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DE3802995A1 - Verfahren zur regelung des schweissvorganges bei der herstellung einer muffenverbindung - Google Patents

Verfahren zur regelung des schweissvorganges bei der herstellung einer muffenverbindung

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Publication number
DE3802995A1
DE3802995A1 DE19883802995 DE3802995A DE3802995A1 DE 3802995 A1 DE3802995 A1 DE 3802995A1 DE 19883802995 DE19883802995 DE 19883802995 DE 3802995 A DE3802995 A DE 3802995A DE 3802995 A1 DE3802995 A1 DE 3802995A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
wire
resistance
temperature
measured
wires
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.)
Ceased
Application number
DE19883802995
Other languages
English (en)
Inventor
Werner Dipl Ing Szczepanek
Siegfried Fuehrmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kabelmetal Electro GmbH
Original Assignee
Kabelmetal Electro GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kabelmetal Electro GmbH filed Critical Kabelmetal Electro GmbH
Priority to DE19883802995 priority Critical patent/DE3802995A1/de
Publication of DE3802995A1 publication Critical patent/DE3802995A1/de
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Description

Aus der DE-OS 37 02 912 ist ein Verfahren zur Regelung des Schweißvorganges bei der Herstellung einer Muffenverbindung für wärmeisolierte Leitungsrohre beschrieben, bei der die Verbindungsstelle durch eine auf den Außenrohrenden aufliegende Muffe abgedeckt wird und die aus Kunststoff bestehende Muffe mit den ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Außenrohren verschweißt wird, wobei in den jeweiligen Spalt zwischen der Muffe und dem Außenrohr ein mäanderartig geformter oder wendelartig verlaufender Widerstandsdraht bzw. mehrere Widerstandsdrähte eingebracht wird bzw. werden, der bzw. die bei Stromdurchgang die miteinander zu verschweißenden Oberflächen der Muffe und der Außenrohre in den schweißfähigen Zustand überführt bzw. überführen und die Verschweißung der Flächen unter Druck und Wärme erfolgt, und während des Stromdurchgangs die Temperatur des Widerstandsdrahtes bzw. der Widerstandsdrähte ständig gemessen wird, gleichzeitig die Temperatur mittig zwischen zwei benachbarten Mäanderwindungen bzw. zwei nebeneinander verlaufenden Widerstandsdrähten gemessen wird, und die Drahttemperatur so begrenzt wird, daß eine Maximaltemperatur des Drahtes, die kurz unterhalb der Vercrackungstemperatur des Kunststoffes liegt, nicht überschritten wird und die Schweißbadtemperatur im Bereich zwischen den Mäanderwindungen bzw. den Widerstandsdrähten als Regelgröße für die Heizleistung verwendet wird.
Bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent wird die Temperatur des Drahtes durch Thermoelemente ermittelt, welche an dem Draht z.B. durch Schellen befestigt sind. Das Befestigen der Thermoelemente an den Drähten ist sehr zeitaufwendig und bedarf einer besonderen Sorgfalt. Darüberhinaus sind zusätzliche Verbindungsleitungen zwischen den Thermoelementen und der Regeleinrichtung erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Hauptpatent zu vereinfachen und auf zusätzliche Temperaturmeßfühler und deren Verbindungsleitungen zu verzichten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Drahttemperatur als Vergleichswert über den Widerstand des Drahtes gemessen wird. Durch die Erfindung kann die Drahttemperatur ohne zusätzliche Meßelemente direkt aus dem Widerstand des ohnehin erforderlichen Widerstandsdrahtes ermittelt werden.
Es ist bekannt, daß sich der Widerstand eines Metalls bei Erhöhung der Temperatur ändert. Wird nun der Widerstand des Drahtes bei einer bestimmten Temperatur, z.B. Raumtemperatur, ermittelt, ist die Erhöhung des Widerstandswertes infolge Temperaturerhöhung ein Maß für die erhöhte Temperatur. Wird die Charakteristik der Abhängigkeit des Widerstandes des Metalles von der Temperatur in die Regeleinrichtung eingegeben, kann die Bestimmung und die Begrenzung der Temperatur über den Widerstand geschehen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird während des Schweißprozesses die Stromversorgung periodisch unterbrochen, der Widerstand des Drahtes bei unterbrochener Stromversorgung gemessen und der Widerstand des Drahtes bei unterbrochener Stromzufuhr als Regelgröße für die Schweißleistung verwendet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß während des Schweißprozesses die Stromstärke und die Spannung kontinuierlich gemessen wird. Aus den gemessenen Werten für die Stromstärke und Spannung wird in einer Rechnereinheit der jeweilige Widerstandswert ermittelt, der wiederum abhängig von der Temperatur ist.
Mit besonderem Vorteil wird neben dem Widerstandsdraht mindestens ein weiterer Draht verlegt, dessen Widerstand kontinuierlich gemessen und als Regelgröße für die Heizleistung des Widerstandsdrahtes verwendet. Dieser zusätzliche Draht tritt an die Stelle der beim Hauptpatent zwischen den Windungen des Drahtes gelegenen Thermofühler. Vorteilhafterweise werden alle Drähte an den Stromerzeuger angeschlossen und wird die Energiezufuhr wechselweise unterbrochen und der Widerstand des jeweils abgeschalteten Drahtes gemessen. Auf diese Weise erhält man eine sehr genaue Temperaturkontrolle im Schweißbad.
Entgegen der im Hauptpatent als besonders vorteilhaft herausgestellten mäanderartigen Verlegung des Widerstandsdrahtes hat sich die sinusförmige Verlegung bei mehreren Drähten als vorteilhaft erwiesen. Als besonders vorteilhaft erscheint die sinusförmige Verlegung von drei Drähten in paralleler Anordnung zueinander.
Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die Enden einer Fernwärmeleitung bezeichnet, die in nicht dargestellter Weise aus einem mediumführenden Stahlrohr, einer Wärmeisolierschicht aus Schaumstoff und einem Kunststoffaußenmantel besteht. Derartige Fernwärmeleitungen werden als Kunststoffmantelrohre bezeichnet, werden in Längen von 6-12 m an der Baustelle angeliefert und müssen dort zu dem Rohrleitungsstrang verbunden werden. Bei den angelieferten Längen ragt das Innenrohr aus der Schaumstoffschicht heraus, so daß eine Verschweißung zweier Innenrohre miteinander leicht möglich ist. Zur Nachisolierung dieser Verbindungsstelle wird eine Kunststoffmuffe 3 entweder in Form eines Kunststoffrohres oder eines Kunststoffbandes verwendet. In der Figur ist eine Muffe 3 dargestellt, die aus einem Kunststoffband hergestellt ist, welches mit einander überlappenden Bandkanten 4 um die Verbindungsstelle herumgelegt ist, indem diese auf den Enden der Kunststoffmantelrohre 1 und 2 aufliegt. Die Muffe 3 dient als Form für die in den Ringraum zwischen den vom Schaumstoff freien Enden der Innenrohre und der Muffe 3 eingebrachten Schaumstoffkomponenten und gleichzeitig als Abdichtung gegen eindringende Feuchtigkeit. Die Muffe 3 wird sowohl mit dem Kunststoffmantel der Fernwärmerohre 1 und 2 als auch im Bereich ihrer überlappenden Bandkanten 4 verschweißt. Hierzu ist ein Heizdraht zwischen die zu verschweißenden Flächen gelegt, der über Zuleitungen 5 und 6 mit einem Schweißtransformator 7 verbunden ist, der durch eine Spannungsquelle, z.B. das Stromnetz, gespeist wird. Nach dem Einschalten des Schweißtransformators 7 fließt der Strom durch den Heizdraht, der sich dadurch erwärmt und die angrenzenden Oberflächen der Kunststoffmuffe 3 und der Kunststoffaußenrohre der Rohrleitung 1 und 2 ebenfalls erwärmt und in den schweißfähigen Zustand überführt. Durch nicht näher beschriebene Hilfsmittel wird Druck auf die Schweißnaht ausgeübt, so daß eine dauerhafte Schweißverbindung erzielt wird.
Zur Regelung des Schweißvorganges wird bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent die Temperatur des Heizleiters gemessen und nach oben begrenzt und die Temperatur des Schweißbades gemessen.
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Heizleiters durch den Widerstand des Heizleiters bestimmt. Hierzu nutzt man die Abhängigkeit des Widerstandes eines Metalles von seiner Temperatur aus. Die Temperatur des Schweißbades wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und Fig. 2 durch einen Thermofühler 8 ermittelt, welcher über Zuleitungen 9 mit dem Schweißtransformator 7 verbunden ist. Die vom Schweißtransformator 7 abgegebene Leistung wird durch einen Mikroprozessor geregelt, der von dem Thermofühler 8 gesteuert wird. Die Temperatur des Heizdrahtes 10 darf eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten, da ansonsten der Kunststoff, in dem der Heizdraht 10 eingebettet ist, geschädigt würde. Deshalb muß die Temperatur des Heizdrahtes 10 überwacht werden. Dazu wird die Verbindung zwischen dem Heizdraht 10 und dem Schweißtransformator 7 unterbrochen und mittels eines nicht näher bezeichneten Ohmmeters der Widerstand des Heizdrahtes 10 bei der entsprechenden erhöhten Temperatur gemessen.
Mittels geeigneter Meßgeräte lassen sich jedoch auch die Stromstärke und die Spannung messen. Beide Größen werden hinter dem Schweißtransformator 7 gemessen.
Nach der Gesetzmäßigkeit
kann der jeweils im Heizdraht 10 herrschende Widerstand ermittelt werden und aus dem Widerstandswert die Temperatur des Heizdrahtes 10 bestimmt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die innere Oberfläche der Muffe 3. An den zu verschweißenden Randelementen der Muffe 3 ist eine Nut 11 eingefräst, innerhalb der der Heizdraht 10, mäanderartig in einer Kunststoffolie eingebettet, verlegt ist. Der Heizdraht 10 ist mit Schellen 12 an der Meßstelle 8 für die Schmelzentemperatur festgelegt, damit eine Wanderung des Heizdrahtes 10 beim Schweißprozeß vermieden wird.
Eine andere Art der Verlegung des Heizdrahtes 10 zeigt die Fig. 3. Hier sind drei Heizdrähte 10 a, 10 b und 10 c sinus- oder wellenförmig verlegt und in ähnlicher oder gleicher Weise wie der Heizdraht 10 in Fig. 2 innerhalb der Nut 11 festgelegt. Auch eine Verlegung von geradlinigen Leitern oder eine mäanderartige Verlegung ist möglich. Bei dieser Anordnung von drei parallelen Heizdrähten 10 a, 10 b und 10 c kann während der Heizphase jeweils ein Heizleiter von dem Schweißtransformator 7 abgeschaltet werden und sein Widerstand gemessen werden. Die gezeigte Anordnung gestattet auch die Messung der Temperatur des Schweißbades, indem man beispielsweise den Widerstand des Drahtes 10 b kontinuierlich mißt, während die Drähte 10 a und 10 c als eigentliche Heizdrähte verwendet werden. Auf einen gesonderten Thermofühler, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist, kann verzichtet werden.
Der Widerstand des Heizdrahtes 10 sowie der Zuleitungen 5 und 6 wird vor Beginn des Schweißprozesses gemessen und der gerade herrschenden Umgebungstemperatur gleichgesetzt. Wird nun Strom durch den Heizdraht 10 geleitet, erwärmt sich dieser und der ursprünglich gemessene Widerstand R K steigt um einen bestimmten Widerstandswert. Die Änderung des Widerstandes des Drahtes gehorcht der Formel
R = R K (1 + α T)
worin R der jeweilige Widerstand , R K der Widerstand bei Umgebungstemperatur, T die Temperatur des Drahtes und α der Temperaturkoeffizient des Widerstandes ist. α ist im Bereich gewöhnlicher Temperaturen konstant und beträgt für alle reinen Metalle ca. 4 × 10-3. Da man den Widerstand R messen bzw. aus Spannung und Stromstärke errechnen kann, R K bekannt ist und α ebenfalls bekannt ist, läßt sich aus dem gemessenen bzw. errechneten Widerstand die Temperatur des Drahtes ermitteln.
In der Fig. 4 ist das Widerstandsmeßprinzip an Hand eines Diagramms schematisch dargestellt. Auf der Ordinate ist die vom Schweißtransformator 7 abgegebene Leistung und auf der Abzisse die Zeit aufgetragen. Die Leistung fällt beim Abschalten des Schweißtransformators 7 auf den Wert 0 ab. Im abgeschalteten Zustand wird mit einem Ohmmeter der Widerstand gemessen. Je nach Größe des gemessenen Widerstandes kann die Leistung des Schweißtransformators erhöht oder verringert werden. Nach der Messung des Widerstandes wird die geregelte Leistung vom Transformator 7 abgegeben. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich. Auf dem Diagramm ist zu erkennen, daß nach zweimaliger Versorgung mit der Maximalleistung die Leistung heruntergeregelt wird. Der 5. Balken von links zeigt nochmals einen Anstieg der Leistung, woraus zu schließen ist, daß die über die Widerstandsmessung ermittelte Drahttemperatur noch zu niedrig ist. Die nächsten beiden Balken zeigen wiederum einen Abfall der Leistung an.
An Hand der Fig. 5 und 6 soll das Strom- Spannungsprinzip verdeutlicht werden. In den Stromkreis ist ein Amperemeter 13 sowie ein Voltmeter 14 geschaltet. Die vom Amperemeter 13 und Voltmeter 14 gemessenen Werte werden im nicht dargestellten Mikroprozessor ausgewertet, d. h. der jeweilige Widerstandswert wird ermittelt und mit dem Widerstandswert R K des "kalten" Heizleiters 10 verglichen. Je nach Größe des ermittelten Widerstandswertes wird die Leistung geregelt.
Die Fig. 6 zeigt den Verlauf der Leistung, die zunächst in der Nähe des Maximalwertes konstant verläuft und dann allmählich abfällt. Die Stromstärke wird bei der Regelung durch die sogenannte Phasenanschnittssteuerung geregelt, d. h. der schraffierte Wert, der sich ständig vergrößert, entfällt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung des Schweißvorganges bei der Herstellung einer Muffenverbindung für wärmeisolierte Leitungsrohre, bei der die Verbindungsstelle durch eine auf den Außenrohrenden aufliegende Muffe abgedeckt wird und die aus Kunststoff bestehende Muffe mit den Enden der ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Außenrohre verschweißt wird, wobei in den jeweiligen Spalt zwischen der Muffe und dem Außenrohr ein mäanderartig geformter oder wendelartig verlaufender Widerstandsdraht bzw. mehrere Widerstandsdrähte eingebracht wird bzw. werden, der bzw. die bei Stromdurchgang die miteinander zu verschweißenden Oberflächen der Muffe und der Außenrohre in den schweißfähigen Zustand überführt bzw. überführen und die Verschweißung der Flächen unter Druck und Wärme erfolgt, und während des Stromdurchgangs die Temperatur des Widerstandsdrahtes bzw. der Widerstandsdrähte ständig gemessen wird, gleichzeitig die Temperatur mittig zwischen zwei benachbarten Mäanderwindungen bzw. zwei nebeneinander verlaufenden Widerstandsdrähten gemessen wird, und die Drahttemperatur so begrenzt wird, daß eine Maximaltemperatur des Drahtes, die kurz unterhalb der Vercrackungstemperatur des Kunststoffes liegt, nicht überschritten wird und die Schweißbadtemperatur im Bereich zwischen den Mäanderwindungen bzw. den Widerstandsdrähten als Regelgröße für die Heizleistung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahttemperatur als Vergleichswert über den Widerstand des Drahtes gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Drahtes vor Beginn des Schweißprozesses gemessen und die Begrenzung der Temperatur über eine Begrenzung des Drahtwiderstandswertes durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schweißprozesses die Stromversorgung periodisch unterbrochen wird und der Widerstand des Drahtes bei unterbrochener Stromzufuhr als Regelgröße für die Schweißleistung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schweißprozesses die Stromstärke und die Spannung kontinuierlich gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Widerstandsdraht mindestens ein weiterer Draht verlegt wird, dessen Widerstand kontinuierlich gemessen und als Regelgröße für die Heizleistung des Widerstandsdrahtes verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch der weitere Draht an den Stromerzeuger angeschlossen wird, die Energiezufuhr wechselweise unterbrochen wird und der Widerstand des jeweils abgeschalteten Drahtes gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte sinusförmig verlegt sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei Drähte parallel zueinander verlaufend verlegt werden.
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