Elektrisches Speisegerät für das Verbinden von Formstücken und Rohren aus schweissbarem Kunststoff
Beim Verbinden von Teilen aus schweissbarem Kunststoff kann bekanntlich die zum Herbeiführen des bindungsfähigen Zustandes erforderliche Wärme durch elektrische Widerstandsheizung eines an der Verbindungsstelle angeordneten, strombeschickten Leiters erzeugt werden. Insbesondere werden Rohre aus thermoplastischem Kunststoff, wie Polyäthylen, auf diese Weise mit entsprechenden Fittings verbunden, wobei sog. Schweissfittings Verwendung finden, in denen ein Heizdraht eingelegt ist, welcher zum Durchführen der Schweissung vorzugsweise über eine Steckverbindung an eine elektrische Speisequelle angeschlossen wird.
Es ist klar, dass die Herstellung einer einwandfreien Schweissverbindung die Zufuhr einer sich in bestimmten Grenzen haltenden Energiemenge voraussetzt, welche sich nach den Abmessungen der Verbindungsstelle und weiteren Faktoren, wie Materialbeschaffenheit, Gestalt der Formstücke usw. richtet. Aber auch die Heizleistung ist der jeweiligen Verbindung anzupassen, damit die zur Herbeiführung des bindungsfähigen Zustandes erforderliche Temperatur zwar mit Sicherheit erreicht, eine schädliche Materialüberhitzung jedoch vermieden wird. Es stehen deshalb Hilfsgeräte im Gebrauch, welche die Dosierung der Energiezufuhr über die Zeit und die Abstufung der Leistung gestatten und meist aus dem Wechselstromnetz, gegebenenfalls von einem Notstromaggregat, betrieben werden.
Den bekannten Geräten dieser Zweckbestimmung ist gemeinsam, dass für eine bestimmte Verbindungsgrösse die Zeitdauer des Stromflusses so von der Heizleistung abhängig gemacht ist, dass die pro Schweissvorgang zugeführte Heizenergie stets ungefähr gleich ist. Dabei werden also z. B. von Spannungsschwankungen des Netzes herrührende Abweichungen und Schwankungen der Leistung-die beträchtliches Ausmass annehmen können - in Kauf genommen. Die Stufung der Heizleistung erfolgt ferner bei den Geräten bekannter Ausführung mit Hilfe eines Stufentransformators, welcher die Geräte unhandlich schwer macht.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch schon versucht wurde, bei gege'bener Grösse der Schweissverbindung mit konstanter Heizzeit zu arbeiten, während welcher Spannungsschwankungen des Netzes durch Handverstellung eines Regeltransformators ausgegä- chen wurden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein handliches Gerät zu schaffen, welches von den Mängeln bisheriger Ausführungen frei ist und den Anforderungen der Praxis gerecht wird. Sie betrifft somit ein zum Anschluss an das Wechselstromnetz bestimmtes Speisegerät zur dosierten Energieabgabe unter wählbarer Leistung für das Verbinden von Formstücken und Rohren aus schweissbarem Kunststoff durch elektrische Widerstandsheizung. Das erfindungsgemässe Speisegerät ist gekennzeichnet durch einstellbare, die gegebene Netzspannung unterschiedlich ausnützende, spannungs stabilisierte Leistungsteuermittel zur Anpassung der Heizleistung an die Grösse der Schweissverbindung sowie durch einstellbare, von den die Heizleistung beeinflussenden elektrischen Grössen unabhängige Zeitschaltmittel zur Bemessung der Heizenergie.
Indem nun die entsprechend der zu verschwei ssenden Verbindung eingestellte Heizleistung in an sich bekannter Weise selbsttätig stabilisiert, d. h. von Spannungsschwankungen des Netzes unabhängig gemacht wird, ist die Einhaltung der vorgeschriebenen Temperaturgrenzen gewährleistet, und es erübrigt sich ferner die Anpassung der Heizdauer an Netzschwankungen zwecks genauer Dosierung der Heiz energie. Die Leistungsstufung durch unterschiedliches Ausnützen der Netzspannung erfolgt vorzugsweise ohne Leistungstransformator, insbesondere durch Anwendung einer Phasenanschnittsteuerung, z. B. mittels Thyratronröhren oder ähnlich arbeitender, steuerbarer Schaltelemente. Dadurch lassen sich erhebliche Gewichtseinsparungen erreichen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Diese stellt ein Blockschaltbild des Speisegerätes dar.
In der Figur ist mit 2 eine einstellbare Leistungssteuerschaltung bezeichnet, mit welcher die abgegebene Leistung (Heizleistung) durch unterschiedliches Ausnützen der gegebenen Netzspannung an die Kennwerte der Schweissverbindung bzw. des Schweissfittings angepasst wird. Der Heizstromkreis verläuft von der Arbeitsseite der Kontakte 26, 28 eines Schützes 22 und über die Kontaktstifte 30, an welche das Schweissfitting 20 angeschlossen wird. Die Leistungssteuerschaltung 2 steht unter dem Einfluss einer Stabilisierschaltung 4, welche bewirkt, dass die gewählte Heizleistung unabhängig von Netzspannungsschwankungen innerhalb enger Grenzen konstant bleibt. Ein Netzteil 6 sorgt für die interne Speisung der verschiedenen Stromkreise.
Bei unerregtem Schütz 22, solange keine Schweissbereitschaft besteht, ist das Fitting 20 von den Heizstromkreis-Speiseleitungen 7 getrennt, jedoch vorzugsweise über die Ruheseite der Kontakte 26, 28 und die Leitungen 17 an eine Abgleichschaltung 14 angeschlossen. Diese wird im wesentlichen durch eine Widerstandsmessbrücke mit Verstärker für die Differenzspannung bzw. den Strom im Nullzweig gebildet, wobei die Schaltung bei hergestelltem Abgleich ein Signal auf eine Leitung 15 abgibt. Bei einer genormten Reihe verschiedener Fittinggrössen stellt der Widerstand des Heizdrahtes ein eindeutiges Mass für die Grösse des jeweils angeschlossenen Fit tings und damit für die zur Schweissung erforderliche Leistung dar.
Es können deshalb mit Vorteil die Ab gleichmittel 16 der Widerstandsbrücke mit den Ein stelimitteln der Leistungssteuerschaltung 2 gekuppelt werden, z. B. mechanisch durch zwei Stufenschalter mit gemeinsamer Achse (angedeutet durch die strichpunktierte Linie 5). Dadurch wird zwangläufig die zum jeweiligen Fitting passende Leistung festgelegt, noch bevor der Schweissvorgang ein, geleitet wird. Der Abgleich bzw. die Einstellung der Leistungssteuerschaltung kann bei Verwendung einer selbstabgleichenden Brücke auch selbsttätig erfolgen.
Während des Abgleichs, also bei unerregtem Schütz 22, stehen die Buchsen 30 und das Fitting 20 lediglich unter Kleinspannung (weniger als 50 bzw. 40 Volt und durch elektromagnetische Verkettung von der Stromquelle getrennt), was eine Gefährdung des Bedie nungspersonals ausschliesst.
Nach erfolgtem Abgleich, welcher z. B. durch eine Signallampe angezeigt wird, ist die Erregung des Schützes 22 über die Leitung 15 und die Ruheseite des Umschaltkontaktes 24 frei. Vorher wird an einem Zeitgeber 10 mit Einstelimitteln 12 die erforderliche Schweisszeit festgelegt, was beispielsweise mit dem oben beschriebenen Abgleich gekoppelt erfolgen kann. Durch Betätigung der Starttaste 32 wird nun das (abfallverzögerte) Schütz 22 erregt, wodurch über die Arbeitsseite der Kontakte 26, 28 das Fitting an die Heizstromkreis-Speiseleitungen 7 angeschaltet, d. h. der Schweissvorgang eingeleitet wird.
Das Schütz 22 hält sich über die Arbeitsseite des Kontaktes 24 in einem vom Zeitgeber 10 ausgehenden Haltestromkreis 13. Nach Ablauf der eingestellten Schweisszeit wird dieser Stromkreis im Zeitgeber unterbrochen und damit der Schweissvorgang selbsttätig beendet. Zur vorzeitigen, willkürlichen Unterbrechung der Schweissung ist eine Stoptaste 34 vorgesehen.
Der ordnungsgemässe Stromfluss während der Schweisszeit wird von einem Überwachungsteil 8 auf Grund des Spannungsabfalls an einem in die Heizstromkreis-Speiseleitungen 7 geschalteten Widerstand 18 überwacht. Tritt eine unzulässige Stromabweichung, insbesondere ein Stromunterbruch auf, so unterbricht der Überwachungsteil den Schweissvorgang und zeigt die Störung vorzugsweise durch ein optisches Signal an.
Das Speisegerät kann im wesentlichen aus an sich bekannten Teilstromkreisen aufgebaut sein. Insbesonders lässt sich die Leistungssteuerung durch unterschiedliche Ausnützung der verfügbaren Netzspannung mit Hilfe einer Phasenanschnittsteuerung (Ver änderung des Stromflusswinkels mittels Thyratrons oder dergleichen) realisieren. Die Stabilisierung der Heizspannung kann dabei verwirklicht werden, indem die Gitterspannung der Thyratrons in dem Sinne von der Netzspannung abhängig gemacht wird, dass ein Anstieg der Netzspannung mit einer entsprechenden Zunahme des Zündverzuges einhergeht. Auf diese Weise lässt sich die eingestellte Heizleistung bei Netzspannungsschwankungen bis zu t 15 % auf etwa + 2 % konstant halten.
Eine weitere Möglichkeit zur Leistungsstufung besteht natürlich in der Verwendung von umschaltbaren Vorschaltwiderständen.
In diesem Falle empfiehlt es sich, diese so auf die Verbraucherwiderstände abzustimmen, dass sich für alle Fittinggrössen stets etwa die gleiche Widerstandssumme ergibt. Bei relativ kleinen Heizströmen kann der Einfluss von Über- und Unterspannungen am Ge räteeingang auf die Heizleistung auch durch einen vorgeschalteten Eisenwasserstoff- Widerstand oder dergleichen in bekannter Weise reduziert werden.
Dank der erwähnten Stabilisierung der Leistungssteuermittel ist eine Korrektur der Heizzeit wegen Spannungsschwankungen der Stromquelle entbehrlich. Dadurch vermindert sich der Aufwand für die Zeitschaltmittel entsprechend. Es kann z. B. ein einfacher mechanischer Zeitschalter oder eine elektro nische Timerschaltung (RC-Glied mit veränderbarer Zeitkonstante) verwendet werden.
Das beschriebene Speisegerät lässt sich insbesondere infolge Wegfalles eines Regeltransformators leichter und handlicher als bisherige Geräte ausfüh ren. Die Heizleistung g und die Heizzeit (Energie) werden unabhängig voneinander eingehalten. Eine Schweissung unter falscher, dem angeschlossenen Fitting nicht angepasster Leistung ist nicht möglich.
Electric power supply for connecting fittings and pipes made of weldable plastic
When connecting parts made of weldable plastic, it is known that the heat required to bring about the bondable state can be generated by electrical resistance heating of a current-fed conductor arranged at the connection point. In particular, pipes made of thermoplastic material, such as polyethylene, are connected in this way with corresponding fittings, so-called welding fittings being used in which a heating wire is inserted, which is preferably connected to an electrical supply source via a plug-in connection to perform the welding.
It is clear that the production of a perfect welded connection requires the supply of an amount of energy that is kept within certain limits, which depends on the dimensions of the connection point and other factors such as material properties, shape of the fittings, etc. However, the heating output must also be adapted to the respective connection, so that the temperature required to bring about the bondable state is reached with certainty, but harmful material overheating is avoided. There are therefore auxiliary devices in use that allow the metering of the energy supply over time and the gradation of power and are mostly operated from the AC network, possibly from an emergency power generator.
The known devices for this purpose have in common that for a certain connection size the duration of the current flow is made dependent on the heating power so that the heating energy supplied per welding process is always approximately the same. So z. B. deviations from voltage fluctuations in the network and fluctuations in power - which can be considerable - accepted. The staging of the heating power is also carried out in the devices of known design with the help of a step transformer, which makes the devices difficult to handle.
For the sake of completeness, it should be mentioned that attempts have already been made to work with a constant heating time given the size of the welded joint, during which voltage fluctuations in the network were compensated for by manual adjustment of a regulating transformer.
The aim of the present invention is to create a handy device which is free from the deficiencies of previous designs and which meets the requirements of practice. It thus relates to a supply device intended for connection to the alternating current network for metered energy output with selectable power for connecting fittings and pipes made of weldable plastic by means of electrical resistance heating. The power supply according to the invention is characterized by adjustable, voltage-stabilized power control means that use the given mains voltage differently to adapt the heating power to the size of the welded joint, as well as adjustable time switching means that are independent of the electrical parameters influencing the heating power, for measuring the heating energy.
By now automatically stabilizing the heating power set according to the connection to be welded in a manner known per se, d. H. is made independent of voltage fluctuations in the network, compliance with the prescribed temperature limits is guaranteed, and there is also no need to adjust the heating period to network fluctuations for the purpose of precise metering of the heating energy. The power grading by using the mains voltage differently is preferably carried out without a power transformer, in particular by using a phase control, e.g. B. by means of thyratron tubes or similar working, controllable switching elements. This enables considerable weight savings to be achieved.
An embodiment of the subject matter of the invention is explained below in connection with the drawing. This represents a block diagram of the power supply unit.
In the figure, 2 denotes an adjustable power control circuit with which the output (heating power) is adapted to the characteristic values of the welded joint or welded fitting by differently utilizing the given mains voltage. The heating circuit runs from the working side of the contacts 26, 28 of a contactor 22 and over the contact pins 30 to which the welding fitting 20 is connected. The power control circuit 2 is under the influence of a stabilizing circuit 4, which has the effect that the selected heating power remains constant within narrow limits regardless of mains voltage fluctuations. A power supply unit 6 provides the internal power supply for the various circuits.
When the contactor 22 is de-energized and as long as it is not ready to weld, the fitting 20 is separated from the heating circuit feed lines 7, but preferably connected to a balancing circuit 14 via the rest side of the contacts 26, 28 and the lines 17. This is essentially formed by a resistance measuring bridge with an amplifier for the differential voltage or the current in the zero branch, the circuit emitting a signal on a line 15 when the adjustment is established. With a standardized series of different fitting sizes, the resistance of the heating wire is a clear measure of the size of the fitting connected in each case and thus of the power required for welding.
It can therefore be coupled with advantage from the equalizing means 16 of the resistor bridge with the A stelimmittel of the power control circuit 2, for. B. mechanically by two step switches with a common axis (indicated by the dash-dotted line 5). This inevitably determines the performance that is appropriate for the respective fitting, even before the welding process is initiated. The adjustment or setting of the power control circuit can also take place automatically when using a self-adjusting bridge.
During the adjustment, i.e. when the contactor 22 is de-energized, the sockets 30 and the fitting 20 are only under low voltage (less than 50 or 40 volts and separated from the power source by electromagnetic chaining), which excludes any danger to the operator.
After the adjustment, which z. B. is indicated by a signal lamp, the excitation of the contactor 22 via the line 15 and the rest side of the changeover contact 24 is free. The required welding time is set beforehand on a timer 10 with setting means 12, which can be done, for example, coupled with the adjustment described above. By pressing the start button 32, the (delayed release) contactor 22 is now energized, whereby the fitting is connected to the heating circuit feed lines 7 via the working side of the contacts 26, 28, i.e. H. the welding process is initiated.
The contactor 22 is held via the working side of the contact 24 in a holding circuit 13 emanating from the timer 10. After the set welding time has elapsed, this circuit is interrupted in the timer and the welding process is thus ended automatically. A stop button 34 is provided for premature, arbitrary interruption of the welding.
The proper flow of current during the welding time is monitored by a monitoring part 8 on the basis of the voltage drop across a resistor 18 connected to the heating circuit feed lines 7. If an impermissible current deviation occurs, in particular a current interruption, the monitoring part interrupts the welding process and indicates the fault, preferably by means of an optical signal.
The supply device can essentially be constructed from sub-circuits known per se. In particular, the power control can be implemented through different utilization of the available mains voltage with the aid of a phase control (changing the current flow angle by means of thyratron or the like). The heating voltage can be stabilized by making the grid voltage of the thyratron dependent on the mains voltage in the sense that an increase in the mains voltage is accompanied by a corresponding increase in the ignition delay. In this way, the set heating power can be kept constant at around + 2% in the event of mains voltage fluctuations of up to t 15%.
Another possibility for power grading is of course the use of switchable series resistors.
In this case, it is advisable to match these to the consumer resistances in such a way that approximately the same resistance sum always results for all fitting sizes. In the case of relatively small heating currents, the influence of overvoltage and undervoltage at the device input on the heating output can also be reduced in a known manner by an upstream ferrous hydrogen resistor or the like.
Thanks to the stabilization of the power control means mentioned, a correction of the heating time due to voltage fluctuations in the power source is unnecessary. This reduces the cost of the time switch accordingly. It can e.g. B. a simple mechanical time switch or an electronic timer circuit (RC element with variable time constant) can be used.
The described power supply can be made easier and more manageable than previous devices, in particular due to the omission of a regulating transformer. The heating power g and the heating time (energy) are maintained independently of one another. It is not possible to weld with an incorrect output that is not adapted to the connected fitting.