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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Verbesserung einer motorgetriebenen Formklemmvorrichtungen
für eine
motorgetriebene Spritzgussmaschine genauso wie auf ein verbessertes Formklemmverfahren.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Motorgetriebene Spritzgussmaschinen
haben allmählich
hydraulische Maschinen ersetzt und sind in den letzten Jahren immer
häufiger
verwendet worden. Ein Grund liegt in ihrer einfachen Konfiguration
im Vergleich zu den hydraulischen Spritzgussmaschinen, und zwar
weil keine hydraulische Pumpe, Hydraulikrohre und Ventile benötigt werden.
Zusätzlich
gestatten Servo-Motoren,
die als Leistungsquelle verwendet werden, eine einfachere Steuerung von
den motorgetriebenen Spritzgussmaschinen. Die Servo-Motoren werden
in den meisten Fällen
für eine Einspritzvorrichtung
und eine Formklemmvorrichtung verwendet.
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Sofern Formklemmvorrichtungen verwendet wurden,
basieren sie oft auf einem Kniegelenkssystem. Das Kniegelenksystem
verwendet einen Kniegelenkmechanismus, um die Kraft zu verdoppeln,
die von dem Servo-Motor erzeugt wird, die dann auf eine Form mittels
einer Kniegelenkverbindung übertragen wird,
wie sie beispielsweise aus EP-A-0 164 419 bekannt ist. Diese Arten
von Formklemmvorrichtungen unterlaufen Veränderungen und Verfeinerungen.
Ein Beispiel einer verbesserten kniegelenkbetriebenen Formklemmvorrichtung
wird offenbart in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-022 135.
Die offenbarte Formklemmvorrichtung weist einen Servo-Motor und
einen Positionsdetektor auf, um eine Drehposition des Servo-Motors zu detektieren.
Die Formklemmvorrichtung weist weiter einen Umwandlungsmechanismus
auf, um die Drehbewegung des Servo-Motors in eine lineare Bewegung
umzuwandeln. Der Umwandlungsmechanismus hat einen Kugelgewinde Mechanismus.
Der Umwandlungsmechanismus wird verwendet, um den Kniegelenkmechanismus
anzutreiben, und der Positionsdetektor detektiert eine Position
einer bewegbaren Form, um einen Steuervorgang der Formklemmbewegung
auszuführen.
Beim Festklemmen der Form wird der Servo-Motor durch einen dort
hindurch fließenden
Micro-Strom angetriebenen.
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Der Grund, warum für den Kniegelenkmechanismus
der Micro-Strom verwendet wird, ist, dass eine ausreichende Klemmkraft
erzeugt wird, wobei das Phänomen,
welches als Ausknickung bekannt ist, so weit wie möglich verringert
ist. Dies sorgt für
einen größeren Kniegelenkverstärkungsfaktor
und gestattet somit eine kleinere Ausgangsgrösse für den Servo-Motor. Die Formklemmvorrichtungen,
die den Kniegelenkmechanismus der Art verwenden, der im vorteilhafterweise
beschrieben wird, erfordern nur einen kleinen elektrischen Leistungsverbrauch.
Die Detaillierter unten beschrieben wird, gilt, dass je kleiner
die Ausknickung ist, desto kürzer
die Distanz vom Totpunkt Des Kniegelenkmechanismus ist.
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Jedoch hat ein kleineres Ausknicken
einen größeren Effekt
der Reibungskraft auf die Verbindungen bzw. Gelenke und die Berührungspunkte
der mechanischen Teile zur Folge, die die Formklemmvorrichtung bilden.
Dies steigert daher die Hysterese im Betrieb. Eine solche große Hysterese
im Betrieb hat einen nachteiligen Effekt auf die Genauigkeit der Steuerung
der Formklemmkraft, die von dem Servo-Motor vorgesehen wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Daher ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, die Genauigkeit der Steuerung für die Formklemmkraft zu verbessern,
während
der Effekt einer Reibungskraft auf die Verbindungen und auf die
Kontaktteile der mechanischen Teile reduziert wird, die die Formklemmvorrichtung
bilden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zum Klemmen einer Form nach Anspruch 1 oder 6
vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in den abhängigen
Ansprüchen
beansprucht.
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Eine motorgetriebene Formklemmvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen Kniegelenkmechanismus zur Anwendung beim Vorschieben
und Zurückziehen
einer bewegbaren Platte auf; und einen Servo-Motor, der geeignet
ist, um den Umschaltmechanismus über
einen Kugelgewindemechanismus anzutreiben.
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Gemäß eines Aspektes der vorliegenden
Erfindung steuert die motorgetriebene Formklemmvorrichtung eine
Formklemmkraft mit einer Ausknickung in dem Kniegelenkmechanismus,
die in einem vorbestimmten Bereich ist, und den Servo-Motor, der
mit einem Strom angetriebenen wird, der nicht kleiner als 20% eines
Nenn-Stroms dafür
ist.
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Ein Verfahren zum Klemmen einer Form
in motorgetriebener Weise gemäß der vorliegenden
Erfindung klemmt die Form mittels eines Kniehebelmechanismus, der
durch einen Servo-Motor betätigt wird.
Bei diesem Verfahren wird eine Formklemmkraft mit einer Ausknickung
in dem Kniehebelmechanismus gesteuert, welches in einem vorbestimmten Bereich
ist, und wobei der Servo-Motor mit einem Strom angetriebenen wird,
der nicht kleiner ist als 20% eines Nenn-Stroms dafür.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für
ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung sollte Bezug genommen werden auf die
beigefügten
Zeichnungen, in denen die Figuren Folgendes darstellen:
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1 eine
Ansicht, die eine Konfiguration einer motorgetriebenen Formklemmvorrichtung
veranschaulicht, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wird;
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2 ein
Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Rückkoppelungssteuersystems für die Formklemmkraft
veranschaulicht, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird;
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3 zeigt
eine charakteristische Kurve, die eine Hysterese während der
Steuerung einer Formklemmkraft veranschaulicht;
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4 ist
eine teilweise geschnittene Ansicht, um einen Kugelgewindemechanismus
zu beschreiben, der in der motorgetriebenen Formklemmvorrichtung
verwendet wird, die in 4 veranschaulicht wird;
und
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5 ist
eine Charakteristik zur Beschreibung der Beziehung zwischen einem
theoretischen Kniehebelverstärkungsfaktor
und einer Ausknickung K in dem Kniehebelmechanismus.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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1 veranschaulicht
eine motorgetriebene Formklemmvorrichtung, auf die sich die vorliegende Erfindung
anwenden lässt.
In 1 weist eine Formklemmvorrichtung
eine feste Platte 11 und einen Kniehebelträger 12 auf.
Vier Verbindungsstangen 13 (von denen zwei in der Figur
veranschaulicht sind) sind zwischen dem Kniehebelträger 12 und
der festen Platte 11 vorgesehen. Einer bewegbaren Platte 14 steht
der festen Platte 11 gegenüber, so dass die bewegbare
Platte 14 frei entlang der Verbindungsstangen 13 vorgeschoben
und zurückgezogen
werden kann. Eine feste (nicht gezeigte) Form ist an der Oberfläche der
festen Platte 11 angebracht, die der bewegbaren Platte 14 gegenüber liegt.
Genauso ist eine (nicht gezeigte) bewegbare Form an der Oberfläche der
bewegbaren Platte 14 angebracht, die der festen Platte 11 gegenüber liegt.
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Ein Auswurfstiftantrieb 15 ist
am hinteren Ende der bewegbaren Platte 14 vorgesehen. Der Auswurtstiftantrieb 15 ist
zum Herausschieben von (nicht gezeigten) Auswurtstiften, um ein
gegossenes Produkt auszuwerfen. In dem Auswurfstiftantrieb 15 schiebt
ein Servo-Motor 16, der zum Auswerten ver wendet wird, eine
Auswurfstange 17 über
den Hub Sa vor und zieht diese zurück.
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Ein Kniehebelmechanismus ist zwischen dem
Kniehebelträger 12 und
der bewegbaren Platte 14 vorgesehen. Ein Servo-Motor 18 zum
Festklemmen der Form wird angetrieben, um einen Kreuzkopf bzw. Verbindungskopf 19 vorzuschieben
und zurückzuziehen,
um eine Formklemmkraft zu erzeugen, die durch einen Kniehebelverstärkungsfaktor
multipliziert wird. Diese Formklemmkraft wird verwendet, um die bewegbare
Platte 14 (in Richtung nach rechts in 1) zu schieben, um die Festlegung der
Form zu erreichen.
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Der Kniehebelmechanismus ist aus
den Kniehebeln 20 und 21 und einem Kniehebelarm 22 geformt.
Der Kniehebel 20 wird schwenkbar auf dem Kreuzkopf 19 getragen.
Der Kniehebel 21 wird schwenkbar auf dem Kniehebelträger 12 getragen. Der
Kniehebelarm 22 wird schwenkbar auf der bewegbaren Platte 14 getragen.
Der Kniehebel 20 ist mit dem Kniehebel 21 verbunden.
Der Kniehebel 21 ist mit dem Kniehebelarm 22 verbunden.
Ein Winkelmesser 23 ist in dem Servo-Motor 18 vorgesehen, um
die Position des Kreuzkopfes 19 zu detektieren (im folgenden
als Kreuzkopfposition bezeichnet). Der Winkelmesser 23 detektiert
die Kreuzkopfposition durch direktes Detektieren der Drehzahl des
Servo-Motors 18.
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Nun wird das Konzept des Ausknickens
(Knicking) beschrieben. Es sei ein Liniensegment zwischen dem Knickpunkt
B des Kniehebel 21 und dem Befestigungspunkt A auf dem
Kniehebelarm 22 in dem Kniehebelmechanismus angenommen.
Es sei ein weiteres Liniensegment angenommen, welches parallel zu
dem oben erwähnten
Liniensegment AB ist, und welches über den Knickpunkt auf dem
Kniehebelarm 22 läuft,
d. h. die Verbindung C zwischen dem Kniehebel 21 und dem
Kniehebelarm 22. Eine Distanz K zwischen diesen zwei Liniensegmenten wird
als Ausknickung oder Knickdistanz bzw. Knickgrösse bezeichnet. Je kleiner
daher die Ausknickung K ist, desto kürzer ist die Distanz vom Totpunkt
des Kniehebelmechanismus.
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Die Formklemmvorrichtung der beschriebenen
Bauart wird in der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-327017 offenbart
(entsprechend der offengelegten japanischen Patent Nr. 9-164571).
Die Vorrichtung, wie sie in dieser Patentanmeldung offenbart wird,
ist das, was als "Bauart
mit eingebautem Antrieb" bezeichnet
wird, und ein Merkmal davon ist, dass keine zusätzlichen Antriebsmechanismen,
wie beispielsweise ein Riemen für
die Übertragung
der Antriebskraft benötigt
wird.
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Mit Bezug auf 4 wird der Kugelgewindemechanismus kurz
beschrieben. Der Servo-Motor 18 hat eine hohle Ausgangswelle 18-1.
Eine Kugelmutter 18-2 ist an einem Endteil der hohlen Ausgangswelle 18-1 befestigt.
Eine Kugelgewindespindel 18-3 ist mit der Kugelmutter 18-2 in
Eingriff und ist in dem hohlen Teil der hohlen Ausgangswelle 18-1 eingesetzt.
Der Kreuzkopfes 19 ist an einem Endteil der Kugelgewindespindel 18-3 angebracht.
Somit wird die Drehbewegung der hohlen Ausgangswelle 18-1 in
die hin und her laufende Bewegung des Kreuzkopfes 19 durch
die Kugelmutter 18-2 umgewandelt.
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Mit Bezug auf 2 wird ein Rückkoppelungssteuersystem für die Formklemmkraft
beschrieben. Ein Dehnmessstreifen 30 ist an irgend einer
der vier Verbindungsstangen 13 vorgesehen, die in 1 gezeigt sind. Der Dehnmessstreifen 30 detektiert
die Formklemmkraft durch Detektieren einer Spannung, die auf die
Verbindungsstange 13 einwirkt, wenn der Klemmvorgang fortschreitet.
Die detektierte Formklemmkraft wird in eine Positionsgröße der Kreuzkopfposition
in einem Wandler 31 umgewandelt. Die umgewandelte Positionsgröße des Kreuzkopfes
wird zu einer Subtraktionsvorrichtung 32 geliefert. Die
Subtraktionsvorrichtung 32 berechnet eine Differenz zwischen
einem Wert der umgewandelten Positionsgröße des Kreuzkopfes und einem
Einstellwert für
die Kreuzkopfposition, der von einer (nicht gezeigten) Einstelleinheit
geliefert wird. Die Subtraktionsvorrichtung 32 liefert
das Ergebnis der Subtraktion an einen Positionssteuerverstärker 33 als
ein Differenzsignal. Der Positionssteuerverstärker 33 verstärkt das
empfangene Differenzsignal in ein Signal, welches für ein Geschwindigkeitsrückkoppelungs system
geeignet ist und liefert es als ein verstärktes Signal an eine Subtraktionsvorrichtung 34.
Die Subtraktionsvorrichtung 34 berechnet eine Differenz
zwischen dem verstärkten
Signal und einem Geschwindigkeitsrückkoppelungssignal, welches
von dem Winkelmesser 23 geliefert wird. Die Subtraktionsvorrichtung 34 liefert
dann das Ergebnis der Subtraktion an einen Geschwindigkeitsverstärker 35 als
ein Differenzsignal. Der Geschwindigkeitsverstärker 35 verstärkt das
empfangene Differenzsignal zu einem Signal, welches für ein Stromrückkoppelungssystem
geeignet ist. Der Geschwindigkeitsverstärker 35 liefert dann
das verstärkte
Signal an eine Subtraktionsvorrichtung 37 über eine
Begrenzungsvorrichtung 36, die die oberen und unteren Grenzen des
verstärkten
Signals einschränkt.
Die Subtraktionsvorrichtung 37 berechnet eine Differenz
zwischen dem Signal, welches von dem Geschwindigkeitsverstärker 35 geliefert
wurde, und einem Stromrückkoppelungssignal
von einem Stromdetektor 40, der einen Ausgangsstrom aus
einem Motorantrieb 39 detektiert. Die Subtraktionsvorrichtung 37 liefert
dann ein Signal, welches die berechnete Differenz anzeigt, an einen
Stromverstärker 38.
Der Stromverstärker 38 liefert
einen Strombefehlswert für
den Servo-Motor 18 an
den Motorantrieb bzw. Motortreiber 39.
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Wie oben beschrieben leidet die Formklemmvorrichtung,
die von dem Rückkoppelungssteuersystem
für die
Formklemmkraft gesteuert wird, bekannter Weise unter dem folgenden
Problem. Die Kugelmutter in dem Kugelgewindemechanismus nimmt keine
Reaktionskraft der Formklemmkraft auf, wenn der Klemmvorgang so
ausgeführt
wird, dass der Kniehebel 21 und der Kniehebelarm 22 sich
nahezu vollständig
ausgedehnt haben, das heißt
mit der kleinsten möglichen
Ausknickung. Die Reaktionskraft wird durch den Kniehebel 21 und
dem Kniehebelarm 22 aufgenommen und wird nicht auf die
Kugelmutter übertragen.
Dass keine Reaktionskraft aufgenommen wird, bedeutet, dass nur eine
kleine elektrische Leistung für
den Servo-Motor 18 erforderlich ist. Jedoch hat die kleine
Ausknickung einen großen
Effekt einer Reibkraft auf die Verbindungen und auf die in Kontakt
stehenden Teile der mechanischen Teile zur Folge, die die Formklemmvorrichtung
bilden, was die Hysterese der Vorrichtung im Betrieb vergrößert.
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Diese große Hysterese im Betrieb steigert das
Drehmoment durch eine gerade Linie L1, wie in 3 gezeigt, weil die Reibkraft als ein
Widerstand während
des Vorgangs des Schliessens der Form wirkt. Andererseits hilft
die Reibkraft dabei, dass das Drehmoment durch eine gerade Linie
L2 während des
Vorgangs des Öffnens
der Form verringert wird. Als eine Folge hat das Drehmoment eine
nicht-lineare charakteristische Kurve, und die Steuerleistung wird
verschlechtert. Daher ist es nicht möglich, dynamisch die Formklemmkraft
zu steuern, wenn die Vorrichtung eine kleine Ausknickung K hat.
Wiederum, wie oben beschrieben, hat dies einen nachteiligen Effekt
auf die Genauigkeit der Steuerung der Formklemmkraft, die von dem
Servo-Motor 18 vorgesehen wird.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
liegt in der Zeitsteuerung der Formklemmung. Die vorliegende Erfindung
führt die
Formklemmung aus, wobei der Kniehebel 21 und der Kniehebelarm 22 nicht
vollständig
ausgedehnt bzw. ausgefahren sind, das heißt mit einer relativ großen Ausknickung
K. In diesem Zustand soll der Servo-Motor 18 mit einem
höheren elektrischen
Strom geliefert werden, der auf dem Nenn-Stromwert für den Motor
liegt oder nahe diesem liegt. Obwohl die Leistungsanforderungen
daher gesteigert sind, bringt dies gewisse beträchtliche Vorteile, die mit
einschließen,
dass der Effekt der Reibkraft verringert wird und dass es einfacher
wird, die Formklemmkraft mit höherer
Genauigkeit zu steuern, die jedoch nicht darauf eingeschränkt sind.
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Mit Bezug auf 5 wird eine Beschreibung bezüglich der
Beziehung eines theoretischen Kniehebelverstärkungsfaktors und der Ausknickung
K in dem Kniehebelmechanismus dargelegt. Im allgemeinen hat der
Kniehebelmechanismus eine Charakteristik, wie sie in 5 gezeigt ist. Wenn die
Ausknickung K sich in 5 Null
nähert,
nähert
sich der theoretische Kniehebelverstärkungsfaktor an unendlich an.
Dies bedeutet, dass wenn die Ausknickung K ein kleiner Wert ist,
es möglich
ist, eine ausreichende Formklemmkraft zu erhalten, auch wenn der
Servo-Motor 18 mit einem kleinen Strom angetriebenen wird,
der kleiner ist, als der Nenn-Strom. In dem Ausführungsbeispiel wird der Kniehebelmechanismus
innerhalb eines Bereiches von 20 bis 80 in dem theoretischen Kniehebelverstärkungsfaktor
verwendet. Dies hat den folgenden Grund. Wenn der Kniehebelmechanismus
mit einem großen
theoretischen Kniehebelverstärkungsfaktor
verwendet wird, wird die Hysterese im Betrieb groß, und die
Steuergenauigkeit für
die Formklemmkraft wird verschlechtert. Wenn der Kniehebelmechanismus
innerhalb des Bereiches von 20 bis 80 verwendet wird, ist erforderlich, dass
der Servo-Motor 18 mit
dem Strom nahe dem Nenn-Strom angetriebenen wird. Es ist jedoch
möglich,
leicht die Formklemmkraft zu steuern, weil die Hysterese im Betrieb
klein wird.
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Der Servo-Motor 18 kann
mit einem Strom angetrieben werden, der nicht kleiner als 20% eines Nenn-Stroms
dafür ist.
Es ist vorzuziehen, dass der Servo-Motor 18 mit dem Strom
angetriebenen wird, der mindestens 70% des Nenn-Stroms ist.
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Zusätzlich wird der Wert der Ausknickung
K bestimmt durch den theoretischen Kniehebelverstärkungsfaktor,
der für
den Kniehebelmechanismus verwendet wird. Wenn die Größe des Kniehebels 21 und des
Kniehebelarmes 22 in dem Kniehebelmechanismus verändert wird,
wird der Wert der Ausknickung K ebenfalls variiert. Dies bedeutet,
dass der Wert der Ausknickung K mit der Größe des Kniehebelmechanismus
variiert wird. Beispielsweise wird der Wert der Ausknickung K in
einem vorbestimmten Bereich von 5 bis 10 (mm) bestimmt. Jedoch ist
die vorliegende Erfindung nicht auf den obigen Bereich eingeschränkt. Eine
Nenn-Ausgangsgrösse
des Servo-Motors 18 wird
durch die erforderliche Formklemmkraft bestimmt, weiter durch den
theoretischen Kniehebelverstärkungsfaktor,
durch eine Führung bzw.
Führungslänge der
Kugelgewindespindel 18-3 usw..
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Während
die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung somit für den Fall beschrieben worden
sind, wo die vorliegende Erfindung auf eine eingebaute motorgetriebene
Formklemmvorrichtung angewandt wird, ist die vorliegende Erfindung
auch auf andere Arten von motorgetriebenen Formklemmvorrichtungen
anwendbar.
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Wie oben beschrieben ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die Formklemmkraft mit hoher Genauigkeit zu steuern, während der
nachteilige Effekte der Reibkraft zwischen den mechanischen Teilen
der Formklemmvorrichtung reduziert wird, und zwar mittels der Steuerung
der Formklemmkraft mit einer relativ großen Ausknickung.
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Zahlreiche Modifikationen können dem Fachmann
offensichtlich sein, während
er im Umfang der Erfindung bleibt. Um den Umfang der Erfindung zu
bestimmen sei Bezug genommen auf die beigefügten Ansprüche.