EP1566231B1 - Pulverpresse - Google Patents

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EP1566231B1
EP1566231B1 EP05001884A EP05001884A EP1566231B1 EP 1566231 B1 EP1566231 B1 EP 1566231B1 EP 05001884 A EP05001884 A EP 05001884A EP 05001884 A EP05001884 A EP 05001884A EP 1566231 B1 EP1566231 B1 EP 1566231B1
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EP
European Patent Office
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rams
powder
press
hydraulic cylinder
die
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EP05001884A
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Jürgen Hinzpeter
Ingo Schmidt
Andreas Groth
Andreas Teetzen
Thomas Pannewitz
Holger Behns
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Fette GmbH
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Fette GmbH
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Publication date
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Publication of EP1566231A3 publication Critical patent/EP1566231A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/005—Control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/0094—Press load monitoring means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06—Platens or press rams
    • B30B15/065—Press rams
    • B30B15/067—Press rams with means for equalizing the pressure exerted by a plurality of press rams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
    • B22F2003/033—Press-moulding apparatus therefor with multiple punches working in the same direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a powder press for the production of compacts of powdered molding material according to the claim.
  • a press has an upper and a lower punch, which interact with a die or a die bore in a die plate.
  • the punches are driven by a suitable power drive, either mechanically or hydraulically via suitable hydraulic cylinders. It is known to arrange the die plate firmly and to move upper and lower punches or alternatively to move the die plate and to adjust the upper punch, while the lower punch remains stationary.
  • Hydraulic presses have the advantage that a relatively freely programmable pressing process can be achieved.
  • Out DE 4 209 767 C1 It is known to measure the pressing force in order to achieve the most uniform possible density within a batch. Depending on the measured pressing force is then a Correction made over the filling for the subsequent compacts.
  • the position of the stamp is determined and measured the associated pressing force. The approach of a certain position leads to a relatively high dimensional accuracy, may cause different densities. If, however, the pressing process is terminated at a preset pressing force, there is a risk that the compact has different thicknesses.
  • the aim of all procedures is to ensure, with the aid of suitable control measures, that the same pressing result is always achieved even with changing powder within a batch.
  • a production cycle consists of several phases: filling of the material, collapse of the punches, compacting of the pressing material, press holding time, extension of the compact and its removal.
  • the removal is usually carried out by an automatic removal system.
  • To increase the output of the press an attempt is made to shorten the times of the individual phases.
  • the times for compacting the powder, the press holding time and the time for extending the compact depend on the type of powder used and the geometry of the compact. Too short compression, Presshalte- and ejection times lead to hairline cracks in the compact, which must be avoided at all costs. For this reason, the output of modern hydraulic powder presses is currently limited to max. 30 pieces per minute limited.
  • the invention has for its object to provide a powder press for the production of compacts of powdered molding material with which the ejection performance can be significantly increased without a loss of press accuracy must be accepted.
  • a fixed or movable die plate is provided with at least two dies or a die with at least two die holes.
  • at least two upper punches are furthermore provided, which interact with the dies or die bores and act individually or are mechanically coupled. They are operated by two or a single hydraulic cylinder.
  • at least two lower punches are provided which cooperate with the dies or die bores and each have their own drive by means of a hydraulic cylinder.
  • the upper stamps are assigned one or two position sensors and the lower stamps each have one or two position sensors.
  • the hydraulic cylinders are assigned a force sensor.
  • a process computer for the powder press according to the invention on at least three controllers, namely a controller for the hydraulic cylinder of the upper or lower punch and in each case a controller for the hydraulic cylinder of the lower or upper punch.
  • the algorithm by which the individual controllers operate can be formulated in a conventional manner. So z. As a rule after a Kraftweg- or a power timing diagram or even after the energy input possible. In all regulations, the target diagram must first be determined with the aid of suitable tests and measurements, which are then regu- lated during the actual production.
  • the powder press according to the invention With the help of the powder press according to the invention, two or more compacts can be produced simultaneously, whereby the Prcssvorêt be influenced separately for the individual compacts, whereby z. B. Powder fluctuations and tool tolerances be compensated.
  • the powder press according to the invention thus enables a large pressing accuracy by separately influencing the pressing operations.
  • the removal of the finished compacts by the sampling system can be done in one or more steps, the removal is preferable in one step because of the shorter cycle time. Due to the simultaneous pressing and removal of several compacts, the ejection capacity of the press is multiplied according to the number of simultaneously pressed compacts, without the pressing accuracy suffers.
  • a press for pressing powdered press material is shown schematically. It has a fixed die plate 10, which contains two dies 12, 14, each with a die bore. Above the die plate 10, two upper punches 16 are arranged, which cooperate with the dies 12, 14. The upper punches 16 are mechanically coupled to each other by a block 18. The block 18 is actuated by a hydraulic cylinder 20.
  • Two lower punches 22 cooperate with the dies 12, 14 and are each actuated by a hydraulic cylinder 24 and 26, respectively.
  • the upper stamp 16 is a Assigned to the position sensor 28 and the hydraulic cylinder 20, a force sensor 30 is assigned.
  • the actuation of the hydraulic cylinder and the upper punch 16 takes place with the aid of a controller 32 in accordance with the values of force sensor 30 and position sensor 28 according to a predetermined algorithm, for example a force path or force time diagram.
  • a controller 32 As an actuator serves a control valve 34 for the hydraulic cylinder 20th
  • the lower punches 22 each have their own position sensors 36 and 38, respectively, and the force applied by the hydraulic cylinders 24, 26 is determined with separate force sensors 40 and 42, respectively.
  • the algorithm for the controllers 44, 46 corresponds to z. B. after which the controller 32 operates.
  • the manipulated variables of the regulators 44 and 46 are applied to the hydraulic cylinders 24, 26 via control valves 48 and 50, respectively.
  • a hydraulic drive assembly 50 has two concentrically arranged annular piston 52, 56 which are guided in corresponding annular cylinders.
  • annular piston 52, 56 which are guided in corresponding annular cylinders.
  • each ring piston can be detected separately in its position and in view of the pressing forces.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Pressmaterial nach dem Patentanspruch.
  • Es ist bekannt, Formteile aus Hartmetall, Keramik, Sintermetallen oder dergleichen mit Hilfe von Pressen herzustellen. Das pulverförmige bzw. granuläre Material wird mit Hilfe von Pressen zu einem Formling geformt, der anschließend einem Sinterprozeß unterworfen wird. Eine Presse weist einen Ober- und einen Unterstempel auf, die mit einer Matrize bzw. einer Matrizenbohrung in einer Matrizenplatte zusammenwirken. Die Stempel werden von einem geeigneten Kraftantrieb angetrieben, entweder mechanisch oder hydraulisch über geeignete Hydraulikzylinder. Es ist bekannt, die Matrizenplatte fest anzuordnen und Ober- und Unterstempel zu bewegen oder alternativ die Matrizenplatte zu verfahren und den Oberstempel zu verstellen, während der Unterstempel stationär bleibt.
  • Wesentlich für die reproduzierbare Herstellung von Pulverpresslingen ist, dass der Pressling eine homogene Struktur erhält bei einer vorgegebenen Dichte. Presslinge mit geringer Dichte schwinden beim Sintern schneller als Presslinge mit höherer Dichte. Durch unterschiedlich einstellbare Presswege von Unter- und Oberstempel kann versucht werden, Dichteabweichungen zu minimieren. Andererseits können unterschiedliche Dichten in der Praxis durch unterschiedliche Presskräfte entstehen, die wiederum bei gleicher Höhe der Presslinge, z. B. aufgrund von Füllschwankungen, die bis zu einigen Prozenten gehen, hervorgerufen werden.
  • Hydraulische Pressen haben den Vorteil, dass ein relativ frei programmierbarer Pressablauf erzielt werden kann. Aus DE 4 209 767 C1 ist bekannt, die Presskraft zu messen, um eine möglichst gleichmäßige Dichte innerhalb einer Charge zu erreichen. In Abhängigkeit von der gemessenen Presskraft wird anschließend eine Korrektur über die Füllung für die nachfolgenden Presslinge vorgenommen. Bei diesem Verfahren wird die Position der Stempel bestimmt und die dazugehörende Presskraft gemessen. Das Anfahren einer bestimmten Position führt zu einer relativ hohen Formgenauigkeit, verursacht unter Umständen unterschiedliche Dichten. Wird hingegen bei einer voreingestellten Presskraft der Pressvorgang beendet, besteht die Gefahr, dass der Pressling unterschiedliche Dicken hat.
  • Aus DE 197 17 217 C2 ist bekannt geworden, abhängig von der Geometrie des Presslings und des Ausgangsmaterials während der Kompression für einen Pressstempel ein gewünschtes Kraftwegdiagramm (Sollkurve) vorab zu ermitteln und zu speichern. In einem Rechner für den Herstellungsprozess werden während der Kompression die gemessenen Werte für den Weg und die Kraft des Pressstempels mit der Sollkurve verglichen. Mittels mindestens eines separat betätigten Abschnitts des Pressstempels oder eines getrennten Stempels wird der Druck auf das Pressmaterial während der Kompressionsphase erhöht oder verringert, sobald eine Abweichung von der Sollkurve ermittelt wird. Bei diesem Verfahren müssen mindestens zwei Positionssensoren vorgesehen werden, nämlich für den mindestens einen Pressstempel und den mindestens einen weiteren Pressstempel. Aus DE 100 10 671 C2 ist bekannt geworden, durch vorangehende Versuche für einen gewünschten Pressling ein Kraftzeitdiagramm zu erstellen, nach dem der Unter- oder Oberstempel während der Kompression verstellt wird. Das Nachfahren nach dem Kraftzeitdiagramm erfordert ebenfalls einen Regler, wie bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren.
  • Aus DE 1 042 772 C2 ist bekannt geworden, für einen Pressling vorgegebener Geometrie und Abmessungen sowie vorgegebenen Materials den Wert für die vom Oberstempel einzubringende Energie zu speichern. Ferner wird als zweiter Wert die vom Ober- und Unterstempel insgesamt einzutragende Energie gespeichert. Während der Kompression wird der Vorschub des Oberstempels beendet, wenn sein Energieeintrag den vorgegebenen ersten Wert erreicht hat, und der Vorschub des Unterstempels erfolgt nach Maßgabe des Restenergieeintrags und wird beendet, wenn die Gesamtenergie den zweiten vorgegebenen Wert erreicht hat. Auch hierfür ist ebenfalls eine Regelung erforderlich.
  • Ziel aller Verfahren ist, mit Hilfe geeigneter Regelungsvorkehrungen sicherzustellen, dass auch bei sich veränderndem Pulver innerhalb einer Charge immer ein gleiches Pressergebnis erzielt wird.
  • Ein Produktionszyklus besteht aus mehreren Phasen: Füllen des Materials, Zusammenfahren der Stempel, Verdichten des Pressmaterials, Presshaltezeit, Ausfahren des Presslings und seine Entnahme. Die Entnahme erfolgt normalerweise durch ein automatisches Entnahmesystem. Um die Ausstossleistung der Presse zu erhöhen, wird versucht, die Zeiten der einzelnen Phasen zu verkürzen. In dieser Hinsicht bestehen verfahrenstechnische Grenzen, die einer Zykluszeitverringerung entgegenstehen. Die Zeiten für das Verdichten des Pulvers, die Presshaltezeit und die Zeit zum Ausfahren des Presslings ist abhängig von der Art des eingesetzten Pulvers und der Geometrie des Presslings. Zu kurze Verdichtungs-, Presshalte- und Ausstosszeiten führen zu Haarrissen im Pressling, was unbedingt vermieden werden muss. Aus diesem Grund ist die Ausstossleistung moderner hydraulischer Pulverpressen derzeit auf max. 30 Stück pro Minute begrenzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Pressmaterial zu schaffen, mit der die Ausstossleistung deutlich gesteigert werden kann, ohne dass eine Einbuße an Pressgenauigkeit hingenommen werden muß.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Pulverpresse ist eine feststehende oder bewegliche Matrizenplatte vorgesehen mit mindestens zwei Matrizen oder einer Matrize mit mindestens zwei Matrizenbohrungen. Bei der erfindungsgemäßen Pulverpresse sind ferner mindestens zwei Oberstempel vorgesehen, die mit den Matrizen bzw. Matrizenbohrungen zusammenwirken und einzeln wirken oder mechanisch gekoppelt sind. Sie werden von zwei bzw. einem einzigen hydraulischen Zylinder betätigt. Ferner sind mindestens zwei Unterstempel vorgesehen, die mit den Matrizen bzw. Matrizenbohrungen zusammenwirken und jeweils einen eigenen Antrieb mittels eines Hydraulikzylinders aufweisen. Den Oberstempeln sind ein oder zwei Positionssensoren und den Unterstempeln jeweils ein oder zwei Positionssensoren zugeordnet. Den Hydraulikzylindern ist ein Kraftsensor zugeordnet. Schließlich weist ein Prozessrechner für die erfindungsgemäße Pulverpresse mindestens drei Regler auf, nämlich einen Regler für den Hydraulikzylinder der Ober- oder Unterstempel und jeweils einen Regler für die Hydraulikzylinder der Unter- oder Oberstempel.
  • Der Algorithmus, nach dem die einzelnen Regler arbeiten, kann in herkömmlicher Weise formuliert sein. So ist z. B. eine Regelung nach einem Kraftweg- oder einem Kraftzeitdiagramm oder auch nach dem Energieeintrag möglich. Bei allen Regelungen ist zuvor mit Hilfe geeigneter Versuche und Messungen das Solldiagramm zu ermitteln, denen während der eigentlichen Produktion regelnd nachgefahren wird.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Pulverpresse können zwei oder mehr Presslinge gleichzeitig erzeugt werden, wobei die Prcssvorgänge für die einzelnen Presslinge getrennt beeinflusst werden, wodurch z. B. Pulverschwankungen und Werkzeug-toleranzen ausgeglichen werden. Die erfindungsgemäße Pulverpresse ermöglicht somit eine große Pressgenauigkeit durch getrennte Beeinflussung der Pressvorgänge.
  • Die Entnahme der gefertigten Presslinge durch das Entnahmesystem kann in einem oder mehreren Arbeitsschritten erfolgen, wobei die Entnahme in einem Arbeitsschritt wegen der kürzeren Zykluszeit vorzuziehen ist. Durch das gleichzeitige Pressen und Entnehmen mehrerer Presslinge wird die Ausstossleistung der Presse nach Maßgabe der Anzahl gleichzeitig gepresster Presslinge vervielfacht, ohne dass die Pressgenauigkeit darunter leidet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    • Figur 1
    zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Presse nach der Erfindung,
    Figur 2
    zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Presse nach der Erfindung.
  • In der Figur ist eine Presse zum Pressen von pulverförmigem Pressmaterial schematisch dargestellt. Sie weist eine feststehende Matrizenplatte 10 auf, die zwei Matrizen 12, 14 enthält mit jeweils einer Matrizenbohrung. Oberhalb der Matrizenplatte 10 sind zwei Oberstempel 16 angeordnet, die mit den Matrizen 12, 14 zusammenwirken. Die Oberstempel 16 sind durch einen Block 18 mechanisch miteinander gekoppelt. Der Block 18 wird von einem Hydraulikzylinder 20 betätigt.
  • Zwei Unterstempel 22 wirken mit den Matrizen 12, 14 zusammen und sind jeweils von einem Hydraulikzylinder 24 bzw. 26 betätigt. Den Oberstempeln 16 ist ein Positionssensor 28 zugeordnet und dem Hydraulikzylinder 20 ist ein Kraftsensor 30 zugeordnet. Die Betätigung des Hydraulikzylinders und der Oberstempel 16 erfolgt mit Hilfe eines Reglers 32 nach Maßgabe der Werte von Kraftsensor 30 und Positionssensor 28 nach einem vorgegebenen Algorithmus beispielsweise einem Kraftweg- oder Kraftzeitdiagramm. Als Stellglied dient ein Regelventil 34 für den Hydraulikzylinder 20.
  • Wie zu erkennen, ist den Unterstempeln 22 jeweils ein eigener Positionssensor 36 bzw. 38 zugeordnet und die von den Hydraulikzylindern 24, 26 aufgebrachte Kraft wird mit separaten Kraftsensoren 40 bzw. 42 ermittelt. Die Betätigung der Hydraulikzylinder 24, 26 erfolgt über getrennte Regler 44 bzw. 46 nach Maßgabe der Daten, die von den Positionssensoren 36, 38 bzw. Kraftsensoren 40, 42 geliefert werden. Der Algorithmus für die Regler 44, 46 entspricht z. B. dem nach dem der Regler 32 arbeitet. Die Stellgrößen der Regler 44 bzw. 46 werden über Regelventile 48 bzw. 50 auf die Hydraulikzylinder 24, 26 gegeben.
  • Es ist zu erkennen, dass mit einem minimalen apparativen Aufwand eine hohe Ausstossleistung mit einer Presse erzielt wird, bei gleichzeitig hoher Pressgenauigkeit für jede Achse, da jede Achse getrennt geregelt wird.
  • Soweit bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gleiche Teile wie in Fig. 1 verwendet werden, sind sie mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Besonderheit bei Fig. 2 besteht darin, daß eine hydraulische Antriebsanordnung 50 zwei konzentrisch angeordnete Ringkolben 52, 56 aufweist, die in entsprechenden Ringzylindern geführt sind. Werden, wie in Fig. 1 gezeigt, übliche Hydraulikzylinder nebeneinander angeordnet, ist der Abstand zwischen den Unterstempeln 22 relativ groß. Mit Hilfe einer Ringanordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich dieser Abstand beträchtlich verringern.
  • Es versteht sich, daß auch die Oberstempel 16 zusätzlich oder alternativ mit einer Ringzylinderanordnung angetrieben werden können, wobei jeder Ringkolben in seiner Position und im Hinblick auf die Preßkräfte separat detektiert werden kann.
  • Schließlich versteht sich, daß bei Pressen, bei denen eine angetriebene Matrizenplatte verwendet wird, während die Unterstempel stationär sind, die beschriebene Anordnung ebenfalls eingesetzt werden kann. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Oberstempel separat anzutreiben und ihren Betrieb separat zu regeln, während die Matrizenplatte durch einen oder mehrere Hydraulikzylinder verstellt wird.

Claims (3)

  1. Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Pressmaterial, mit den folgenden Merkmalen:
    • eine Matrizenplatte (10) mit mindestens zwei Matrizen (12, 14) oder einer Matrize mit mindestens zwei Matrizenbohrungen,
    • mindestens zwei Oberstempel, die mit den Matrizen (12, 14) bzw. den Matrizenbohrungen zusammenwirken,
    • ein oder zwei Hydraulikzylinder (20) für die Oberstempel (16),
    • mindestens zwei Unterstempel (22), die mit den Matrizen (12, 14) bzw. Matrizenbohrungen zusammenwirken,
    • jeweils ein Hydraulikzylinder (24, 26) für die Unterstempel (22),
    • mindestens ein Positionssensor (28) für die Oberstempel (16) und mindestens ein Kraftsensor (30) für den oder die Hydraulikzylinder (30) der Oberstempel,
    jeweils mindestens ein Positionssensor für die Unterstempel (22) und jeweils mindestens ein Kraftsensor (40, 42) für die Hydraulikzylinder (24, 26) der Unterstempel,
    • ein Regler (32) für den oder die Hydraulikzylinder (20) für die Oberstempel (16) und
    • jeweils ein Regler (44, 46) für die Hydraulikzylinder (24, 26) für die Unterstempel (22).
  2. Pulverpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberstempel (16) oder die Unterstempel (22) mechanisch gekoppelt und mit einem Hydraulikzylinder (20) verbunden sind und ein einziger Positionssensor (28) für die Oberstempel (16) vorgesehen ist.
  3. Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei separaten Hydraulikzylindern für die Unterstempel Ringzylinder (50) mit Ringkolben (52, 56) vorgesehen sind.
EP05001884A 2004-02-20 2005-01-29 Pulverpresse Not-in-force EP1566231B1 (de)

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EP1566231A2 EP1566231A2 (de) 2005-08-24
EP1566231A3 EP1566231A3 (de) 2007-01-03
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