DE2238821A1

DE2238821A1 - Kondensatorentladungs-bolzenschweissgeraet

Info

Publication number: DE2238821A1
Application number: DE2238821A
Authority: DE
Inventors: Karl Blaas; Hans Hachtel; Dankmar Tauern
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1972-08-07
Filing date: 1972-08-07
Publication date: 1974-02-21
Also published as: JPS4958051A; BE803174A; FR2195500B1; ZA734972B; IT991283B; GB1426463A; AT328827B; CH560571A5; AU5852173A; ATA627473A; CA1010959A; FR2195500A1

Description

DR. BERG DIPL.-IMG. STAPF

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN ββ. POSTFACH ββ Ο2 49

Dr. B*rg Dipl.-Ing. Stapf, 8 München 86, P.O. Box 840245

Ihr Zeichen Your ref.

Unxr Zeichen Our ref.

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8 MÖNCHEN 80

MAUERKtRCHERSTR. 45

, Aug. 1972

Anwaltsakte 22

HILTI Aktiengesellschaft Schaan / Liechtenstein

Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät

Die Erfindung betrifft ein Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät mit einem Schweißaggregat einer Schweißpistole und wenigstens zwei flexiblen Schweißstromkabeln

mm O mm

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VII/bo

« (0811) 98 82 72 98 70 43 98 3310

Telegramme: BERGSiAPFPATENT München TELEX: 05 24 540 BERG d

Banken: Bayerische Vereinsbank Manchen 453 Bayer. Hypothekenbank München 389 2623 Postscheck: MOnchen «5343

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zur Schaffung einer beweglichen elektrischen Verbindung zwischen der Schweißpistole bzw. dem Grundmaterial, auf dem ein Schweißelement festgeschweißt werden soll, und dem Schweißaggregat.

Ein Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät besteht gewöhnlich aus einem Schweißaggregat, einer Schweißpistole und den Schweißstromkabeln, welche das Schweißaggregat und die Schweißpistole elektrisch miteinander verbinden.

Das Schweißaggregat weist gewöhnlich neben einer Kondensatorbatterie zur Speicherung der für denSchweißvorgang notwendigen elektrischen Energie eine Stromversorgung zur Aufladung der Kondensatorbatterie vom Netz sowie den Schweißstromschalter auf. Ferner weist das Bolzenschweißaggregat gegebenenfalls Steuer- und/oder Regeleinrichtungen auf, mit denen Schweißeinflußgrößen, wie z.B. die Spannung, die Schweißzeit, die Kapazität einer Kondensatorbatterie und dgl. eingestellt werden können, sowie Sicherheitseinrichtungen auf.

Die Schweißpistole weist gewöhnlich unter anderem einen Halter für das Schweißelement, z.B. einen Schweißbolzen oder dergl., sowie einen Auslöseschalter, mit welchem das Schließen des Schweißstromschalters und damit der

Schweißvorgang ausgelöst werden können, auf. 409808/0613

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Das Schweißaggregat ist schwerer und unhandlicher als die Schweißpistole. Bei Schweißmontagen wird deshalb zunächst das Schweißaggregat an einem günstigen Ort aufgestellt. Dann wird die Schweißpistole mit dem Schweißaggregat mittels flexibler Schweißstromkabel und gegebenenfalls Steuerkabel verbunden. Auf diese Weise können dann Schweißvorgänge an örtlich auseinanderliegenden Stellen durch Mitführung der Schweißpistole ausgeführt werden, ohne daß das Schweißaggregat jedesmal bewegt zu werden braucht.

Bisher war es üblich, die beiden flexiblen Schweißstromkabel als voneinander unabhängige Einzelleitungen auszubilden. Dafür war ehe Reihe von Gründen maßgebend: Leitungen mit so großen leitenden Querschnitten , wie sie für Schweißstromkabel für Bolzenschweißgeräte erforderlich sind, werden üblicherweise von den Herstellern solcher Kabel als Einzelleitungen geliefert. Da solche Einzelleitungen eine größtmögliche Bewegungsfreiheit mit der Schweißpistole gewährleisten, waren sie auch sehr erwünscht. Das eine Schweißstromkabel dient gewöhnlich als Masseanschluß für das Grundmaterial, auf welchem die Schweißelemente festgeschweißt werden sol-

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len. Dieser Masseanschluß wird in der Regel an einer Stelle des Grundmaterials belassen, selbst wenn die Schweißpistole zur Ausführung der einzelnen Schweißvorgänge immer wieder bewegt werden muß. Auch hierdurch war die Verwendung von Einzelleitungen als Schweißstromkabel nahegelegt. Schließlich war es bereits früher beim Lichtbogenschweißen üblich, Einzelleitungen als Schweißstromkabel zu verwenden.

Bei Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten wurde jedoch festgestellt, daß sowohl die Länge und der leitende Querschnitt der Schweißstromkabel als auch deren jeweilige Auslegung einen erheblichen Einfluß auf das Schweißergebnis besitzen. Durch die Länge und den leitenden Querschnitt der Schweißstromkabel wird deren ohm¹scher Widerstand bestimmt. Die Induktivität der Schweißstromkabel hängt davon ab, in welchem Abstand voneinander sie verlegt sind und ob sie gerade oder in Schlingen ausgelegt sind. Wenn aber der ohm'sche Widerstand und die Induktivität der Schweißstromkabel je nach Wahl ihrer Länge ihres leitenden Querschnitts und ihrer Auslegung verschieden sind, ist auch der impulsartige Schweißstrom unterschiedlich. Die Folge davon können unzureichende Schweißergebnisse sein.

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Bei Lichtbogenschweißen traten diese Probleme nicht in Erscheinung, weil dort der Schweißstrom wesentlich flacher ansteigt und abfällt als beim Kondensatorentladungsschweißen. Deshalb spielte dort in der Praxis die Auslegung der Schweißstromkabel, deren Länge und deren leitender Querschnitt keine große Rolle in Bezug auf das Schweißergebnis»

Beim Kondensatorentladungsschweißen beträgt die eigentliche Schweißzeit,· nämlich das Zünden des Lichtbogens und das Eintauchen des Schweißelementes in das Schmelzbad, nur etwa 1 bis 3 msec. Beim Kondensatorentladungsschweißen wird gewöhnlich ein Schweißelement mit Tip, d.h. einer dünnen, vorstehenden Spitze verwendet, wobei dieser Tip zum Zünden des Lichtbogens dient. Am Anfang des Schweißvorganges ist ein verhältnismäßig steiler Stromanstieg erforderlich, um schlagartig den Tip zu schmelzen und zu verdampfen. Während der Lichtbogenbrennzeit wird dann eine ausreichend hohe Stromdichte verlangt, um das Schmelzbad über die ganze Anschweißfläche auszudehnen. Da die zur Verfügung stehende Schweißenergie, die in einer Kondensatorbatterie gespeichert ist, von begrenzter Größe und verhältnismäßig gering

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ist, und eine Vergrößerung der Energie mit erheblichen Kosten verbunden ist, muß sie optimal ausgenützt werden. D.H. es ist nicht möglich einen Teil der Energie zu verschenken, um Unsicherheitsparameter zu kompensieren.

Es ist somit ersichtlich, daß die Gestalt des Stromimpulses des Schweißstroms selbst bei gleicher zugeführter Energiemenge einen großen Einfluß auf die Güte der Schweißung ausübt. Vor allem eine Verlängerung des Impulses führt zu einer unzureichenden Ausnützung der von der Kondensatorbatterie zur Verfügung gestellten Energie und damit zu einem unzureichenden Schmelzbad. Wenn andererseits der Stromimpuls verkürzt wird, taucht das Schweißelement in die bereits erstarrende Schmelze ein. In beiden Fällen kommt man zu unbefriedigenden Schweißergebnissen.

Die Impulsform des Schweißstromimpulses wird durch die Kapazität der Kondensatorbatterie, deren Ladespannung, die Induktion des Schweißkreises und den Widerstand des Schweißkreises bestimmt. Während die Kapazität der Kondensatorbatterie und ihre Ladespannung zu den herkömmlichen Einstellgrößen beim Kondensatorentladungs-Bolzenschweißen gehören unterlagen die Parameter Induktion und Widerstand des Schweißkreises bisher der Willkür

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des Anwenders durch entsprechend verschiedene Auslegung und Führung der Schweißstromkabel. Bei einer Gesamtlänge der Schweißstrombahn von Io m kann z.B. die Induktion des Söhweißkreises um fast den Faktor 2 verändert werden, wenn im einen Fall die Schweißstromkabel parallel zueinander und im anderen Fall im größtmöglichen Kreis ausgelegt werden.

Bei bekannten Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten sind zur Vermeidung der oben angegebenen Mängel zum Teil Einstelleinrichtungen vorgesehen, durch welche einzelne der den Schweißvorgang beeinflussenden Parameter zur Kompensation der von den Schweißstromkabeln herrührenden unterschiedlichen Einflüsse einstellbar sind. Nachteilig ist hierbei, .daß der Anwender diese Einflüsse von vornherein nur schwer erfassen kann und deshalb kaum ausreichend kompensieren kann. Außerdem besteht die Gefahr, daß eine solche Kompensation überhaupt vergessen wird. Manchen bekannten Bolzenschweißgeräten sind auch Betriebsanleitungen beigefügt, in denen empfohlen wird, die Schweißstromkabel möglichst gerade auszulegen und vor allem Schlingen zu vermeiden. Soweit der Anwender diese Vorschriften überhaupt befolgt, wird für ihn die

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Bedienung und Handhabung der Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräte komplizierter.Bei manchen Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten wird auch versucht, die unterschiedlichen von den Schweißstromkabeln herrührenden Einflüsse dadurch vernachlässigbar gering zu halten, daß von vornherein in den Schweißkreis eine hohe Induktivität und ein verhältnismäßig hoher Leitungswiderstand eingebaut werden. Dadurch werden vom Anwender durch unterschiedliche geometrische Auslegung der Schweißstromkabel hervorgerufene Einflüsse erheblich vermindert. Nachteilig ist bei diesem bekannten Kompensationsverfahren jedoch der erhöhte Leistungsverbrauch sowie eine von vorneherein ungünstige Beeinflussung der Schweißparameter durch die festeingebaute hohe Induktivität und den festeingebauten relativ hohen Schweißkreiswiderstand.

Versuche der Anmelderin haben ergeben, daß durch verschieden ausgelegte Schweißstromkabel, die unter Umständen auch noch verschiedene Länge besitzen, die Schweißbedingungen von gut bis unbrauchbar verändert werden können, wenn auf eine Kompensation dieser Einflüsse verzichtet wird. Je größer die Länge der Schweißstromkabel ist, umso stärker werden auch diese Einflüsse.

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Nach einem wichtigen Ziel der Erfindung soll ein Bolzenschweißgerät von der eingangs genannten Art geschaffen
werden, bei welchem nachteilige Einflüsse auf den Schweißvorgang durch verschiedene Auslegung von flexiblen Schweißstromkabeln weitgehendst verhindert werden können, ohne daß bei Auslegung der Schweißstromkabel besondere Vorschriften beachtet oder besondere Kompensationseinstellvorgänge ausgeführt werden müßten.

Gemäß der Erfindung- wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Schweißstromkabel geometrisch in bezug zueinander im wesentlichen in vorbestimmter Weise festgelegt
sind.

Durch ihre erfindungsgemäße Ausbildung besitzen die
Schweißstromkabel vorbestimmte Leitungsgrößen (Induktivität und Widerstand), die von vorneherein bei der Einstellung des Bolzenschweißgerätes berücksichtigt werden können. Derart ausgebildete Schweißstromkabel können
auch in Schlingen oder in anderer willkürlicher Weise
verlegt werden, ohne daß sich dadurch ihre Leitungsgrössen ändern. Auf diese Weise wird also erreicht, daß die Schweißparameter durch die vom Anwender gewählte AusIe-

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gung oder Führung der Schweißstromkabel nicht mehr verändert werden. Dadurch braucht der Anwender auf die Auslegung oder Führung der Schweißstromkabel nicht mehr zu achten, was die Handhabung sehr erleichtert.

Die Leitungsparameter der Schweißstromkabel können also weitgehendst konstant gehalten werden und die Parameter des Schweißkreises können optimal für eine möglichst günstige Impulsform des Schweißstromimpulses gewählt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Schweißstromkabel über im wesentlichen ihre ganze Länge in gleichem Abstand zueinander geführt. Sie könne hierzu als einfache Doppelleitungen, die aus zwei miteinander durch Bänder, Schellen oder ähnliches verbundenen Doppelleitungen bestehen, als Parallelbandleiter, Stegleitungen oder auch als Koaxialleitungen ausgebildet sein.

Diese Ausbildung der Schweißstromkabel bringt zusätzlich den großen Vorteil mit sich, daß etwaige Einflüsse von Eisenmassen, die sich in der Nähe der Schweißstromkabel befinden, ausgeschaltet werden. Außerdem werden

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dadurch die Einflüsse durch Verlegung- der Schweißstromkabel in Schlingen oder etwa das Aufwickeln der Schweißstromkabel fast vollständig bedeutungslos, da sich die Magnetfelder beim Hin? und Rückfluß des Schweißstromes kompensieren.

Die vorgenannten Einflüsse werden umso besser ausgeschaltet, je enger benachbart die beiden Schweißstromkabel zueinander angeordnet sind, wobei lediglich noch darauf geachtet werden muß, daß eine ausreichende Isolation der beiden Kabel voneinander noch vorhanden ist.

Wenn die Induktion der Schweißstromkabel infolge ihrer engen Bündelung zu gering wird, kann die Induktivität im Schweißkreis durch Vorsehen einer zusätzlichen Induktivität im Bolzenschweißgerät wieder auf einen geeigneten Wert erhöht werden.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind jeweils Kabeleinheiten vorbestimmter Längen vorgesehen. Durch Vergrößerung des leitenden Kabelquerschnitts werden bei gleicher Kabellänge die Induktivität und der ohm'sche Widerstand der Kabel herabgesetzt. Bei längeren Kabeln können also die Gesamtinduktiv!tat und der ohm'sche Widerstand des Schweiß-

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kreises durch eine entsprechende Vergrößerung ihres leitenden Querschnitts in erster Näherung konstant gehalten werden. Wenn diese Maßnahme alleine zur Konstanthaltung der Induktivität nicht ausreicht, muß sie oft noch dadurch ergänzt werden, daß die Schweißäromkabel in einem geringeren Abstand voneinander angeordnet werden. Bei jeder Kabeleinheit einer vorbestimmten Länge werden natürlich deren Leitungsquerschnitt sowie deren Anordnung zueinander auf deren Länge optimal abgestimmt.

Wo diese Maßnahme nicht ausreicht, kann auch das Schweißaggregat so ausgebildet sein, daß der Anwender entsprechend der Länge der jeweils verwnedeten Kabel mit vorbestimmter LÄnge eine bestimmte Kompensationsgröße am Schweißaggregat einschalten muß. Bevorzugt sind im Schweißaggregat aber Anpassungsschaltungen vorgesehen, die jeweils durch Umschalteinrichtungen in den Kabelanschlußbuchsen auf den jeweiligen vorbestimmten Kabellängen entsprechende Kompensationswerte umschaltbar sind. Die richtige Umschaltung erfolgt jeweils automatisch durch besondere Umschaltglieder für jede Länge an den Kabelanschlußsteckern, wenn diese in die Kabelanschlußbuchsen des Bolzenschweißgerätes eingesteckt werden. Dadurch ist eine Fehlkompensation mit Sicherheit ausgeschlossen .

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Vorteilhaft ist mit den beiden Schweißstromkabeln ein Steuerkabel mit wenigstens einer leitenden Ader verbunden. Durch das Steuerkabel können Steuersignale zwischen der Schweißpistole und dem Schweißaggregat übertragen werden, wie z.B. das Äuslössignal für den Schweißstromschalter im Schweißaggregat durch Schließen eines Betätigungsschalters an der Schweißpistole. Durch die Verbindung des Steuerkabels mit den Schweißstromleitungen ist eine saubere und übersichtliche Kabelführung möglich.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wozu auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.

Figur la und b zeigen jeweils in Drauf- bzw. Schnittansicht eine Schweißstromleitung gemäß der Erfindung aus zwei Einzelschweißstromkabeln, welche jeweils durch Verbindungsglieder miteinander verbunden sind.

Figur 2 und 3 zeigen zwei andere AusführungsbeispieTe von Schweißstromleitungen, gemäß der Erfindung im Schnitt, welche ähnlich der in Figur la und b gezeigten Ausführungsform sind, bei denen aber ein mehradriges Steuerkabel mit den Schweißstromkabeln verbunden ist.

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Figur ¹Ia und b zeigen eine weitere Ausführungsform einer Schweißstromleitung, gemäß der Erfindung jeweils in Drauf- bzw. Schnittansicht, bei welcher zwei Schweißstromkabel durch einen über im wesentlichen ihre ganze Länge durchgehenden Steg miteinander verbunden sind.

Figur 5 und 6 zeigen Schnittansichten von Schweißstromleitungen gemäß der Erfindung, ähnlich der in Figur 4a und b gezeigten Ausführungsform, bei denen im Steg ein mehradriges Steuerkabel angeordnet ist.

Figur 7 zeigt im Schnitt eine Koaxial-Schweißstromleitung gemäß der Erfindung.

Figur 8 zeigt im Schnitt eine Koaxial-Schweißstromleitung gemäß der Erfindung, ähnlich der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform, in deren Innerem ein mehradriges Steuerkabel vorgesehen ist.

Die Schweißstromleitung gemäß Figur la und b weist zwei Schweißstromkabel 1 und 2 auf, die jeweils eine Metallitze (3) und eine Umhüllung aus Isoliermaterial (*1) aufweisen. Die beiden Schweißstromkabel 1 und 2 sind in kurzen Abständen durch Kunststoffschellen (5) miteinander verbunden. „_

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Diese Schweißleitung besitzt eine besonders hohe Flexibilität und läßt sich dadurch besonders gut im Montagebetrieb handhaben, wo es auf diese Flexibilität ankommt.

Gemäß Figur 2 kann zwischen den beiden Schweißstromkabeln 1 und 2 ein ebenfalls von den Kunststoffschellen (5) gehaltenes Steuerkabel (12) mit mehreren Adern vorgesehen sein, welches zur übertragung von Steuersignalen zwischen der Schweißpistole und dem Schweißaggregat dient.

Gemäß Figur 3 sind die beiden Schweißkabel 1 und 2 und das Steuerkabel (12) im Querschnitt gesehen so angeordnet, daß sie etwa Dreieckform ergeben, wie dies aus Figur 3 ersichtlich ist.

In Figur 4a und b ist eine Schweißstromleitung gezeigt, bei weicher zwei Schweißstromkabel über ihre gesamte Länge durch einen Steg (7) aus Isoliermaterial miteinander verbunden sind. Bei der gezeigten Ausführungsform sind zwei Metallitzen (3) mit einem Isolierstoff (6), vorzugsweise ein Kunststoff oder Gummi, umhüllt, der gleichzeitig die beiden Kabel stegartig im Bereich 7 miteinander verbindet. Zur Erhöhung der Flexibilität der Schweißstromlei- :tung kann, der Steg (7) natürlich auch mit Durchbrechungen in Abständen in Längsrichtung der Schweißstromleitung gesehen, versehen sein.

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In Figur 5 und 6 sind zwei Ausführungsformen von Schweißstromleitungen ähnlich der in Figur ^a und b dargestellten Schweißstromleitung gezeigt, bei denen im Steg (7) jeweils ein dreiadriges Steuerkabel (12) angeordnet ist, welches damit mit den beiden Schweißstromkabeln verbunden ist.

In Figur 7 ist eine als Koaxial-Kabel ausgebildete Schweißstromleitung im Schnitt gezeigt. Die Schweißstromleitung besitzt einen als Metallitze ausgebildeten Kernleiter (8), der von einer Isolierung (9) umgeben ist. Letztere ist von einem Leiter (lo) mit gleichem Leitungsquer^chnitt wie der

weiteren Kernleiter (8) umgeben. Der Kernleiter (lo) ist von ei Isolierung (11), die gleichzeitig einen Schutzmantel bildet, umgeben. Es kann, falls dies notwendig sein sollte, auch ein gesonderter Schutzmantel vorgesehen werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 ist im Inneren des Kernleiters (8) ein dreiadriges Steuerkabel (12) angeordnet, wie dies am besten aus Figur 8 ersichtlich ist.

- Patentansprüche -

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OWGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

£. ζ. J OO Z I

.J Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät mit einem Schweißaggregat, einer Schweißpistole und wenigstens zwei flexiblen Schweißstromkabeln zur Schaffung einer beweglichen elektrischen Verbindung zwischen der Schweißpistole bzw. dem Grundmaterial, auf dem ein Schweißelement festgeschweißt werden soll und dem Schweißaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß die beidenSchweißstromkabel (3; 8, Io) in bezug zueinander im wesentlichen in vorbestimmter Weise festgelegt sind.
2. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t,daß die beiden Schweißstromkabel (3; 8, lo) über im wesentlichen ihre ganze Länge in gleichem Abstand zueinander geführt sind.
3. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schweißstromkabel (3; 8,lo) so eng benachbart zueinander angeordnet sind, wie es eine ausreichende Isolation der beiden Leitungen voneinander noch erlaubt.

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4. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Kabeleinheiten vorbestimmter Längen vorgesehen sind.
5. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnetj daß im Schweißaggregat eine Anpassungsschaltung zur elektrischen Anpassung an die Kabeleinheiten der vorbestimmten Länge vorgesehen ist.
6. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsschaltung auf die jeweils erforderlichen elektrischen Werte mittels Umschalteinrichtungen in den Kabelbuchsen am Schweißaggregat durch die jeweiligen Kabelstecker umschaltbar ist.
7. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Kabelquerschnitt der Schweißkabel (3; 8, Io) umso größer und/oder ihr Abstand voneinander umso geringer ist, je länger die Schweißkabel sind, und umgekehrt.

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ORIGINAL INSPECTED
8. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden Schweißstromkabeln (3; 8, Io) ein Steuerkabel (12) mit wenigstens einer Ader verbunden ist.

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