den Körper der Matrize 16 zu deren Stromabwärts- oder Austrittsseite 25 erstrecken« Jede periphere Matrizenöffnung 24 besitzt einen abgeschrägten Eintrittsbereich 26, der sich um diejenige Hälfte der Matrizenöffnung 24 erstreckt, die der betreffenden zentralen Matrizenöffnung 23 zugewandt ist. Wie insbesondere aus Pig. 5 ersichtlich ist, weisen die abgeschrägten iSintrittsbereiche 26 ihre maximale Abmessung an den Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten der Matrizenöffnungen 23 und 24 auf. Die zentrale Matrizenöffnung 23 der ersten Mehrfachöffnungsgruppe 19 liegt auf der Längsachse der Matrize 16, während die zentralen Matrizenöffnungen 23 der zweiten Mehrfachöffnungsgruppen 20 auf den Längsachsen der betreffenden konischen Mundstücke 21 liegen. Die Eintrittsseiten sämtlicher zentraler Matrizenöffnungen 23 liegen im wesentlichen in der gleichen Querebene durch die Matrize 16. Die in Fig.6 veranschaulichten Winkel ocund ß liegen vorteilhaft in dem

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Bereich von etwa 45°bis 50", doch kann die erfindungsgemäße Matrize auch mit anderen Werten von cc und ß ausgeführt v/erden»

Die Matrize 16 kann vorteilhaft ebenso wie die Matrize 1 auf die ir. ~J±£. 4 dargestellte 'Veise verwendet werden.

Die spezielle Ausbildung der Matrize 16 führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des Knüppe!materials auf die ersten und zweiten Mehrfachöffnungsgruppen 19 und 20 sowie auf sämtliche Matrizenöffnungen 23 und 24 von jeder ersten und zweiten Mehrfachöffnungsgruppe 19 und 20. Diese gleichmäßige Verteilung des Knüppelmaterials auf sämtliche Mehrfachöf fnungsgruppen 19 und 20 und auf sämtliche Matrizen-Öffnungen 23 und 24 dieser Mehrfachöffnungsgruppen 19 und 20 gewährleistet eine gleichzeitige Extrusion der Vielzahl von Drähten 12 bei gleichförmiger Drahtqualität und bei im wesentlichen gleichen Extrusionsgeschwindigkeiten.

Obwohl die Matrizen 1 und 16 vorstehend in Verbindung mit der Extrusionsvorrichtung nach der DT-OS 22 55 866 erläutert wurden, versteht es sich, daß diese Matrizen auch in anderen JBxtrusionsvorrichtungen verwendet werden können, bei denen ein Knüppelmaterial zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Produkte verarbeitet wird.

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Claims

Patentanwalt
Dpl.-ing.wriisr Jackisch

^Stuttgart N. Menzelstraße40 9 h ^ Π '4 Π Β

Western Electric A J4 9ö

Company, Incorporated _? ^

-jo . roaa'.viiy
..-v ioi\L, .. . . "1CCO7

Patentansprüche

(a) einem Liatrizenkörper, der eine JSintritts- und eine aust ritχ s se it e aufwe ist,

(b) wenigstens einem in dem ^atrizenkörper ausgebildeten, sich erweiternden Ilundstück, das von der Eintrittsseite der katrize gegen deren austrittsseite konvergiert,

gekennzeichnet durch folgende weitere jlerkffiäle:

(c) eine erste, am Scheitel des sich erweiternden Mundstückes (2 bzw. 17, 21) liegende tlatrizenöffnung (3 bzw» 2'5), die sich durch den llatrizenkörper erntreckt}

(d) eine Vielzahl von zweiten, durch den Matrizenkörper verlaufenden Matrizenöffnungen (5 bzw. 24), die in gleichen radialen Abständen um die Längsachse des Matrizenkörpers angeordnet sind, wobei die Einlaßseite

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jeder zweiten fcatrizenöffnung (5 bzw. 24) mit einem abgeschrägten Eintrittsbereich (7 bzv/. 26) versehen ίεΐ, der mit Oi am sich erweiternden Mundstück (2 bzw. '7, .:." ; ■■-■ "" *ri ;-ς· C b::?;. 1 ·>^ verbunden :^:.jt.

.:. Katriae nach Anspruch 1 , dadurch £ e k e η η -.zeichnet , daß wenigstens ein sich erweiterndes Mundstück (2 bzw. 17, 21) konisch ausgebildet ist.

3. Ivlatrize nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daI3 die abgeschrägten Eintritt sbereiche (7 bzw. 26) asymmetrisch, bezüglich ihrer zugeordneten zweiten Matrizenöffnung (5 bzw. 24) angeordnet sind ο

4. Matrize nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägten iiintrittsbereiohe (7 bzw. 26) an derjenigen Seite ihrer zugeordneten zweiten Matrizenöffnung "("5 bzw. 24) angeordnet sind, die der ersten Matrizenöffnung (3 bzw. 23) zugewandt ist.

5. Matrize nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschrägte Eintrittsbereich (7 bzw. 26) jeder zweiten Matrizenöffnung (5 bzw. 24) symmetrisch zu einer Verbindungslinie zwischen den Längsachsen der ersten und der

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betreffenden zweiten Matrizenöffnung angeordnet ist»

6. Matrize nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ivlatrizenöffnungen (23 bzw. 24) in mehreren Gruppen (19, 20) angeordnet sind, von denen jede Gruppe eine Vielzahl von Ivlatrizenöffnungen (23, 24) aufweist, daß jeder Gruppe (1S, 20) ein gesondertes, sich gegen das Mundstück (17) des Matrizenkörpers erweiterndes Mundstück (21) zugeordnet ist und daß die gesonderten, sich erweiternden Mundstücke (21) der Gruppen (19, 20) (über jeweils eine konische Übergangsöffnung (22)) mit einem größeren, gemeinsamen, sich erweiternden Mundstück (17) in Verbindung stehen (Jrign. 5 und 6).

7. Matrize nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß bei jeder Matrizenöffnungsgruppe (19, 20) eine Matrizenöffnung (23) auf der Längsachse des betreffenden, der Gruppe zugeordneten Mundstücks (21) zentriert ist.

3. Matrize nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Matrizenöffnungsgruppe (19) auf der Längsachse des Matrizenkörpers zentriert ist und daß die anderen Gruppen (20) in radialem Abstand um die zentral angeordnete Gruppe (19) angeordnet sind c

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