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Selbsttätige hydraulische Steuervorrichtung für eine elektrische Abbrennstumpfschweißmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbsttätige hydraulische Steuervorrichtung
für eine elektrische Abbrennstumpfschweißmaschine, deren den Reversierungsvorgang
des hydraulisch bewegten Schlitten auslösender Schalter von dem Kontaktnocken an
dem federbelasteten Kolben eines hydraulischen Steuerzylinders betätigt wird, der
über eine mit einem Drosselventil versehene Hydraulikleitung mit dem Druckraum des
Arbeitszylinders in Verbindung steht.
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Bei dieser Art des Widerstandsstumpfschweißens wird durchweg derart
vorgegangen, daß die zu schweißenden, üi den gekühlten Spannbacken der Schweißmaschine
eingespannten und in den Sekundärkreis des Schweißtransformators eingeschalteten
Gegenstände sich abwechselnd zueinander bis zur Berührung nähern und wieder voneinander
entfernen, wobei die zu schweißenden Gegenstände während des Annäherns fortschreitend
durch den Kurzschlußstrom so lange erwärmt werden, bis die Temperatur an Stelle
der Berührung solche Höhe erreicht hat, daß bei der Berührung der Kurzschluß nicht
mehr stattfindet, sondern ein elektrischer Bogen entsteht.
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Die zu schweißenden Gegenstände nähern sich zueinander fortwährend
in der Zeitdauer des Bogenbrennens mit der ursprünglichen Geschwindigkeit bei dem
gleichzeitigen Abbrennen. Nach dem Abbrennen des bestimmten Teiles der zu schweißenden
Gegenstände wird die Stromzufuhr abgeschaltet, die Gegenstände werden durch die
erhöhte Kraft zusammengepreßt, wodurch die Schweißverbindung entsteht.
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Die zu schweißenden Gegenstände werden beim Schweißen in den Spannbacken
der Schweißeinrichtung eingespannt, die stark gekühlt werden. Aus diesem Grunde
geht viel von der Wärmeenergie schon bei der Vorwärmung durch die Wärmeabführung
in die Spannbacken verloren, und die Tiefe der hervorragenden Teile der zu schweißenden
Gegenstände ist groß. Diese von der Geschwindigkeit der Vorwärmung abhängige Erwärmungstiefe
hat den bedeutenden Einfluß auf die Qualität der Schweißverbindung, besonders bei
den durch Chrom und Molybden legierten Stählen. Die Annäherungsgeschwindigkeit ist
nämlich bei den laufend erzeugten Maschinen sehr klein und gleicht der Grundabbrenngeschwindigkeit,
wodurch das ganze Verfahren der Vorwärmung verlängert und die Wärmeverluste gesteigert
werden. Es ist deshalb sehr wichtig, den Verlauf der Vorwärmung richtig zu regulieren,
besonders den Zeitverlauf der Berührung und der Reversierbewegungen.
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Es sind Widerstandsschweißmaschinen mit der Widerstandsvorwärmung
des zu schweißenden Materials bekannt, die eine den Zeitverlauf der Vorwärmung im
bestimmten Maße ermöglichende Reguliereinrichtung besitzen. Es ist auch bekannt,
daß diese Einrichtungen mit einem besonderen zur Unterbrechung des Preßdruckes bestimmten
Ventil versehen werden, das beim Anpressen außer Funktion gesetzt wird.
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Bei einer bekannten hydraulischen Steuervorrichtung für eine elektrische
Abbrennstumpfschweißmaschine wird der den Reversiervorgang des hydraulisch bewegten
Schlittens auslösende Schalter von den Kontaktnocken an dem federbelasteten Kolben
eines hydraulischen Steuerzylinders betätigt. Der Steuerzylinder ist über eine mit
einem Drosselventil versehene Hydraulikleitung mit dem Druckraum des Arbeitszylinders
verbunden. Durch dieses Drosselventil wird sowohl die in den Steuerzylinder hineinals
auch die vom Steuerzylinder herausströmende Flüssigkeit gedrosselt. Dadurch wird
durch das einstellbare Drosselventil sowohl die Anpreßzeit als auch die Unterbrechungszeit
gleichzeitig eingestellt.
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Die Nachteile dieser Einrichtungen bestehen darin, daß die beiden
Zeiten nur gleichzeitig eingestellt werden können, was in manchen Fällen der Schweißung
nicht geeignet ist, da für verschiedene Materiale diese Zeiten einzeln und verschieden
eingestellt werden müssen.
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Die Erfindung will die Anpreßzeit und die Unterbrechungszeit jedoch
jede für sich gesondert einstellbar
machen, um eine bestmögliche
Ausnutzung der Schweißmaschine zu erreichen. Denn für verschiedene Schweißgüter
sind verschiedene Anpreßzeiten, aber auch verschiedene Unterbrechungszeiten wünschenswert.
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Die Erfindung besteht darin, daß in der Hydraulik (a, b, c, d)
ein den Zufluß in den Steuerzylinder einseitig drosselndes einstellbares Ventil
und ein den Rückfluß aus dein Steuerzylinder einseitig drosselndes einstellbares
Ventil angeordnet ist und daß der Kolben des Steuerzylinders neben dem Kontaktnocken
eine Stoßklinke trägt, die gegen die Kraft einer Feder in ein durch eine Sperrklinke
in einer Drehrichtung feststellbares Zahnrad eingreift, das einen den Abbrennvorgang
einleitenden elektrischen Schalter betätigt.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird also derart gelöst,
daß in der Hydraulikleitung der Widerstandsabbrennstumpfschweißeinrichtung ein den
Zufluß in den Steuerzylinder einseitig drosselndes einstellbares Ventil und ein
weiteres, den Rückfluß aus dem Steuerzylinder einseitig drosselndes einstellbares
Ventil eingereiht wird. Diese Drosselventile sind gleich ausgeführt, und zwar derart,
daß sie in einer Richtung den Zufluß der Flüssigkeit drosseln, während sie in der
anderen Richtung dem Zufluß keinen Widerstand leisten. Dabei trägt den Kolben des
Steuerzylinders - neben dem elektrischen Kontaktnocken für die Betätigung der Reversierbewegung
- eine Stoßklinke, die mit dem Zahnrad mit einer Sperrklinke eingreift, das einen
den Abbrennvorgang . einleitenden elektrischen Schalter betätigt.
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Es ist vorteilhaft,- zwischen die beiden Drosselventile ein Absperrventil
einzureihen, dessen Kolben mittels der Zugstange mit dem beweglichen Teil der Maschine
verbunden wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes wird an
Hand der Zeichnung beschrieben.
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Der feste Teil 1 der Maschine trägt eine Einspannbacke 2 und einen
Einspannzylinder 3 samt der Gegenbacke 4; der bewegliche Teil 5 der Maschine trägt
den anderen Einspannzylinder 6 samt den Ein-.
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spannbacken 7, B. Die Einspannzylinder 3 und 6 werden mittels Verteiler
9,10 von einer nicht eingezeichneten Druckquelle hydraulisch betätigt. Der bewegliche
Teil 5 der Maschine wird mittels des Kolbens 11 eines Preßzylinders 12 betätigt.
Der Preßzylinder 12 ist mit einem Druckraum 13 und einem Rückzugsraum 14 versehen.
Der Preßkolben 11 ist als Differentialkolben ausgeführt und wird mittels eines Vierwegeverteilers
15 hydraulisch betätigt, der auf bekannte Art mittels zweier Elektromagneten 16,17
und eines zweiarmigen Hebels 18 gesteuert wird.
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Der Verteiler 15 hat vier Lagen: In der ersten Lage, wo beide Magneten
16,17 stromlos sind, überführt. der Verteiler 15 die Druckflüssigkeit von einer
Pumpe 19 in den Rückzugsraum 14 des Preßzylinders 12, gleichzeitig überführt er
die Flüssigkeit in einen -Behälter 20, der Preßkolben bewegt sich hierbei nach rechts.
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In der zweiten Lage, wo die beiden Magnete 16,17 unter Strom liegen,
überführt der Verteiler 15 die Druckflüssigkeit in den Druckraum 13 des Preßzylinders
12 und aus dem Rückzugsraum 14 dieses Zylinders gibt er die Flüssigkeit frei für
den Abfluß in den Behälter 20; der Preßkölben 11 bewegt sich mit voller Geschwindigkeit
nach links. In der dritten Lage liegt der Magnet 16 unter Strom, während
der Magnet 17 stromlos ist. In dieser Lage ist die Druckleitung der Pumpe 19 mit
der in den Behälter 20 führenden Rückleitung verbunden; der Preßkolben 11 wird eingestellt.
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In der vierten Lage ist der Magnet 17 unter Strom und der Magnet 16
stromlos; die Flüssigkeit aus der Pumpe 19 strömt in den Druckraum 13 des Preßzylinders
12, und die dadurch aus dem Rückzugsraum 14 verdrängte Flüssigkeit wird durch den
Verteiler-Schieber 15 gedrosselt und in die Rückleitung des Behälters 20 eingelassen.
Der Preßkolben 11 bewegt sich hierbei nach links mit einer beliebigen Geschwindigkeit,
welche durch Verdrehung eines Ex= zenters 21 geregelt wird, welcher auf die Aufhängung
des Magneten 17 einwirkt.
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An der rechten Seite des Zylinders 12 ist ein Umströmungskanal mit
einem Rückschlagventil49 angeordnet, welches in der rechten Totpunktlage des Kolbens
11 den Rückzugsraum 14 mit dem Druckraum 13 verbindet. Das Rückschlagventil 49 verhindert,
daß am Anfang der Bewegung des Kolbens 11 nach links die aus dem Verteiler 15 in
den Raum 13 eindringende Druckflüssigkeit in den Raum 14 gelangt. Der Höchstdruck
der Pumpe 19 wird durch einen Druckregler 22 begrenzt. Der Druckraum 13 des Preßzylinders
12 ist durchlaufend über den Verteiler 15 mit einem Abtrennschieber 23 verbunden,
welcher mittels eines Elektromagneten betätigt wird. Sobald der Magnet
24 stromlos ist, verbindet der Schieber 23 den Druckraum 13 des Preßzylinders
12 über das Niederdruckventil 25 mit dem Behälter 20; wenn der Magnet 24 unter Strom
liegt, ist diese Verbindung unterbrochen.
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Der Druckraum 13 des Preßzylinders 12 ist weiter mit einem Doppelregler
28 verbunden, an den ein Blockierungsschieber 27 angeschlossen ist. Der Regler 28
ist mit zwei Regelventilen versehen, von denen mittels eines Ventils 29 die Anpressungszeit
der Schweißteile und mittels eines Ventils 30 die Unterbrechung dieser Berührung
geregelt wird. Der Doppelregler 28 ist mit einem Zähler 36 für die Vorwärmungsimpulse
über einen Reversierzylinder 31 verbunden, der mit Kolben 32 und einer Rückschlagfeder
33 versehen ist; der Kolben 32 betätigt einen Reversierschalter 34. Sobald der Reversierschalter
34 ausgeschaltet ist, verlieren die beiden Magnete 16 und 17 für die Einschaltung
des Verteilers 15 des Preßkolbens 11 den Strom; der Verteiler 15 befindet sich also
in der obengenannten ersten Lage, in der der Kolben 11 sich nach rechts bewegt.
Sobald der Reversierschalter 34 eingeschaltet ist, erhalten die beiden Magnete 16
und 17 Strom, der Verteiler 15 befindet sich in der zweiten Lage, und der Kolben
11 bewegt sich mit voller Geschwindigkeit nach links. Der Kolben 32 des Reversierzylinders
31 verdreht bei jeder seiner Bewegungen nach oben mittels der Klinke 35 den Zähler
36 jeweils um einen Zahn. Der Zähler 36 wird mittels einer Feder nach rechts verdreht,
d. h., im Uhrzeigersinn und in dieser Richtung wird er auch durch eine Sperrklinke
37 gehalten; diese Feder ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Beide Klinken 35
und 37 können mittels eines Elektromagneten 38 außer Betrieb gesetzt werden. Der
Elektromagnet 38 wird mittels zweier parallelgeschalteter Schalter 47, 48 betätigt.
Sobald der Elektromagnet 38 Strom erhält, kehrt der Zähler 36 infolge Einwirkung
der Feder in die Ausgangslage zurück,
in welcher sich ein an dem
Zähler 36 befestigter Stift 39 gegen einen Arm 40 abstützt. Beim Drehen des Zählers
36 nach links, gegen den Uhrzeigersinn, kann der Stift 39 einen Schalter 41 betätigen;
sobald dieser Schalter 41 eingeschaltet ist, wird der Verteiler 15 in die Lage vier
umgeschaltet.
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Der Kolben 50 des an den Doppelregler 28 angeschlossenen Blockierungsschiebers
27 wird mittels Zugstange 42 umgestellt, die mit dem beweglichen Teil der Maschine
5 verbunden ist. Die Zugstange 42 läuft durch eine Gleitkupplung 43 hindurch, die
mittels eines Armes 44 den Kolben 50 des Blockierungsschiebers 27 umstellt. Der
Arm 44 der Gleitkupplung 43 ist mit dem Kolben 50 mit einem bestimmten regelbaren
Spiel frei verbunden, wodurch erreicht wird, daß der Kolben 50 die Bewegung der
Zugstange 42 in beiden Richtungen mit einer gewissen Verzögerung verfolgt. Der Blockierungsschieber
27 verhindert, daß beim Gangumschalten des Preßkolbens 11 die Druckspitzen, die
beim Beschleunigen sämtlicher mit dem Kolben 11 verbundenen Bewegungsmassen auftreten,
auf den Reversierkolben 32 übertragen werden, um hierdurch einer vorzeitigen Reversierung
vorzubeugen, solange die Schweißteile aufeinander nicht aufliegen.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen: In die Backen
2, 4 des festen Maschinenteiles 1 wird der eine Schweißteil 45 eingespannt, der
mit dem anderen Schweißteil 46, welcher in die Backen 7, 8 des beweglichen Maschinenteiles
5 eingespannt wird, verbunden werden soll. Der Magnet 24 für die Betätigung des
Abtrennschiebers 23 ist stromlos, so daß der Druckraum 13 des Preßzylinders 12 an
das Niederdruck-Drosselventil 25 angeschlossen wird. Durch dieses Ventil wird der
Druck, unter dem die Schweißteile aufeinandergedrückt werden sollen, bei gleichzeitigen
Vorwärmungsimpulsen, eingestellt. Der Preßkolben 11 befindet sich in der Grundstellung,
d. h. in der rechten Randlage; die Magnete 16 und 17 sind stromlos, der Verteiler
15 befindet sich in der ersten Lage, die Pumpe 19 arbeitet leer, und die Druckflüssigkeit,
welche über den Verteiler 15 in den Rückschlagraum 14 des Preßzylinders 12 zugeführt
wird, drückt den Preßkolben 11 in eine solche Lage, daß dessen Kopf die Zuleitung
über das Rückschlagventil 49 freigibt und die Flüssigkeit über den Raum 13 und den
Verteiler 15 in den Behälter 20 strömt. Der Schalter 48 ist eingeschaltet,
so daß der die Klinken 35, 37 beherrschende Magnet unter Strom liegt und beide Klinken
35, 37 außer Betrieb liegen; der Zähler 36 ist in seine Ausgangslage zurückgekehrt,
d. h., der Stift 39 stützt sich an dem Arm 40
ab. Dieser Arm 40 wird in einer
solchen Lage fixiert, daß nach Verdrehung des Zählers 36 um eine Zähnezahl, die
der verlangten Anzahl der Vorwärmungsimpulse entspricht, der Schalter 41 eingeschaltet
wird. Der Kolben 50 des Blockierungsschiebers 27 befindet sich in der rechten Lage.
Der Reversierzylinder 31 ist über die Leitung a, das Ventil 30, die Leitung
b, den Blockierungsschieber 27 und die Leitung e mit der Rückleitung verbunden,
wie durch den Pfeil angedeutet; der Schalter 34 ist eingeschaltet.
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Durch Niederdrücken des nicht eingezeichneten Anlasserknopfes werden
die Backen 2, 4, 7, 8 unter Strom gelegt und der Verteiler 15 in die Lage zwei umgestellt,
so daß das Arbeitsmedium in den Druckraum 13 des Preßzylinders 12 einströmt. Die
Druckspitze, die durch die Beschleunigung der mit dem Preßkolben 11 verbundenen
Bewegungsmassen entsteht, kann nicht in den Reversierzylinder 31 übertragen werden,
da dies der Blockierungsschieber 27 verhindert. Die Schweißteile 45, 46 werden mit
einem Druck, der durch das Drosselventil 25 bestimmt wird, aneinandergedrückt. Bei
der Bewegung des Kolbens 11 stellt sich der mit ihm durch den Maschinenteil 5, die
Zugstange 42 sowie die Gleitkupplung 43 mit ihrem Arm verbundene Kolben 50 des Blockierungsschiebers
27 um, wodurch die Verbindung des Druckraumes 13 des Preßzylinders 12 über das Regelventil
29 und das Rückschlagventil 26, den Schieber 27 und das Ventil 30, in den Reversierzylinder
31 hergestellt wird. Gleichzeitig wurde der Schalter 48 durch die Zugstange 42 ausgeschaltet.
Da der Schalter 47 ebenfalls abgeschaltet ist, ist der Magnet 38 stromlos, und die
Klinken 35 und 37 fallen unter Federwirkung in das Sperrad des Zählers 36 ein. Der
Kolben 32 des Reversierzylinders 31 wird mit einer Geschwindigkeit herausgedrückt,
die von der Einstellung des Drosselventils 29 abhängt. Dadurch ist die Anpressungszeit
der Schweißteile 45 und 46 bei der Widerstandsvor-. wärmung gegeben. Der Kolben
32 verdreht bei seiner Aufwärtsbewegung durch die Schaltklinke 35 den Zähler 36
um einen Zahn.
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Sobald der Schalter 34 durch die Bewegung des Kolbens 32 abgeschaltet
wird, verlieren die Magnete 16, 17 Strom, der Verteiler 15 wird in die Lage eins
gebracht, und der Preßkolben 11 bewegt sich nach rechts, die mit ihm gekuppelte
Zugstange 42 verstellt dabei den Kolben 50 des Blockierungsschiebers 27 nach rechts
in die in der Zeichnung dargestellte Lage. Die Flüssigkeit aus dem Reversierzylinder
31 wird infolge Wirkung der Feder 33 auf den Kolben 32 durch die Leitung a über
das Ventil 30 gedrückt. In dieser Leitung wird sie infolge des eingestellten
Durchflusses gebremst und läuft durch die Leitung b über den Blockierungsschieber
27 und weiter durch die Leitung e in den Behälter 20, wie in der Zeichnung
durch Pfeil angedeutet. Das Rückschlagventil 26 verhindert, daß die Flüssigkeit
aus dem Reversierzylinder 31 vor dem Verschieben des Kolbens 50 des Blockierungsschiebers
27 durch die Leitung a, über das Regelventil 29, die Leitung d in den Druckraum
13 des Preßzylinders und aus diesem über den Verteiler 15 in den Behälter 20 abfließen
kann.
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Die Bedeutung dieser Ausführung besteht darin, daß die Geschwindigkeit
der Kolbenbewegung 32 des Reversierzylinders 31 beim Abfluß der Flüssigkeit nicht
durch die aus dem Druckraum 13 über den Verteiler 15 in die Rückleitung abfließende
Flüssigkeit beeinflußt wird. Eine Funktionsstörung des Reversierzylinders 31 würde
dann eintreten, wenn in dem Blockierungsschieber 27 kein Rückschlagventil 26 sowie
keine Rückleitung e vorhanden wäre, welche den Blockierungsschieber 27 direkt mit
dem Behälter 20 verbindet.
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Nach einer bestimmten Zeit, die durch die Einstellung des Ventils
30 gegeben ist, wird der Schalter 34 wieder eingeschaltet; die Magnete 16 und 17
erhalten wiederum Strom, der Verteiler 15 wird erneut in die Lage zwei verstellt,
und es entsteht eine zweite Berührung der Teile 45, 46 sowie eine wiederholte Widerstandsvorwärmung.
Der Zähler 36 wird um einen weiteren Zahn verdreht, und es Lommt zu einer neuen
Rückbewegung des Preßkolbens 11.
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Diese Rückbewegungen, die mit Widerstandsvorwärmungen verbunden sind,
wiederholen sich so
lange, bis die Anzahl der durch den Arm
40 eingestellten Impulse erschöpft wird. Bei der letzten Widerstandsvorwärmung
wird der durch den Arm 40 beeinflußte Schalter 41 eingeschaltet. Da vorher bei der
Betätigung der Klinke 35 der Schalter 34 ausgeschaltet wurde, entfernen sich nochmals
die Schweißteile 45 und 46 voneinander, und der Verteiler 15 verstellt sich in die
Lage vier. Der Preßkolben 11 beginnt sich mit der Abschmelzgeschwindigkeit nach
links zu bewegen, deren Größe durch die Einstellung des Exzenters 21 bestimmt
ist. Es kommt zu einer Abschmelzung durch den kontinuierlich brennenden elektrischen
Lichtbogen; hierbei steigt die Abschmelzgeschwindigkeit infolge weiterer Drehung
des Exzenters 21 progressiv an. Nach Abschmelzung einer bestimmten Länge der Schweißteile
45, 46 wird ein nicht eingezeichneter Kontakt eingeschaltet, durch den die Magnete
16, 17, 24 unter Strom gelegt werden. Der Verteiler 15 wird dadurch
in die Lage zwei verstellt, der Schieber 23 nach rechts verschoben und das Niederdruck-Regelventil
25 außer Betrieb gesetzt. Die Schweißteile werden mit einem durch den Druckregler
22 eingestellten Druck zusammengepreßt.
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Nach Lockerung der Backen 2, 4, 7, 8 kehrt der Kolben 11 in
seine rechte Ausgangslage zurück; durch das dabei erfolgende Schließen des Schalters
48 erhält der die Klinken 35 und 37 beherrschende Magnet 38 Strom und bringt diese
Klinken außer Eingriff mit dem Zähler 36, der Zähler 36 kehrt mittels einer nicht
eingezeichneten Feder in die Ausgangslage zurück, in welcher sich der Stift 39 wieder
an dem Arm 40 abstützt.
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Bei der Anzahlbestimmung der Vorwärmungsimpulse wird derart vorgegangen,
daß der Schalter 47 von Hand eingeschaltet und der Arm 40 in einer solchen
Lage fixiert wird, die einem Impuls entspricht; in dieser Lage ist der Schalter
41 bereits abgeschaltet. Im weiteren ist dann der Vorgang wie bereits vorn beschrieben.
Was die Funktion anbetrifft, so kommt es lediglich zu einer Änderung in dem Sinne,
daß bei den Reversierungen - da die Klinken 35 und 37 infolge Magnetwirkung 38 außer
Betrieb gestellt sind - keine Verdrehung des Zählers 36 eintritt. Während der Vorwärmungsimpulse
wird die Temperatur der herausragenden Teile der Werkstücke 45,46 beobachtet, und
gleichzeitig werden die Impulse gezählt. Sobald die Temperatur den geeigneten Wert
erreicht, wird der Schalter 47 ausgeschaltet, der Magnet 38 wird stromlos, die Klinken
35 und 37 fallen in die Zähne des Zählersperrades 36 ein, es entsteht noch ein Impuls,
der Zähler 36 dreht sich um einen Zahn weiter, der Stift 39 verbindet den Schalter
41, wodurch es zu einer Abschmelzung und Zusammendrückung kommt. Nach der festgestellten
Impulsanzahl wird dann der Arm 40 in der zugehörigen Lage fixiert.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung stellt einen technischen Fortschritt
auf dem Gebiet der Widerstandsschweißung dar, der vor allem in der Regelbarkeit
der Näherungsgeschwindigkeit sowie jener der Abtrennung der Schweißteile besteht.
Weiter ermöglicht die Erfindung, die Tiefe der Vorwärmung der Schweißteile durch
Änderung der Anpressungskraft, der Anpressungszeit und der Berührungsdauer sowie
der Berührungsunterbrechung einzustellen. Ein weiterer Vorteil besteht dann in der
Möglichkeit der Einstellung einer beliebigen Anzahl von Vorwärmungsimpulsen, wobei
nach deren Erschöpfung die Maschine auf den Abschmelzungsprozeß umgeschaltet wird.
Schließlich ist es möglich, die bestgeeignete Anzahl der Vorwärmungsimpulse einzustellen,
wobei auch bei der Schweißung von Probestücken eine an Qualität hervorragende Verbindung
erzielt wird.