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 Energiedosiergeräten 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 verschweissenden Verbindung und wirkt sich über den Energiebedarf auf die Schweisszeit aus. Da Schweissoperationen instationäre Wärmevorgänge sind, besteht zwischen Schweisszeit und Energie- bedarf 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 Schweissparameters. Unter diesen Gesichtspunkten war es naheliegend, als Problemlösung eine möglichst präzise lei stungsmässige und zeitliche Einhaltung entsprechender Sollwerte anzustreben. 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 um so 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 angemessen hohen, zusätzlichen Einsatz.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Problemlösung, welche die geschilderten Schwierigkeiten vermeidet, so dass sich die regeltechnische Zielsetzung in befriedigender Weise realisieren lässt, ohne von den einzelnen Regelteilkreisen mehr als handelsübliche Genauigkeit fordern zu müssen.
Dies geschieht durch Kombination einer Leistungsstabilisierung mit einer die Schweisszeit leistungsabhängig regulierenden Energiedosierung. Die dadurch gewährleistete zeitliche Kompensation allfälliger (limitierter) Leistungsabweichungen vom Sollwert erlaubt, die Qualitätsansprüche an die Leistungsregulierung so weit 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 o/o von der dem Schweissleistungs-Sollwert zugeordneten Soll-Schweisszeit abweicht.
Mit ungefähr gleichem Spielraum ist selbst dann zu rechnen, wenn die zwischen den Verbindungsstellen angeordneten metallischen Widerstände durch ausgeprägte Tem peraturabhängigkeft charakterisiert sind und die Leistungssteuerung nur eine der beiden Leistungskomponenten als Regelgrösse berücksichtigt. Unter den gegebenen Umständen vermag also bereits eine auf ca. + 6 o/o genau arbeitende Strom- oder Spannungsregulierung 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 weiterer und ebenso wichtiger Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht in der Möglichkeit, die Schweisszeit als Indikator für das richtige Funktionieren des Energiedosiergerätes zu nutzen. Weicht nämlich die Schweisszeit über ein tolerierbares Mass von einem gegebenen Sollwert ab, so muss ein Fehler bei der Leistungsdosierung oder/und beim Schweisszeitkreis vorliegen. Dabei können sich - von groben Leistungssteuerfehlern abgesehen - lediglich Zeitsteuerfehler, und diese zudem nur in linearen Proportionen, schweisstechnisch nachteilig auswirken.
Darüber hinaus hat die Schweisszeit den Vorteil, für eine Automation der Geräte überwachung besonders geeignet zu sein, 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 insofern die vorteilhaftere, als der Spannungsabfall in der Verbindungsleitung zwischen Steuergerät und Verbraucherwiderstand 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 Energiedosiergeräten gemäss Patentanspruch die bereits seit langem bekannte und in der Praxis gelegentlich genutzte Möglichkeit einer automatischen Anpassung der Schweiss energie an eine die schweisstechnischen Randbedingungen charakterisierende Temperatur - z. B. die Umgebungstemperatur - ebenfalls gegeben, indem in üblicher Weise mit Hilfe von temperaturabhängigen Regelgliedern ein angemessener Einfluss auf die Schweisszeitsteuerung und nötigenfalls auch auf den Referenzzeitkreis ausgeübt werden kann.
Eine Schweisszeitregulierung gemäss Patentanspruch 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 attraktive Möglichkeit ergibt sich durch an sich bekannte Kombinationen multiplizierender und integrierender Elektronikelemente, wobei der Abbruch von-Schweissvorgängen beim Erreichen eines vorgegebenen Integrationswertes ausgelöst wird.
Solche Elemente sind dank Serienfertigung zu Preisen erhältlich, die für den beschriebenen Zweck wirtschaftlich absolut tragbar sind.
Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel als Blockschaltbild dargestellt. Dabei erfolgt die Stromversorgung über Netzanschlusskabel 1 und Regelgerät-Hauptschalter 2. Ein Netzteil 3 sorgt für die Speisung der verschiedenen Regelkreise.
Wird das Schweissstromkabel 4 an den Verbraucherwiderstand 5 angeschlossen, so kann über die in Ruhestellung gezeigten Kontakte 6 eines zum Ein-/Ausschaltkreis 7 gehörenden Schützes beispielsweise ein niedergespannter Kon trolistrom fliessen. Dieser schafft die Voraussetzung für das Auslösen von Schweissvorgängen, was mit einer Umschaltung der Kontakte 6 auf Schweissspannung verbunden ist.
Die Auslösung geschieht durch Betätigung der Schalttaste 8.
Während des Schweissens sorgt die Leistungsregulierung 9 entsprechend der Leistungs-Istwerterfassung 10 über das Leistungsstellglied 11 für eine dem Verbraucherwiderstand angemessene Abstimmung und Stabilisierung der Schweissleistung. Sobald die zeitliche Integration der von der Istwert- erfassung 12 dem Schweisszeitkreis 13 zugeleiteten Schweissleistungsdaten einen vorgegebenen Sollwert erreicht, bewirkt die Schweisszeitregulierung 13 über den Ein-/Ausschaltkreis 7 den Abbruch der Schweissoperation. Der Differenzzeitkreis 14 ermittelt die Zeitspanne zwischen dem Abbruch des Schweissvorganges und einem vom Referenzzeitkreis 15 gelieferten Signal und bewirkt beim Überschreiten einer gegebenen Toleranzgrenze die Auslösung der Fehleranzeige 16.
The connection of pipeline parts made of weldable thermoplastic material by charging a metallic resistor between the connection parts with electric current is a technique that has been tried and tested for years. Various types of energy metering devices have been developed as aids, which allow the welding performance and welding time to be matched to the respective needs. The power setting depends on the type and size of the connection to be welded and has an effect on the welding time via the energy requirement. Since welding operations are unsteady heat processes, there is a connection between welding time and energy requirement.
Therefore, for connections of the same type and size, even with thermally identical starting and ambient conditions, a constant energy requirement can only be assumed if welding is always carried out with at least approximately the same power. Energy metering without simultaneous power stabilization therefore means either renouncing high-quality regulation or accepting an additional welding parameter that is difficult to determine in terms of regulation. From this point of view, it was obvious to try to solve the problem as precisely as possible in terms of performance and timing of the corresponding target values. Experience shows, however, that a relatively high technical effort is required in order to be able to guarantee the power control accuracy required in this context.
In addition, in practice, the closer the tolerable working margin, the more likely it is that technical inadequacies will occur. The effort for a correspondingly demanding performance regulation is therefore only meaningful in connection with an effective safeguard against possible control errors, whereby under the given circumstances only the performance itself can serve as an error criterion. Dealing with this task thus requires an additional effort that is commensurate with the accuracy of the power control.
The present invention relates to a solution to the problem which avoids the difficulties outlined, so that the technical control objective can be achieved in a satisfactory manner without having to demand more than standard accuracy from the individual control sub-circuits.
This is done by combining a power stabilization with a power-dependent regulating energy dosage that regulates the welding time. The temporal compensation of any (limited) power deviations from the target value, which is thereby guaranteed, allows the quality demands on the power regulation to be reduced to the extent that is justifiable with regard to the welding time dependence of the target energy value. Experience shows that this is the case when the welding time does not deviate by more than approximately 10 to 15 o / o from the set welding time assigned to the welding power setpoint.
Approximately the same margin can be expected even if the metallic resistors arranged between the connection points are characterized by pronounced temperature dependence and the power control only takes one of the two power components into account as a control variable. Under the given circumstances, a current or voltage regulation that works with an accuracy of about + 6 o / o can be satisfactory. With the current state of electrical control technology, it is therefore unproblematic to make the coordination of the welding power, which is necessary in most cases, in conjunction with known stabilization measures, adjustable and stable over a wide range with sufficient accuracy.
Another and equally important advantage of the subject matter of the invention is the possibility of using the welding time as an indicator of the correct functioning of the energy metering device. If the welding time deviates from a given target value by a tolerable amount, then there must be an error in the power metering and / or in the welding time cycle. Apart from gross power control errors, only timing errors, and these only in linear proportions, can have a disadvantageous effect in terms of welding technology.
In addition, the welding time has the advantage of being particularly suitable for the automation of the device monitoring, whereby it is only a question of the design of the reference time circuit in order to avoid even the very unlikely event of a superimposition of a power control error and a welding time circuit error that has a compensating effect on the functional error indication to be able to capture. An automatic detection of malfunctions corresponds ideally to the increased need for safety in connection with pipelines for the transport of dangerous media.
Of the already mentioned two possibilities of restricting the power control to only one of the two power components, the welding current regulation is the more advantageous insofar as the voltage drop in the connection line between the control unit and the consumer resistor does not have to be taken into account in terms of control technology.
In addition, the welding current regulation is particularly suitable for standardizing the control setpoints within a certain application area through mutual coordination of the connecting parts belonging to the program. Of course, with energy metering devices according to the patent claim, the option, which has long been known and is occasionally used in practice, of automatically adapting the welding energy to a temperature that characterizes the welding boundary conditions - z. B. the ambient temperature - also given by an appropriate influence on the welding time control and, if necessary, on the reference time circuit can be exercised in the usual way with the help of temperature-dependent control elements.
A welding time regulation according to the patent claim can be realized, for example, provided that the regulator stability is relatively good, in that the power component serving as the regulating variable controls a light source, which in turn influences a light-sensitive resistor in the charging circuit of a capacitor in such a way that the times until a certain capacitor voltage is reached are roughly reversed behave proportionally to the square of the tax variable. A possibility that is largely independent of the quality of the power stabilization and therefore particularly attractive among other reasons results from known combinations of multiplying and integrating electronic elements, the abortion of welding processes being triggered when a predetermined integration value is reached.
Thanks to series production, such elements are available at prices that are absolutely economically viable for the purpose described.
To explain the subject matter of the invention, an exemplary embodiment is shown as a block diagram in the drawing. The power is supplied via the mains connection cable 1 and the control unit main switch 2. A power supply unit 3 supplies the various control circuits.
If the welding current cable 4 is connected to the consumer resistor 5, a low-voltage Kon trolistrom can flow via the contacts 6 shown in the rest position of a contactor belonging to the on / off circuit 7. This creates the conditions for triggering welding processes, which is associated with switching the contacts 6 to welding voltage.
It is triggered by pressing the switch button 8.
During welding, the power regulator 9 ensures, in accordance with the actual power value detection 10, via the power actuator 11, for a matching and stabilization of the welding power that is appropriate to the consumer resistance. As soon as the time integration of the welding performance data fed to the welding time circuit 13 from the actual value recording 12 reaches a predetermined setpoint, the welding time regulator 13 causes the welding operation to be aborted via the on / off circuit 7. The difference time circuit 14 determines the time span between the interruption of the welding process and a signal supplied by the reference time circuit 15 and triggers the error display 16 when a given tolerance limit is exceeded.