EP1385649B1 - Werkzeug zum mechanischen verbinden von platten - Google Patents
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- EP1385649B1 EP1385649B1 EP02732422A EP02732422A EP1385649B1 EP 1385649 B1 EP1385649 B1 EP 1385649B1 EP 02732422 A EP02732422 A EP 02732422A EP 02732422 A EP02732422 A EP 02732422A EP 1385649 B1 EP1385649 B1 EP 1385649B1
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
- B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
- B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
- B21D39/031—Joining superposed plates by locally deforming without slitting or piercing
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J15/00—Riveting
- B21J15/02—Riveting procedures
- B21J15/025—Setting self-piercing rivets
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- Y10T29/53996—Means to assemble or disassemble by deforming
Definitions
- the invention is based on a tool for the mechanical processing of plates for their interconnection (clinching or the like) by means of a punch and a die according to the preamble of claims 1 and 2.
- the sheets are first deep drawn by means of pins and die without piercing and it is then greased the edge of the bottom of the deep-drawn sheet metal sections radially against the resilient walls, creating a tight anchorage that looks outwardly similar to a rivet, which of course also optical advantages Has. Since the side walls are pivoted apart on the side facing the sheets during radial crimping, however, a difficult to control displacement of the support of the sheets on the die results.
- the punch has a pin of smaller diameter, are deep drawn through the plates to be joined together in a blind bore of a die and squeezed so as to achieve a firm connection between the plates .
- stamp and die existing tools are used for pressing, punching or the like. of plates, i.a. also for joining parts to plates (DE OS 19913695).
- the service life of the tools used here corresponds to the use and the requirements of the tool material and is in many cases unsatisfactorily low.
- the cost of producing the tools is very high, as they must have a total of a corresponding hardness in the claimed range (US Patent No. 5,177,861).
- such hardnesses can lead to breakage of the tool, especially if an often required significant longitudinal extension is given transversely to the working direction thereof.
- Because of the bracket is also a minimum longitudinal extension in Working direction required, ie, due to these circumstances stamp and die, with such required for a long service life hardness, have a certain tendency to fracture, such a breakage can have disastrous consequences.
- the tool is used in mass production in the connection of sheets in motor vehicles, such defects have devastating consequences.
- the aim is a tool with optimum life, with extremely favorable hardness and only a small tendency to breakage.
- the tool according to the invention with the characterizing features of claim 1 or 2 has the advantage that only the part that is actually required for machining, namely the insert has the desired hardness and due to its design undergoes less or no breaking stress, while the other Part, namely the receiving part, according to its purpose of softer and may consist of elastic material.
- the other Part namely the receiving part, according to its purpose of softer and may consist of elastic material.
- cross-sections of the die and / or die, which transfer the labor especially are larger than those of the insert part, so that larger cross-sections of more elastic material can advantageously be present in the invention for force transmission and smaller cross-sections serve for the actual plate processing, with corresponding cross-sections material hardness.
- the invention can thus be used either on the stamp side or on the die side, or on both sides.
- punch and / or die are formed transversely to the drive direction (to the working direction) divided to thereby achieve a sufficient positive engagement and thus given adhesion.
- the side walls of the recess formed as a blind opening a radial distance to the lateral surfaces of the pin of the punch and extend in the direction of movement of the punch.
- the positive connection between insert and receiving part is advantageously carried out in which the recess or bore as a bore. is formed, in which the corresponding insert part with the end facing it can be inserted or used.
- the edges of the insert part may be chamfered or rounded in order to achieve a simpler insertion.
- the positive connection between insert and receiving part is formed as a press connection, d. H. a radial pressure exists between the inner wall of the recess and the lateral surface of the insert part.
- connection between receiving part and insert is formed rotationally.
- This rotational fit can be achieved by simply flattening the circular cross section underlying the AufEnglishung.
- the tool is used for rivet-like joining of components such as plates, bolts, nuts or the like, with a plate using a die stamped before, stampable in the plate lost punch which is driven by serving as a tool die insert part and which remains in the plate after processing (DE-OS 19913695).
- the tool according to the invention with tool holders in an exploded view, but without the inclusion of the same in the machine tool itself, shown, between two a stamp 1 and a die 2, two sheets 3 to be joined together are arranged.
- the stamp 1 is down actuated and pulls with a arranged at its end pin 4, the corresponding acted portions of the sheets 3 in a recess 5 of the die 2 to crush this deep drawn sheet metal sections also radially when continuing the stroke, so that a rear engagement of the deep-drawn and crushed plate sections takes place , whereby a firm connection between the plates 3 is created by this clinching.
- the punch 1 is arranged on a tool holder 6 in the machine tool, not shown here, and consists of two parts, namely a receiving part 7 and a pin 4 having insert 8. Due to the higher stress, the insert 8 with pin 4 has a much higher hardness 6, receiving part 7 and insert part 8 are connected to each other via a press connection 9, wherein the upper end of the insert part 8 in a recess 10 of the receiving part 7 form-fitting manner is plugged and is suitable to absorb high forces. As a rotation between insert 8 and receiving part 7 serves a flattening 11, on which in the recess 10 projecting end portion of the insert part. 8
- the die 2 which is also arranged in a tool holder 6, is formed in two parts, consisting of a recess 5 having receiving part 12 and a pressed-in recess 5 stopper 13, for better insertion into the recess 5 on its underside a fold 14 has. On its upper side, a fold 15 may also be provided, so that finally a favorable for the production bead 16 is formed.
- the remainder of the recess 5 is used in a known manner as a deep-drawn hole 17 of the die 2. The bottom of this deep-drawn hole 17 is thus formed by the plug 13, which is also a significant greater material hardness than the receiving part 12 of this die.
- the tool holder 6 has in each case one connected to the machine tool base member 18, in which punch 1, or die 2 are used and held by union nuts 19, or spring plate 20, and springs 21 in their working position.
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Description
- Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug zum mechanischen Bearbeiten von Platten zu deren Miteinanderverbinden (Durchsetzfügen odgl.) mittels einem Stempel und einer Matrize nach der Gattung der Ansprüche 1 und 2.
- Durch die US-Patentschrift 5,177,861 ist ein derartiges Werkzeug bekannt, allerdings mit der Zielsetzung ein neues Verbindungsverfahren zu entwickeln, was flüssigkeitsdicht macht, eine gute Verbindung herstellt und optisch attraktiv ist. Um dies zu erreichen ist jenes Werkzeug sehr aufwendig gestaltet. Die Seitenwände der Ausnehmung der Matrize weisen eine radiale Nachgiebigkeit auf, wobei die Lagerung der die Seitenwände der Matrize darstellenden Segmente auch die hohen Tiefziehkräfte aufnehmen muss, wobei eine solche Schwenklagerung empfindlich ist. Die Matrize ist laut Ausführungen in dieser US-Patentschrift insgesamt gehärtet ausgebildet, was bei Werkzeugen dieser Art, im Vergleich zu der sie tragenden Werkzeugaufnahme, ohnehin meist der Fall ist. Die Bleche werden zuerst mit Hilfe von Zapfen und Matrize ohne Durchstoßen tiefgezogen und es wird danach der Rand des Bodens der tiefgezogenen Blechabschnitte radial gegen die nachgiebigen Wände verguetscht, wodurch eine dichte Verankerung entsteht, die äußerlich ähnlich wie ein Niet aussieht, was natürlich auch optische Vorteile hat. Da beim radialen Verquetschen die Seitenwände auf der den Blechen zugewandten Seite auseinandergeschwenkt werden, ergibt sich allerdings eine schwer kontrollierbare Verschiebung der Auflage der Bleche an der Matrize.
- Bei einem anderen bekannten dem Durchsetzfügen dienenden Werkzeug (DE-PS 3710929), weist der Stempel einen Zapfen kleineren Durchmessers auf, durch den miteinander zu verbindende Platten in eine Sackbohrung einer Matrize tiefgezogen und verquetscht werden, um so eine feste Verbindung zwischen den Platten zu erzielen. Es sind auch andere Verfahren bekannt, bei denen aus Stempel und Matrize bestehende Werkzeuge eingesetzt werden, die zum Pressen, Stanzen odgl. von Platten dienen, u.a. auch zum Verbinden von Teilen an Platten (DE OS 19913695).
- So ist es auch bekannt, bei einer Fügeverbindung stempelseitig und/oder matrizenscitig die Werkzeuge d.h. Stempel und Matrize stark abzukühlen, um dadurch auch Platten miteinander verbinden zu können, die zumindest teilweise aus Polymeren bestehen oder Polymere enthalten (DE-OS 19752201). Hierdurch wird bei der Verarbeitung von Platten aus viskoseelastischen Werkstoffen, wie Polymeren, Kautschuk usw. mit anderen Werkstoffen, wie beispielsweise Metall, erreicht, dass ähnliche physikalische Vorraussetzungen bestehen, die dann eine solche Verbindung ermöglichen. Derartige mehrteilige Werkzeuge sind natürlich aufwendig und werden nur bei entsprechendem Zweck bzw. entsprechender Notwendigkeit eingesetzt.
- Bei wieder einem anderen bekannten Verfahren (DE-OS 10006789), wird besonders auf die Aufnahme des Werkzeuges insgesamt, also des Stempels oder der Matrize, in der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine geachtet, mit dem Ziel einer günstigen Auswechslung dieser Werkzeuge, wofür eine entsprechende radiale Verschiebbarkeit vorgesehen ist.
- Die Standzeit der dabei eingesetzten Werkzeuge entspricht dem Einsatz und den Anforderungen des Werkzeugmaterials und ist in vielen Fällen unbefriedigend niedrig. Um den geltenden Standard zu erreichen, ist der Aufwand für die Herstellung der Werkzeuge sehr hoch, da diese insgesamt eine entsprechende Härte im beanspruchten Bereich aufweisen müssen (US-PS 5,177,861). Andererseits können solche Härten zum Brechen des Werkzeugs führen, besonders dann, wenn eine oft erforderliche erhebliche Längserstreckung quer zur Arbeitsrichtung desselben gegeben ist. Wegen der Halterung ist zudem eine Mindestlängserstreckung in Arbeitsrichtung erforderlich, d.h., dass aufgrund dieser Gegebenheiten Stempel und Matrize, bei einer solchen für eine hohe Standzeit erforderlichen Härte, eine gewisse Bruchneigung aufweisen, wobei ein solcher Bruch verheerende Folgen haben kann. Besonders dann, wenn das Werkzeug in der Serienproduktion bei der Verbindung von Blechen bei Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, haben solche Mängel verheerende Folgen.
- Angestrebt ist ein Werkzeug mit optimaler Lebensdauer, bei äußerst günstiger Härte und nur geringer Bruchneigung.
- Das erfindungsgemäße Werkzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 hat den Vorteil, dass nur der Teil, der tatsächlich für die Bearbeitung erforderlich ist, nämlich der Einsatzteil die gewünschte Härte aufweist und aufgrund seiner Ausgestaltung weniger oder keine Bruchbeanspruchung erfährt, während der andere Teil, nämlich der Aufnahmeteil, entsprechend seinem Zweck aus weicherem und elastischerem Material bestehen kann. Trotz der Zweiteilung von Matrize und/oder stempel in Aufnahmeteil und Einsatzteil ist der Herstellungsaufwand des kompletten Werkzeugs, insbesondere in Abwägung des oben beschriebenen Risikos, günstiger als beim vergleichbaren Stand der Technik. Hinzu kommt, dass die besonders die Arbeitskräfte übertragenden Querschnitte von Matrize und/oder Stempel größer sind, als die des Einsatzteils, so dass bei der Erfindung vorteilhafterweise zur Kraftübertragung größere Querschnitte aus elastischerem Material vorhanden sein können und zur eigentlichen Plattenbearbeitung kleinere Querschnitte dienen, mit entsprechender Materialhärte.
- Je nach Art des Werkzeugs kann die Erfindung somit entweder auf der Stempelseite oder auf der Matrizenseite, oder auf beiden Seiten, Anwendung finden.
- Bei der Gestaltung der Erfindung sind Stempel und/oder Matrize quer zur Antriebsrichtung (zur Arbeitsrichtung) geteilt ausgebildet, um dadurch einen ausreichenden Formschluss bzw. damit gegebenen Kraftschluss zu erzielen. Hierbei ist es unproblematisch, die in Arbeitsrichtung einander gegenüberliegenden Flächen von Einsatzteil und Aufnahmeteil so groß zu gestalten, dass keine Überbeanspruchung, vor allem an der Fläche des Aufnahmeteils, entsteht.
- Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Seitenwände der als Sacköffnung ausgebildeten Ausnehmung einen radialen Abstand zu den Mantelflächen des Zapfens des Stempels auf und verlaufen in Bewegungsrichtung des Stempels. Eine solche Gestaltung und Zuordnung von Stempel und Matrize ist an sich bekannt (EP 0215449), allerdings mit den Eingangs genannten Nachteilen des Standes der Technik. Durch den Einsatz der Erfindung wird hier ein erheblicher Fortschritt erzielt, da bekanntlich beim Tiefziehen und nachfolgenden Verquetschen der Plattenanteile die in Arbeitsrichtung gehende Belastung außerordentlich hoch ist, hingegen die radialen Widerstandskräfte wesentlich geringer sein können.
- Die formschlüssige Verbindung zwischen Einsatzteil und Aufnahmeteil erfolgt vorteilhafterweise, in dem die Ausnehmung als Bohrung odgl. ausgebildet ist, in welche das entsprechende Einsatzteil mit dem ihm zugewandten Ende einsteckbar bzw. einsetzbar ist. Hierbei können die Kanten des Einsatzteils abgeschrägt oder abgerundet sein, um ein einfacheres Einführen zu erzielen.
- Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die formschlüssige Verbindung zwischen Einsatzteil und Aufnahmeteil als Pressverbindung ausgebildet, d. h. dass eine radiale Pressung zwischen Innenwand der Ausnehmung und Mantelfläche des Einsatzteils besteht.
- Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung zwischen Aufnahmeteil und Einsatzteil verdrehschlüssig ausgebildet. Diese Drehschlüssigkeit kann durch einfaches Abflachen des der Aufnehmung zugrunde liegenden Kreisquerschnitts erzielt werden.
- Nach einer anderen speziellen Ausgestaltung der Erfindung dient das Werkzeug zum nietartigen Verbinden von Bauteilen wie Platten, Bolzen, Muttern odgl., mit einer Platte unter Verwendung eines dem Werkzeugstempel vorgeschalteten, in die Platte pressbaren verlorenen Stempels welches durch den als Werkzeugstempel dienenden Einsatzteil eingetrieben wird und der nach der Bearbeitung in der Platte verbleibt (DE-OS 19913695).
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
- Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- einen Teillängsschnitt durch Stempel, Matrize und Werkzeughalter in Explosionsdarstellung, zum Teil entsprechend der Linie I-I in Figur 2 und
- Figur 2
- einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II in Figur 1.
- In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Werkzeug mit Werkzeughaltern in Explosionsdarstellung, aber ohne die Aufnahme derselben in der Werkzeugmaschine selbst, gezeigt, wobei zwischen einem Stempel 1 und einer Matrize 2 zwei miteinander zu verbindende Bleche 3 angeordnet sind. Um die Bleche miteinander zu verbinden, wird der Stempel 1 nach unten betätigt und zieht mit einem an seinem Ende angeordneten Zapfen 4 die entsprechend beaufschlagten Abschnitte der Bleche 3 in eine Ausnehmung 5 der Matrize 2, um bei Fortsetzung des Hubes diese tief gezogenen Blechabschnitte auch radial zu zerquetschen, so dass ein Hintereinandergreifen der tiefgezogenen und zerquetschten Plattenabschnitte erfolgt, wodurch durch dieses Durchsetzfügen eine feste Verbindung zwischen den Platten 3 entsteht.
- Der Stempel 1 ist über einen Werkzeughalter 6 in der hier nicht dargestellten Werkzeugmaschine angeordnet und besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Aufnahmeteil 7 und einem den Zapfen 4 aufweisenden Einsatzteil 8. Auf Grund der höheren Beanspruchung weist der Einsatzteil 8 mit Zapfen 4 eine wesentlich höhere Härte auf, als der auch auf Grund seines größeren Querschnitts geringer beanspruchte Aufnahmeteil 7, bzw. als die Werkzeughalterung 6. Aufnahmeteil 7 und Einsatzteil 8 sind über eine Pressverbindung 9 miteinander verbunden, wobei das obere Ende des Einsatzteils 8 in eine Ausnehmung 10 des Aufnahmeteils 7 formschlüssig gesteckt ist und geeignet ist, hohe Kräfte aufzunehmen. Als Verdrehsicherung zwischen Einsatzteil 8 und Aufnahmeteil 7 dient eine Abflachung 11, an dem in die Ausnehmung 10 ragende Endabschnitt des Einsatzteils 8.
- Auch die Matrize 2, die ebenfalls in einer Werkzeughalterung 6 angeordnet ist, ist zweiteilig ausgebildet, bestehend aus einem die Ausnehmung 5 aufweisenden Aufnahmeteil 12 und einem in die Ausnehmung 5 gepressten Stopfen 13, der zur besseren Einführung in die Ausnehmung 5 an seiner Unterseite eine Abkantung 14 aufweist. An seiner Oberseite kann ebenfalls eine Abkantung 15 vorgesehen sein, so dass endgültig eine für die Fertigung vorteilhafte Sicke 16 entsteht. Der verbleibende Rest der Ausnehmung 5 dient in bekannter Weise als Tiefziehöffnung 17 der Matrize 2. Der Boden dieser Tiefziehöffnung 17 wird somit durch den Stopfen 13 gebildet, der ebenfalls eine wesentlich größere Materialhärte aufweist, als der Aufnahmeteil 12 dieser Matrize.
- Die Werkzeughalterung 6 weist jeweils ein mit der Werkzeugmaschine verbundenes Sockelteil 18 auf, in welches Stempel 1, bzw. Matrize 2 eingesetzt werden und durch Überwurfmuttern 19, bzw. Federteller 20, sowie Federn 21 in ihrer Arbeitslage gehalten werden.
-
- 1
- Stempel
- 2
- Matrize
- 3
- Bleche
- 4
- Zapfen
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Werkzeug
- 7
- Aufnahmeteil
- 8
- Einsatzteil
- 9
- Presssteckverbindung
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Abflachung
- 12
- Aufnahmeteil
- 13
- Stopfen
- 14
- Abkantung
- 15
- Abkantung
- 16
- Sicke
- 17
- Matrizenöfnung
- 18
- Sockelteil
- 19
- Überwurfmuttern
- 20
- Federteller
- 21
- Feder
Claims (6)
- Werkzeug zur mechanischen Bearbeitung von Platten (3) odgl., zu deren Miteinanderverbinden bzw. zum nietartigen Verbinden von Bauteilen mit Platten durch Durchsetzfügen odgl, mit einem Stempel (1) und einer Matrize (2),
welche jeweils an ihren den Platten (3) abgewandten Enden in einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine gehaltert sind, wobei jeweils den Platten (3) zugewandt am Stempel (1) ein Zapfen (4) vorhanden ist und in der mehrteilig ausgebildeten Matrize (2) eine Ausnehmung (5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,- dass die Ausnehmung in der Matrize (2) als Sacköffnung mit unnachgiebigen Seitenwänden ausgebildet ist;- dass die Matrize (2) zweiteilig ausgebildet ist, in dem als Boden der Sacköffnung in einem Aufnahmeteil (12) ein Einsatzteil (13) angeordnet ist, welches aus härterem Material besteht als der Aufnahmeteil (12) und- dass dieser Einsatzteil (13) auf der den Platten (3) abgewandten Seite formschlüssig in der Sacköffnung (5) angeordnet ist. - Werkzeug insbesondere nach Anspruch 1 zur mechanischen Bearbeitung von Platten (3) odgl., zu deren Miteinanderverbinden bzw. zum nietartigen Verbinden von Bauteilen mit Platten durch Durchsetzfügen odgl, mit einem Stempel (1) und einer Matrize (2),
welche jeweils an ihren den Platten (3) abgewandten Enden in einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine gehaltert sind, wobei jeweils den Platten (3) zugewandt am Stempel (1) ein Zapfen (4) vorhanden ist und in der mehrteilig ausgebildeten Matrize (2) eine Ausnehmung (5) angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- der Stempel (1) ist zweiteilig ausgebildet, mit einem der unmittelbaren Bearbeitung der Platten dienenden und den Zapfen (4) aufweisenden Einsatzteil (8);- der Einsatzteil (8) ist auf der den Platten (3) abgewandten Seite formschlüssig in einer Ausnehmung (10) des Aufnahmeteils (7) gehaltert und- der Einsatzteil (8) besteht aus härterem Material als der Aufnahmeteil (7). - Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Seitenwände als Sacköffnung ausgebildeten Ausnehmung (5) der Matrize (2) einen radialen Abstand zu den Mantelflächen des Zapfens (4) des Stempels (1) aufweisen und in Bewegungsrichtung des Stempels (1) verlaufen. - Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die formschlüssige Verbindung zwischen Einsatzteil (8, 13) und Aufnahmeteil (7, 12) als Pressverbindung ausgebildet ist. - Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung zwischen Aufnahmeteil (7, 12) und Einsatzteil (8, 13) verdrehschlüssig ist. - Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche zum nietartigen Verbinden von Bauteilen wie Platten, Bolzen, Muttern odgl. mit einer Platte, gekennzeichnet durch die Verwendung eines dem Werkzeugstempel vorgeschalteten, in die Platte pressbaren verlorenen Stempels, welches durch den als Werkzeugstempel dienenden Einsatzteil eingetrieben wird.
Applications Claiming Priority (3)
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| DE10123007 | 2001-05-11 | ||
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