DE1673503C3 - Heißgasschweißgerät, insbesondere zum Verschweißen thermoplatsicher Kunststoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fieißgasschweißgerät, insbesondere zum Verschweißen thermoplastischer Kunststoffe, mit einem ein elektrisches Heizelement mit veränderbarer Heizleistung enthaltenden, mit Heißgas beaufschlagten Schweißbrenner.

Es ist bekannt, daß zum Verschweißen thermoplastischer Kunststoffe bestimmte, genau einzuhaltende Temperaturen des Heißgases — üblicherweise Heißluft — erforderlich sind. Die Höhe der Heißgastemperatur hängt im wesentlichen von der Art des verwendeten Kunststoffinaterials ab. Schon vergleichsweise geringe Abweichungen der Heißgastemperatur vom erforderlichen Soll-Wert können eine erhebliche Beeinträchtigung der Schweißnahtqualität bewirken. Als besonders temperaturempfindiiche Kunststoffe sind beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen zu nennen.

Um einen Kunststoff-Schweißbrenner für verschiedene Kunststoffarten verwendbar zu machen, hat man in eingangs beschriebener Weise die Leistung des Heizelementes, beispielsweise eine Heizspirale, einstellbar ausgebildet.

Nun ist aber die für den zu verschweißenden Kunststoff wesentliche Heißgastemperatur nicht nur von der jeweils eingestellten Leistung der Heizspirale abhängig, sondern sie wird auch erheblich durch den Heißgasdruck bzw. -durchsatz beeinflußt. So kann beispielsweise bei konstanter Leistung der Heizspirale ein plötzlicher Druckabfall in der Heißgasleitutig eine starke Erhöhung der Heißgastemperatur oder — umgekehrt — eine Druckerhöhung eine Verringerung der Heißgastemperatur hervorrufen, wodurch — wie bereits oben angedeutet — die Qualität der Schweißung gefährdet wird. Weiterhin wird die Temperatur des Heißgases in starkem Maße durch die Umgebungstemperatur beeinflußt und schließlich mlissen als Stönwgsfaktor auch die Netzspannungsschwankungen angesehen werden, die sich unmittelbar auf die Leistung der Heizspirale auswirken.
Auf Grund der vorstehend aufgeführten Nachteile

ist es unmöglich, eine genaue und verläßliche Temperatureinstellung vorzunehmen, vielmehr bleibt es der Geschicklichkeit des Schweißers überlassen, die jeweils richtige Heißgastemperatur unter Berücksichtigung obiger Faktoren ständig nachzureguUeren.

to Es sind wohl auf anderen Gebieten Tempera^urregeleinrichtungen bekannt, beispielsweise aus dem schweizerischen Patent 412 421 eine Regeleinrichtung für einen Erhitzer und aus dem USA.-Patent 3 258 579 eine Regeleinrichtung für Herde zum Bak-

t5 ken und Braten. Mit diesen Einrichtungen ist es jedoch nicht möglich, die hohen Anforderungen an die Temperaturgenauigkeit bei Heißgasschweißgeräten zu erfüllen. Insbesondere wird bei diesen Einrichtungen der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die

ao Temperaturgenauigkeit nicht kompensiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Heißgasschweißgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Temperaluränderungen innerhalb des Gerätes ausgeglichen werden und dar-

*5 über hinaus auch der Einfluß der Umgebungstemperatur kompensiert wird.

Die Erfindung besteht darin, daß bei der eingangs genannten Einrichtung im unmittelbaren Bereich des Heizelementes in an sich bekannter Weise ein Thermofühler angeordnet ist, dessen Ausgangsspannung als Ist-Wert einer elektronischen Temperaturregeleinrichtung mit als Spannungsteiler ausgebildetem Sollwert-Geber zugeführt ist, in deren Laststromkreis das Heizelement liegt, daß ein ebenfalls in an sich be-

kannter Weise als Regelglied für die Heizspannung dienender Thyrister mit dem Heizelement in Serie liegt und daß dem Spannungsteiler ein NTC-Widerstand nachgeschaltet ist.

Der Thermofühler ist zsveckmäßig so gepolt, daß seine EMK dem durch den Spannungsteiler gebildeten Potential entgegengesetzt ist, so daß bei Überschreitung des Heißgastemperatur-Soil-Wcrtes das Sollpotential teilweise kompensiert wird.

Zur Kompensierung des Einflusses der Umge-

bungstemperatur dient erfindungsgemäß der NTC-Widerstand.

Um die Sollwerteinstellung des Spannungsteilers nach oben hin zu begrenzen, ist es ferner zweckmäßig, demselben einen weiteren Widerstand nachzuscha'ten.

Durch die Erfindung wird es vorteilhaft möglich, die Heißgastemperatur, ungeachtet der zahlreichen oben angeführten Störungsfaktoren, ohne Nachrcgulicrung des Spannungsteilers stets konstant zu halten, so daß der Spannungsteiler nunmehr ohne weiteres temperaturgeeicht werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß selbst für Schweißungen hoher Qualität auch weniger geschulte Kräfte herangezogen werden können.

Als Thermofühler wird ein NTC-Widerstand mit nichtlinearer Charakteristik bevorzugt. Auch ein PTC-Widerstand mit ebenfalls nichtlinearer Charakteristik ist als Thermofühler denkbar. Femer ist die Temperatur durch einen Meßwiderstand in einer Widerstandsbrückc möglich. Dem stehen jedoch die Nachteile der Linearität sowie der hohen Kosten und des großen Platzbcdarfs entgegen. Es kann jedoch auch ohne weiteres ein Thermoelement, vor-

lugsweise ein Eisenkonstantan-Eleroient als Thermofühler verwendet werden.

Um die vergleichsweise schwache Spannung des Thermoelementes — maximal etwa 50 Mikrovolt pro ⁰C — zu verstärken, ist es zweckmäßig, demselben einen Gleichspannungsverstärker nachzuschalten, welcher selbstverständlich möglichst raumsparend konzipiert sein sollte. Es empfiehlt sich daher, einen in an sich bekannter Weise aus drei Transistoren bestehenden Gleichspannungsverstärker vorzusehen. Der erste dieser drei Transistoren ist erfindungsgemäß als Diode geschaltet und fungiert zugleich als Bestandteil des Spannungsteilers als Netzspannungskompensator.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Temperaturregeleinrichtung und

F i g. 2 einen Kunststoff-Schweißbirenner mit Teinperaturregeleinrichtung nach Fig. 1.

Nach F i g. 1 ist das schematisch als Ohmschcr Widerstand dargestellte und mit 10 bezeichnete Heizelement in einem Laststromkrei- 11 angeordnet, der über einen Brückengleichrichter 12 an eine Wechselstromquelle 13 angeschlossen ist, so daß das Heizelement mit einem Gleichstrom betrieben wird.

Zwischen Brückengleichrichter 1.2 und Stromquelle 13 sind im Stromkreis Hochfrequenzdrosseln 14 angeordnet, die einerseits zur Minderung von Impulsspitzen aus dem Netz, andererseits — im Falle eines Kurzschlusses — zur Begrenzung des Stromes auf einen Wert dienen, der von den in der Regeleinrichtung verwendeten Organen, beispielsweise dem (m folgenden beschriebenen Thyristor, noch mühelos verkraftet werden können, jedoch noch so stark ist. daß die Sicherung in genügend kurzer Zeit abschmelzen kann.

Ferner ist dem Brückengleichrichter 12 ein Überstromableiter 15 vorgeschaltet, der im wesentlichen aus einer Edelgasstrecke besteht und zur Minderung energiereicher Neiz-Spannungsspitzen dient. Ein Widerstand 16 verhindert einen Kurzschluß des Netzes für den Fall, daß die Edelgasstrecke durch einen Impuls gezündet wurde.

Die durch den Briickcngleichrichter 12 erzeugte sitiusinipulsförmigc Gleichspannung im Laststmmkreis 11 wird für einen demselben parallelgeschalteten Stromkreis 17, welcher die eigentliche Regeleinrichtung speist, in eine stabilisierte Trapezspanivjng von etwa 12VoIt umgewandelt. Dazu dient eine Zenerdiode 18 sowie ein vVidcrstand 19.

Die stabilisierte Trapezspannung liegt an einem tnit 20 bezeichneten Spannungsteiler an, welcher als Soll-Wert-Einsteller für die Regeleinrichtung dient und zweckmäßig temperaturgeeicht ist. Widerstände 21, 22 dienen zur oberen Begrenzung des F.instellbctciches des Spannungsteilers 20.

Weiterhin ist im Spannungsteiler 20 ein NTC-Widerstand 24 nachgeschaltet, welcher jlie Aufgabe hat, den Einfluß der Umgebungstemperatur /u kompensieren. Ein mit 25 bezeichneter Transistor dient zur Kompensation von eventuellen Netzspannungsschwankungen.

Die am Punkt 26 bereitstehende Soll-Spannung beaufschlagt ein mit 27 bezeichnetes Eisen konstantan-Thermoelement. welches entgegengesetzt der Soll-Spannung gcpolt ist. Ein aus drei Transistoren 28, 25, 29 bestcli/nder dreistufiger Gleichspanungsverstärker dient zur Verstärkung der. EMK des Thermoelements 27.

Ein dem Gleichspannungsverstärker nacbgeschalteter Transistor 30 fungiert als elektrisches Ventil mit Konstantstromcharakteristik zur Aufladung eines Kondensators 31. Je nach Höhe der die Basis des Transistors 30 beaufschlagenden Soll-Spannung läßt dieser eine mehr oder weniger schnelle Aufladung des Kondensators 31 zu. Der Kondensate· enüädt

ίο sich periodisch über die Steuerelektrode eines Unijunction-Transistors 32, der — entsprechend den Entladungszeitpunkten des Kondensators 30 — Spannungsimpulse auf die Steuerelektrode eines im Laststromkreis 11 angeordneten Thyristors 33 gibt.

»5 Die vom Thyristor 33 durchgelassene Effektivspannung, welche — je nach Zündzeitpunkt des Thyristors — durch mehr oder weniger große Abschnitte der gleichgerichteten Spannungshalbwellen gebildet wird, bewirkt dann je nach Betrag eine mehr oder

so weniger starke Aufheizung des Heizelement;; 10.

Die Wirkungsweise eier Regeleinrichtung ist folgendermaßen: Mit dem joll-Wert-Einsteller 20 wird mit Hilfe des Gleichspannungsverstärkers 28, 29 das elektrische Ventil (Transistor 30) ^;n gewünschtem Maße aufgedreht, bei Überschreiten des Temperatur-Soll-Wertes steuert die entgegengesetzt gepolte EMK des Thermoelements 27 das Ventil 30 entsprechend zu, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Soll- und Ist-Wert eingependelt hat. Der gewünschte Gleichgewichtszustand ist bei heißem Brenner in maximal 10 Sekunden hergestellt.

Fig. 2 veranschaulicht eine Möglichkeit der praktischen Anwendung der im vorstehenden beschriebenen Regeleinrichtung, und zwar für einen Kunststoff-Schweißbrenner.

Ein solcher Kunststoff-Schweißbrenner ist in Fig. 2 mit 34 bezeichnet. Er weist eine Düse 35 auf, der das zur Schweißung verwendete Zusatzmaterial sowie die zur Erwärmung desselben nötige Heißluft zuge'ührt wird. Zur Zuführung der zunächst kalten Luft dient eine Leitung 36, die am rückwärtigen Ende des Brennerhallegriffes 37 in den Brenner mündet. Unmittelbar vor der Düse 35 ist im Brennergriffslück 37 das in Γ i g. 2 schematisch ange-

deutete, als Heizspirale ausgeführte Heizelement 10 angeordnet, welches zur Erwärmung der durch die Leitung 36 zugeführten Luft dient. Die Heizspirale 10 wird durch ein Kabel 38 mit Strom versorgt. Stromkabel 38 und Luftleitung 36 werden innerhalb eines gemeinsamen Leitungskabels 39 dem Brenner zugeleitet.

Am vorderc7i Ende der Heizspirale ist das wie in Fig. 1 mit 27 bezeichnete Thermoelement angeordnet, welches in oben beschriebener Weise die Tcmperatur der durch die Heizspirale 10 erwärmten Luft registriert. Die Stromleitung für das Thermoelement 10 wird zusammen mit der Stromleitung für die Heizspirale im Kabel 38 geführt.

Die übrigen Organe der im Sehallplan nach Fig. 1 dargestellten Regeleinrichtung sind in einem tragbaren mit 40 bezeichneten Kasten untergebracht. Der Kasten 40 ist mit einem Anschluß 41 für das Stromkabel 38 -ersehen und weist an der entgegengesetzten, in Fig. 2 nicht sichtbaren Stirnseite einen Tem-

peratureinstellschalter mit Skala, einen Hauptschalter mit Kontrollampe sowie eine leicht zugängliche Sicherung auf. Über ein Kabel 42 ist das Gerät an das Netz anschlieiJbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. I 673 503

   Patentansprüche:

   L Heißgasschweißgerät, insbesondere zum Verschweißen thermoplastischer Kunststoffe, mit einem ein elektrisches Heizelement mit veränderbarer Heizleistung enthaltenden, mit Heißgas beaufschlagten Schweißbrenner, dadurch gekennzeichnet, daß im unmittelbaren Bereich des Heizelementes (10) in an sich bekannter Weise ein Thermofühler (27) angeordnet ist, dessen Ausgangsspannung als Ist-Wert einer elektronischen Temperaturregeleinrichtung mit als Spannungsteiler (20) ausgebildetem Sollwert-Geber zugeführt ist, in deren Laststromkreis (11) das Heizelement (IA) liegt, daß ein ebenfalls in an sich bekannter Weise als Regelglied für die Heizspannung dienender Thyristor (33) mit dem Heizelement (10) in Serie liegt und daß dem Spannungsteiler (Ϊ0) ein NTC-Widerstand (24) nachgeschaltet ist.
2. 2. Heiügasschweißgerät nach Anspruch 1, mit einem drei Transistoren aufweisenden Gleichstromverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß einer (25) der drei Transistoren (25, 28, 29) zur Netzspannungskompensation als Diode geschaltet ist.