AT352838B - Schaltungsanordnung zur dosierten energieabgabe fuer das verbinden von schweissbaren thermo- plastischen rohrleitungsteilen durch elektrische widerstandsheizung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur dosierten Energieabgabe für das Verbinden von schweissbaren thermoplastischen Rohrleitungsteilen durch elektrische Widerstandsheizung mit einer
Leistungssteuerschaltung und mit einer vom Schweissvorgang abhängigen Zeitsteuerschaltung. 



   Das Verbinden von Rohrleitungsteilen aus schweissbarem thermoplastischem Material durch Beschicken eines zwischen den Verbindungsteilen liegenden metallischen Widerstandes mit elektrischem Strom ist eine seit Jahren bewährte Technik. Als Hilfsmittel sind verschiedene Typen von Energiedosierungsgeräten entwickelt worden, welche die Schweissleistung und die Schweisszeit auf die jeweiligen Bedürfnisse abzustimmen erlauben. Die Leistungseinstellung richtet sich nach der Art und Grösse der zu verschweissen- den Verbindung und wirkt sich über den Energiebedarf auf die Schweisszeit aus. Da Schweissoperationen instationäre Wärmevorgänge sind, besteht zwischen Schweisszeit und Energiebedarf ein Zusammenhang. 



   Deshalb kann für Verbindungen gleichen Typs und gleicher Grösse selbst bei thermisch identischen
Ausgangs-und Umgebungsbedingungen nur dann ein konstanter Energiebedarf vorausgesetzt werden, wenn stets mit mindestens annähernd gleicher Leistung geschweisst wird. Eine Energiedosierung ohne gleichzeitige Leistungsstabilisierung bedeutet daher entweder Verzicht auf eine qualitativ anspruchsvolle
Regulierung oder Inkaufnahme eines zusätzlichen, regeltechnisch nur schwer erfassbaren Schweisspara- meters. Unter diesen Gesichtspunkten war es naheliegend, als Problemlösung eine möglichst präzise leistungsmässige und zeitliche Einhaltung entsprechender Sollwerte anzustreben.

   So ist eine Schaltungs- anordnung zur dosierten Energieabgabe mit einer   netzspannungsstabilisierten   Leistungssteuerung und einer einstellbaren Zeitsteuerschaltung bekannt, bei der über Umschaltkontakte eine Vorabgleichvor- richtung an den zwischen den Verbindungsteilen liegenden metallischen Widerstand anschaltbar ist, durch welchen die Leistungssteuerung und auch die Zeitsteuerschaltung beeinflusst wird. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass es eines relativ hohen technischen Aufwandes bedarf, um die in diesem Zusammenhang notwendige Genauigkeit der Leistungssteuerung gewährleisten zu können. Dazu kommt, dass in der Praxis umso eher mit dem Auftreten regeltechnischer Unzulänglichkeiten zu rechnen ist, je schmäler der tolerierbare Arbeitsspielraum ist.

   Der Aufwand für eine entsprechend anspruchsvolle Leistungsregulierung ist deshalb nur in Verbindung mit einer wirksamen Absicherung gegen   allfällige   Regelfehler sinnvoll, wobei unter den gegebenen Umständen lediglich die Leistung selbst als Fehlerkriterium dienen kann. Die Bewältigung dieser Aufgabe erfordert somit einen der Genauigkeit der Leistungssteuerung angemessenen hohen zusätzlichen Einsatz. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden und die regeltechnische Zielsetzung bei einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art in befriedigender Weise zu verwirklichen, ohne von den einzelnen Regelteilkreisen mehr als handelsübliche Genauigkeit fordern zu müssen. 



   Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Leistungsregler als Grobregler dient, durch den die Schweissleistung an den Sollwert angenähert wird, und dass an einem Energie-Istwertgeber der Zeitregler als Energie-Feinregler angeschlossen ist. Zweckmässig ist dem Zeitregler und einem Referenzzeitgeber ein gemeinsamer Differenzzeitmesser nachgeschaltet, womit die zwischen dem Abbruch des Schweissvorganges und einer vorgegebenen Referenzzeit liegende Zeitspanne ermittelt und zur Beurteilung der Schweissgüte herangezogen werden kann. 



   Weiter kann der Energie-Istwertgeber einen Messwertgeber zur direkten quadratischen Mittelwerterfassung, vorzugsweise einen Thermoumformer, aufweisen, wodurch der Aufwand für die Erfassung des Schweissenergie-Istwertes verringert wird. 



   Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Stromversorgung erfolgt über ein   Netzanschlusskabel-l-und   einen   Regelgerät-Hauptschalter --2--.   Ein   Netzteil --3-- sorgt für   die Speisung der verschiedenen Regelkreise. Wird ein   Schweissstromkabel-4-an   einen Verbraucherwiderstand --5-- angeschlossen, so kann über in Ruhestellung gezeigte Kontakte --6-- eines dem   Ein-/Ausschaltkreis --7-- gehörenden   Schützes,   z. B.   ein niedergespannter Kontrollstrom fliessen. Dieser schafft die Voraussetzung für das Auslösen von Schweissvorgängen, was mit einer Umschaltung der   Kontakte-6-auf Sehweissspannung   verbunden ist.

   Die Auslösung geschieht durch Betätigung der Schalttaste --8--. Während des Schweissens sorgt eine Leistungsregulierung --9-- entsprechend der   Leistungs-Istwerterfassung-10-über   ein   Leistungsstellglied --11-- für   eine dem Verbraucherwiderstand angemessene Abstimmung und Stabilisierung 

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 der Schweissleistung. Die Dosierung der Schweissenergie erfolgt dadurch, dass sie unabhängig von den die Schweissleistung regulierenden Mitteln --9, 10, 11-- durch den Schweissleistungs-Istwert bzw. dem quadratisch gemittelten   Schweissstrom-bzw. Schweissspannungs-Istwert   erfassende und integrierende Kreise --12, 13-- ermittelt wird.

   Sobald die zeitliche Integration der von dem Istwerterfassungskreis --12-- ermittelten und dem   Zeitkreis --13-- zugeleiteten Schweissleistungsdaten   einen vorgegebenen Sollwert erreicht, bewirkt der Zeitkreis --13-- über den   Ein-/Ausschaltkreis --7-- den   Abbruch der Schweissoperation. Der durch den Zeitkreis gelieferte Schweisszeitwert kann mit dem von einem Referenzzeitkreis --15-- gelieferten Zeit-Sollwert in einem   Düferenzzeitkreis --14-- verglichen   werden, der die Zeitspanne zwischen dem Abbruch des Schweissvorganges und dem vom Referenzzeitkreis gelieferten Signal ermittelt und bei Überschreiten einer gegebenen Toleranzgrenze die Auslösung einer Fehleranzeige --16-bewirkt. 



   Wenn an Stelle des leistungsunabhängigen Referenzzeitkreises --15-- ein leistungsabhängiger Zeitkreis, wie er für die auf einer Integration basierende Dosierung der Schweissenergie durch die Kreise   - -12, 13-- vorgesehen   ist, verwendet wird, so erfolgt der Vergleich im   Düferenzzeitkreis --14-- zwar   in gleicher Weise, doch können wechselweise beide Zeitkreise für das Abbrechen des Schweissvorganges,   z. B.   jeweils beim zweiten Zeitsignal, verwendet werden. 



   In der beschriebenen Schaltungsanordnung wird die Leistungsstabilisierung mit einer die Schweisszeit   leistungsabhängig   regulierenden Energiedosierung kombiniert. Die dadurch gewährleistete zeitliche Kompensation allfälliger limitierter Leistungsabweichungen vom Sollwert erlaubt, die Qualitätsansprüche an die Leistungsregulierung soweit zu reduzieren, als im Hinblick auf die Schweisszeitabhängigkeit des Energiesollwertes verantwortbar ist. Dies ist erfahrungsgemäss der Fall, wenn die Schweisszeit nicht mehr als etwa 10 bis 15% von der dem Schweissleistungs-Sollwert zugeordneten Soll-Schweisswert abweicht. Mit ungefähr gleichem Spielraum ist selbst dann zu rechnen, wenn die zwischen den Verbindungsteilen 
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 zu befriedigen.

   Damit ist es beim heutigen Stand der elektrischen Regeltechnik unproblematisch, die ohnehin in den meisten Fällen notwendige Abstimmung der Schweissleistung in Verbindung mit bekannten
Stabilisierungsmassnahmen über einen breiten Bereich ausreichend genau einstellbar und stabil auszubilden. 



   Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung besteht in der Verwendung der Schweisszeit als Indikator, der das richtige Funktionieren des Energiedosiergerätes gewährleistet. Weicht die Schweisszeit über ein tolerierbares Mass von einem gegebenen Sollwert ab, so muss ein Fehler bei der Leistungsdosierung und/oder beim   Schweisszeitkreis-13-vorliegen.   Dabei können sich-von groben Leistungssteuerfehlern abgesehen - lediglich Zeitsteuerfehler, und diese zudem nur in linearen Proportionen, schweisstechnisch nachteilig auswirken.

   Darüber hinaus ist die Schweisszeit für eine Automation der Geräteüberwachung besonders geeignet, wobei es lediglich eine Frage der Gestaltung des Referenzzeitkreises ist, um selbst den sehr unwahrscheinlichen Fall der Überlagerung eines Leistungssteuerfehlers und eines in bezug auf die Funktionsfehlerindikation kompensierend wirkenden Schweisszeitkreisfehlers erfassen zu können. Eine automatische Funktionsfehlererfassung entspricht in idealer Weise dem erhöhten Sicherheitsbedürfnis im Zusammenhang mit Rohrleitungen für den Transport gefährlicher Medien. 



   Von den bereits erwähnten zwei Möglichkeiten einer Beschränkung der Leistungssteuerung auf nur eine der beiden Leistungskomponenten ist die Schweissstromregulierung die vorteilhaftere, da der Spannungsabfall in der Verbindungsleitung zwischen Steuergerät und Verbraucherwiderstand --5-regeltechnisch nicht berücksichtigt werden muss. Ausserdem ist die Schweissstromregulierung besonders geeignet für eine Vereinheitlichung der Regelsollwerte innerhalb eines bestimmten Applikationsbereiches durch gegenseitiges Abstimmen der zum Programm gehörenden Verbindungsteile. Selbstverständlich ist bei der beschriebenen Schaltungsanordnung die bereits seit langem bekannte und in der Praxis gelegentlich genutzte Möglichkeit einer automatischen Anpassung der Schweissenergie an eine die schweisstechnischen Randbedingungen charakterisierende   Temperatur-z.

   B.   die Umgebungstemperatur- ebenfalls gegeben, indem mit Hilfe von temperaturabhängigen Regelgliedern ein Einfluss auf die Schweisszeitsteuerung und nötigenfalls auch auf den   Referenzzeitkreis --15-- ausgeübt   werden kann. 

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   Die beschriebene Schaltungsanordnung kann unter der Voraussetzung einer relativ guten Reglerstabilität beispielsweise realisiert werden, indem die als Regelgrösse dienende Leistungskomponente eine Lichtquelle steuert, welche ihrerseits einen lichtempfindlichen Widerstand im Aufladekreis eines Kondensators so beeinflusst, dass sich die Zeiten bis zur Erreichung einer bestimmten Kondensatorspannung etwa umgekehrt proportional zum Quadrat der Steuergrösse verhalten. Eine von der Qualität der Leistungsstabilisierung weitgehend unabhängige und deshalb neben andern Gründen besonders geeignete Möglichkeit eröffnen an sich bekannte Kombinationen multiplizierender und integrierender Elektronikelemente, z. B.

   Thermoumformer zur direkten quadratischen Mittelwerterfassung, wobei der Abbruch von Schweissvorgängen beim Erreichen eines vorgegebenen Integrationswertes ausgelöst wird. 



     PATENTANSPRÜCHE   : 
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1. Schaltungsanordnung zur dosierten Energieabgabe für das Verbinden von schweissbaren thermoplastischen Rohrleitungsteilen durch elektrische Widerstandsheizung mit einer Leistungssteuerschaltung und mit einer vom Schweissvorgang abhängigen Zeitsteuerschaltung,   dadurch ge-     kennzeichnet, dass   der Leistungsregler (9) als Grobregler dient, durch den die Schweissleistung an den Sollwert angenähert wird, und dass an einem Energie-Istwertgeber (12) der Zeitregler (13) als Energie-Feinregler angeschlossen ist.

Claims (1)

1. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zeitregler (13) und einem Referenzzeitgeber (15) ein gemeinsamer Differenzzeitmesser (14) nachgeschaltet ist.

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Energie-Istwertgeber (12) einen Messwertgeber zur direkten quadratischen Mittelwerterfassung, vorzugsweise einen Thermoumformer, aufweist.