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Die
Erfindung betrifft im wesentlichen Umreifungswerkzeuge, und insbesondere
verbesserte Kunststoffband-Schweißwerkzeuge, die in Kombination
mit Bandspannwerkzeugen verwendbar sind, und Verfahren dafür.
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Bei
Lastenverpackungsvorgängen
ist es allgemein bekannt, überlappende
Teile eines um die Last gespannten Kunststoffbandes zu verschweißen. Die
US-A-3 564 033 offenbart ein pneumatisch betriebenes Umreifungswerkzeug,
das eine Reibschmelzverbindung oder Verschweißung durch Vibrieren kontaktierender
Grenzflächen
sich überlappender
Kunststoffbandteile bildet. Das Umreifungswerkzeug weist ein Befestigungselement
zum Verankern eines freien Bandendteils und ein drehbares Zufuhrrad
auf, das mit einem Ambossfuß zusammenwirkt,
um mit einem Zufuhrbandteil, das um die Last gespannt ist, in Eingriff
zu gelangen. Eine Kupplung kuppelt das Zufuhrrad eingriffsmäßig mit
einem Pneumatikmotor, der auch eine Backe vibriert, die die überlappenden
Bandteile verschweißt.
Bei einer festgelegten Bandspannung bleibt der Motor stehen und das
Spannen wird gestoppt, und ein pneumatisch betätigter Stößel bringt den Motor mit dem
Zufuhrrad außer
Eingriff und bringt eine Zufuhrradbremse in Eingriff, die die Zufuhrradspannung
am gespannten Band während
des Schweißens
aufrechterhält.
Der betätigte
Stößel bewegt
auch die vibrierende Backe in Reibungseingriff mit den sich überlappenden Bandteilen.
Wenn die vibrierende Backe sich zu den überlappenden Bandteilen hin
bewegt, trennt eine Scherkante das obere Band ab und die sich überlappenden
Bandteile werden anschließend
zusammengeschweißt.
Danach wird während
einer Abkühlperiode
Druck an den verschweißten,
sich überlappenden
Bandteilen aufrechterhalten, um die Schweißung zu vervollständigen.
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Die
US-A-5 380 393 offenbart ein Umreifungswerkzeug mit einem pneumatischen
Schaltkreis zum automatischen Steuern des Werkzeugbetriebes einschließlich der
zeitlichen Abstimmung und der Dauer der Bandschweißung und
der Abkühlperiode.
Ein pneumatisch betätigter
Stößel, der
nach dem Spannen des Bandes ausgefahren wird, schwenkt einen Nocken,
der eine vibrierende Schweißplatte
bewegt, in Kontakt mit den sich überlappenden
Bandteilen, um eine Schweißung
zu bilden. Die Vibration der Schweißplatte endet nach einer Zeitdauer,
die durch die Akkumulation von Luftdruck in einer Kammer gesteuert
wird. Danach schwenkt Luft, die aus einem Zylinder ausströmt, den Nocken
in die Gegenrichtung, um die Schweißplatte nach einer Abkühlperiode
von den verschweißten Bandteilen
wegzubewegen.
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Pneumatische
Umreifungswerkzeuge des Standes der Technik erfordern viele Systemkomponenten,
die die Größe und das
Gewicht des Werkzeugs vergrößern und
die Kosten im Zusammenhang mit der Herstellung, dem Betrieb und
der Wartung des Werkzeugs erhöhen.
Das Werkzeug der US-A-3 564 033 zum Beispiel benötigt einen pneumatisch betätigten Stößel, um
den Luftmotor mit dem Zufuhrrad außer Eingriff zu bringen, mit
der Zufuhrradbremse in Eingriff zu bringen und um die vibrierende
Backe mit den sich überlappenden
Bandteilen in Eingriff zu bringen. Die US-A-5 380 393 benötigt pneumatische
Stößel zum
Bewegen der Schweißplatte
in Kontakt mit den sich überlappenden
Bandteilen und eine Kombination von Zylindern, Kammern und Ventilen zum
Steuern der zeitlichen Abstimmung und Dauer der verschiedenen Werkzeugbetriebe.
Obwohl der pneumatische Kreislauf der US-A-5 380 393 viele Umreifungsvorgänge automatisiert,
die bei Werkzeugen des Standes der Technik manuell durchgeführt werden,
ist die Steuerung und die zeitliche Abstimmung der verschiedenen
Werkzeugbetriebe relativ ungenau und erzeugt uneinheitliche Bandspannung und
Schweißergebnisse.
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Umreifungswerkzeuge
des Standes der Technik, einschließlich der oben erörterten,
haben im allgemeinen auch eine relativ lange Grundplatte, die zwischen
dem Band und der Last während
des Spannen des Bandes und des Schweißens angeordnet ist. Danach
wird die Grundplatte zwischen dem gespannten Band und der Last entfernt.
Die relativ lange Grundplatte hat jedoch eine Neigung, nach ihrer Entfernung
im gespannten Band einen Durchhang zu erzeugen, insbesondere bei
Anwendungen, wo die Last relativ klein oder unregelmäßig geformt
ist. Der Verlust der Bandspannung hängt im wesentlichen von der
Größe der Grundplatte
und der Größe der Last
ab und führt
in vielen Fällen
zu einem unzureichend gespannten Band.
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Die
DE-A-40 14 305 offenbart ein Umreifungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Die
vorliegende Erfindung zielt allgemein auf Verbesserungen im Stand
der Technik von Umreifungswerkzeugen, und insbesondere auf Umreifungswerkzeuge
zur Bildung von Reibschmelzverbindungen oder Verschweißungen,
durch Vibrieren kontaktierender Grenzflächen von sich überlappenden Bandteilen,
insbesondere von Kunststoffbandteilen.
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Gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung weist ein Umreifungswerkzeug zum Verschweißen sich überlappender
Bandteile auf:
eine Versiegelungsgreifvorrichtung, die zu einem
ersten Trägerelement
hin bewegbar ist;
ein vibrierbarer Schweißstempel, der zu einem zweiten
Trägerelement
hin bewegbar ist;
einen Vibratormotor, der zum Vibrieren des
Schweißstempels
betätigbar
ist;
ein erstes Nockenelement zum Bewegen der Versiegelungsgreifvorrichtung
zum ersten Trägerelement hin,
um das zwischen der Versiegelungsgreifvorrichtung und dem ersten
Trägerelement
angeordnete gespannte Band in Eingriff zu bringen und zu halten;
ein
zweites Nockenelement zum Aktivieren des Vibratormotors zum Vibrieren
des Schweißstempels; und
ein
drittes Nockenelement zum Bewegen des Schweißstempels zum zweiten Trägerelement
hin, um die zwischen dem Schweißstempel
und dem zweiten Trägerelement
angeordneten, sich überlappenden
Bandteile in Eingriff zu bringen und zu verschweißen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt dieser Erfindung weist ein Verfahren zum Verschweißen sich überlappender
Bandteile mit einem Umreifungswerkzeug auf:
Bewegen einer Versiegelungsgreifvorrichtung
mit einem ersten Nockenelement zu einem ersten Trägerelement
hin, um das zwischen der Versiegelungsgreifvorrichtung und dem ersten
Trägerelement
angeordnete, gespannte Band in Eingriff zu bringen und zu halten;
Aktivieren
eines Vibratormotors mit einem zweiten Nockenelement, um einen Schweißstempel
zu vibrieren; und
Bewegen des vibrierenden Schweißstempels
mit einem dritten Nockenelement zu einem zweiten Trägerelement
hin, um sich überlappende
Bandteile, die zwischen dem Schweißstempel und dem zweiten Trägerelement
angeordnet sind, in Eingriff zu bringen und zu verschweißen.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Bandschweißwerkzeug und insbesondere
Kunststoffband-Schweißwerkzeuge
und Verfahren dafür,
die Steuerungs- und Zeitabstimmungsuneinheitlichkeiten beseitigen,
die pneumatisch betriebenen Umreifungswerkzeugen des Standes der
Technik anhaften, durch Steuerung verschiedener Werkzeugbetriebsabläufe, und
insbesondere des Schweißvorganges,
mit Nockenelementen, die vorzugsweise durch eine gemeinsame Antriebswelle
rotiert werden.
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Die
Bandschweißwerkzeuge
und Verfahren dafür
verringern vorzugsweise die Knickfestigkeit eines Bandteils, das
mit dem vibrierenden Schweißstempel
in Eingriff bringbar ist durch Deformieren des Bandteils, und insbesondere
durch Biegen des Bandteils in der Nähe des Schweißstempels
und vorzugsweise durch Bilden einer Lücke zwischen den überlappenden
Bandteilen.
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Eine
besondere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine
Teilseitenansicht eines beispielhaften durch einen Nocken betriebenen
Umreifungswerkzeugs zum Schweißen
sich überlappender Bandteile
ist;
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2a eine
Teilschnittansicht eines ersten Nockenelements von 1 ist;
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2b eine
Teilschnittansicht eines zweiten Nockenelements von 1 ist;
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2c eine
Teilschnittansicht eines dritten Nockenelements von 1 ist;
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3 ein
Bandschweißwerkezug-Betriebsflussdiagramm
ist; und
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4 eine
Teilseitenansicht sich überlappender
Bandteile an einer beispielhaften Grundplatte des Umreifungswerkzeugs
ist.
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1 stellt
ein Umreifungswerkzeug 100 zum Schweißen eines um eine Last, nicht
dargestellt, gespannten Bandes dar. Das Werkzeug 100 weist
im allgemeinen eine Spanngreifvorrichtung 10 auf, die zu
einem Spannträger 12 hin
bewegbar ist, um mit einem freien Bandendteil 2 in Eingriff
zu gelangen und es während
des Spannens des Bandes dazwischen zu halten. Das Ergreifen des
freien Bandendteils 2 kann durch manuelles Drücken eines
Greiferschalters, der die Spanngreifvorrichtung 10 betätigt, gesteuert
werden. Ein drehbares Zufuhrrad 20 ist zu einem Fußelement 22 hin
bewegbar, um mit einem dazwischen angeordneten Zufuhrbandteil 3 in
Eingriff zu gelangen und es zuzuführen. Das Spannen des Zufuhrbandteils 3 kann
durch manuelles Drücken eines
Spannschalters gestartet werden, was einen Luftmotor auslöst, der
das Zufuhrrad 20 drehbar antreibt. Der Luftmotor bleibt
stehen und das Zufuhrrad 20 stoppt das Spannen, wenn ein
vorbestimmtes Niveau der Bandspannung angelegt ist, wie es allgemein
bekannt ist. Das Zufuhrbandteil 3 überlappt teilweise das freie
Bandteil 2 in einer Bandschweißposition, wo die sich überlappenden
Bandteile zusammengeschweißt
werden, wie weiter unten erörtert wird.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
ist nur das Zufuhrbandteil 3 zwischen dem Zufuhrrad 20 und
dem Fußelement 22 angeordnet,
und das Fußelement 22 hat
eine relativ glatte Oberfläche 23,
um eine Gleitbewegung des Zufuhrbandteils 3 während des
Spannens dazwischen zu ermöglichen.
Bei einer alternativen Ausführungsform
sind das freie Bandendteil 2 und das Zufuhrbandteil 3 zwischen
dem Zufuhrrad 20 und dem Fußelement 22 angeordnet, und
das Fußelement 22 hat
eine gezahnte Oberfläche 23,
um mit dem freien Bandendteil 2 in Eingriff zu gelangen
und es festzuhalten, während
das Zufuhrbandteil 3 relativ dazu während des Spannens gleitet. Das
Spannen mit nur dem Zufuhrbandteil 3 zwischen dem Zufuhrrad 20 und
dem Fußelement 22 verringert ein
Rutschen des Bandes während
des Spannens und erlaubt eine Verringerung der effektiven Basislänge des
Werkzeugs und verringert dadurch den Verlust an Bandspannung bei
der Entfernung des Werkzeugs zwischen dem gespannten Band und der Last,
insbesondere bei kleineren und unregelmäßigeren Lasten, wie weiter
unten erörtert.
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1 und 4 zeigen
das Werkzeug 100 einschließlich einer Versiegelungsgreifvorrichtung 30,
die zu einem ersten oder Versiegelungs-Trägerelement 32 hin
bewegbar ist, um mit überlappenden Bandteilen
nach dem Spannen durch das Zufuhrrad 20 in Eingriff zu
gelangen und sie zu halten, wie oben erörtert. 1 zeigt
die Versiegelungsgreifvorrichtung 30, die vom ersten Trägerelement 32 weg
durch ein Druckfederelement 34 oder andere bekannte Mittel
vorgespannt ist. Das Werkzeug 100 weist auch einen vibrierbaren
Schweißstempel 40 auf,
der zu einem zweiten oder Schweiß-Trägerelement 42 hin
bewegbar ist. Der Schweißstempel 40 ist
in ähnlicher Weise
von dem zweiten Trägerelement 42 weg
vorgespannt. Ein Vibratormotor 50 ist betätigbar,
um den Schweißstempel 40 zu
vibrieren, und der Vibratormotor 50 ist vorzugsweise ein
pneumatisch betriebener Luftmotor.
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Ein
erstes Nockenelement 60 ist betätigbar, um die Versiegelungsgreifvorrichtung 30 gegen
ihre Vorspannung und zum ersten Trägerelement 32 hin zu
bewegen, um das dazwischen angeordnete gespannte Band in Eingriff
zu bringen und zu halten. Ein zweites Nockenelement 62 ist
betätigbar,
um den Vibratormotor 50, der den Schweißstempel 40 vibriert, zu
aktivieren, zum Beispiel durch Betätigen eines pneumatischen Ventils
oder Schalters. Und ein drittes Nockenelement 64 ist betätigbar,
um den Schweißstempel 40 gegen
seine Vorspannung und zum zweiten Trägerelement 42 hin
zu bewegen, um die dazwischen angeordneten Bandteile in Eingriff
zu bringen und zu verschweißen.
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2a, 2b und 2c stellen
eine beispielhafte Nockenanordnungskonfiguration dar, wobei die
ersten, zweiten und dritten Nockenelement 60, 62 und 64 je
entsprechende Vorsprünge
und Vertiefungen zum genauen Steuern der Betätigung und zeitlichen Abstimmung
der Versiegelungsgreifvorrichtung 30, des Vibrationsmotors 50 bzw.
des Schweißstempels 40 aufweisen.
Die radiale Position der Vorsprünge
und der Vertiefungen der Nockenelemente 60, 62 und 64 kann
variieren in Abhängigkeit von
der besonderen Konfiguration des Werkzeugs. Die Position des zweiten
Nockenelements 62 zum Beispiel hängt von der Anordnung des Schalters
des Vibratormotors 50 ab. Der Schweißvorgang der vorliegenden Erfindung
wird so ohne die relativ ungenau steuerbaren, durch Luftzylinder
betätigten
Stößel des Standes
der Technik gesteuert.
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Das
Werkzeug 100 weist vorzugsweise ein erstes Rollenelement 36 auf,
das um eine Achse 37 drehbar ist, die an ein oberes Teil 38 der
Versiegelungsgreifvorrichtung 40 gekuppelt ist. Ein zweites Rollenelement 46 ist
in ähnlicher
Weise um eine Achse 47 drehbar, die an ein oberes Teil 48 des
Schweißstempels 40 gekuppelt
ist. Das erste und zweite Rollenelement 36 und 46 sind
durch das erste bzw. dritte Nockenelement 60 bzw. 64 in
Eingriff bringbar, um die Versiegelungsgreifvorrichtung 30 und
den Schweißstempel 40 exakt
zu betätigen.
Das erste und zweite Rollenelement 36 und 46 minimieren auch
den mechanischen Verschleiß und
verlängern die
Gebrauchsdauer des Werkzeugs.
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3 ist
ein Flussdiagramm 200, dass allgemein den Bandschweißvorgang
des Umreifungswerkzeugs 100 darstellt. Die Versiegelungsgreifvorrichtung 30 wird
mit dem ersten Nockenelement 60 zum ersten Trägerelement 32 hin
bewegt, um in einem Ergreifungsschritt 210 mit dem dazwischen
angeordneten gespannten Band in Eingriff zu gelangen und es zu halten.
Der Vibratormotor 50 wird durch das zweite Nockenelement 62 betätigt, um
den Schweißstempel 40 in
einem Vibrationsschritt 220 zu vibrieren, und der vibrierende
Schweißstempel 40 wird
durch das dritte Nockenelement 64 zum zweiten Trägerelement 42 hin
bewegt, um mit den überlappenden
Bandteilen in einem Schweißschritt 230 in Eingriff
zu gelangen und sie zu verschweißen. Das zweite Nockenelement 62 schaltet
den Vibratormotor 50 ab, während das dritte Nockenelement 64 den Schweißstempel 40 zum
zweiten Trägerelement 42 hin
positioniert hält,
um in einem Abkühlschritt 240, nachdem
der Vibratormotor 50 deaktiviert (abgeschaltet) wurde,
während
einer Abkühlperiode
Druck an die geschweißten
Bandteile anzulegen. Der Gebrauch und der Verschleiß des Vibratormotors
wird minimiert, indem der Vibratormotor 50 nur in Betrieb genommen
wird, wenn er zum Schweißen
benötigt wird,
wodurch dessen Gebrauchsdauer verlängert wird. Der Schweißstempel 40 wird
am Ende der Abkühlperiode
vom zweiten Trägerelement 42 wegbewegt,
und die Versiegelungsgreifvorrichtung 30 kann nach Beendigung
der Abkühlperiode
jederzeit vom Greifvorrichtungs-Trägerelement 32 wegbewegt
werden.
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1 und 3 zeigen
das erste, zweite und dritte Nockenelement 60, 62 und 64,
die vorzugsweise drehbar auf einer gemeinsamen Antriebswelle 66 getragen
werden, um eine Nockenanordnung zu bilden, die durch einen Nockenantriebsmotor 70,
der mit der gemeinsamen Antriebswelle 66 gekuppelt ist, drehend
antreibbar ist. Das drehbare Tragen der ersten, zweiten und dritten
Nockenelemente 60, 62 und 64 mit der
gemeinsamen Antriebswelle 66 steuert die Betätigung der
Versiegelungsgreifvorrichtung, die Betätigung des Schweißstempels
und der Abkühldauer
genau und präzise
ohne Widersprüche
und Variationen, die den pneumatisch gesteuerten Schweißvorgängen des
Standes der Technik anhaften. Der Nockenantriebsmotor 70 ist
vorzugsweise ein pneumatisch betriebener Luftmotor und wird zum Beispiel
durch manuelles Drücken
eines Schweißschalters
nach dem Spannen betätigt.
Die Schweißvorgänge oder
Schritte, die durch die Nockenelement 60, 62 und 64 durchgeführt werden,
wie allgemein in 3 dargestellt, laufen automatisch
und in einer gesteuerten Abfolge bei der Rotation der gemeinsamen Antriebswelle 66 ab,
worauf der Nockenantriebsmotor 70 automatisch abgeschaltet
werden kann bis zur Initiierung eines nachfolgenden Schweißvorganges durch
anschließendes
Drücken
des Schweißschalters.
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1 zeigt
das Werkzeug 100, das ferner eine Bandscherkante 44 aufweist,
die vorzugsweise gezackt und auf dem Schweißstempel 40 angeordnet ist
zum Schneiden des oberen Bandteils und insbesondere zum Schneiden
des Zufuhrbandteils, das schließlich
durch den vibrierenden Schweißstempel 40 in
Eingriff gelangt, wenn der vibrierende Schweißstempel 40 zum zweiten
Trägerelement 42 hin
bewegt wird, aber vor dem Schweißen der überlappenden Bandteile. Das
Flussdiagramm von 3 zeigt einen Bandtrenn- oder Schneideschritt 225,
der nach dem Vibrationsschritt 220 und vor dem Schweißschritt 230 stattfindet.
Das Schneiden des oberen Bandteils hat den Vorteil, dass es zugelassen
wird, dass das geschnittene obere Bandteil frei unter dem Einfluss
des vibrierenden Schweißstempels 40 vibriert,
wie es erforderlich ist, um eine vollständige Schweißung sicherzustellen.
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1 und 4 zeigen
das Umreifungswerkzeug 100, das ferner eine Grundplatte 110 aufweist,
die im allgemeinen verringerte Abmessungen aufweist, insbesondere
eine verringerte Längsabmessung
zwischen ihrem vorderen Endteil 112 und ihrem hinteren
Endteil 114. Die verringerten Abmessungen der Grundplatte 110 erleichtern
das Umreifen kleiner und unregelmäßig geformter Lasten ohne Verlust
an Bandspannung bei Entfernung der Grundplatte 110 zwischen
der Last und dem Band nach dem Spannen und Schweißen. Das
vordere Endteil 112 und das hintere Endteil 114 der
Grundplatte 110 sind vorzugsweise unter Winkeln angeordnet,
die sich nach unten und vom zweiten Trägerelement 42 weg
neigen, das dazwischen angeordnet ist, und reduzieren dadurch ferner
den Verlust an Bandspannung bei der Entfernung der Grundplatte 110 durch Verringerung
einer Dicke der Grundplatte.
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4 zeigt
das erste Trägerelement 32,
das an einem ersten Teil 116 angeordnet ist, das im allgemeinen
dem vorderen Endteil 112 der Grundplatte 110 entspricht,
und das zweite Trägerelement 42, das
an einem zweiten Teil 117 der Grundplatte 110 angeordnet
ist. Das dritte Trägerelement 12 ist
an einem dritten Teil 118 angeordnet, das im allgemeinen dem
hinteren Endteil 114 der Grundplatte 110 entspricht.
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Bei
Ausführungsformen,
wo die Versiegelungsgreifvorrichtung 30 und der Schweißstempel 40 sehr
nahe zueinander angeordnet sind, ist es wünschenswert, die Knickfestigkeit
der überlappenden Bandteile
vor dem Schweißen
zu verringern, und insbesondere des Bandteils, das mit dem vibrierenden Schweißstempel 40 in
Eingriff ist. Die relativ eng beabstandete Versiegelungsgreifvorrichtung 30 und
der Schweißstempel 40 machen
die überlappenden Bandteile
relativ steif und unflexibel und stören dadurch oder verhindern
deren Vibration durch den vibrierenden Schweißstempel 40. Dies
ist insbesondere dann der Fall, wo der Abstand zwischen der Versiegelungsgreifvorrichtung 30 und
dem Schweißstempel 40 geringer
ist als ungefähr
2 Inch (50 mm), wie bei der beispielhaften Ausführungsform, wo eine Grundplatte 110 des
Werkzeugs 100 mit relativ verringerten Abmessungen das
erste und zweite Trägerelement 32 und 42 für die Versiegelungsgreifvorrichtung 30 bzw.
den Schweißstempel 40 bildet.
Das Verringern der Knickfestigkeit des Bandteils, das mit dem vibrierenden
Schweißstempel 40 in
Eingriff ist, gewährleistet
eine freie Vibrationsbewegung des Bandteils, wie es für eine richtige
Schweißung
erforderlich ist.
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4 stellt
das obere Bandteil 3 der überlappenden Bandteile dar,
das mindestens teilweise deformiert ist, um dessen Knickfestigkeit
zu verringern wobei die Deformation vorzugsweise in einer Richtung
von der ersten und zweiten Trägerfläche 32 und 42 weg
zwischen der Versiegelungsgreifvorrichtung 30 und dem Schweißstempel 40 stattfindet. 1 und 4 zeigen
das erste Trägerelement 32 in
einer ersten Ebene und das zweite Trägerelement 42 in einer
zweiten Ebene unter einem Winkel relativ zur ersten Ebene angeordnet,
wobei die ersten und zweiten Trägerelemente 32 und 42 sich
schneiden, um einen Scheitel 120 zu bilden. Der Scheitel 120 kann
alternativ durch ein anderes Element gebildet werden, z. B. einen
Stab oder eine Stange oder ein anderes Element, das über die
Grundplatte 100 über
einer gemeinsamen Ebene des ersten und zweiten Trägerelements
angeordnet ist. Die Knickfestigkeit wird reduziert durch Biegen
der überlappenden
Bandteile über den
Scheitel 120. Zwischen dem oberen Bandteil 3 und
einem unteren Bandteil 2 der überlappenden Bandteile ist
vorzugsweise eine Lücke
gebildet, um ferner die Steifigkeit oder Knickfestigkeit des oberen Bandteils 3 zu
verringern und einen größeren Grad an
Vibrationsfreiheit unter der vibrierenden Wirkung des Schweißstempels 40 zu
erlauben, um eine noch stärkere
Schweißung
sicherzustellen.