CH633746A5 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden von rohrleitungselementen aus schweissbarem kunststoff. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verbinden von rohrleitungselementen aus schweissbarem kunststoff. Download PDF

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Rohrleitungselementen aus schweissbarem Kunststoff durch Schweissen ihrer Enden durch elektrische Widerstandsheizung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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, Formstük-ke 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 Rohrleitungselements darstellen oder von den Rohrleitungselementen getrennte Schweissmufifen, 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 hierbei derart dosiert sein, dass eine einwandfreie Verbindung, d.h. weder eine ungenügende noch übermässige Erwärmung der zu verbindenden Teile zur Dosierung der Heizenergie in Ab-5 hängigkeit mit der zu verbindenden Rohrelemente 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 io die Verbindungen an einer Baustelle vorgenommen werden müssen, nicht zu vermeiden, dass gelegentlich Verbindungen nicht einwandfrei geschweisst werden. Meistens ist hierbei die für die Verbindung zugeleitete Schweissenergie im Hinblick auf die Art der Verbindung und die während der i5 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. 20 Beispielsweise ist durch die OE-Patentschrift 318 988 ein elektrisch gesteuertes Schweissgerät zum Verbinden von Kunststoffrohren oder -formteilen bekannt geworden, mit dem zum Erzielen einer guten Schweissverbindung die Endtemperatur der Schweissstelle innerhalb enger Grenzen ein-25 gehalten 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 30 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 35 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 40 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 auszugestal-45 ten, dass eine möglichst grosse Zahl von Einflussfaktoren mindestens näherungsweise berücksichtigt wird. Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der unabhängigen Patentansprüche 1 und 4 angegebenen Erfindung gelöst.
so Die Erfindung ist mit Hilfe der nachfolgend aufgeführten Figuren in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Geräts zum Verbinden von Rohrleitungselementen aus 55 schweissbarem Kunststoff, das als Blockdiagramm dargestellt ist und
Fig. 2 zeigt in mehr allgemeiner Darstellung die Wirkungsstrecke der Schaltung nach Fig. 1.
Das in der Zeichnung dargestellte Gerät ist für die Her-60 Stellung von Verbindungen vor allem mit Schweissmuffen vorgesehen, jedoch besteht grundsätzlich keine Einschränkung bezüglich seiner Verwendung für Schweissverbindun-gen anderer Art, z.B. Muffenverbindungen od.dgl.
Die Stromversorgung des in Fig. 1 dargestellten Geräts 65 erfolgt über einen Netzanschluss 1. Der Stromkreis wird über eine Schaltstufe 7 geführt. Am Ausgang der Schaltstufe ist eine Schweissmufife 3 über einen schematisch dargestellten Steckkontakt 4 angeschlossen. Am Ausgang der Schaltstufe
3
633 746
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, mittels welchem eine Kleinspannung, z.B. 12 Volt, erzeugt wird, die zur Versorgung des Geräts dient. Die Ausgangsspannung des Netzteils 2 wird in einer Spannungsquadrierschaltung 8 gemessen und in eine quadratische Nachbildung der Netzspannung U2 umgeformt. Der Ausgang der Spannungsquadrierschaltung 8 ist mit dem Eingang eines spannungsabhängigen Impulsgenerators 9 verbunden, der eine dem Quadrat der Spannung entsprechende Impulsfrequenz erzeugt. Dieser quadratische Wert wird beispielsweise 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 (l-e~t/T) 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. 180-260 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. 28-224 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 Impulsgenerators 9 geführt. Am Ausgang des Generators erscheint eine vom quadratischen Wert der Netzspannung abhängige Frequenz f = f (U2), 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 Abzählen betätigt der Zähler 10 die Schweissstrom-Schaltstufe 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 5 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 Schweissung der Muffe 3 überprüft werden muss. Gleichzeitig mit der Anzeige des Störsignals erfolgt eine sofortige Abschaltung der Netzspannung von der Schweissmuffe 3 durch die Schaltstufe 7. Das Einschalten des Stromkreises durch Einschalten der Schaltstufe 7 wird durch eine Einschaltüberwachung 11 gesteuert. Mittels 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 k Ohm, ist.
Mit dem beschriebenen Gerät wird ein Maximum an Betriebssicherheit gewährleistet. Der Ausgang für den Stromkreis des Geräts 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 mittels einer nicht dargestellten Taste eingeschaltet werden.
Aber auch die Umgebungseinflüsse werden mindestens teilweise ausgeschaltet. Da die Heizenergie aufgrund 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. 70-80 sec 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 Geräts der Aufbau desselben sehr einfach wird und gleichzeitig gegenüber den bekannten Schweissgeräten eine wesentliche Gewichtsersparnis, die bis 80% und mehr betragen kann, erreicht wird.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
S
1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

633746 PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Verbinden von Rohrleitungselementen aus schweissbarem Kunststoff durch Schweissen ihrer Enden durch elektrische Widerstandsheizung, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messung der Netzspannung der quadratische Wert derselben gebildet und in eine diesem Wert entsprechende Impulsfrequenz umgeformt wird, wobei die Impulse durch einen Zähler gezählt werden und nach Erreichen einer Sollwert-Impulszahl der Schweissvorgang abgebrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht vollständiger Leerzählung ein Störsignal, insbesondere nach einem bestimmten Zeitintervall, ausgelöst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der quadratische Spannungswert durch Aufladung eines Kondensators über einen Widerstand und Entladung desselben über eine Schaltstufe nach Erreichen einer, einem bestimmten Teilwert der Netzspannung entsprechenden Ladespannung gebildet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine eine Schaltstufe (7) steuernde Steuerstrecke, bestehend aus einer die zur Schweis-sung verwendete elektrische Spannung verarbeitende Spannungsquadrierschaltung (8), einen spannungsabhängigen Impulsgenerator (9) und eine Impulszählerschaltung (10).
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Impulszählerschaltung (10) rück-setzbare Funktionsüberwachung (5) vorgesehen ist, welche bei jedem Schweissbeginn ein Betriebssignal erzeugt und dieses Betriebssignal durch die Impulszählerschaltung zurückgesetzt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine auf das Betriebssignal ansprechende Stromüberwachung (6) zur Speicherung des Betriebszustandes.
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