DE19809083A1 - Gerät zum Verschweißen von Materialelementen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Verschweißen von Materialelementen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiges Schweißgerät ist aus der EP 0 335 010 B1 be­ kannt.

Bei dem bekannten Schweißgerät ist der Befehlsspeicher durch ein EPROM realisiert.

Die Bedienbarkeit dieses Schweißgeräts ist allerdings in der Praxis dadurch eingeschränkt, daß für eine Änderung oder An­ passung des Programmkodes stets ein Austausch des EPROMs er­ forderlich wird. Dies ist für die Bedienperson umständlich, da hierfür das Schweißgerät geöffnet werden muß. Ferner sind für einen Austausch des EPROMs Spezialkenntnisse erforderlich, so daß der Austausch nur von geschultem - nicht immer zur Verfügung stehendem - Personal (in der Regel nicht die Bedien­ person des Schweißgeräts) durchgeführt werden kann.

In der EP 0 272 978 B1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Schweißgeräts für Kunststoff-Fittinge beschrieben, bei dem die von der Leseeinrichtung des Schweißgerätes entgegenzunehmenden Fitting-Daten auf einer speziell konfigurierten Karte in Zonen abgelegt sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vor­ liegenden Erfindung, ein Schweißgerät zu schaffen, das an die im täglichen Einsatz auftretenden praktischen Gegebenheiten und Erfordernisse in besonders flexibler Weise anpaßbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Rechenein­ heit mit einer Programmkode-Ladefunktion ausgestattet ist, mittels der ein vorgebbarer Programmkode in den Befehlsspeicher ladbar ist.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Programmkode-Ladefunk­ tion wird eine Umprogrammierung des Schweißgerätes ermöglicht, ohne daß hierfür eine Öffnung des Gerätes erforderlich ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der neu zu ladende Programm­ kode dem Schweißgerät von außen über einen Zugang zugeführt wird, der als Computer-Schnittstelle oder auch als Mailbox aus­ gestaltet sein kann.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsge­ mäßen Schweißgerätes. Das Gerät besteht aus einer Steuerein­ richtung 1 und einer von dieser über einen Leistungsausgang 2 mit elektrischer Leistung vorsorgten Heizeinrichtung 3. Die Heizeinrichtung 3 kann aus einer auf die Innenfläche eines zu verschweißenden Kunststoff-Fittings (oder eines sonstigen Ma­ terialelements) gewickelten elektrischen Spule aufgebaut sein oder in alternativer Weise als Infrarot-Heizeinrichtung ausge­ bildet sein.

Die Steuereinrichtung 1 umfaßt bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Leseeinrichtung 4, Recheneinheit 5, einen Regelschaltkreis 6 sowie einen entweder als Schnittstelle oder als weitere Leseeinrichtung ausgestalteten Zugang 7.

Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 1 einen Meßschalt­ kreis 8 zur Meßung der am Leistungsausgang vorliegenden effektiven Strom-, Spannungs- und Frequenzwerte sowie einen Temperaturmeßeingang 9 aufweisen, über den eine gemessene Außentemperatur der Recheneinheit mitgeteilt werden kann. Die Steuereinrichtung 1 kann jedoch auch in anderer Weise ausge­ spaltet sein und insbesondere durch einen Mikroprozessor ge­ bildet sein.

Vor Aufnahme des Schweißbetriebs werden der Steuereinheit 1 über die Leseeinrichtung 4 Daten mitgeteilt, die den zu ver­ schweißenden Kunststoff-Fittingen zugeordnet sind. Diese Daten können in Form von Bar-Kode Darstellungen unmittelbar auf den zu verschweißenden Fittingen aufgebracht oder auch auf einer zu den Fittingen mitgelieferten Magnetkarte abgespeichert sein.

Im einzelnen kann es sich bei diesen Daten handeln um

• - Gebrauchsparameter, wie beispielsweise Durchmesser, Wand­ stärke, Länge, Kunststoffart und Kunststoffqualität der zu verschweißenden Kunststoff-Fittinge sowie den nominalen elektrischen Widerstand der elektrischen Heizspule bei ei­ ner vorgegebenen Referenztemperatur mit Temperatur-Korrek­ turparametern; ferner kann ein Schweißstrom oder eine Schweißspannung vorgegeben sein.
• - redundante Parameter, die eine Überprüfung der ausgelesenen Gebrauchsparameter ermöglichen; und
• - Korrektur- und Überwachungsparameter, wie beispielsweise die maximale Schweißzeit, maximale Spannung und/oder ma­ ximaler Strom sowie Toleranzwerte für Spannung, Strom und Frequenz am Leistungsausgang 2.

Die Leseeinrichtung 4 ist als Bar-Code-Leseeinrichtung, Ma­ gnetkarten-Leseeinrichtung oder in anderer bekannter Weise ausgebildet.

Vor Beginn einer Schweißung werden die von der Leseeinrichtung 4 aufgenommenen Daten der Recheneinheit 5 mitgeteilt. Ferner wird der Recheneinheit 5 über den Temperaturmeßeingang 9 eine Umgebungstemperaturgröße zugeführt. Aus diesen Daten berechnet die Recheneinheit 5 in einer im folgenden noch näher zu beschreibender Weise eine Führungsgröße 10, die am Regel­ schaltkreis 6 anliegt. Die vom Regelschaltkreis 6 erzeugte am Leistungsausgang 2 anliegende Schweißspannung wird gemäß dieser Führungsgröße eingestellt.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß ein Meßschaltkreis 8 die effektive Schweißspannung beziehungsweise den effektiven Schweißstrom mißt und der Recheneinheit 5 rückmeldet. In diesem Fall wird die Führungsgröße 10 aus den über die Lese­ einrichtung 4 zugeführten Eingangsdaten, der vom Temperatur­ meßeingang 9 erhaltenen Temperaturmeßgröße und den Strom/- Spannungsmeßwerten vom Meßschaltkreis 8 bestimmt.

Gemäß Fig. 2 enthält die Recheneinheit 5 hierfür in an sich bekannter Weise einen Mikroprozessor (CPU) 11 sowie einen nicht flüchtigen Befehlsspeicher 12, in dem der Programmkode abgelegt ist, den der Mikroprozessor 11 auszuführen hat.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß über den Zugang 7 unter­ schiedliche Programmkode in den Befehlsspeicher 12 geladen werden können.

Hierfür ist der Zugang 7 in einer ersten Ausführungsform als Memory-Box ausgeführt, die mit dem Mikroprozessor 11 über eine Datenleitung 13 in Verbindung steht. Der neue Programmkode wird dann einfach über eine Memory-Karte, auf der der neue Programmkode abgespeichert ist, eingegeben.

Der entsprechende Ladeablauf ist in Fig. 3A schematisch darge­ stellt. Die Aktivierung der Ladefunktion erfolgt durch ein Ak­ tivierungssignal, das durch Umlegen eines externen Schalters oder auch durch Einstecken der Memory-Karte in die Memory-Box erzeugt wird und dem Mikroprozessor 11 über eine Leitung 14 mitgeteilt wird. Bei Auftreten des Aktivierungssignals wird die Programmkode-Ladefunktion aktiviert. Diese bewirkt, daß der neue Programmkode unter Steuerung des Mikroprozessors 11 in den Befehlsspeicher 12 geladen wird und den bisherigen Befehls­ speicherinhalt überschreibt. Nach Beendigung des ordnungs­ gemäßen Ladevorgangs erfolgt eine diesbezügliche Meldung. Ferner kann ein anschließender Systemtest vorgesehen sein.

In einer zweiten Ausführungsform ist der Zugang 7 als Schnitt­ stelle, beispielsweise RS-232, ausgebildet. Für eine Neuladung des Befehlsspeichers 12 wird ein PC an die Schnittstelle ange­ schlossen.

Der in diesem Fall erfolgende Ladeablauf ist in Fig. 3B darge­ stellt. Über einen über die Leitung 14 zu dem Mikroprozessor 11 übertragenen Aktivierungskode schaltet der PC zunächst die Aktivierungsfunktion des Mikroprozessors 11 ein. Der Mikropro­ zessor 11 quittiert den Empfang des Aktivierungskodes durch Ausgabe eines Bereitschaftssignals. Bei Erhalt des Bereit­ schaftssignals sendet der Computer den neuen Programmkode über Leitung 13 dem Mikroprozessor 11 zu. Nach erfolgtem Ladevorgang wird von dem Mikroprozessor 11 ein ordnungsgemäßer Ladevorgang quittiert oder ein fehlerhafter Ladevorgang als solcher dem PC gemeldet.

Durch die Erfindung werden die folgenden Vorteile erreicht: Bei Kunststoff-Fittingen unterschiedlicher Fabrikate werden firmenseitig häufig unterschiedliche Parameter als Eingangsda­ ten für die Leseeinrichtung 4 verwendet. Selbst wenn gleiche Parameter verwendet werden, kann das Format dieser Parameter (beispielsweise die Umsetzung dieser Parameterwerte in eine Bar-Kode-Darstellung) unterschiedlich sein. Insbesondere kön­ nen die Parameter in Feldern mit firmenspezifisch unterschied­ lichen Namen, Größen und Typen angeordnet sein. In diesen Fällen wird durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Austausch des Programmkodes eine problemlose Anpassung des Schweißgeräts an unterschiedliche Formate von Eingangsdaten ermöglicht, wodurch die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Schweißgerätes im praktischen Betrieb wesentlich erweitert werden.

Darüber hinaus kann durch den Austausch des Programmkodes auch der Schweißprozeß als solcher modifiziert werden.

In Fig. 4 ist exemplarisch ein Programmablauf eines Schweiß­ prozesses dargestellt. Im linken Teil der Figur sind die Pro­ grammschritte dargestellt und im rechten Teil der Figur die für den jeweiligen Programmschritt erforderlichen über die Lese­ einrichtung 4 erhaltenen Eingangsdaten angegeben.

In einem ersten Programmschritt berechnet der Mikroprozessor 11 aus den von der Leseeinrichtung 4 mitgeteilten Gebrauchspa­ rametern (Durchmesser, Wandstärke, Fittinglänge, Kunststoffart, Kunststoffqualität und Nominalwiderstand) einen Sollwert, der beispielsweise die Zeitdauer angibt, über die die Heizein­ richtung mit einer vorgegebenen Schweißspannung zu beauf­ schlagen ist. Dabei kann - je nach konkreter Ausführung des Programmkodes - vorgesehen sein, daß bei der Berechnung des Sollwerts die Umgebungstemperatur berücksichtigt wird, da sie einen Einfluß auf den tatsächlichen Widerstand der elek­ trischen Heizeinrichtung hat. Dies erfolgt anhand der über die Leseeinrichtung 4 eingelesenen Widerstands-Temperaturkorrek­ turparameter sowie der über den Temperaturmeßeingang 9 erhal­ tenen Temperaturdaten.

Im zweiten Programmschritt wird ermittelt, ob eine Startfrei­ gabe für den Schweißprozeß erfolgen soll. Dies kann einer­ seits durch einen Vergleich der eingelesenen Gebrauchsparameter mit ebenfalls eingelesenen redundanten Parametern erfolgen, wobei eine Startfreigabe verweigert wird, wenn die Ge­ brauchsparameter durch die redundanten Parameter nicht verifi­ ziert werden. Neben diesem Konsistenztest kann auch ein Ver­ gleich des (eventuell unter Berücksichtigung der Umgebungstem­ peratur) errechneten Widerstandes der Heizeinrichtung mit dem von dem Meßschaltkreis 8 gemessenen tatsächlichen Widerstands­ wert vorgesehen sein, wobei eine Startfreigabe verweigert wird, wenn die Abweichung dieser beiden Werte eine vorgegebene Maximalabweichung übertrifft. Durch diese Prozedur kann ver­ hindert werden, daß beispielsweise im Falle einer Vertauschung von Eingangsdaten bezüglich der ihnen zugeordneten Kunststoff- Fittinge eine Startfreigabe erfolgt, die möglicherweise eine sofortige Zerstörung der zu verschweißenden Kunststoff- Fittinge zur Folge hätte.

Während des anschließenden Schweißprozesses kann eine Grenz­ wertüberwachung gemäß Schritt 3 des Programmablaufs vorgesehen sein. Im Rahmen dieser Grenzwertüberwachung wird ständig überprüft, ob die von dem Meßschaltkreis 8 ermittelten Span­ nungs-, Strom-, beziehungsweise Frequenzwerte im Bereich ent­ sprechender Maximal- oder Toleranzwerte liegen, die als Ein­ gangsdaten von der Leseeinrichtung 4 erhalten wurden. Bei zu großer Abweichung wird der Schweißprozeß unterbrochen. An­ sonsten endet der Schweißprozeß mit Ablauf der durch den Sollwert angegebenen Schweißzeit.

Im vorliegenden Beispiel ist die Führungsgröße 10 durch ein Spannungssignal gegeben, das vor dem Beginn des Schweißvor­ gangs die Höhe 0 aufweist, während des Schweißvorgangs eine Höhe aufweist, die einem vorgegebenen oder als Eingangsdatum von der Leseeinrichtung 4 erhaltenen Wert einer Schweißspan­ nung oder eines Schweißstromes entspricht und die nach Ablauf der durch den berechneten Sollwert angegebenen Schweißzeit wieder die Höhe 0 annimmt.

Ferner kann eine optimale Ablaufsteuerung des Schweißvorgang vorgesehen sein, wie sie in Schritt 4 des Programmablaufs dar­ gestellt ist.

In diesem Fall wird in Schritt 1 als Sollwert nicht die Gesamt- Zeitdauer des Schweißvorgangs sondern die Soll-Schweißarbeit berechnet. Dies ist die Schweißarbeit, die beim Schweißprozeß insgesamt verrichtet werden soll.

Im Rahmen der Ablaufsteuerung wird der Recheneinheit 5 dann von dem Meßkreis 8 ständig ein Meßwert der aktuellen Schweiß­ leistung (U^eff _Mess×I^eff _Mess) mitgeteilt. Durch Integration der Schweißleistung über die Schweißzeit berechnet die Re­ cheneinheit 5 die bisher verrichtete Schweißarbeit. Diese be­ rechnete Schweißarbeit wird fortlaufend mit dem in Schritt 1 berechneten Sollwert der Schweißarbeit verglichen. Im Unter­ schied zur Ausführungsform ohne Ablaufsteuerung, bei der das Ende des Schweißvorgangs durch Ablauf der vorgegebenen Schweißzeit bestimmt ist, erfolgt hier der Abbruch des Schweißvorgangs, wenn die gemessene Schweißarbeit die durch den errechneten Sollwert vorgegebene Soll-Schweißarbeit er­ reicht hat.

Gegenüber der rein zeitlichen Steuerung des Schweißvorgangs bietet die Ablaufsteuerung den Vorteil, daß sie eine Überwa­ chung der Schweißung während des eigentlichen Schweißvorgangs ermöglicht. Tritt während des Schweißvorgangs beispielsweise in unvorhergesehener Weise ein Überstrom auf, der eine erhöhte Wärmeentwicklung im Schweißbereich zur Folge hat, wird aufgrund des Überstroms die gemessene, tatsächliche Schweißarbeit schneller zunehmen, was zur Folge hat, daß die errechnete Soll-Schweißarbeit früher erreicht und der Schweißvorgang vor Ablauf der üblichen Schweißzeit abgebro­ chen wird.

Gemäß dem 5. Programmschritt kann eine Dokumentation des Schweißvorgangs bezüglich seiner wesentlichen Ablaufdaten vorgesehen sein.

Aus dem geschilderten Programmablauf wird deutlich, daß hin­ sichtlich der Durchführung aller Programmschritte 1 bis 5 un­ terschiedliche Programmabläufe möglich sind. Bei Schritt 1 kann die Ermittlung des Sollwerts beispielsweise mit oder ohne Berücksichtigung der Umgebungstemperatur erfolgen. Bei den Schritten 2 und 3 können, wie geschildert, unterschiedlichste Verifikations- und Überwachungsabläufe vorgesehen sein. Der Schritt 4 ist optimal, das heißt er kann im Programmablauf bei rein zeitlicher Steuerung des Schweißvorgangs übersprungen werden. Schließlich sind auch hinsichtlich der Dokumentation jedes einzelnen Schweißvorgangs bezüglich der Auswahl der aufzuzeichnenden Daten je nach konkreter Einsatzsituation eine Vielzahl von unterschiedlichen Dokumentationsabläufen denkbar.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht somit auch darin, daß eine Umprogrammierung des Schweißprogrammablaufes hinsichtlich der in Fig. 4 exemplarisch angegebenen Programm­ schritte ohne weiteres möglich ist. Beispielsweise kann durch das erfindungsgemäß vorgesehene einfache Laden eines neuen Programmablaufs von einer zeitlichen Steuerung des Schweiß­ vorgangs auf eine Ablaufsteuerung übergegangen werden, mit der gegebenenfalls bessere Schweißergebnisse zu erzielen sind. Ferner können unterschiedlichen Dokumentationserfordernissen durch die erfindungsgemäße einfache Umprogrammierung des Pro­ grammkodes in einfacher Weise Rechnung getragen werden.

Zusammenfassend ist somit festzustellen, daß durch die erfin­ dungsgemäß vorgesehene Programmkode-Ladefunktion ein flexi­ bleres und somit auch leistungsfähigeres Schweißgerät ge­ schaffen wird.

Claims (2)

1. Gerät zum Verschweißen von Materialelementen, insbesondere von Kunststoffelementen mit

• - einer Heizeinrichtung (3) zur Beaufschlagung eines zu verweißenden Bereichs der Materialelemente mit Wärme, und
• - einer Steuereinrichtung (1) zur Steuerung der von der Heizeinrichtung (3) beim Schweißvorgang abgegebenen Wärmemenge, wobei die Steuereinrichtung (1)
• - eine Eingabe(- beziehungsweise Lese)einrichtung (4) zur Eingabe von den Materialelementen zugeordneten Daten,
• - einen Regelschaltkreis (6) zur Erzeugung einer der Heizeinrichtung (3) zuführbaren elektrischen Leistung gemäß einer an einem Eingang des Regelschaltkreises (6) anliegenden Führungsgröße (10), und
• - eine Recheneinheit (5) zur Ermittlung der an dem Re­ gelschaltkreis (6) anliegenden Führungsgröße (10) zumindest aus einem Teil der eingegebenen Daten gemäß einem in einem Befehlsspeicher (12) der Recheneinheit abgelegten Programmkode umfaßt,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Recheneinheit (5) mit einer Programmkode-Lauf­ funktion ausgestattet ist, mittels der ein vorgebbarer Programmkode in den Befehlsspeicher (12) ladbar ist.

2. Verwendung einer Steuereinheit (1) für ein Gerät nach An­ spruch 1.