AT368264B - Vorrichtung zum steuern der schweissenergie beim schweissen von kunststoff - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Schweissenergie beim Schweissen von Kunststoff mit einer im Kunststoff eingebetteten Widerstandsheizung, mit einer auf eine Schweissstrom-Schalteinrichtung wirkenden und von einer Spannungsquadrierschaltung ausgehenden Wirkungstrecke. 



   Beim Bau von Rohrleitungen aus schweissbarem Kunststoff spielen die Verfahren und Geräte mit denen die Rohrleitungselemente durch elektrische Widerstandsheizung miteinander verbunden werden, eine erhebliche Rolle. Unter dem Begriff Rohrleitungselemente werden Rohre, Formstücke aller Art und Armaturen verstanden, die zu ganzen Rohrleitungen und Rohrleitungssystemen zusammengesetzt und miteinander verbunden werden müssen. Die Ausführung der Verbindungen für diese Rohrleitungselemente stellt eine aufwendige Teiloperation dar, die zudem die Qualität der Rohrleitung bestimmt und deshalb zuverlässig ausgeführt werden muss.

   Zum Verbinden der Rohrelemente werden entweder Muffenverbindungen, die einen Teil des Rohrleitungselementes darstellen oder von den Rohrleitungselementen getrennte Schweissmuffen, die auf die Enden zweier Rohrleitungselemente gesteckt und mit diesen verbunden werden, verwendet. Im Überlappungsbereich dieser Verbindungen ist eine Wicklung aus einem Widerstandsheizdraht eingelegt, der zur Herstellung der Verbindung elektrisch erhitzt wird, so dass in der Umgebung der Wicklung das Material der sich überlappenden Enden der Rohrleitungselemente schmilzt und dadurch eine Verschweissung dieser Teile erreicht wird. 



  Die durch die Wicklung zugeführte Heizenergie soll hiebei derart dosiert sein, dass eine einwandfreie Verbindung entsteht, d. h. um weder eine ungenügende noch übermässige Erwärmung der zu verbindenden Teile zur Dosierung der Heizenergie in Abhängigkeit mit der zu verbindenden Rohrelemente zu erhalten, wird ein Gerät verwendet, an dem die Einstellung der Heizenergie manuell oder selbsttätig erfolgt. 



   Beim Schweissen der erwähnten Verbindungen mit einem solchen Gerät ist es, insbesondere im Hinblick darauf, dass die Verbindungen an einer Baustelle vorgenommen werden müssen, nicht zu vermeiden, dass gelegentlich Verbindungen nicht einwandfrei geschweisst werden. Meistens ist hiebei die für die Verbindung zugeleitete Schweissenergie im Hinblick auf die Art der Verbindung und die während der Schweissung vorliegenden Umgebungsfaktoren,   z. B.   die Umgebungstemperatur oder eine mangelhafte Verbindung,   z. B.   ein Unterbruch an einer Steckverbindung zu klein. Dies führt meistens dazu, dass zwar die Verbindung mechanisch den Beanspruchungen standhält, aber undicht ist. 



   Beispielsweise ist durch die AT-PS Nr. 318988 ein elektrisch gesteuertes Schweissgerät zum Verbinden von Kunststoffrohren oder-formteilen bekanntgeworden, mit dem zum Erzielen einer guten Schweissverbindung die Endtemperatur der Schweissstelle innerhalb enger Grenzen eingehalten wird. 



  Dabei ist ein besonderer Temperaturfühler für den Schweissfitting zur direkten Beeinflussung von   Heizleistungs- oder   Schweisszeitsteuerkreisen durch die Umgebungstemperatur entbehrlich. 



   Dies wird erreicht durch einen die Grösse des konstanten Heizstromes bestimmenden Schaltkreis zur Leistungssteuerung und/oder Schweisszeit mit mindestens einem in Berührung mit der Aussenluft stehendem und den Schaltkreis beeinflussenden thermisch sensiblen Bauelement. Dieses thermische Bauelement ist in oder am Gehäuse des Schweissgerätes wärmeisoliert angebracht, es ist ein bereits vorhandenes Schaltungsbauelement und kein besonderer, im Fitting angeordneter Temperaturfühler. 



   Eine wesentliche Verbesserung in der Schweisstechnik von Kunststoffrohren brächte eine Vorrichtung, die in der Lage wäre, mangelhafte Schweissung zu erkennen und anzuzeigen, auch wenn sie durch komplexe Einflussfaktoren bewirkt werden. 



   Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass eine möglichst grosse Zahl von Einflussfaktoren mindestens näherungsweise berücksichtigt wird. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung gelöst durch eine den quadratischen Spannungswert verarbeitende Reihenschaltung eines spannungsabhängigen Oszillators und eine Impulszählerschaltung, wobei die Impulse durch den Zähler gezählt werden und nach Erreichen einer Sollwert-Impulszahl der Schweissvorgang abgebrochen wird. Dadurch wird erreicht, dass die zugeführte Schweissenergie entsprechend der Sollwert-Schweissenergie sehr genau eingehalten und zudem bestimmte Umgebungseinflüsse, z. B. Aussentemperatur, Temperatur der Muffe   od. dgl.,   berücksichtigt werden. 



   Eine weitere Sicherheit bezüglich der Ausführung einer Schweissverbindung wird durch eine 

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 Vorrichtung mit einem, eine nach Dosierung der Schweissenergie ausschaltbare Schaltstufe aufweisenden Stromkreis dadurch erreicht, dass der Schaltstufe Mittel zu ihrer Unterbrechung zugeordnet sind, wenn eine Unterbrechung des Stromkreises auftritt. 



   Die Erfindung ist mit Hilfe der nachfolgend aufgeführten Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben. Die Fig. l zeigt eine schematische Darstellung eines Gerätes zum Verbinden von Rohrleitungselementen aus schweissbarem Kunststoff, das als Blockdiagramm dargestellt ist und Fig. 2 zeigt in mehr allgemeiner Darstellung die Wirkungsstrecke der Schaltung nach Fig. 1. 



   Das in den Zeichnungen dargestellte Gerät ist für die Herstellung von Verbindungen vor allem mit Schweissmuffen vorgesehen, jedoch besteht grundsätzlich keine Einschränkung bezüglich seiner Verwendung für Schweissverbindungen anderer Art, z. B. Muffenverbindungen od. dgl. 



   Die Stromversorgung des in Fig. l dargestellten Gerätes erfolgt über einen   Netzanschluss --1--.   



  Der Stromkreis wird über eine   Schaltstufe --7-- geführt.   Am Ausgang der Schaltstufe ist eine   Schweissmuffe --3-- über   einen schematisch dargestellten Steckkontakt --4-- angeschlossen. Am Ausgang der Schaltstufe --7-- ist eine Stromüberwachung --6-- angeordnet. Diese überwacht den fliessenden Strom und hält die Schaltstufe, die beispielsweise ein Relais aufweist, in Arbeitsstellung. 



   Am Stromkreis ist ein Netzteil --2-- angeschlossen, mit welchem eine Kleinspannung,   z. B.   



  12 V, erzeugt wird, die zur Versorgung des Gerätes dient. Die Ausgangsspannung des Netzteiles --2-- wird in einem   Messumformer-8-gemessen   und in eine quadratische Nachbildung der Netzspannung U2 umgeformt. Der Ausgang des   Messumformers-8-ist   mit dem Eingang eines Impulsgenerators --9-- verbunden, der eine dem Quadrat der Spannung entsprechende Impulsfrequenz erzeugt. Dieser quadratische Wert wird aus der Ladungskurve eines Kondensators gebildet, der über einen Widerstand direkt oder indirekt von der an der Schweissmuffe liegenden Spannung gespeist wird. Wird dieser Kondensator an eine Gleichspannungsquelle geschaltet, so kann die Kondensatorspannung höchstens bis zur Höhe der Speisespannung steigen.

   Seine Zeitkonstante T, d. h. die Zeit, in der 63% der maximal möglichen Kondensatorspannung erreicht wird, wird aus der Gleichung T =   C.   R bestimmt, wobei C die Kapazität des Kondensators und R seinen ohmschen Widerstand bedeutet. Der Anstieg der Kondensatorspannung erfolgt in bekannter Weise nicht linear, sondern nach der Gleichung Uc = U   jl-e),   wobei Uc die Kondensatorspannung, U die Ladespannung und t die Ladezeit bedeuten. Wird bei Erreichen einer vorbestimmten Ladespannung der Kondensator mittels einer Schaltstufe, die   z. B.   einen Komparator aufweist, entladen, so beginnt ein neuer Ladevorgang und man erhält eine Frequenz, die von der Ladespannung bzw. von der Netzspannung gesteuert wird. 



   Die Nachbildung der quadratischen Funktion der Netzspannung im Bereich von z. B. 180 bis 260 V kann dadurch erreicht werden, dass der Schaltpunkt der Entladung   z. B.   auf einen Wert von 0,39 der Netzspannung bei 220 V festgelegt wird. Weicht die Spannung von diesem Wert ab, erfolgt eine Überkompensation der quadratischen Netzspannung. Diese Überkompensation ist bei kleineren Netzspannungen erforderlich, um den grösseren Wärmeabfluss im Kunststoffmaterial, der durch die längere Schweisszeit auftritt, entgegenzuwirken. Die Schweisszeit wird dadurch nicht nur entsprechend der kleineren Netzspannung, sondern darüber hinaus zusätzlich verlängert. Es kann dadurch eine gleichbleibende Schweissgüte erreicht werden, auch wenn bei einer Spannung von z. B. 180 V die Schweisszeit um den Faktor 1,5 ansteigt.

   In gleicher Weise kann durch entsprechende Wahl des Teilwertes der Ladespannung bzw. Netzspannung eine Überkompensation bei Spannungen erreicht werden, die über dem festgelegten Wert der Ladespannung bzw. Netzspannung liegen. 



   Der Ausgang des Impulsgenerators ist an einen   Zähler --10-- gelegt,   in welchem die Aufsummierung der Impulse erfolgt. Die Kapazität des   Zählers-10-beträgt z. B. 2 -2 *   Impulse. 



  Entsprechend der Abhängigkeit der Impulsfrequenz des Impulsgenerators --9-- vom quadratischen Wert der Spannung bedeutet eine im   Zähler --10-- aufsummierte   Impulszahl eine bestimmte Heizenergie. 



   In Fig. 2 ist zur besseren Übersicht der Schaltung und ihrer Wirkungsweise der zur Wirkungsstrecke gehörende Teil in mehr prinzipieller Darstellung hervorgehoben. 



   Die Netzspannung U wird in der   Spannungsquadrierschaltung-8-quadriert   und dieser quadrierte Spannungswert auf den Eingang eines spannungsabhängigen   Oszillators --9-- geführt.   Am 

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 Ausgang des Oszillators erscheint eine vom quadratischen Wert der Netzspannung abhängige Frequenz f =   f (U"),   die von einem nachfolgend eingeschalteten   Zähler --10-- gezählt   wird. Am Zähler ist ein Zählwert vorgegeben. Das Abzählen dieses Zählwertes geschieht mit einer variablen, von der Netzspannung abhängigen Zählrate. Nach Abarbeiten des Zählwertes durch Auf- oder Ab-Zählen betätigt der   Zähler --10-- den Schweiss-Stromschalter --7-- und   die im Kunststoff eingebettete Widerstandsheizung wird mit dem Energienetz verbunden oder davon getrennt.

   Eine vorübergehende Erhöhung der Spannung aus dem Energienetz bewirkt eine Erhöhung der Folgefrequenz und das Zählen geschieht rascher ; damit wird die Schweisszeit der Spannungserhöhung entsprechend verkürzt. Ein Absinken der Spannung bewirkt letztlich eine entsprechende Verlängerung der Schweisszeit, und ein Ausfall der Spannung unterbricht die Zählung. Wird das Zählpensum nicht erreicht, so meldet der Zähler faktisch "energetisch unvollkommene Schweissung". 



   Wesentlich ist, dass beim Schweissen der   Schweissmuffe --3-- die   der Schweissenergie entsprechende Impulszahl im   Zähler --10-- erreicht   wird. Dies wird durch eine Funktionsüberwachung - sichergestellt. Falls der   Zähler --10-- seine   vorbestimmte Impulszahl noch nicht erreicht hat,   z. B.   bei einem Unterbruch im Stromkreis zwischen dem Gerät und der Schweissmuffe während des Schweissens, so erzeugt die   Funktionsüberwachung --5-- ein   Störsignal,   z. B.   das Blinken einer roten Kontrollampe. Sobald das Störsignal einsetzt, wird damit angezeigt, dass die durchgeführte 
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 --3-- überprüftstufe --7--.

   Das Einschalten des Stromkreises durch Einschalten der Schaltstufe --7-- wird durch eine   Einschaltüberwachung --11-- gesteuert.   Mit einer Kleinspannung wird von der Einschaltüberwachung --11-- festgestellt, ob am   Stromkreisausgang --4-- eine Schweissmuffe --3-- oder   ein äquivalenter Widerstand angeschlossen ist. Zweckmässig wird die Einschaltüberwachung so ausgelegt, dass das Einschalten des Stromkreises nur dann möglich ist, wenn der Verbraucherwiderstand kleiner als ein bestimmter Wert,   z. B.   3 kOhm, ist. 



   Mit dem beschriebenen Gerät wird ein Maximum an Betriebssicherheit gewährleistet. Der Ausgang für den Stromkreis des Gerätes ist so lange gesperrt, bis ein Verbraucherwiderstand mit einem unter einem Grenzwert liegenden Widerstandswert angeschlossen ist. Erst dann sperrt die   Einschaltüberwachung --11-- nicht   mehr und die Schaltstufe --7-- kann mit einer nicht dargestellten Taste eingeschaltet werden. 



   Aber auch die Umgebungseinflüsse werden mindestens teilweise ausgeschaltet. Da die Heizenergie auf Grund der Spannung nach der Formel U2. t/R ermittelt wird, hat dies zur Folge, dass bei tiefen Umgebungstemperaturen die Schweissleistung grösser ist, vorausgesetzt allerdings, der verwendete elektrische Widerstandsheizdraht sei ein Kaltleiter. Ebenso kann ein die Form der Schweissmuffe berücksichtigender Formfaktor bei der Abhängigkeit der Spannung bzw. seines quadratischen Wertes von der Impulsfrequenz berücksichtigt werden. Durch die hohe Zählerkapazität ist es möglich, die Schweisszeit, die in der Grössenordnung von   z. B.   70 bis 80 s liegen kann, sehr genau einzuhalten und auch Zeiten von mindestens 20 min Dauer noch ausreichend sicher zu erfassen. 



   Wesentlich ist, dass durch diese Auslegung des Gerätes der Aufbau desselben sehr einfach wird und gleichzeitig gegenüber den bekannten   Schweissgeräten   eine wesentliche Gewichtsersparnis, die bis 80% und mehr betragen kann, erreicht wird. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Vorrichtung zum Steuern der Schweissenergie beim Schweissen von Kunststoff mit einer im Kunststoff eingebetteten Widerstandsheizung, mit einer auf eine Schweissstrom-Schalteinrichtung wirkenden und von einer Spannungsquadrierschaltung ausgehenden Wirkungsstrecke, gekennzeichnet durch die den quadratischen Spannungswert verarbeitende Reihenschaltung eines spannungsabhängigen Oszillators (9) und eine Impulszählerschaltung (10).

Claims (1)

1. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Impulszählerschaltung (10) rücksetzbarer Überwachungsschaltkreis (5) vorgesehen ist, welcher Schaltkreis bei jedem Schweissbeginn ein Betriebssignal. erzeugt und dieses Betriebssignal durch die Impulszählerschal- <Desc/Clms Page number 4> tung zurückgesetzt wird.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen auf das Betriebssignal ansprechenden Schaltkreis (6) zur Speicherung des Betriebszustandes.