DE19712780A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Lichtleitfasern mittels Lichtbogen-Schweißen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Lichtleitfasern mittels Lichtbogen-SchweißenInfo
- Publication number
- DE19712780A1 DE19712780A1 DE19712780A DE19712780A DE19712780A1 DE 19712780 A1 DE19712780 A1 DE 19712780A1 DE 19712780 A DE19712780 A DE 19712780A DE 19712780 A DE19712780 A DE 19712780A DE 19712780 A1 DE19712780 A1 DE 19712780A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- welding
- impedance
- current
- measured
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
- G02B6/2551—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S65/00—Glass manufacturing
- Y10S65/04—Electric heat
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden der beiden
Enden mindestens zweier optischer Lichtleitfasern mittels
eines elektrischen Lichtbogens, der zwischen zwei Elektroden
erzeugt wird.
Aus der EP-A1 0 504 519 ist ein Lichtwellenleiter-
Schweißgerät bekannt, bei dem ein Drucksensor vorgesehen ist,
welcher ein von dem gemessenen atmosphärischen abhängiges
Steuersignal erzeugt. Aufgrund des so gemessenen Luftdrucks
wird der jeweils angewendete Ladestrom auf einen vorgegebenen
Wert eingestellt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht
neben dem nicht unerheblichen Aufwand für die Druckmeßdose
sowie der daraus abzuleitenden Steuergröße vor allem darin,
daß der Luftdruck allein nicht die maßgebende Größe für die
Erzielung eines optimalen Schweißvorganges darstellt.
Aus der WO 95/24664 ist ein Verfahren zum Verschweißen der
Enden optischer Fasern bekannt, bei dem die Stellgrößen für
den Lichtbogen so gewählt werden, daß die elektrische
Leistung beim Schweißvorgang selbst konstant gehalten wird.
Hierzu wird eine Spannung erzeugt, welche proportional der
jeweils augenblicklichen Leistung ist und diese Spannung wird
an eine Steuereinrichtung gegeben, welche ein elektrisches
Stellglied so verändert, das die Leistung jeweils im
wesentlichen während des Schweißvorganges (konkret während
der Brennspannung) konstant gehalten wird. Auch dieses
Verfahren bezieht die möglichen, eine Qualität der
Schweißverbindung bestimmenden Größen in unzureichendem Maße
ein.
Aus der DE 41 19 654 A1 ist ein Lichtbogen-Schweißverfahren
für Lichtleitfasern bekannt, bei dem ein Lichtbogen zwischen
den Elektroden erzeugt wird und ein konstanter
Entladungsstrom fließt. Während des Lichtbogenverschweißens
wird die Spannungskennlinie zwischen den Elektroden in
Abhängigkeit von der Schweißzeit aufgezeichnet. Der
Schweißvorgang selbst wird abgebrochen, wenn ein bestimmtes,
spannungsabhängiges Kriterium der so aufgezeichneten
Spannungskennlinie erreicht ist. Dieses Verfahren dient dazu,
eine automatische Schweißparameteranpassung bei
unterschiedlichen Lichtwellenleitertypen zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in möglichst
einfacher Weise die Einstellung von Schweißparametern so
vorzunehmen, daß eine möglichst gute, von Umwelt- und
Umgebungseinflüssen weitgehend unabhängige Schweißverbindung
hergestellt wird. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Impedanz der
Entladungsstrecke gemessen wird, und daß aufgrund der
gemessenen Impedanz mindestens einer der Schweißparameter so
verändert wird, daß ein für die jeweiligen Umweltbedingungen
und/oder für den jeweiligen Gerätezustand optimales
Schweißergebnis erreicht wird.
Durch diese Kompensation von Umwelteinflüssen (wie z. B.
Luftdruck) und/oder Umgebungseinflüssen (wie z. B.
Elektrodenzustand) lassen sich die jeweiligen beiden
Lichtleitfaserenden unter einer Vielzahl praktischer
Gegebenheiten in einfacher Weise einwandfrei, d. h.
wirkungsvoll, miteinander verschweißen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Verbinden
der beiden Enden mindestens zweier optischer Fasern mittels
eines elektrischen Lichtbogens zwischen zwei Elektroden,
welche dadurch gekennzeichnet ist, daß Meßmittel zur
Ermittlung der Impedanz der Entladungsstrecke vorgesehen
sind, und daß Steuermittel aufgrund der gemessenen Impedanz
mindestens einen der Schweißparameter so verändern, daß ein
für die jeweiligen Umweltbedingungen und/oder für den
jeweiligen Gerätezustand optimales Schweißergebnis erreichbar
ist.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend
anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch in teilweise perspektivischer
Darstellung den Grundaufbau einer Schweißvorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 gemessene Impedanzwerte der Glimmentladungsstrecke
der Schweißvorrichtung nach Fig. 1 in Abhängigkeit
von der Höhe,
Fig. 3 gemessene Entladestromwerte der Schweißvorrichtung
nach Fig. 1, die für jeweils gleiche Fasererwärmung
bei unterschiedlichen Höhen erforderlich werden, und
Fig. 4 die Prinzipschaltung eines Hochspannungsgenerators
für die Schweißvorrichtung nach Fig. 1.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den
Fig. 1 mit 4 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Schweißvorrichtung SV, die
insbesondere Bestandteil eines Lichtwellenleiter-
Spleißgerätes ist. Sie weist zwei sich gegenüberstehende
Halteeinrichtungen HE1, HE2 (wie zum Beispiel Manipulatoren)
bekannter Bauart auf, die der Aufnahme und Lagepositionierung
von mindestens zwei miteinander zu verschweißenden
Lichtleitfaserenden dienen. In der Fig. 1 ist die
Halteeinrichtung HE1 für eine Lichtleitfaser LF1 sowie die
Halteeinrichtung HE2 für eine Lichtleitfaser LF2 vorgesehen.
Die Lichtleitfasern sind dabei lediglich strichpunktiert
gezeichnet, da sie erst später für den eigentlichen
Schweißvorgang in die Schweißvorrichtung SV eingelegt werden.
Um die beiden sich in Längsrichtung einander
gegenüberstehenden Enden der beiden Lichtleitfasern LF1, LF2
vor ihrem Verschweißen möglichst fluchtend aufeinander
ausrichten zu können, ist mindestens eine der beiden
Halteeinrichtungen HE1, HE2 in mindestens eine Raumrichtung,
insbesondere quer, bevorzugt senkrecht zur jeweiligen
Faserlängsachse verschiebbar ausgebildet. Im vorliegenden
Beispiel ist angenommen, daß die erste Halteeinrichtung HE1
eine Bewegung in y-Richtung sowie die Halteeinrichtung HE2
eine Bewegung in x-Richtung eines kartesischen
Koordinatensystems x, y, z zuläßt. Die jeweilige
Verschiebebewegung in x bzw. y-Richtung ist durch
Doppelpfeile Δy sowie Δx angedeutet. Um die Enden der beiden
optischen Fasern LF1, LF2 zur Bildung einer Schweißverbindung
aufeinander zufahren und miteinander kontaktieren zu können,
ist in der Fig. 1 der Halteeinrichtung HE2 zusätzlich eine
Verfahreinheit ZVE zugeordnet, mit der sich die
Lichtleitfaser LF2 in Faserlängsrichtung, das heißt hier in
z-Richtung auf die Lichtleitfaser LF1 zu bewegen läßt. Die
Verschiebebewegung in z-Richtung ist dabei mit einem
Doppelpfeil Δz angedeutet. Die Raumrichtung z gibt also eine
Längsrichtung vor, entlang der jedes der beiden Faserenden
LF1, LF2 fluchtend aufeinander ausgerichtet werden soll.
Die Schweißvorrichtung SV weist als wesentlichen Bestandteil
zwei Elektroden EL1, EL2 auf, die im Zwischenraum zwischen
den beiden Halteeinrichtungen HE1, HE2 auf gegenüberliegenden
Längsseiten der Lichtleitfasern LF1, LF2 in einem vorgebbaren
Abstand angeordnet sind. Entlang einer Entladungsstrecke D
zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 kann sich somit
queraxial, insbesondere senkrecht zum axialen Längsverlauf
der beiden Lichtleitfasern LF1, LF2 ein Glimmentladungs-
Lichtbogen ausbilden. In der Fig. 1 ist der Verlauf des
Lichtbogens LB strichpunktiert angedeutet.
Zur Erzeugung und Speisung der Glimmentladung des Lichtbogens
LB ist die jeweilige Schweißelektrode EL1, EL2 über eine
zugehörige Stromleitung L1, L2 an einen
Hochspannungsgenerator HG bekannter Bauart angeschlossen.
Dieser Hochspannungsgenerator HG liefert die Spannung zum
Zünden und die Leistung zur Aufrechterhaltung der
Glimmentladung zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2.
(Fig. 4 zeigt die Prinzipschaltung dieses
Hochspannungsgenerators im Detail.)
Würde mit Hilfe des Hochspannungsgenerators HG für die
Glimmentladung jeweils derselbe, konstante Stromwert zwischen
den beiden Elektroden EL1, EL2 für alle Schweißvorgänge
dauerhaft, das heißt fest eingestellt werden, so wäre dieser
einmalig festgelegte und beibehaltene Stromwert zur
Glimmentladungsspeisung für den Schweißvorgang bei
wechselnden Umwelt- und Umgebungseinflüssen manchmal zu hoch
und manchmal zu niedrig. In umfangreichen Tests wurde nämlich
gefunden, daß die tatsächliche Fasererwärmung nicht nur vom
Strom bzw. von der Leistung der Glimmentladung abhängt,
sondern auch von Umwelt- bzw. Umgebungseinflüssen wie zum
Beispiel Luftdruck, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit,
Gaszusammensetzung der Umgebungsluft, usw. und/oder vom
Gerätezustand wie z. B. Elektrodenzustand beeinflußt werden
kann. Solche in Abhängigkeit von Ort und Zeit wechselnde
Störeinflüsse würden den normalen Ablauf des Schweißvorgangs
zur Herstellung einer optimalen, thermischen
Schweißverbindung zwischen zwei Lichtwellenleitern
beeinträchtigen, da die für eine einwandfreie
Schweißverbindung erforderliche Fasererwärmung in manchen
Fällen zu hoch und in manchen Fällen zu niedrig werden würde.
Um nun für den jeweiligen Schweißvorgang eine weitgehende
Kompensation dieser Umwelt- bzw. Umgebungseinflüsse und/oder
des Gerätezustandes in besonders einfacher Weise zu
ermöglichen, wird die elektrische Impedanz der
Entladungsstrecke D des Lichtbogens LB erfaßt und aus dieser
gemessenen Impedanz mindestens eine Steuergröße zur Korrektur
der Störeinflüsse auf die Glimmentladungsvorgänge abgeleitet.
Mit Hilfe dieser Steuergröße läßt sich dann mindestens einer
der Schweißparameter wie zum Beispiel Schweißstrom,
Schweißleistung oder Schweißzeit derart verändern, daß ein
für die jeweilige Umweltbedingung und/oder für den jeweiligen
Schweißgerätezustand optimales Schweißergebnis erhalten
werden kann. Dabei wird ausgenutzt, daß nicht nur die
Fasererwärmung sondern auch die elektrische Impedanz der
Glimmentladungsstrecke D von den Umwelt- bzw.
Umgebungsbedingungen und/oder Schweißgerätezustand abhängt.
Dabei ist die elektrische Impedanz der Entladungsstrecke D
eine komplexe Größe. Untersuchungen zeigen, daß sowohl der
Realteil (= ohmscher Anteil) als auch der Imaginärteil (= induk
tive und kapazitive Anteile) der komplexen Impedanz
hauptsächlich durch folgende Parameter beeinflußt werden:
- - Umweltbedingungen (Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung der Umgebungsluft),
- - Gerätezustand, insbesondere Elektrodenart und/oder Elektrodenzustand,
- - Stromstärke der Glimmentladung
- - Frequenzspektrum der Glimmentladung.
Diese vielfachen Abhängigkeiten werden durch die komplexen
Vorgänge einer Glimmentladung (insbesondere durch die
Lebensdauer deren Ionen) verursacht. Da der ohmsche Anteil
der elektrischen Impedanz im wesentlichen dieselben
Abhängigkeiten von den Umgebungsbedingungen wie die komplexe
Impedanz aufweist, genügt es insbesondere bereits, lediglich
die ohmsche Impedanz zu erfassen und daraus mindestens ein
entsprechendes Steuerkriterium zur optimalen Anpassung der
Schweißparameter an die jeweilig vorherrschenden Umwelt- und/oder
Gerätebedingungen zu ermitteln. Dadurch läßt sich
der Meßaufwand ganz erheblich vereinfachen und ohne großen
Aufwand realisieren. Außerdem können Frequenzspektrum und
Stromstärke der Glimmentladung durch eine dem
Hochspannungsgenerator HG zugeordnete
Stromregelungsvorrichtung SR weitgehend konstant gehalten
werden, so daß bezüglich dieser Einflußgrößen immer die
gleichen Verhältnisse vorliegen. Mit diesen Vereinfachungen
bleibt somit lediglich eine Abhängigkeit der ohmschen
Impedanz von den Umgebungsbedingungen (wie zum Beispiel
Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung) und
den Elektroden übrig. Dabei hat insbesondere der Luftdruck
sowie der Grad der Elektrodenverschmutzung den bei weitem
stärksten Einfluß auf den Wert der ohmschen Impedanz der
Entladungsstrecke D. Andere Umgebungseinflüsse wie zum
Beispiel Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit zeigen
sinngemäß, d. h. tendenziell, etwa das gleiche Verhalten auf
die ohmsche Impedanz, allerdings wesentlich weniger
ausgeprägt, so daß sie in der Praxis in erster Näherung meist
vernachlässigbar sind.
Fig. 2 zeigt den an einer praktischen Entladungsstrecke wie
zum Beispiel D von Fig. 1 gemessenen Verlauf HM der ohmschen
Impedanz IP in Abhängigkeit von der Höhe H, wobei für die
Glimmentladung beispielhaft ein effektiver Entladestrom I von
15 mA vorgegeben war. Zur Ermittlung der Impedanzmeßkurve
nach Fig. 2 ist es nicht erforderlich, daß der dabei
verwendete Entladestrom dem späteren tatsächlichen
Schweißstrom entspricht. Um größere Ungenauigkeiten von den
Realbedingungen beim eigentlichen Schweißvorgang zu
vermeiden, ist es allerdings zweckmäßig, annäherungsweise
etwa den tatsächlichen Schweißstromwert einzustellen. Die
Aufnahme dieses Impedanzverlaufes HM in Abhängigkeit von der
Ortshöhe H über dem Meeresspiegel kann beispielsweise mit der
Schweißvorrichtung SV von Fig. 1 selbst erfolgen. Es sind
dabei keine Lichtleitfasern eingelegt, um etwaig von den
Lichtleitfasern herrührende Störungen für die Impedanzmessung
weitgehend zu vermeiden. Der Elektrodenabstand zwischen den
beiden Elektroden EL1, EL2 ist dabei fest vorgegeben und
entspricht der Entladungsstreckenlänge D für den eigentlichen
Schweißvorgang. Vorzugsweise ist der Elektrodenabstand
zwischen 0,5 und 5 mm gewählt. Zur Aufnahme des
Impedanzverlaufs bzw. der Meßkurve HM wird die
Schweißvorrichtung SV von Fig. 1 vorzugsweise in eine
Druckkammer eingebracht, deren Luftdruck in vorgebbarer Weise
zur Simulation verschiedener Höhen verändert werden kann. In
der Fig. 1 ist diese Druckkammer mit zugehörigem
Druckanzeiger strichpunktiert angedeutet. Die Druckkammer ist
dabei mit DK sowie der Druckanzeiger mit P bezeichnet.
Zur Ermittlung der ohmschen Impedanz IP der Entladungsstrecke
D wird für den jeweils vorherrschenden Luftdruck in der
Druckkammer DK und damit für die zugehörige Höhe die
Brennspannung U des Glimmentladungsbogens bei fest
vorgegebenem, noch nicht optimiertem Entladungsstrom I
gemessen und daraus die ohmsche Impedanz IP nach dem ohmschen
Gesetz IP = U/I berechnet. Zur Spannungsmessung ist in der
Fig. 1 ein Spannungsmeßgerät MU zwischen die beiden
Leitungen L1 und L2 der Elektroden EL1, EL2 mit Hilfe einer
Querleitung L12 geschaltet. Das Spannungsmeßgerät MU
übermittelt die gemessenen Spannungswerte U über eine Leitung
L3 an eine Auswerte-/Steuereinrichtung CPU, die vorzugsweise
Bestandteil des Lichtwellenleiter-Spleißgerätes ist. Der
Druckanzeiger P liefert seine Druckmeßwerte entsprechend dazu
über eine strichpunktiert eingezeichnete Signalleitung L20 an
die Auswerte-/Steuereinrichtung CPU. Diese gibt zugleich über
eine Steuerleitung L7 den gewünschten Sollwert SS für den
Glimmentladungsstrom I an eine Stromregelvorrichtung SR
weiter, die über eine Steuerleitung L8 den
Hochspannungsgenerator HG entsprechend regelt. Zur Messung
des Impedanzverlaufs HM von Fig. 2 wird dabei der
Glimmentladungsstrom I vorzugsweise auf einen bestimmten Wert
fest eingestellt, insbesondere im vorliegenden Meßbeispiel
von Fig. 2 auf etwa 15 mA. Für die Ermittlung der Meßkurve
HM von Fig. 2 wurden beispielhaft zehn Impedanzwerte MW1 mit
MW10 jeweils in Abständen von 500 m Höhenunterschied
bestimmt. Als gemeinsame Verbindungslinie der einzelnen
Impedanzmeßwerte MW1 mit MW10 ergibt sich beispielsweise
durch Funktionen-Approximation in erster Näherung eine mit
steigender Höhe H fallende Geradenlinie. Die ohmsche Impedanz
IP der Entladungsstrecke verringert sich also mit sinkendem
Luftdruck, das heißt steigender Höhe H. In erster Näherung
betrachtet sinkt also die Impedanz mit dem Anstieg der Höhe H
linear.
Diese empirisch gemessenen Impedanzwerte sowie deren
zugehörige Höhenwerte können beispielsweise als Wertepaare in
Tabellenform in der Auswerte-/Steuereinrichtung CPU von Fig.
1 dauerhaft abgespeichert werden. Besonders zweckmäßig ist
es, den Impedanzverlauf HM in Abhängigkeit von der Höhe H als
kontinuierliche Funktion anzugeben und deren Formel in der
Auswerte-/Steuereinrichtung CPU von Fig. 1 dauerhaft
abzulegen bzw. zu implementieren. Gegebenenfalls kann es auch
möglich sein, den Zusammenhang zwischen der Impedanz IP und
der Höhe H theoretisch herzuleiten und dafür eine theoretisch
berechnete Formel anzugeben, die in der Auswerte-/Steuer
einrichtung CPU abgespeichert werden kann.
Für die experimentelle Messung der Impedanzwerte der Kurve HM
in Abhängigkeit von der Höhe können selbstverständlich auch
andere Meßmittel als die des Schweißgeräts selbst
herangezogen werden.
Der derart experimentell ermittelte Impedanzverlauf HM in
Abhängigkeit von der Höhe H wird einmalig in der Auswerte-/Steuer
einrichtung - insbesondere formelmäßig - abgespeichert
bzw. implementiert, um im Schweißgerät für spätere, erst noch
durchzuführende Fehlerkorrekturen der Schweißparameter
Informationen über die Wechselwirkung zwischen Impedanz und
Luftdruck zur Verfügung zu haben.
Die Beeinflussung der ohmschen Impedanz in Abhängigkeit vom
Verschmutzungsgrad der Elektroden läßt sich für die
angestrebte Fehlerkorrektur von Störgrößen auf die
Schweißparameter bereits dadurch ausreichend berücksichtigen,
daß vereinfachend lediglich für die zwei Elektrodenzustände
"verschmutzt" sowie "sauber" jeweils die ohmsche Impedanz
gemessen wird. Unter den gleichen Bedingungen wie für das
Impedanz/Höhendiagramm von Fig. 2 sowie für eine Höhe von
500 m wurden folgende Impedanzen quantitativ für verschmutzte
sowie saubere Elektroden gemessen.
Elektrodenzustand | Impedanz in kΩ |
verschmutzt | 32,6 |
sauber | 32,0 |
Es liegt also im Beispiel ein Impedanzunterschied von etwa
0,6 kΩ zwischen den gemessenen Impedanzen für verschmutzte
und saubere Elektroden vor. Als allgemeiner Zusammenhang
zwischen Elektrodenzustand und Impedanz ergibt sich somit,
daß sich die Impedanz mit zunehmender Elektrodenverschmutzung
erhöht.
Weiterhin wurde durch Experimente gefunden, daß die
tatsächliche Fasererwärmung- neben der Bauart der
Entladungsstrecke - im wesentlichen durch folgende Faktoren
bestimmt wird:
- - Umgebungsbedingungen (Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung),
- - Elektrodenart und/oder Elektrodenzustand,
- - Stromstärke der Glimmentladung.
Dies sind, abgesehen von der Frequenz der Glimmentladung, die
gleichen Faktoren, die auch die Impedanz des Lichtbogens
vorrangig beeinflussen.
Im folgenden wird beispielhaft der Zusammenhang zwischen dem
Luftdruck bzw. Höhe und der Fasererwärmung untersucht. Da
sich die Fasererwärmung bzw. Fasertemperatur nur sehr
aufwendig auf direktem Wege messen läßt, wurde für
unterschiedliche Höhenlagen nicht die jeweils erreichte
Fasertemperatur, sondern derjenige Entladungsstrom gemessen,
der für jeweils die gleiche, optimale Fasererwärmung
erforderlich ist, um einen einwandfreien Spleiß herstellen zu
können. Die Fasererwärmung kann dabei insbesondere mit Hilfe
des Offset-Spleiß-Verfahrens, das in der DE-Aktenzeichen 196 44 304.0
beschrieben ist, ermittelt werden. Fig. 3 zeigt
ein derart aufgenommenes Entladungsstrom/Höhendiagramm in
schematischer Darstellung. Die einzelnen Entladungsstrom-/Höhen-
Wertepaare MP1 mit MP7 wurden in der Fig. 3 durch
eine z. B. approximativ gewonnene Meßkurve SM kontinuierlich
miteinander verbunden. Die Meßkurve SM von Fig. 3 steigt mit
wachsender Höhe überproportional an. Bei geringem Luftdruck,
das heißt in großer Höhe, ist also ein wesentlich höherer
Strom für die gleiche, optimale Fasererwärmung erforderlich.
Bezüglich des Elektrodenzustandes ergibt sich ein ähnlicher
Effekt: für verschmutzte Elektroden läßt sich
annäherungsweise die gleiche Fasererwärmung wie bei sauberen
Elektroden bereits mit einem reduzierten Schweißstrom
erhalten. Im vorliegenden Beispiel der Tabelle 1 wird der
Schweißstrom zweckmäßigerweise um etwa 1 mA bei verschmutzten
Elektroden reduziert, um dieselbe Fasererwärmung wie bei
sauberen Elektroden zu erhalten.
Aus den aufgenommenen Meßkurven nach den Fig. 2 und 3
ergeben sich insgesamt betrachtet somit folgende
Zusammenhänge:
Je geringer der Luftdruck, das heißt je größer die Höhe ist, umso geringer ist die Impedanz der Entladungsstrecke. Je geringer der Luftdruck ist, umso geringer ist die Fasererwärmung.
Je geringer der Luftdruck, das heißt je größer die Höhe ist, umso geringer ist die Impedanz der Entladungsstrecke. Je geringer der Luftdruck ist, umso geringer ist die Fasererwärmung.
Je stärker die Elektroden verschmutzt sind, umso höher ist
die Impedanz der Entladungsstrecke.
Je stärker die Elektroden verschmutzt sind, umso höher ist
auch die Fasererwärmung.
Der Einfluß des Luftdrucks auf die Impedanz ist dabei
annäherungsweise etwa gleich stark ausgeprägt wie dessen
Einfluß auf die Fasererwärmung. Eine Änderung des
Elektrodenzustands, die eine bestimmte Impedanzänderung
bewirkt, hat ebenfalls annäherungsweise etwa den gleichen
Einfluß auf die Fasererwärmung wie eine Änderung des
Luftdrucks, die die gleiche Impedanzänderung bewirkt. Mit
anderen Worten heißt das, daß sich mit Hilfe der Meßkurven
nach den Fig. 2, 3, die zunächst nur die Abhängigkeiten
der Impedanz bzw. des optimalen Schweißstroms von der Höhe
zeigen, auch ein entsprechender Korrekturfaktor bei Vorliegen
einer Elektrodenverschmutzung ermitteln läßt, der für den
eigentlichen Schweißvorgang erst noch eingestellt werden muß.
Es genügen dafür in vorteilhafter Weise bereits allein die
beiden, vorab im Schweißgerät implementierten Meßkurven nach
den Fig. 2 und 3. Dabei wird jeweils eine fest vorgegebene
Anordnung der Entladungsstrecke, eine fest vorgegebene
Frequenz der Entladung und ein fest vorgegebener Strom
vorausgesetzt.
Aus diesen Zusammenhängen läßt sich folgern, daß die Impedanz
der Entladungsstrecke als zuverlässiges Maß für die
Fasererwärmung herangezogen werden kann. Damit kann bei
gegebenen Entladungsstrom, festgelegter Frequenz der
Entladung sowie fest vorgegebener Anordnung der
Entladungsstrecke aus der Impedanz direkt auf die
Fasererwärmung geschlossen werden. Sowohl Umwelteinflüsse als
auch der Elektrodenzustand können dabei automatisch
berücksichtigt werden.
Um für spätere Fehlerkorrekturen der Schweißparameter
Informationen über den optimalen Soll-Schweißstrom SS* in
Abhängigkeit von der Höhe H im Schweißgerät zur Verfügung zu
haben, wird die Meßkurve SM einmalig vorzugsweise als Formel
(oder ggf. "digitalisiert", d. h. ihre Funktionswerte mit den
zugehörigen Höhenwerten tabellarisch) in der
Auswerte-/Steuereinrichtung CPU von Fig. 1 dauerhaft
abgespeichert.
Die gemessenen Strommeßwerte MP1 mit MP7 von Fig. 3 bzw. die
übrigen, durch Interpolation gefundenen Stromwerte der
ermittelten Entladungsstromkurve SM geben für die jeweilige
Höhenlage denjenigen Soll-Entladungsstrom SS* an, bei dem
eine optimale, das heißt einwandfreie Verschweißung der
beiden optischen Fasern erzielt werden kann. Die
Entladungsstromkurve SM von Fig. 3 ordnet also der
jeweiligen Höhenlage H denjenigen Sollwert SS* für den
Entladungsstrom zu, mit dem sich eine optimale Fasererwärmung
erzielen läßt. Auf diese Weise bildet die Strommeßkurve SM
von Fig. 3 eine Art Eichkurve, die optimale, einzustellende
Entladungsstromwerte SS* für die jeweils vorliegende
Höhenlage vorsieht.
Um den eigentlichen Schweißvorgang von Umwelt- bzw.
Umgebungseinflüssen, hier im Beispiel vom Luftdruck,
weitgehend unabhängig zu machen, wird mit Hilfe der Auswerte-/Steuer
einrichtung CPU von Fig. 1 die aktuelle Impedanz der
Entladungsstrecke gemessen, die diese unter den momentan
gegebenen Einsatzbedingungen sowie dem aktuellen
Elektrodenzustand aufweist. Zur Ermittlung der Ist-Impedanz
der Entladungsstrecke ist in der Fig. 1 ein Strommeßgerät MI
bekannter Bauart beispielsweise in die Stromleitung L1 für
die erste Elektrode EL1 eingefügt. Das Strommeßgerät MI ist
über eine Meßleitung L4 mit der Auswerte-/Steuereinrichtung
CPU verbunden. Aus der mit dem Spannungsmeßgerät MU
aufgenommenen Ist-Spannung U und dem mit dem Strommeßgerät MI
aufgenommenen Ist-Strom I berechnet dann die Auswerte-/Steuer
einrichtung CPU die aktuell vorliegende Impedanz der
Entladungsstrecke D nach dem ohmschen Gesetz: IP = U/I. Diesem
ermittelten Ist-Impedanzwert wird mit Hilfe der
abgespeicherten Impedanz-Meßkurve HM von Fig. 2 in
eindeutiger Weise eine bestimmte Höhenlage zugeordnet. Für
diese Höhenlage ergibt sich aus der abgespeicherten
Eichmeßkurve SM entsprechend Fig. 3 der ideale, d. h.
optimale Soll-Schweißstromwert SS*. Die Auswerte-/Steuer
einrichtung CPU gibt dann über die Steuerleitung L7
diesen gewünschten, erst noch einzustellenden optimalen Soll-
Schweißstromwert SS* an die Stromregelungseinrichtung SR
weiter. Diese Stromregelungseinrichtung SR regelt den
Hochspannungsgenerator HG derart, daß für die Glimmentladung
ein Entladungsstrom mit dem gewünschten, optimalen Soll-
Schweißstromwert SS* zu fließen kommt. Die
Stromregeleinrichtung SR vergleicht dabei den Ist-Stromwert
I, der ihr vom Strommeßgerät MI über die Leitung L6
übermittelt wird, mit dem gewünschten Soll-Schweißstromwert
SS*. Sie erzeugt insbesondere aus dem Differenzwert zwischen
optimalen Soll- und Ist-Strom eine Stellgröße zur
Beeinflussung des Hochspannungsgenerators derart, daß der
Ist-Strom dem gewünschten, optimalen Soll-Schweißstromwert
SS* angepaßt wird. Allgemein ausgedrückt sind also Meßmittel
wie z. B. MU, MI zur Ermittlung der aktuell vorliegenden Ist-
Impedanz IP der Entladungsstrecke D vorgesehen. Den
Meßmitteln zugeordnete Steuermittel wie z. B. CPU, SR
verändern dann aufgrund der gemessenen Ist-Impedanz IP
mindestens einen der Schweißparameter der Schweißvorrichtung
SV, insbesondere den Schweißstrom, derart, daß ein für die
jeweiligen Umweltbedingungen und/oder für den jeweiligen
Gerätezustand optimales Schweißergebnis erreichbar ist.
Wird für die Entladungsstrecke beispielsweise ein aktueller
Impedanzwert von 31 kΩ ermittelt, so ordnet die Auswerte-/Steuer
einrichtung CPU von Fig. 1 diesem Ist-Impedanzwert
mit Hilfe der Wertetabelle bzw. Diagramms von Fig. 2 eine
Höhenlage von etwa 2500 m über NN (Normalnull) zu. Für diese
Höhenlage entnimmt die Auswerte-/Steuereinrichtung CPU aus
der Tabelle von Fig. 3 den gewünschten optimalen Soll-
Schweißstromwert von etwa 17 mA, der für den eigentlichen,
später auszuführenden Schweißvorgang erst noch eingestellt
werden soll. Diesen optimalen Soll-Schweißstromwert gibt die
Auswerte-/Steuereinrichtung CPU an die
Stromregelungseinrichtung SR zur Fehlerkorrektur über die
Leitung L7 weiter.
Sind für dieses Beispiel die Elektroden verschmutzt, so
ergibt sich eine um etwa 0,6 kΩ erhöhte Impedanz von ca.
31,6 kΩ, der in Fig. 2 eine niedrigere Höhenlage von etwa
1500 m zugeordnet ist. Dieser Höhenlage weist die Auswerte-/Steuer
inrichtung CPU mit Hilfe des Diagramms von Fig. 3
einen optimalen Soll-Schweißstromwert von etwa 16 mA zu, der
gegenüber dem Soll-Schweißstromwert bei sauberen Elektroden
um etwa 1 mA reduziert ist. Damit wird mit Hilfe der
Meßdiagramme von Fig. 2, 3 automatisch auch dem zusätzlichen
Einfluß der Elektrodenverschmutzung Rechnung getragen.
Zusammenfassend betrachtet läßt sich also eine
Fehlerkompensation von Umwelt- und/oder Geräteeinflüssen
dadurch erreichen, daß die Impedanz der Entladungsstrecke für
die jeweils vorgegebenen Umgebungsbedingungen gemessen wird
und aufgrund dieser gemessenen Impedanz dann mindestens einer
der Schweißparameter, hier insbesondere der Entladungsstrom,
so verändert wird, daß ein für die jeweiligen
Umweltbedingungen optimales Schweißergebnis erreicht wird.
Aus der gemessenen Impedanz der Entladungsstrecke wird also
auf die Umwelteinflüsse und/oder Geräteeinflüsse
(insbesondere Elektrodenverschmutzung) geschlossen und deren
Kompensation durch Veränderung mindestens eines
Schweißparameters bewirkt.
Gegebenenfalls kann sogar die Übergabe des Ist-Stromwertes an
die Auswerte-/Steuereinrichtung CPU entfallen, da ja die
Stromregelungseinrichtung den Hochspannungsgenerator HG auf
einen vorab vorgebbaren und damit für die Auswerte-/Steuer
inrichtung CPU bekannten Soll-Meßstromwert ausregelt.
Die Auswerte-/Steuereinrichtung CPU kann dann die aktuelle
Impedanz IP der Entladungsstrecke lediglich durch Messung der
Ist-Spannung U und aus diesem bekannten Ist-Stromwert I
berechnen, der aufgrund der Regelung gleich dem Soll-
Meßstromwert ist. Erst danach regelt die
Stromregeleinrichtung SR für den eigentlichen Schweißprozeß
den Entladestrom gleich dem sich aus den Diagrammen-von Fig.
2 und 3 ergebenden optimalen Soll-Schweißstromwert SS*.
Die Fehlerkorrektur des Entladestroms kann mit Hilfe der
Auswerte-/Steuereinrichtung CPU vorzugsweise automatisch
erfolgen. Gegebenenfalls kann es auch zweckmäßig sein, von
einer Bedienperson den jeweiligen, optimalen Soll-
Schweißstromwert manuell einstellen zu lassen. Dabei kann die
Auswerte-/Steuereinrichtung CPU dem Benutzer über ein Display
den für eine optimale Verschweißung erforderlichen Soll-
Schweißstromwert anzeigen. Ggf. kann dem Benutzer auch
lediglich die gemessene Ist-Impedanz mitgeteilt werden. Der
Benutzer selbst kann dann z. B. aus mitgelieferten
Datenblättern, die die beiden Meßkurven nach Fig. 3, 4
enthalten, den einzustellenden optimalen Schweißstromwert
ablesen. Weiterhin kann ggf. auch die Auswerte-/Steuer
einrichtung CPU die Eichmeßkurven nach den Fig. 2
und 3 mit Hilfe eines Displays dem Benutzer anzeigen, wie
dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. In beiden Fällen
kann dann der Benutzer selbst den abgelesenen oder
angezeigten, optimalen Soll-Schweißstromwert mit Hilfe einer
Stromvorgabevorrichtung SV der Auswerte-/Steuereinrichtung
CPU vorgeben, die über eine Steuerleitung L9 mit der
Stromvorgabevorrichtung SV verbunden ist.
Zur Kompensation von störenden Umwelt-/Umgebungseinflüssen
auf den Schweißvorgang sind folgende Vorgehensweisen
zweckmäßig:
- 1. separate Impedanzmessung:
Dazu wird vorab, d. h. entweder direkt nach dem Einschalten des Lichtwellenleiter-Spleißgerätes oder vor dem eigentlichen Schweißprozeß bzw. Schweißvorgang, und zwar noch vor dem Einlegen der miteinander zu verschweißenden optischen Fasern in das Spleißgerät bei einem bestimmten, vorgegebenen Strom die Ist-Impedanz der Entladungsstrecke unter den aktuell vorliegenden Umwelt - und/oder Umgebungsbedingungen gemessen. Aus dem Ergebnis wird mit Hilfe der einmalig aufgenommenen und abgespeicherten Eichmeßkurven entsprechend Fig. 2 und 3 berechnet, welcher Soll-Schweißstromwert SS* erforderlich ist, um die gewünschte, optimale Fasererwärmung zu erreichen. Dieser optimale Schweißstromwert wird dann insbesondere automatisch mit Hilfe der Auswerte-/Steuereinrichtung CPU von Fig. 1 eingestellt. Dieses Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß es besonders einfach zu realisieren ist. Aus den Kurven der Fig. 2 und 3 läßt sich direkt ein entsprechender Stromkorrekturfaktor (=SS*/I, d. h. optimaler Soll-Schweißstromwert SS* dividiert durch Ist-Stromwert I) ermitteln. In vorteilhafter Weise kann die Ist- Stromauswertung mit der Auswerte-/Steuereinrichtung entfallen, da der Entladestrom mit Hilfe der Stromregelungsschaltung auf den jeweilig gewünschten Sollwert geregelt wird. Da die Impedanzmessung vorab erfolgt, können mit dieser Korrekturmethode allerdings nachträgliche Veränderungen wie zum Beispiel des Elektrodenzustands nicht berücksichtigt werden. Da solche Änderungen normalerweise nur langsam eintreten, ist diese Vorabkorrektur des Entladestroms unter einer Vielzahl praktischer Gegebenheiten ausreichend. Gegebenenfalls kann auch die Impedanzmessung von Zeit zu Zeit oder sogar vor jedem einzelnen Spleiß wiederholt werden. - 2. Echtzeit-Impedanzmessung:
Hierbei erfolgt die Impedanzmessung jeweils in Echtzeit, das heißt während des eigentlichen produktiven Schweißvorgangs. Um eine Fehlerkorrektur zu ermöglichen, sind die Zusammenhänge zwischen Impedanz und Höhe, Soll- Schweißstromwert und Höhe entsprechend den Fig. 2 und 3 zweckmäßigerweise für alle in Frage kommenden Schweißströme vorab ermittelt und im Meßwertspeicher des Spleißgeräts abgespeichert worden. Die Anpassung des Stroms kann je nach Meßergebnis entweder unmittelbar, das heißt noch während des laufenden Schweißvorgangs oder allmählich, das heißt mit Wirkung erst für die folgenden, noch zu fertigenden Spleiße vorgenommen werden. Da die Impedanz unmittelbar während des eigentlichen Schweißvorgangs gemessen wird, werden auch nachträgliche Änderungen der Einflußgrößen in vorteilhafter Weise berücksichtigt. Allerdings kann für diese Korrekturmethode nicht von einem fest vorgegebenen Anfangsstromwert bzw. Meßstromwert ausgegangen werden, da der Schweißstrom bereits an die jeweilige Umgebungsbedingung angepaßt sein muß, um Beschädigungen oder Beeinträchtigungen der Lichtleitfasern durch den Meßvorgang für die Impedanzbestimmung zu vermeiden. Bei dieser Echtzeit- Impedanzmessung befinden sich die miteinander zu verschweißenden optischen Fasern bereits im Lichtbogen. Die dadurch hervorgerufenen Änderungen der Impedanz sind allerdings in der Praxis sehr gering, so daß sie vernachlässigbar sind. - 3. Kombinierte Methode:
Hierbei wird die Impedanzmessung vor jedem Spleiß erneut durchgeführt. Aus Gründen des praktischen Ablaufs sind die optischen Fasern in das Spleißgerät vorzugsweise bereits eingelegt. Um Beschädigungen oder unzulässige Beeinträchtigungen der optischen Fasern zu vermeiden, wird der Meßstrom zur Ermittlung des richtigen Strom- Korrekturfaktors zweckmäßigerweise so gering gewählt, daß die optischen Fasern noch nicht schmelzen. Der eigentliche Schweißvorgang kann wahlweise direkt im Anschluß an die Impedanzmessung oder nach einer Abkühlphase erfolgen. Mit Hilfe dieser Korrekturmethode lassen sich Veränderungen der Umwelt-/Umgebungsbedingungen besser berücksichtigen. Vorzugsweise wird der Meßstrom zur Messung der Impedanz der Entladungsstrecke zwischen 5 und 10 mA, bevorzugt um etwa 8 mA gewählt.
Fig. 4 veranschaulicht den Aufbau des
Hochspannungsgenerators HG von Fig. 1 schematisch im Detail.
Er weist einen Transformator TR mit den Spulenhälften PR1,
PR2 auf der Primärseite sowie mit der Spule SEK auf der
Sekundärseite auf. An die Sekundärseite des Transformators
sind über die Leitungen L1, L2 die beiden Elektroden EL1, EL2
angeschlossen. Das Spannungsverhältnis zwischen Primär- und
Sekundärseite ist in erster Näherung durch das Verhältnis der
Windungszahlen der Primär- und Sekundärspulen festgelegt und
somit konstant. Das Übertragungsverhältnis zwischen der
jeweiligen Primärspule PR1 bzw. PR2 und der Sekundärspule SEK
wird zweckmäßigerweise derart gewählt, daß aus einer relativ
niedrigen Spannung auf der Primärseite eine dergegenüber
wesentlich höhere Spannung auf der Sekundärseite zum
Betreiben des Glimmentladungs-Lichtbogens erzeugt wird. Da
das Übertragungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärseite
konstant ist, kann die Spannung auf der Primärseite
annäherungsweise als Maß für die Sekundärspannung dienen,
d. h. es ist nicht erforderlich, die tatsächliche Spannung U
zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 direkt zu messen.
Etwa in der Mitte der Primärwicklung ist über eine Leitung
L10 eine Gleichspannungsquelle UQ gegenüber Masse
angeschlossen. Eingangsseitiges sowie ausgangsseitiges Ende
der Primärwicklung sind über zugehörige Leitungen L11 bzw.
L12 mit elektronischen Schaltern ES1 bzw. ES2 verbunden, die
einseitig ebenfalls an Masse gelegt sind. Die beiden
elektronischen Schalter ES1, ES2 werden von einer
Steuervorrichtung STE über Steuerleitungen SL1, SL2
wechselweise aktiviert, so daß abwechselnd durch die obere
oder durch die untere Hälfte der Primärwicklung, das heißt
durch die Spule PR1 oder PR2 ein Strom fließen kann. Im
Endeffekt ergibt sich auf der Sekundärseite SEK dadurch eine
Wechselspannung. Die Steuervorrichtung STE wird über die
Leitung L8 von der Stromregeleinrichtung SR angesteuert.
Diese Stromregeleinrichtung SR von Fig. 1 erhält die
Information über den Ist-Strom über die Leitung L6 (siehe
Fig. 1) sowie den jeweilig gewünschten, einzustellenden
Soll-Stromwert über die Steuerleitung L7 von der Auswerte-/Steuer
einrichtung CPU. Sie gibt zum Beispiel durch
Differenzbildung zwischen Ist-Stromwert und Soll-Stromwert ein
entsprechendes Steuersignal für die Steuervorrichtung STE
vor, die die Primärspannung derart verändert, daß sich der
jeweils gewünschte Soll-Stromwert einstellt. Zu diesem Zweck
kann die Steuerschaltung STE insbesondere mindestens eine der
folgenden Größen variieren:
- 1. Höhe der Speisespannung SU;
dazu steuert die Steuereinrichtung STE über die Steuerleitung SL3 die Gleichspannungsquelle UQ an und regelt die Höhe deren Speisespannung SU derart ein, daß der gewünschte Soll- Stromwert erreicht wird. Dabei wird das Einschalt/Pausenverhältnis der Schalter ES1, ES2 vorzugsweise konstant gewählt, insbesondere etwa gleich 100%, das heißt es ist stets einer der beiden Schalter geschlossen. - 2. Einschalt/Pausenverhältnis (= Tastverhältnis) der Schalter ES1, ES2, was einer Pulsbreitenregelung der Primärspannung mit Aktiv- und Totzeiten entspricht; dazu werden die Schalter ES1, ES2 über Steuerleitungen SL1, SL2 von der Steuereinrichtung STE aus entsprechend betätigt, d. h. mit einem derartigen Tastverhältnis zueinander geschlossen und geöffnet, daß der gewünschte Soll-Stromwert erreicht wird. Dabei ist die Speisespannung SU vorzugsweise konstant gewählt.
In beiden Fällen ist die Messung der Primärspannung als Maß
für die Sekundärspannung sehr einfach möglich, weil
- - die Höhe der Speisespannung SU in erster Näherung direkt proportional zur wirksam werdenden Primär- sowie Sekundärspannung ist,
- - das Einschalt/Pausenverhältnis der Schalter ES1, ES2 ein Maß für die wirksam werdende Primär- sowie Sekundärspannung ist.
Aus der so bestimmten Primärspannung SU, dem
Übersetzungsverhältnis Ü des Transformators TR und dem
jeweils vorgegebenen Stromwert I (= konstant) kann die ohmsche
Impedanz der Entladungsstrecke direkt ermittelt werden zu:
IP = (SU Ü)/I.
Damit ergibt sich eine wesentliche praktische Vereinfachung
zur Bestimmung der Impedanz der Entladungsstrecke und
Einstellung des jeweils gewünschten Soll-Stromwertes. Denn es
ist nicht mehr erforderlich, die Impedanz (der
Entladungsstrecke) selbst explizit zu berechnen. Es genügt
anstelle dessen bereits, als mittelbare, impedanzabhängige
Meßgröße die erforderliche Speisespannung für einen
bestimmten, gewünschten Stromwert und/oder die Pulsbreite
und/oder die Frequenz für die Primärspannung, das heißt das
Tastverhältnis der Schalter ES1, ES2 für einen bestimmten,
einzustellenden Soll-Stromwert, zu erfassen.
Anstelle von Impedanzwerten werden dann entlang der Ordinaten
des Diagramms von Fig. 2 zweckmäßigerweise Tastverhältnisse
der Schalter ES1, ES2 oder die Höhe der Speisespannung SU in
Abhängigkeit von der Ortshöhe H aufgetragen. Es werden also
bei einem vorgegebenen Meßstrom die dafür erforderlichen
Tastverhältnisse oder die Höhe der Speisespannung SU in
Abhängigkeit von der Ortshöhe H in der Auswerte-/Steuer
einrichtung (als Tabelle oder Funktion) einmalig
abgespeichert. Entsprechend dazu werden für das Meßdiagramm
nach Fig. 3 diejenigen Speisespannungswerte und/oder
Tastverhältnisse ermittelt, die in verschiedenen Höhenlagen
jeweils die selbe, optimale Fasererwärmung hervorrufen. Damit
der jeweils gewünschte Soll-Vorgabestrom erreicht wird, wird
mit Hilfe der Steuereinrichtung STE das Tastverhältnis der
Schalter ES1, ES2 und/oder die Höhe der Speisespannung SU
entsprechend geregelt.
Allgemein ausgedrückt genügt es also in vorteilhafter Weise,
anstelle der Impedanz selber eine einzige, andere Meßgröße zu
erfassen, die hinreichend stark von der Impedanz abhängt.
Diese Ersatzmeßgröße wird im Feldeinsatz durch
Umwelteinflüsse und/oder den Elektrodenzustand ebenso wie die
Impedanz beeinflußt. Es kann deshalb für die jeweilige
Ersatzmeßgröße in analoger Weise aus dem Diagrammen der
Fig. 2, 3 ein Strom-Korrekturfaktor ermittelt werden, der
den Einfluß von Umwelteinflüssen und Elektrodenzustand auf
die Fasererwärmung und die Impedanz berücksichtigt. Die
Korrektur des Stroms erfolgt derart, daß der störende Einfluß
der Umweltbedingungen und des Elektrodenzustands bezüglich
der Fasererwärmung kompensiert wird. Der vom Benutzer oder
vom Gerät vorgegebene Meßstromwert für die Impedanzbestimmung
bzw. deren Ersatzgröße wird mit Hilfe des Korrekturfaktors in
einen korrigierten Strom umgerechnet, der unter den
tatsächlichen Bedingungen die gleiche Fasererwärmung erzielt
wie der vorgegebene Meßstrom-Sollwert unter
Normalbedingungen, das heißt, saubere Elektroden, geringe
Höhe, trockene Luft usw. Die Umrechnung der Impedanz bzw.
Meßgröße in einen Strom bzw. Strom-Korrekturfaktor kann
wahlweise auf folgende Art erfolgen:
- - anhand einer empirisch ermittelten Tabelle,
- - anhand von empirisch ermittelten Formeln,
- - anhand theoretisch ermittelter Formeln.
Schließlich kann als weiterer Schweißparameter auch die
Schweißzeit verändert werden, um aufgrund der gemessenen
Impedanz Störungen beim Schweißvorgang, die durch
Umgebungseinflüsse und/oder Elektrodenzustände hervorgerufen
sein können, kompensieren zu können. Dazu wird die
Schweißzeit bezogen auf einen vorgegebenen Meßstromwert zur
Erzielung eines optimalen Schweißergebnisses
zweckmäßigerweise umso größer gewählt, je größer die Höhe
wird, die mit Hilfe der Fig. 2, 3 der jeweiligen Meßgröße
(wie z. B. dem Ist-Schweißstromwert I) zur Korrektur
zugeordnet wird.
Weiterhin ist es auch möglich, anstelle der Regelung der
Glimmentladung über den Entladestrom auch eine Regelung über
die Leistung durchzuführen. Bezugnahmen im vorangehenden
Beschreibungstext auf den Strom sind hierbei durch den
Begriff Leistung zu ersetzen. Es wird also in analoger Weise
zur Korrektur der Umwelt-/Geräteeinflüsse ein Vergleich von
Ist-Leistung und Soll-Schweißleistung durchgeführt und daraus
ein Leistungskorrekturfaktor ermittelt. In der Fig. 3 wäre
an der Ordinaten anstelle des optimalen Soll-
Schweißstromwertes SS* die gemessene, optimale Soll-
Schweißleistung aufzutragen. Ein solches modifiziertes Soll-
Leistungs-/Höhen-Diagramm weist dabei eine Meßkurve auf, die
gegenüber der Form der Meßkurve SM von Fig. 3 lediglich
geringförmig verzerrt ist. Entsprechend dazu ergäbe sich auch
für die Meßkurve HM von Fig. 2 durch die Leistungsregelung
eine geringfügige Verzerrung. Beim Arbeiten mit der
Schweißleistung ergeben sich analog zum aufgezeigten
Korrekturbeispiel für den Entladestrom folgende
Zusammenhänge:
Mit sinkendem Luftdruck wächst die erforderliche Schweißleistung, die zur Erzeugung gleicher, optimaler Fasererwärmung wie unter Normalbedingungen erforderlich ist. Denn die zur Erzielung optimaler Schweißergebnisse erforderliche Schweißleistung variiert in Abhängigkeit von den Umwelt- und/oder Geräteeinflüssen.
Mit sinkendem Luftdruck wächst die erforderliche Schweißleistung, die zur Erzeugung gleicher, optimaler Fasererwärmung wie unter Normalbedingungen erforderlich ist. Denn die zur Erzielung optimaler Schweißergebnisse erforderliche Schweißleistung variiert in Abhängigkeit von den Umwelt- und/oder Geräteeinflüssen.
Zusammenfassend betrachtet wird der Einfluß von
Umgebungsbedingungen, insbesondere hauptsächlich des
Luftdrucks, dadurch kompensiert, das heißt das
Schweißergebnis von den Umgebungsbedingungen dadurch
weitgehend unabhängig gemacht, daß die Impedanz der
Glimmentladungsstrecke gemessen und ausgewertet wird. Dafür
sind keine zusätzlichen Sensoren, insbesondere Drucksensoren
erforderlich. Die Auswertung der gemessenen Impedanz kann
dabei mit den bereits vorhandenen Komponenten herkömmlicher
Lichtwellenleiter-Spleißgeräte durchgeführt werden, das heißt
der Aufwand zur Implementierung der Fehlerkorrektur von
Umwelteinflüssen auf die tatsächlich erzielte Fasererwärmung
kann ohne Aufwand durchgeführt werden. Gleichzeitig wird der
Einfluß verschmutzter Elektroden automatisch, d. h. ohne
eigens weitere Korrekturmessungen durchführen zu müssen, mit
berücksichtigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei allen Spleißgeräten
für Lichtwellenleiter, die die Fasererwärmung mittels
elektrischer Glimmentladung durchführen, anwendbar. Es spielt
keine Rolle, ob es sich um ein Gerät für Einzelfasern oder
für mehrere Fasern handelt, und ob das Gerät über eine x, y,
z-Positionierung verfügt oder mit feststehenden V-Nuten (das
heißt ohne x-y-z-Positionierung) arbeitet. Weitere
Komponenten des Schweißgerätes, wie Beleuchtung und
Optiksystem, Videokameras, Videobildverarbeitungseinrichtung
und dergleichen sind für das Kompensationsverfahren von
Umwelt und Umgebungseinflüssen nicht von Bedeutung und wurden
deshalb der Übersichtlichkeit halber in der Fig. 1 nicht
dargestellt.
Claims (9)
1. Verfahren zum Verbinden der beiden Enden mindestens zweier
optischer Fasern (LF1, LF2) mittels eines elektrischen
Lichtbogens (LB), der zwischen zwei Elektroden (EL1, EL2)
erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Impedanz (IP) der Entladungsstrecke (LB) gemessen
wird, und daß aufgrund der gemessenen Impedanz (IP)
mindestens einer der Schweißparameter so verändert wird, daß
ein für die jeweiligen Umweltbedingungen und/oder für den
jeweiligen Gerätezustand optimales Schweißergebnis erreicht
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Schweißparameter der Schweißstrom (I) verändert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Schweißparameter die Schweißzeit verändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Schweißparameter die Schweißleistung verändert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Schweißvorgang und vor dem Einlegen der Fasern in
das Schweißgerät (SG) die Impedanz (IP) gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Schweißvorgang und nach dem Einlegen der Fasern
(LF1, LF2) in das Schweißgerät (SG) die Impedanz (IP) vor dem
eigentlichen Schweißvorgang gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Impedanz (IP) in Echtzeit während des
Schweißvorganges gemessen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vorabmessung und eine Echtzeitmessung vorgenommen
werden und daß aufgrund der Vorabmessung eine Voreinstellung
für die Echtzeitmessung vorgenommen wird.
9. Vorrichtung zum Verbinden der beiden Enden mindestens
zweier optischer Fasern (LF1, LF2) mittels eines elektrischen
Lichtbogens (LB) zwischen zwei Elektroden (EL1, EL2),
insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Meßmittel (MU, MI) zur Ermittlung der Impedanz (IP) der
Entladungsstrecke (D) vorgesehen sind, und daß Steuermittel
(CPU, SR) aufgrund der gemessenen Impedanz (IP) mindestens
einen der Schweißparameter so verändern, daß ein für die
jeweiligen Umweltbedingungen und/oder für den jeweiligen
Gerätezustand optimales Schweißergebnis erreichbar ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712780A DE19712780A1 (de) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Lichtleitfasern mittels Lichtbogen-Schweißen |
EP98105137A EP0867737A3 (de) | 1997-03-26 | 1998-03-20 | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Lichtleitfasern mittels Lichtbogen |
US09/045,948 US5951735A (en) | 1997-03-26 | 1998-03-23 | Method and apparatus for connecting two optical fibers by arc welding |
JP10077334A JPH10311925A (ja) | 1997-03-26 | 1998-03-25 | 光ファイバの両端を接続する方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712780A DE19712780A1 (de) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Lichtleitfasern mittels Lichtbogen-Schweißen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19712780A1 true DE19712780A1 (de) | 1998-10-01 |
Family
ID=7824738
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19712780A Withdrawn DE19712780A1 (de) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Lichtleitfasern mittels Lichtbogen-Schweißen |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5951735A (de) |
EP (1) | EP0867737A3 (de) |
JP (1) | JPH10311925A (de) |
DE (1) | DE19712780A1 (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE516153C2 (sv) * | 1997-02-14 | 2001-11-26 | Ericsson Telefon Ab L M | Förfarande och anordning vid hopsvetsning av optiska fibrer |
DE10122840B4 (de) * | 2001-05-11 | 2007-10-25 | CCS Technology, Inc., Wilmington | Spleißeinrichtung zum Verspleißen von Lichtwellenleitern |
JP2005031439A (ja) * | 2003-07-14 | 2005-02-03 | Fujikura Ltd | 光ファイバ端面処理方法及びその装置並びに光ファイバ融着接続方法及びその装置 |
US6917182B2 (en) * | 2003-07-24 | 2005-07-12 | Motorola, Inc. | Method and system for providing induction charging having improved efficiency |
DE102006052432A1 (de) * | 2006-11-07 | 2008-05-08 | CCS Technology, Inc., Wilmington | Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern |
DE202007010785U1 (de) * | 2007-08-03 | 2007-09-27 | CCS Technology, Inc., Wilmington | Vorrichtung zum Verspleißen von Lichtwellenleitern |
DE202009002113U1 (de) * | 2009-02-13 | 2009-04-16 | CCS Technology, Inc., Wilmington | Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern |
JP4851574B2 (ja) * | 2009-10-19 | 2012-01-11 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバ融着接続装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1184252A (fr) * | 1981-12-08 | 1985-03-19 | Raynald Simoneau | Circuit de protection contre les chocs electriques en soudage |
JPS6068303A (ja) * | 1983-09-26 | 1985-04-18 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 光ファイバ融着装置 |
US4936960A (en) * | 1989-01-03 | 1990-06-26 | Advanced Energy Industries, Inc. | Method and apparatus for recovery from low impedance condition during cathodic arc processes |
JP2638690B2 (ja) * | 1991-03-22 | 1997-08-06 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ融着接続機 |
DE4119654A1 (de) * | 1991-06-14 | 1992-12-17 | Ant Nachrichtentech | Spleissverfahren zum lichtbogenverschweissen von lichtwellenleiterenden |
US5312471A (en) * | 1991-12-02 | 1994-05-17 | Lothar Jung | Method and apparatus for the manufacture of large optical grade SiO2 glass preforms |
SE517290C2 (sv) * | 1994-03-08 | 2002-05-21 | Ericsson Telefon Ab L M | Förfarande och anordning vid hopsvetsning av två ändar av optiska fibrer |
JP3212835B2 (ja) * | 1995-06-15 | 2001-09-25 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバ融着接続機の放電制御方法および装置 |
-
1997
- 1997-03-26 DE DE19712780A patent/DE19712780A1/de not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-03-20 EP EP98105137A patent/EP0867737A3/de not_active Withdrawn
- 1998-03-23 US US09/045,948 patent/US5951735A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-03-25 JP JP10077334A patent/JPH10311925A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0867737A2 (de) | 1998-09-30 |
EP0867737A3 (de) | 1999-07-14 |
JPH10311925A (ja) | 1998-11-24 |
US5951735A (en) | 1999-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1412125B1 (de) | Verfahren zum kurzzeit-lichtbogenschweissen sowie kurzzeit-lichtbogenschweisssystem, um hochfrequente störungen zu erkennen | |
DE102005039094B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Führen eines Maschinenteils entlang einer definierten Bewegungsbahn über einer Werkstücksoberfläche | |
EP2909577A1 (de) | Verfahren zur dickenmessung an messobjekten und vorrichtung zur anwendung des verfahrens | |
EP2495496A1 (de) | Brenneranlage | |
DE19712780A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Lichtleitfasern mittels Lichtbogen-Schweißen | |
EP1130361B1 (de) | Temperaturkompensation bei kapazitiver Abstandsmessung mit Hilfe eines LC-Oszillators | |
EP0307442B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur regelung von widerstands- oder lichtbogen-schweissvorgängen | |
EP0934542B1 (de) | Verfahren sowie vorrichtung zum verschweissen von lichtwellenleitern | |
DE102019110976A1 (de) | Verfahren zur Überprüfung eines Gasgemischsensors und Ionisationssensors bei einem brenngasbetriebenen Heizgerät | |
EP1191371B1 (de) | Verfahren zum Spleissen von Lichtwellenleitern | |
EP0464391A1 (de) | Messeinrichtung und Verfahren zu ihrer Betriebseinstellung | |
DE102006031078A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern | |
EP0100787B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung für optimale Bolzenschweissung mit Spitzenzündung | |
EP0967391B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge in der Brennkammer einer Brennkraftmaschine | |
DE10328635A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen zur Beurteilung der Qualität einer Widerstandsschweißverbindung und/oder zur Steuerung oder Regelung eines Widerstandsschweißverfahrens | |
EP0977647B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur erfassung der arbeitsspannung an schweissstromquellen | |
DE4100305C2 (de) | Schaltungsanordnung zur Ortung hochohmiger und intermittierender Kabelfehler | |
CH668741A5 (en) | Precise welding process for plastics - by heating work using resistance element up supplying heat in pulses according to set curve | |
EP0868290B1 (de) | Verfahren und elektroschweissgerät zum selbsttätigen schweissen von heizwendel-fittingen | |
DE102019110977A1 (de) | Verfahren zur Überprüfung eines Gasgemischsensors bei einem brenngasbetriebenen Heizgerät | |
EP0643265B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines überstöchiometrisch vormischenden Gasbrenners | |
EP0427879A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum induktiven Erwärmen von Werkstücken | |
DE19746080A1 (de) | Verfahren sowie Vorrichtung zur Einstellung von Schweißparametern | |
DE19613257A1 (de) | Verfahren und elektronische Steuerschaltung zum Regeln des Betriebsverhaltens von Gasentladungslampen | |
DE102010004885A1 (de) | Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |