CH523130A - Uberwachungsanordnung für ein Kunststoff-Schweissgerät - Google Patents

Description

  
 



     Uberwachungsanordnung    für ein   Kunststoff-Schweissgerät   
Diese Erfindung betrifft eine Überwachungsanordnung   fü    ein Schweissgerät zum Verbinden von Rohren und Formstükken aus schweissbarem Kunststoff durch elektrische Widerstandsheizung.



   Die Technik, Rohre und Formstücke aus schweissbarem Kunststoff mit Hilfe elektrischer Widerstandsheizung zu verbinden, hat heute eine erhebliche Bedeutung erlangt. Dabei werden sogenannte Schweissmuffen als Verbindungsstücke verwendet, welche in einem Überlappungsbereich der zu verbindenden Teile auf der Innenseite der Muffen eine Drahtwicklung enthalten. Zur Herstellung der Verbindung wird die.



  ser Widerstandsdraht elektrisch erhitzt, wodurch in der Umgebung des Drahtes das Material der sich überlappenden Be   rührungsflächen    an beiden Teilen schmilzt und dadurch eine Verschweissung beider Teile erreicht wird. Zur Anpassung der Heizenergie an die Grösse der Verbindung wird ein Schweissgerät verwendet, an dem die entsprechenden Werte der Heizenergie eingestellt werden müssen oder bei dem die Anpassung selbsttätig geschieht.



   Es kann aus verschiedenen Gründen vorkommen, dass eine Verbindung nicht einwandfrei geschweisst wird. Der grösste Teil dieser Fälle ist darauf zurückzuführen, dass nicht die richtige Heizenergie in die Muffe gelangte (wegen Netzschwankungen, Unterbrüchen, defekten Steuerteilen usw.).



  Ist   z. B.    die Verbindung zu wenig geschweisst, so hält sie zwar mechanischen Beanspruchungen stand, aber sie ist im allgemeinen undicht. Dieser Mantel ist meistens erst nach Inbetriebnahme ersichtlich und dadurch können grosse Schäden entstehen.



   Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, eine Überwachungsanordnung für ein solches Schweissgerät zu schaffen, welche unabhängig von den übrigen in   dem    Steuergerät vorhandenen Steuermitteln und Regeleinrichtungen die vom Schweissgerät während des Schweissvorganges abgegebene Heizenergie misst und am Ende des Schweissvorganges, beispielsweise durch ein akustisches oder optisches Signal anzeigt, ob die Energie richtig dosiert war oder nicht.



   Die erfindungsgemässe Überwachungsanordnung für ein Kunststoff-Schweissgerät besitzt Mittel zur Messung der von dem Schweissgerät während des Schweissvorganges abgegebenen Heizenergie unabhängig von anderen in dem Schweissgerät vorhandenen Steuermitteln und Regeleinrichtungen, einen Sollwertvergleicher zum Vergleich der gemessenen Heizenergie am Ende der Schweissung mit einem vorgegebenen Sollwert und durch eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer brauchbaren Schweissung, wenn die gemessene Heizenergie innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen liegt und/ oder einer zu schwachen Schweissung, wenn sie unter der Toleranzgrenze liegt und/oder einer zu starken Schweissung, wenn die gemessene Heizenergie darüberliegt.



   Die neue Anordnung kann als Zusatzgerät zu den üblichen, für die Kunststoffverschweissung verwendeten Schweissgeräten benützt werden, und es ist von besonderem Vorteil, dass die neue Anordnung aus bekannten, im Handel erhältlichen Bauteilen aufgebaut werden kann. Da die Überwachung unabhängig von dem Schweissgerät erfolgt, kann mit der neuen Anordnung das Schweissgerät selbst kontrolliert werden.



   In einem besonderen Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe eines Integrators die von dem Schweissgerät während des Schweissvorganges abgegebene elektrische Leistung über die Schweisszeit integriert und am Ende der Schweissung mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Liegt die so erfasste Heizenergie innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen für den Sollwert, so wird die Schweissung als brauchbar angezeigt.



  Andernfalls wird angezeigt, ob die Heizenergie im Falle einer zu schwachen Schweissung unterhalb der Toleranzgrenzen liegt bzw. ob die Heizenergie im Falle einer starken Schweissung oberhalb derselben liegt. Diese Anzeige kann durch ein beliebiges Signal beispielsweise durch ein akustisches oder optisches Signal erfolgen.



   Kann weiter vorausgesetzt werden, dass der Widerstand der Schweissmuffen immer gleich ist, d.h. innerhalb enger Grenzen liegt, so ist das Integral des von dem Schweissgerät abgegebenen Stromes über die Schweisszeit ein Mass für die Heizenergie. Für eine solche Ausführungsform wird dann der Aufwand für die Überwachungsanordnung erheblich geringer.



   In einer anderen Ausführungsform wird nur die minimale Heizenergie überwacht, d.h. es wird nur angezeigt, ob die Heizenergie eine untere Toleranzgrenze überschreitet oder  nicht. Eine Anzeige der maximalen Heizenergie ist im allgemeinen nicht notwendig, da sich die Verwendung einer zu hohen Heizenergie durch Rauchentwicklung und Deformationen der Schweissverbindung bemerkbar macht.



   Die Erfindung soll nun an einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines bekannten Schweissgerä   tes in Verbindung mit der erfindungsgemässen tÜberwa-    chungsanordnung und
Fig. 2 einen Schaltkreis einer Ausführungsform der   Über-    wachungsanordnung nach Fig. 1.



   In dem Blockschaltbild der Fig. 1 ist ein bekanntes Schweissgerät 1 und die neue Überwachungsanordnung 2 jeweils durch einen Block angedeutet, welcher durch strichpunktierte Linien eingerahmt ist. Das Schweissgerät 1 besitzt eine   Gleichstromversorgung    5, welche über einen Schalter T mit dem Wechselstromnetz verbunden ist. Deren Ausgang ist über einen Einschaltkreis 6 mit einem Zeitschaltkreis 7 verbunden, welcher die Dauer des Heiz- bzw. Schweissvorganges vorzugsweise selbsttätig bestimmt.

  Der Einschaltkreis 6 dient ausser dem Einschalten des Laststromkreises für das Schweissgerät auch einer geeigneten Einschaltverriegelung, um nur dann die Anschaltung des   Laststromkreises    an den Hauptstromkreis bzw. die Netzspannung aufgrund eines Startbefehls freizugeben, wenn die galvanische Verbindung über den Steckanschluss und den Heizdraht in der Schweissmuffe für gut befunden worden ist. Ausserdem dient der Einschaltkreis noch der Verbraucherüberwachung, um den Laststromzweig sofort vom Netz zu trennen, wenn in demselben allfällige Unterbrüche z.B. durch unbeabsichtigtes Lösen der Steckverbindung entstehen. Dadurch wird verhindert, dass der Benützer des Gerätes in irgendeiner Weise mit der Netzspannung in Berührung kommt.

  Der Zeitkreis 7 ist mit einem Sollwertgeber 8 verbunden, an dem entsprechende Sollwerte zur Anpassung der für die Schweissung des Schweissstückes 3 notwendigen Heizenergie an die Grösse der Verbindung eingestellt werden müssen. Weiter ist ein Vergleicher 9 mit dem Sollwertgeber 8 und einem Istwertgeber 12 im Laststromkreis des Schweissgerätes zum Vergleich der Soll- und Istwerte verbunden. Das Ausgangssignal des Vergleichers, welches der Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert entspricht, wird über einen Verstärker 10 verstärkt und dann einem Zündimpulserzeuger 11 für ein Stellglied 4 zur Steuerung des Heizstromes zugeführt. Das Stellglied 4 liegt im Laststromkreis (Wechselstrom) und wird durch Zündpunktverstellung der Wechselstrom-Halbwellen gesteuert (Phasenanschnitt-Steuerung mittels steuerbarem Halbleitergleichrichter, Thyratron oder dergleichen als Stellglied).

  Ausserhalb des Schweissgerätes 1 ist die Muffe 3 für das Schweissstück angeschlossen. Ein solches Schweissgerät wird in der Schweizer Patentschrift Nr. 472 930 der Anmelderin in seinen Funktionen wie auch seinem Aufbau ausführlich beschrieben.



   Die von dem Schweissgerät abgegebene Heizleistung wird mit einem entsprechenden, bekannten Wandler 12a im Laststromkreis des Schweissgerätes gemessen und mit Hilfe eines Integrators 14 in der Überwachungsanordnung 2 über die Schweisszeit integriert. Einen solchen Integrator erhält man beispielsweise durch einen Operationsverstärker, zu welchem ein Kondensator von geeignet gewählter Kapazität parallel geschaltet ist. Der von dem Integrator 14 ermittelte Istwert der Heizenergie wird einem Vergleicher 9a zugeführt, welcher weiterhin mit einem Sollwertgeber 8a verbunden ist. Der Sollwert des Sollwertgebers 8a kann entsprechend der für eine brauchbare Schweissung notwendig befundenen Heizenergie vorgegeben werden.

  Der Sollwertgeber 8a in der Überwachungsanordnung kann vom Schweissgerät 1 unabhängig gewählt werden oder aber er kann mit dem Sollwertgeber 8 des Schweissgerätes identisch sein, dessen eingestellte Sollwerte zur Anpassung der Heizenergie an die Grösse der Schweissverbindung, bzw. die Muffengrösse vorgegeben werden.In dem Vergleicher 9a wird die Differenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert des Sollwertgebers 8a und dem Istwert des Integrators 14 gebildet und mit dem Verstärker 10 verstärkt.



  Der Ausgang des Verstärkers 10 ist mit einem Diskriminator 15 zur Schwellwertüberwachung verbunden,welcher das Signal  zu wenig in einer Signaleinrichtung 16 abschaltet, sobald die Differenz kleiner als die Minustoleranz wird, d. h. sobald die Heizenergie eine bestimmte Mindestheizenergie erreicht hat. Weiter ist mit dem Ausgang des Verstärkers 10 ein zweiter Diskriminator 17 zur Schwellwertüberwachung verhunden, welcher das Signal  zu viel  an einer zweiten Signaleinrichtung 18 einschaltet, sobald der Absolutbetrag der negativen Differenz grösser als die Plustoleranz des Sollwertes der Heizenergie für die brauchbare Schweissung wird.

  Die Diskriminatoren für die Schwellwertüberwachung enthalten bistabile Elemente, so dass bei einem Unterbruch oder Spannungsausfall der letzte Zustand gespeichert bleibt Die Signaleinrichtungen 16 bzw. 18 können das Resultat sowohl akustisch wie auch optisch oder in sonst einer geeigneten Form angeben.



      Weiter besitzt die lÜberwachungsanordnung eine Rück-    stelleinrichtung 13, welche mit dem Einschaltkreis 6 des Schweissgerätes 1 wie auch dem Sollwertgeber 8a der Überwachungsanordnung 2 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Rückstelleinrichtung wird automatisch das Signal  zu wenig  in der Signaleinrichtung 16 eingeschaltet und das Signal  zu viel  in der Signaleinrichtung 18 ausgeschaltet.



   In Fig. 2 ist eine Überwachungseinrichtung gezeigt, bei welcher als Mass für die Heizenergie der von dem Schweissgerät abgegebene Heizstrom über die Schweisszeit integriert wird. Weiter besitzt diese Ausführungsform nur eine Anzeigevorrichtung zur Überwachung, ob eine Mindestheizenergie erreicht wird, da sich, wie bereits geschildert, eine zu hohe Heizenergie durch Rauchentwicklung usw. bemerkbar macht.



  Dadurch wird die Überwachungsanordnung besonders einfach. Am Pluspol einer Gleichspannungsquelle befindet sich der Schalter 21, dessen Schaltkontakt A über eine Signallampe 25 und einen weiteren Schaltkontakt 24 und der Leitung 42 mit dem Minuspol verbunden ist. Der zweite Schaltkontakt E des Schalters 21 ist über eine Diode 37, einen Widerstand 36, die Leitung 41, eine Kapazität 22 sowie eine Diode 43 mit der Minusleitung 42 verbunden. Weiter liegt zwischen der Leitung 41 und 42 eine Zenerdiode 40 zur Spannungsstabilisierung sowie ein Ableitkondensator 39 zum Kurzschliessen hochfrequenter Spannungen. Mit Hilfe eines Stromwandlers 26 (z.B. induktiv) wird der in der Schweissmuffe fliessende Strom erfasst und mit Hilfe einer Gleichrichterbrücke 38 gleichgerichtet.

  Der Referenzpunkt der Gleichrichterbrücke 38 ist mit der Leitung 41 direkt verbunden, während der Ausgang über ein Potentiometer 27 an diese Leitung angeschlossen ist. Der Abgriff des Potentiometers 27 ist mit der Basis eines pnp-Transistors 28 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 35 an der Plusleitung 41 angeschlossen ist, während dessen Kollektor über einen Kondensator 29 mit der Minusleitung 42 verbunden ist.



   Dadurch wird die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Stromwandlers 26 verstärkt und durch den Kondensator 29 integriert. Der Sollwert für die Heizenergie wird durch das Potentiometer 27 vorgegeben. Parallel zu dem Kondensator 29 liegt ein Transistor 31 (Feldeffekt-Transistor). Dessen Steuerelektrode ist über einen Widerstand 33 mit dem Kontakt E des Schalters 21 verbunden, welcher seinerseits über den Bezugswiderstand 32 an die Minusleitung 42 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 29 mit dem Kollektor des Transistors 28 ist mit der Steuerelektrode des Transistors 30 verbunden, dessen eine Elektrode über einen Widerstand 34 an der Plusleitung 41 liegt  und dessen zweite Elektrode über ein Relais 23 mit der Minusleitung 42 verbunden ist. Das Relais 23 dient zur Betätigung des Schaltkontaktes 24.

  Wenn der Transistor 30 leitend ist, schaltet das Relais 23 um und öffnet den Kontakt 24.



   Das Relais 23 ist weiter mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 22 und der Anode der Diode 43 verbunden.



   Die in Fig. 2 gezeigte Umschaltanordnung funktioniert folgendermassen: Sobald die Schweissung beginnt, wird der Schalter 21 in seine Betriebsstellung geschaltet, und der Pluspol der Gleichspannungsquelle ist mit dem Kontakt E des Schalters 21 verbunden. Dadurch wird über die Diode 43 der Kondensator 22 aufgeladen, und der Stromimpuls schaltet das bistabile Relais 23 in die Stellung  zu wenig Heizenergie , wodurch der Kontakt 24 geschlossen wird. Mit dem Stromwandler 26 wird der in der Muffe fliessende Strom erfasst und mit Hilfe des Transistors 28 verstärkt und des Kondensators 29 integriert. Dadurch wird der Istwert der an die Schweissmuffe 3 abgegebenen Heizenergie ermittelt. Der Sollwert der Heizenergie wird durch das Potentiometer 27 vorgegeben.



  Die Spannung am Kondensator 29 wird durch den Transistor 30 mit einer festen Spannung verglichen. Sobald diese Spannung erreicht wird, d.h. sobald die notwendige minimale Heizenergie erreicht ist, wird der Transistor leitend und schaltet das bistabile Relais 23 um, so dass der Schaltkontakt 24 geöffnet wird.



   Ist die Schweissung beendet, so wird der Schalter 21 wieder in seine ursprüngliche Ausgangslage zurückgeschaltet, d. h. der Pluspol der Gleichstromquelle ist mit dem Kontakt A und damit mit der Signallampe 25 verbunden. Dadurch wird der Transistor 31 leitend, und der Kondensator 29 wird entladen. Hat bis zu diesem Zeitpunkt das bistabile Relais 23 noch nicht umgeschaltet, weil die Spannung am Kondensator 29 noch zu klein war, (d.h. dass die minimale Heizenergie noch nicht erreicht wurde) so bleibt es nun in dieser Lage.



  Der Schaltkontakt 24 bleibt dann geschlossen, und die Signallampe 25 leuchtet auf und zeigt eine ungenügende Schweissung an. Diese Anzeige kann selbstverständlich auch akustisch erfolgen.



   Bei einer anderen Ausführungsform kann mit einem entsprechenden (nicht gezeigten) Schaltkreis angezeigt werden, wenn bei einer verwendbaren Schweissung die Heizenergie innerhalb der zulässigen Toleranzgrenzen für deren Sollwert liegt und/oder es kann eine weitere Anzeige erfolgen, wenn die Heizenergie bei einer zu starken Schweissung die obere Toleranzgrenze überschreitet.



   Bei einer weiteren praktischen Variante der neuen   Über-    wachungsanordnung wird nur eine unbrauchbare Schweissung angezeigt, unabhängig davon, ob die Heizenergie zu klein oder zu gross war, d. h. bei dieser Ausführungsform folgt nur dann eine Anzeige, wenn die Heizenergie ausserhalb der Toleranzgrenzen für den Sollwert liegt. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Überwachungsanordnung für ein Schweissgerät zum Verbinden von Rohren und Formstücken aus schweissbarem Kunststoff durch elektrische Widerstandsheizung, gekennzeichnet durch Mittel (12a, 14) zur Messung der von dem Schweissgerät während des Schweissvorganges abgegebenen Heizenergie unabhängig von anderen in dem Schweissgerät vorhandenen Steuermitteln und Regeleinrichtungen, einen Sollwertvergleicher (9a, 30, Fig. 2) zum Vergleich der gemessenen Heizenergie am Ende der Schweissung mit einem vorgegebenen Sollwert (8a, 27, Fig. 2) und durch eine Anzeigevorrichtung (10, 15, 17, 16, 18) zum Anzeigen einer brauchbaren Schweissung, wenn die gemessene Heizenergie innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen liegt und/oder einer zu schwachen Schweissung, wenn sie unter der Toleranzgrenze liegt und/oder einer zu starken Schweissung, wenn die gemessene Heizenergie darüberliegt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Heizenergie (12a, 14) derart ausgebildet sind, dass die Messung der vom Schweissgerät während des Schweissvorganges abgegebenen Heizenergie durch Integration der Heizleistung über die Schweisszeit erfolgt.

   2. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Heizenergie (12a, 14) derart ausgebildet sind, dass als Mass für die Heizenergie der von dem Schweissgerät während des Schweissvorganges abgegebene Strom oder die Spannung über die Schweisszeit integriert wird.

   3. Anordnung nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch einen Sollwertgeber (8a) zur Vorgabe eines Sollwertes für die während des Schweissvorganges von dem Schweissgerät abzugebende Heizenergie.

   4. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie nur das Erreichen einer Mindestheizenergie anzeigt.

   5. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie nur eine zu verwerfende Schweissung anzeigt, für welche die Heizenergie ausserhalb der Toleranzgrenzen für den Sollwert der Heizenergie liegt, und dass nicht angezeigt wird, ob die Heizenergie unterhalb oder oberhalb der Toleranzgrenzen liegt.

   6. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung Signalvorrichtungen (16, 18) zur optischen und/oder akustischen Anzeige enthält.