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Regeleinrichtung für den Heizstrom einer Vorrichtung zur Nahtschweißung
thermoplastischer Kunststoffe Zusatz zum Patent 945062 Gegenstand des Hauptpatentes
ist eine Vorrich tung zur Nahtschweißung thermoplastischer Kunststoffe, bei der
die analog der Bildung einer Naht mit Hilfe der Nähmaschine aufeinandergelegten
und zwischen zwei Vorschubrollen unter Pressung hindurchgeführten Kunststoffbahnen
durch elektrische Heizelemente erwärmt werden, wobei jeder Vorschubrolle ein an
einem mit Stromführungskontakten ausgerüsteten Träger aus Isoliermaterial angeordnetes
Heizelement ortsfest vorgelagert ist. Es ist bereits bekannt, zum Zwecke der Regelung
des den Heizelementen zugeführten Spannungsbetrages mit jedem der beiden erforderlichen
Heizelemente, die in zwei voneinander unabhängig regelbaren Stromkreisen liegen,
einen Regel- bzw. Schiebewiderstand in Reihe zu schalten. Durch Variation des in
den Stromkreis eingeschalteten Widerstandes wurde die für den speziellen Schweißvorgang
erforderliche Erhitzung des Heizelementes jeweils eingestellt.
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Da die beim Schweißvorgang auftretenden Spannungen bekanntlich ziemlich
klein sind, wurde bei den bekannten Anordnungen der überwiegende Teil der vom Schweißtransformator
abgenommenen Spannung im Regelwiderstand vernichtet. Die beim Schweißvorgang auftretenden
Stromstärken sind dagegen ziemlich beachtlich, wodurch eine hohe Verlustleistung
entstand, die einerseits den Wirkungsgrad der Gesamtanlage ungünstig beeinflußt
und andererseits im Regelwiderstand als Wärme auftritt, für deren Abführung Sorge
getragen werden muß. Dadurch bedingt, können die Regelwiderstände nicht gemeinsam
in einem Gehäuse an einer geeigneten Stelle oder in wenig störender Form an der
Maschine angeordnet werden, zumal sie auch der Bedienungsperson leicht zugänglich
sein müssen.
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Die Erfindung schlägt in Weiterbildung des Hauptpatentes vor, die
Regeleinrichtung für den Heizstrom einer Vorrichtung zur Nahtschweißung thermoplastischer
Kunststoffe, bei der die analog der Bildung einer Naht mit Hilfe einer Nähmaschine
aufeinandergelegten und zwischen zwei Vorschubrollen unter Pressung hindurchgeführten
Kunststoffbahnen durch elektrische Heizelemente erwärmt werden, wobei jeder Vorschubrolle
ein an einem mit Stromführungskontakten ausgerüsteten Träger aus Isoliermaterial
angeordnetes Heizelement ortsfest vorgelagert ist, derart auszubilden, daß erfindungsgemäß
die zur Speisung der Heizelemente erforderlichen Ströme über einen am Wechselstromnetz
liegenden Eingangstransformator erzeugt werden, der sekundärseitig wenigstens zwei
je einem Heizelement zugeordnete, nicht allzu niedrige Spannungen erzeugende Wicklungen
besitzt, die in getrennten Regelkreisen je über eine bei Wechselstrom praktisch
verlustlos
arbeitende grobstufige Regeleinrichtung an die z. B. in Form eines induktiven oder
transformatorischen Spannungsteilers an die Primärseite je eines Niederspannungsumformers,
insbesondere eines Niederspannungstransformators geführt sind, wobei im nichtregelbaren
Sekundärkreis jedes dieser Niederspannungstransformatoren das dazugehörige Heizelement
liegt.
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Dadurch findet die Regelung der Heizspannung nahezu verlustfrei statt,
da der Wirkungsgrad der Einrichtung nur durch die Verluste der verwendeten Transformatoren
und Regler bestimmt wird. Diese sind bekanntlich auch bei den zur Verwendung kommenden,
relativ kleinen Einheiten niedrig.
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Der Gedanke, bei einem Transformator mit großem herab regelnden tfbersetzungsverhältni
s primärseitig grobstufig zu regeln, um sekundärseitig trotz dem Absolutwert nach
eine feinstufige Regelung zu bekommen, ist zwar an sich schon bekannt. In Anpassung
an den hier vorliegenden Spezialfall handelt es sich jedoch darum, darüber hinaus
die mit einer solchen Schaltung verbundenen Vorteile einer Nahtschweißvorrichtung
für thermoplastische Kunststoffe anzuwenden, wobei es auf die Schaffung getrennter
regelbarer Spannungen für die einzelnen Heizbänder ankommt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist als bei Wechselstrom praktisch verlustlos arbeitende Regeleinrichtung ein grobstufig
regelbarer Spartransformator mit Ringkernwicklung vorgesehen, dessen Sekundärseite
über Sicherungs- und Kontrollelemente an die Oberspannungswicklung
des
Niederspannungsumformers bzw.
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Niederspannungstransformators angeschlossen ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann- die Regelung durch
an die Sekundärwicklungen des Eingangstransformators angeschlossene, grobstufig
verstellbare Anzapfungen erfolgen, die über Sicherungs- und Kontrollelemente an
die Oberspannungswicklung des Niederspannungsumformers bzw. des Niederspannungstransformators
angeschlossen sind.
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Durch Ausbildung der Regelstufe als grobstufiges Regelglied oder
als grobstufig regelbare Sekundärwicklung des Eingangstransformators ist es möglich,
eine unter geringem Aufwand herzustellende Regelmöglichkeit zu schaffen, bei der
infolge Verbindung mit dem nachfolgend geschalteten Niederspannungsumformer bzw.
Transformator im Heizkreis an den Heizelementen eine nahezu stufenlos regelbare
Spannung auftritt. Diese wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besonders
auch dadurch erreicht, daß das ffbersetzungsverhältnis des Niederspannungsumformers
bzw. Transformators etwa das Zehnfache gegenüber dem des Eingangstransformators
ist.
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Das zwischen Regelglied bzw. regelbarer Sekundärwicklung des Eingangstransformators
und Oberspannungswicklung des Niederspannungsumformers bzw. Transformators angeordnete
Kontrollelement kann als Amperemeter geschaltet und vorzugsweise auf Wärmegrade
geeicht werden, was es der Bedienung ermöglicht, die gewünschte Temperatur des Heizelementes
mit Hilfe des Regelgliedes direkt einzustellen.
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Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe
erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. Es zeigt Fig.
1 eine Regeleinrichtung, bei dem der Regelkreis aus einem parallel zur Sekundärwicklung
des Eingangstransformators geschalteten, vorzugsweise grobstufigen Regelglied nach
Art eines Spannungsteilers besteht, dessen Ausgang über Sicherungs- und Kontrollelemente
an die Oberspannungswicklung des Niederspannungsumformers bzw. Transformators angeschlossen
ist, Fig. 2 eine Ausführungsform der Regeleinrichtung, bei der der Regelkreis aus
einer vorzugsweise grobstufig regelbaren Sekundärwicklung des Eingangstransformators
besteht, die mit ihren Ausgängen über Sicherungs- und Kontrollelemente an die Oberspannungswicklung
des Niederspannungsumformers bzw.
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Transformators angeschlossen ist.
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Mit 1 und 2 sind die beiden in bekannter Weise den Vorschubrollen
einer Schweißmaschine vorgelagerten Heizelemente bezeichnet, wobei 1 das der oberen
Rolle und 2 das der unteren Vorschubrolle zugeordnete Heizelement ist. Die zur Speisung
der Heizelemente notwendige Netzspannung UN wird zwischen den Klemmen 3 und 4 angelegt,
wobei die Klemme 3 mit der PhaseR und die Klemme 4 mit dem Nulleiter 0 verbunden
wird. Zweckmäßig erfolgt die Speisung aus dem gleichen Drehstromnetz, an das über
einen dreipoligen Schalter in bekannter Weise auch der Motor für den Antrieb der
Vorschubrollen angeschlossen ist (nicht dargestellt). An die Klemme 3 ist über die
Leitung 5 die Klemme 6 des Hauptschalters 7 angeschlossen, dessen zweite Klemme
8 über die Leitung 9 und die Sicherung 10 mit der Klemme 11 eines Schalters 12 verbunden
ist, dessen Funktion im folgenden noch näher beschrieben wird.
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Die Klemme 13 des Schalters 12 steht über die Leitung 14 mit einer
Klemme 15 des Schalters 16 in Verbindung, dessen zweite Klemme 17 über die Leitung
18 an die Klemme 19 der Primärwicklung 20 des Eingangstransformators 21 angeschlossen
ist. Das zweite Ende 22 der Primärwicklung 20 ist über die Leitung 23 mit der Klemme
4 verbunden, die am Nulleiter angeschlossen ist. An die Klemme 24 der Leitung 23
ist in bekannter Weise Erdpotential 25 angelegt. Von einem Verbindungspunkt 26 der
Leitung 9 und einem Verbindungspunkt 27 der Leitung 23 führt je eine Leitung 28
bzw. 29 zu einer Kontrollampe30.
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Die Sekundärseite des Eingangstransformators 21 wird durch die Wicklungen
31, 32 und 33 gebildet.
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Die Klemme 34 der Sekundärwicklung 31 steht über die Leitung 35 mit
der Klemme 36 des Regelgliedes 37 in Verbindung. Die zweite Verbindung zum Regelglied
37 wird von der Klemme 38 der Sekundärwicklung 31 durch die Zuleitung 39, die an
der Klemme 40 angeschlossen ist, gebildet. Von der Klemme 41 des Regelgliedes 37
führt eine Verbindungsleitung 42 zu der Klemme 43 der Oberspannungswicklung 44 des
Niederspannungsumformers bzw. Transformators 45. über einen Schleifkontakt 46 am
Regelglied37 führt die zweite Verbindungsleitung 47 über ein Sicherungselement 48
und das Kontrollelement 49 an die Klemme 50 der Oberspannungswicklung 44. Die Niederspannungswicklung
51 besitzt die beiden Ausgangsklemmen 52 und 53, die über die Leitungen 54 und 55
mit den Klemmen 56 und 57 des Heizelementes 1 in Verbindung stehen.
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Die Sekundärwicklung 32 des Eingangstransformators 21 ist in der
gleichen Weise, wie oben ausgeführt, mit dem Regelglied 58 verbunden, an das ebenfalls,
wie oben beschrieben, der Niederspannungsumformer bzw. Transformator 59 und über
diesen das Heizelement 2 angeschlossen sind.
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Da die Schaltverbindungen und Regelvorgänge für die beiden Heizelemente
1 und 2 vollständig identisch sind, kann bei der folgenden Wirkungsbeschreibung
von einer doppelten Erwähnung der Vorgänge abgesehen werden. Beschrieben werden
nur die Vorgänge zur Regelung des Heizelementes 1.
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Die Sekundärwicklung 33 des Eingangstransformators 21 hat die beiden
Ausgangsklemmen 60 und 61. Von der Klemme 60 führt eine Verbindungsleitung 62 zur
Anschlußklemme 63 einer Kontrollampe 64, der der zweite Pol von der Klemme 61 über
die Verbindungsleitung 65 zur Lampenklemme 66 zugeführt wird.
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Soll die Schweißvorrichtung in Betrieb genommen werden, so wird zunächst
der nicht dargestellte dreipolige Hauptschalter für den Motor und der Hauptschalter
7 geschlossen. Dieser Zustand wird durch die Kontrollampe 30 angezeigt, die im folgenden
Stromkreis Spannung erhält: Klemme 3 (R), Verbindungsleitung 5, Klemme 6, Schalter
7, Klemme 8, Verbindungspunkt 26, Leitung 28, Lampe 30, Verbindungsleitung 29, Verbindungspunkt
27, Leitung 23, Klemme 4(O).
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Zwischen den Vorschubrollen und dem antreibenden Motor ist in bekannter
Weise eine Kupplung vorgesehen, die beispielsweise über einen Fußtritt betätigt
werden kann. Zur Vermeidung einer vorzeitigen Erwärmung der Heizelemente 1 und 2
und der daraus resultierenden Verbrennungsgefahr des Schweißgutes ist der Schalter
16 vorhanden, der im Ruhezustand der Anlage geöffnet ist. Bei Betätigung
des
Kupplungspedals oder bei anderweitig bewirkter Ankupplung der Vorschubrollen an
den Motor wird der Schalter 16 kurz vor beginnendem Transport der Vorschubrollen
geschlossen. Dadurch wird die Primärwicklung 20 des Eingangstransformators 21 im
folgenden Stromkreis an Spannung gelegt: Klemme 3 (R), Verbindungsleitung 5, Klemme
6, Schalter 7, Klemme 8, Leitung 9, Sicherung 10, Klemme 11, Schalter 12, Klemme
13, Verbindungsleitung 14, Klemme 15, Schalter 16, Klemme 17, Leitung 18, Klemme
19, Primärwicklung 20, Klemme 22, Verbindungsleitung23, Klemme 4(ö).
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Entsprechend dem übersetzungsverhältnis des Eingangstransformators
21 wird in den Sekundärwicklungen31, 32 und 33 eine Spannung induziert.
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Dieser Zustand wird durch Aufleuchten der Kontrolllampe 64 gekennzeichnet,
die im folgenden Stromkreis gespeist wird: Sekundärwicklung 33, Klemme 61, Verbindungsleitung
65, Klemme 66, Lampe 64, Klemme 63, Verbindungsleitung 62, Klemme 60, Sekundärwicklung
33.
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Die in der Sekundärwicklung 31 induzierte Spannung liegt über die
Verbindungsleitungen 35 und 39 an dem Regelglied 37, von dem sie entsprechend der
Stellung des Schleifkontaktes 46 abgegriffen und der Oberspannungswicklung 44 des
Niederspannungsumformers bzw. Transformators 45 zugeführt wird. Entsprechend dem
Ubersetzungsverhältnis des Niederspannungsumformers bzw. Transformators 45 wird
in der Niederspannungswicklung 51 die Heizspannung für das Heizelement 1 induziert,
die über die Verbindungsleitungen 54 und 55 an diesem anliegt.
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Das Heizelement besteht in der Regel aus einem Widerstandskörper,
der in Form einer Widerstandsschleife oder ähnlichem, beispielsweise nach Patent
950425, ausgebildet sein kann. Da die zur Verwendung kommenden Widerstandsmaterialien,
z. B. Konstantan, bei Beschickung mit elektrischem Strom nur eine kurze Erwärmungszeit
benötigen, ist die Vorrichtung sofort nach Anlegen der Spannung schweißbereit.
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Durch Verstellen des Schleifkontaktes 46 kann die an der Oberspannungswicklung
44 anliegende Spannung variiert werden, wobei sie zwischen dem Wert 0 und einem
Höchstwert, welcher der in der Sekundärwicklung 31 induzierten Spannung entspricht,
schwankt. Das Regelglied 37 kann dabei vorteilhafterweise grobstufig sein, d. h.,
die Windungsspannung darf hoch sein, da durch das Ubersetzungsverhältnis des nachgeschalteten
Niederspannungsumformers bzw. Transformators die auftretenden Spannungssprünge stark
ausgeglichen werden. Das bedeutet, daß bei der Konstruktion des Regelgliedes 37
eine billige Ausführung gewählt werden kann, da die groben Abstufungen des Spannungsbetrages
im nachfolgenden Transformator ausgeglichen werden.
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Soll die gesamte Vorrichtung ausgeschaltet werden, so werden der
Schalter 7 und der Motorschalter geöffnet. Dadurch erlöschen die Kontrollampen 30
und 64, und die Vorrichtung befindet sich im Ruhezustand.
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Es ist manchmal erforderlich, während des Transportes des Schweißgutes
durch die Transportrollen die Speisung der Heizelemente abzuschalten, um eine Korrektur
oder eine Veränderung der Lage des Schweißgutes herbeiführen zu können. Zu diesem
Zweck
ist der bereits erwähnte Schalter 12 vorgesehen, der z. B. als Kniehebelschalter
ausgebildet sein kann und in bequemer Lage an der Maschine angebracht ist. Will
die Bedienungsperson die Heizung ausschalten, während die Vorschubrollen laufen,
so betätigt sie den Schalter 12 und öffnet dadurch den Stromkreis der Primärwicklung
20 des Transformators 21, die Lampe 64 erlischt, und die Speisung der Heizelemente
1 und 2 wird-unterbrochen. Nach erfolgter Korrektur wird der Stromkreis2 für den
Transformator 21 beim Loslassen des Kniehebelschalters wieder geschlossen und die
Heizung eingeschaltet.
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Bei vorübergehender Abschaltung der Maschine, beispielsweise bei
Zuführung neuen Schweißgutes, muß dafür gesorgt werden, daß die Heizbänder vor Abkupplung
der Transportrollen ausgeschaltet werden, damit ein Verbrennen des Schweißgutes
bei ruhendem Vorschub vermieden wird. Zu diesem Zweck wird der Schalter 12 bereits
geöffnet, wenn die Vorschubrollen noch laufen. Dadurch wird der Stromkreis 2 unterbrochen,
so daß die bereits erwähnten Wirkungen auftreten. Nach Stillstand des Vorschubes
kann der Schalter 12 wieder geschlossen werden, da über das Kupplungspedal mittlerweile
der Schalter geöffnet worden ist.
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Das zwischen Regelglied 37 und Oberspannungswicklung 44 des Niederspannungsumformers
bzw.
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Transformators 45 geschaltete Kontrollelement besteht vorzugsweise
aus einem Amperemeter, dessen Skala in Wärmegrade geeicht werden kann. Dadurch wird
der Bedienungsperson die Einstellung einer bestimmten Temperatur des Heizelementes
1 ermöglicht.
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Bei der Ausführungsform -der Erfindung nach Fig. 2 ist das Prinzip
der Regelung das gleiche wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Auf eine Beschreibung
der Verbindungen und Vorgänge, soweit sie mit denen nach Fig. 1 übereinstimmen,
wird im folgenden verzichtet.
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Beim Betätigen des Kupplungspedals wird wiederum zuerst der Schalter
16 geschlossen und damit die Primärwicklung 20 des Eingangstransformators 21 an
Spannung gelegt. In den Sekundärwicklungen 31, 32, 33 wird gemäß dem Ubersetzungsverhältnis
eine Spannung induziert. Dieser Zustand wird durch Aufleuchten der Kontrollampe
64 angezeigt.
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Im folgenden werden wiederum nur die Vorgänge, die zur Regelung des
Heizelementes 1 dienen, betrachtet. Bei dem Heizelement 2 verlaufen diese analog.
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Die Klemme 38 der Sekundärwicklung 31 ist über die Leitung 67 mit
der Klemme 43 der Oberspannungswicklung 44 des Niederspannungsumformers bzw. Transformators
45 verbunden. Von der Sekundärwicklung 31 erfolgt der Abgriff des zweiten Pols über
den Schleifkontakt 46, die Leitung 47, Sicherung 48, Kontrollelement 49 zur Klemme
50 der Wicklung44.
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Durch Verstellen des Schleifkontaktes 46 wird der Spannungsbetrag,
der an die Oberspannungswicklung 44 angelegt wird, variiert. Dementsprechend wird
auch die Regelung der Heizspannung für das Heizelement 1 erreicht. Bei der vorübergehenden
Stillsetzung der Vorschubeinrichtung muß zunächst wieder der Schalter 12 geöffnet
werden, wodurch der Stromkreis 2 unterbrochen wird. Sämtliche anderen Vorgänge entsprechen
den bereits im ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen.
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Die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich bei der Montage
vorteilhaft in einem Bauelement
zusammenfassen, das an der Maschine
an einem geeigneten Platz angeordnet werden kann.
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Da bei dieser Art der Regelung keine Erwärmung der Regelelemente
auftritt, ist eine Kühleinrichtung nicht erforderlich. Daraus ergeben sich bei der
Ausbildung des Bauelementes für die Regeleinrichtung zusätzliche Vorteile.
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PATENTANSpRt;CRE: 1. Regeleinrichtung für den Heizstrom einer Vorrichtung
zur Nahtschweißung thermoplastischer Kunststoffe, bei der die analog der Bildung
einer Naht mit Hilfe einer Nähmaschine aufeinandergelegten und zwischen zwei Vorschubrollen
unter Pressung hindurchgeführten Kunststoffbahnen durch elektrische Heizelemente
erwärmt werden, wobei jeder Vorschubrolle ein an einem mit Stromführungskontakten
ausgerüsteten Träger aus Isoliermaterial angeordnetes Heizelement ortsfest vorgelagert
ist, gemäß deutschem Patent 945 062, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Speisung
der Heizelemente (1, 2) erforderlichen Ströme über einen am Wechselstromnetz (O,
R) liegenden Eingangstransformator (21) erzeugt werden, der sekundärseitig wenigstens
zwei je einem Heizelement (1 bzw. 2) zugeordnete, nicht allzu niedere Spannungen
erzeugende Wicklungen (31 bzw. 32) besitzt, die in getrennten Regelkreisen je über
eine bei Wechselstrom praktisch verlustlos arbeitende grobstufige Regeleinrichtung
(z. B. induktiver oder transformatorischer Spannungsteiler (37, 38) an die Primärseite
(44) je eines Niederspannungsumformers, insbesondere eines Niederspannungstransformators
(45 bzw.
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59) geführt sind, wobei im nicht regelbaren Sekundärkreis (51, 54,
55) jedes dieser Niederspan-
nungstransformatoren (45, 59) das zugehörige Heizelement
(1 bzw. 2) liegt.