Einrichtung zum Steuern einer Maschine in Abhängigkeit von der Drehzahl Der Patentanspruch im Hauptpatent betrifft eine Einrichtung zum Steuern einer Maschine in Abhängigkeit von der Dreh zahl einer Welle dieser Maschine, mit einem mit dieser Welle zusammenwirkenden, magnetischen Fühler zum Bestimmen der Drehzahl dieser Welle, ersten Mitteln zum Erzeugen eines zur genannten Drehzahl proportionalen elektrischen Signales und zweiten Mitteln zum Betätigen wenigstens eines Relais, wenn die Drehzahl einen bestimmten Wert aufweist.
Es sind schon Einrichtungen zum Steuern von Maschinen, beispielsweise Schweissmaschinen, mit einem von einem Motor angetriebenen Schwungrad, in Funktion der Drehzahl einer ihrer Wellen bekannt. Zum Erzielen von einwandfreien Schweisstellen ist das Steuern der Schweissmaschine, wie das Abschalten des das Schwungrad antreibenden Motors, sowie das zeitliche richtige Einleiten eines ersten und eines zweiten Pressdruckes auf die zu verbindenden Werkstücke sehr wich tig. Wenn die Drehzahl des Schwungrades und/oder der Press- druck einen bestimmten Wert überschreitet, so bedeutet das Energieverlust und es entsteht ein zu intensiver Lichtbogen.
Andererseits, wenn die Drehzahl des Schwungrades und/oder der Pressdruck unter einen bestimmten Wert sinkt, wird ein zu schwacher Lichtbogen erzeugt und die daraus resultierenden Schweisstellen sind von schlechter Qualität.
Es ist Aufgabe der Erfindung die Einrichtung gemäss des Hauptpatentes zu verbessern und eine Lösung anzugeben, welche die Einleitung von Steuerfunktionen entweder in Abhängigkeit der steigenden Drehzahl oder in Abhängigkeit der abnehmenden Drehzahl ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekenn zeichnet, dass dritte Mittel zum Erzeugen von Bezugsspannun gen vorgesehen sind, dass die zweiten Mittel Komparatoren zum Vergleichen der Bezugsspannungen mit den zur Drehzahl proportionalen elektrischen Signalen aufweisen, und dass eine Relaisschaltung zum Steuern der Maschine in Abhängigkeit der elektrischen Signale vorgesehen ist.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine graphische Darstellung der Drehzahl in Funktion der Zeit einer nach bekannter Art gesteuerten Schweissma- schine mit Schwungrad, Fig. 2 das Blockschema einer verbesserten Einrichtung zum Steuern einer Maschine in Abhängigkeit der steigenden oder sinkenden Drehzahl einer Welle und Fig. 3 das Schaltschema der Einrichtung gemäss der Fig. 2. Die Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Drehzahl des Schwungrades einer Schweissmaschine in Funktion der Zeit. Diese Schweissmaschine wird durch eine bisher bekannte Einrichtung gesteuert.
Die ausgezogene Kurve 10 zeigt die wirkliche Drehzahl der Maschine und die gestrichelt gezeich nete Kurve 12 stellt die von einem Messinstrument angezeigte Drehzahl dar. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, hinkt die Anzeige der Drehzahl durch das Instrument der wirklichen Drehzahl der Maschine um einen beträchtlichen Betrag nach, wenn dieser Wert durch Beschleunigung der Welle ansteigt oder abnimmt. Der Punkt 14 auf der gestrichelten Kurve stellt jene am Messinstrument angezeigte Drehzahl dar, bei der der die Welle antreibende Motor abgeschaltet wird und bei der der Schweisszyklus beginnt. Würde der Punkt 14 die wirkliche Drehzahl der Welle anzeigen, so könnte die Schweissung sofort beginnen, wenn die Welle diese Drehzahl erreicht hat, wobei der Motor abgeschaltet würde.
Jedoch durch die verzö gerte Anzeige der Drehzahl durch das Messinstrument, welche Verzögerung 1,1-1,6 sek betragen kann, hat die Drehzahl der Welle den Punkt 16 auf der ausgezogenen Kurve 10, d.h. ca. 8000 T/min. erreicht, und das Messinstrument zeigt erst eine Drehzahl gemäss dem Punkt 14 der gestrichelten Kurve 12 an. Da die Anzeige der Drehzahl durch das Messinstrument verzö gert erfolgt, wäre es an sich denkbar, das Messinstrument derart zu eichen, dass beim Punkt 14 eine Drehzahl von 8000 T/min. angezeigt wird.
Anfänglich nahm man an, dass die nacheilende Anzeige des Messinstrumentes von 8000 T/min. eine durch das Auslaufen des Antriebssystemes bedingte Überdrehzahl sei, die durch eine vorsätzlich angenommene Verzögerungszeit zwischen dem Abstellen des Motors bei Punkt 14 und dem Einleiten des Schweisspressdruckes bei Punkt 18 kompensiert werden soll. Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, dass wenn die Anzeige des Messinstrumentes auf den Punkt 18 absinkt, die gewünschte Drehzahl zum Schweissen, die 7400 T/min. betra- gen sollte, in Wirklichkeit unter den gewünschten Wert gesun ken ist, siehe Punkt 20.
Durch Versuche hat man festgestellt, dass wenn eine Zeit verzögerung von 1,0-1,5 sek. zwischen dem Abstellen des Motors bei Punkt 14 und dem Einleiten des Pressdruckes bei Punkt 22 zulässt, dass dann die Schweissmaschine angenähert die richtige Drehzahl aufweist, wenn das Messinstrument die dem Punkt 22 entsprechende Drehzahl anzeigt. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Punkt 22 auf der gestrichelt dargestell ten Kurve 12 direkt über dem Punkt 24 auf der die wirkliche Drehzahl angebende Kurve 10 liegt und dass der Punkt 24 ungefähr der gewünschten Schweissdrehzahl von 7400 T/min. entspricht.
Wie oben angeführt, soll der Pressdruck wirksam werden in dem Zeitpunkt, da der Antriebsmotor abgeschaltet wird. Dies kann mit der in dem Hauptpatent beschriebenen Einrichtung erreicht werden, weil zwischen dem Feststellen der gewünsch ten Drehzahl der Welle und dem Erzeugen des zum Ausschal ten des Antriebsmotors nur eine sehr kurze Zeit verstreicht. Wie anhand der Kurve 12 aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ermög licht die nachstehend beschriebene Einrichtung das Ausschal ten des Antriebsmotors und das Einleiten des Pressdruckes bei Punkt 16.
In der Fig. 2 ist ein Blockschema und in der Fig. 3 ein Schaltschema einer verbesserten Einrichtung zum Steuern einer Schweissmaschine dargestellt.
Die genaue Steuerung der Funktion einer Schweissmaschine mit einem Schwungrad wird durch genaues Bestimmen der Drehzahl des Schwungrades und durch Steuern der Maschi nenfunktionen im exakt richtigen Zeitpunkt mittels elektri schen Impulsen erreicht. Die Drehzahl der Welle wird mit Hilfe eines magnetischen Fühlers 32, der mit einem nicht dargestell ten, mit dieser Welle verbundenen Zahnrad zusammenarbei tet, bestimmt. Das durch diesen Fühler 32 erzeugte elektrische Signal ist eine sinusförmige Wechselspannung. Dieses Signal wird einem Verstärker 34 zugeführt und in diesem derart begrenzt, dass eine Rechteckspannung entsteht.
Dieses Recht ecksignal gelangt in ein Differenzierglied 36, welches entspre chend den steilen Flanken des Rechtecksignales scharfe, kurze, positive und negative Impulse erzeugt. Diese Impulse werden einem monostabilen Multivibrator 38 zugeführt, der auf die positiven scharfen Impulse anspricht und auf Grund dieser positiven Impulse breitere Impulse von gleichbleibender Breite und Höhe erzeugt.
Diese vom monostabilen Multivibrator 38 erzeugten Impulse werden einem Integrator 40 zugeführt, der einen integrierten Operationsverstärker mit einer einen Kondensator und einen Widerstand aufweisenden Rückkopplungsschlaufe besitzt. Dieser Integrator integriert die vom Multivibrator 38 erzeugten Impulse über eine bestimmte Zeit und erzeugt eine von der Frequenz dieser Impulse abhängige Gleichspannung.
Die vom Integrator 40 erzeugte Gleichspannung wird einer seits über die Leitung 46 und über einen Messbereichwähler 42 einem Anzeigeinstrument 44 zum Ablesen der Drehzahl zugeführt. Diese optische Anzeige der Drehzahl ist lediglich für die Bedienungsperson bestimmt und dient nicht zum Steuern der Maschinenfunktionen, so dass allfällige Verzöge rungen in der Anzeige der Drehzahl durch das Anzeigeinstru ment 44 keine Nachteile entstehen.
Die vom Integrator 40 erzeugte Gleichspannung wird über die Leitungen 48 und 50 einer ersten Vergleichsschaltung 56, über die Leitung einer zweiten Vergleichsschaltung 58 und über die Leitung 54 einer dritten Vergleichsschaltung 60 zuge führt. Eine zweite Bezugsspannungsquelle ist mit dem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 58 und eine dritte Bezugs spannungsquelle 66 ist mit dem zweiten Eingang der Ver gleichsschaltung 56 verbunden. Jede dieser drei Vergleichs schaltungen ist zum Steuern einer speziellen Funktion der Schweissmaschine bestimmt. Jede Vergleichsschaltung ver gleicht die vom Integrator 40 erzeugte Gleichspannung mit der entsprechenden Spannung der zugehörigen Bezugsspannungs quelle.
Aus den Fig. 1 und 2 ist weiter ersichtlich, dass ein Relais 70 durch die Vergleichsschaltung 58 dann erregt werden soll, wenn das vom Integrator erzeugte Gleichspannungssignal der von der Bezugsspannungsquelle 64 gelieferten Spannung entspricht und die Drehzahl der Welle den durch Punkt 58 der Kurve 10 bestimmten Wert erreicht. Ohne weiteres. Dazutun würde die Vergleichsschaltung 58 während eines Schweisszy- klusses zweimal ansprechen, nämlich während des Ansteigens und während des Absinkens der Kurve 10. Mittels der logi schen Schaltung 74 wird jedoch das Ansprechen der Ver gleichsschaltung 58 im ansteigenden Teil der Kurve 10 unwirk sam gemacht, so dass die Steuerung der Maschine nur durch die dem Punkt 28 entsprechende Drehzahl erfolgt.
In der Fig. 3 sind weitere Einzelheiten der Schaltung darge stellt. Alle Relaiskontakte sind in dem Zustand gezeigt, den sie einnehmen, wenn die Welle der Maschine stillsteht. Die durch die strichpunktierte Linie 74 eingerahmten Teile bilden zusam men die logische Schaltung 74 der Fig. 2.
Nachstehend ist ein vollständiger Arbeitsablauf der oben beschriebenen Einrichtung näher erläutert. Eine Starttaste 76 wird von Hand betätigt, wodurch ihr Kontakt in die Schlies- stellung verbracht wird. Dies bewirkt, dass folgender Strom kreis, ausgehend von einer ersten Sammelschiene 78 über die Starttaste 76, einen Ruhekontakt 68a eines Relais 68 und ein Startrelais 80 zu einer zweiten Sammelschiene 82 geschlossen wird. Diese beiden Sammelschienen 78 und 82 sind an eine nicht dargestellte Spannungsquelle angeschlossen.
Durch die Erregung des Startrelais 80 wird sein Arbeitskontakt 80a geschlossen, welcher die Starttaste 76 überbrückt und somit einen Selbsthaltestromkreis bildet, so dass das Startrelais 80 angezogen bleibt, auch dann wenn die Starttaste 76 wieder losgelassen wird. Über einen weiteren nicht dargestellten Kontakt des Startrelais 80 wird der Antriebsmotor der Maschine eingeschaltet.
Während die Drehzahl der Welle der Maschine immer mehr zunimmt, wird im magnetischen Fühler 32 das sinusförmige Signal erzeugt, das dem Verstärker 34 zugeführt und im Diffe- renzierglied 36, im monostabilen Multivibrator 38 und im Integrator 40, wie vorangehend beschrieben, verarbeitet wird. Über die Leitung 48 und die Leitungen 50, 52 und 54 gelangt das zur Drehzahl proportionale Gleichspannungssignal zu den Eingängen der drei Vergleichsschaltungen 56, 58 und 60.
Diese Vergleichsschaltungen erregen die ihnen zugeordneten Relais 68, 70 bzw. 72 nur dann, wenn das diesen Vergleichs schaltungen zugeführte Gleichspannungssignal grösser ist als die den Vergleichsschaltungen von den Bezugsspannungsquel- len 62, 64 und 66 zugeführte Bezugsspannungen ist.
Wenn die Drehzahl ansteigt, so liefert die Vergleichsschal tung 56 an ihrem Ausgang ein Signal, weil das vom Integrator 40 erzeugte Gleichspannungssignal grösser ist als die durch die fest eingestellte Bezugsspannungsrelais 66 abgegebene Bezugs spannung. Dieses Ausgangssignal würde normalerweise das Relais 72 erregen, wodurch sein Ruhekontakt 72c geöffnet würde. In Reihe mit dem Relais 72 sind jedoch Arbeitskon takte 70a und 72a geschaltet, die in dieser Arbeitsphase offen sind, so dass das Relais 72 nicht erregt wird. Durch diese logische Schaltung wird also verhindert, dass das Relais 72 erregt wird, wenn die Drehzahl ansteigt.
Wenn die Drehzahl der Welle der Maschine jenen Wert erreicht, bei dem die vom Integrator 40 abgegebene Gleich spannung gleich oder grösser ist als die von der einstellbaren Bezugsspannungsquelle 64 gelieferte Spannung, so erzeugt die Vergleichsschaltung 58 ein Ausgangssignal, durch welches das Relais 70 über den Ruhekontakt 72b erregt wird. Dadurch werden die Arbeitskontakte 70a und 70b geschlossen und der Ruhekontakt 70c geöffnet. Durch das Schliessen des Arbeits kontaktes 70b bleibt das Relais 70 weiterhin an den Ausgang der Vergleichsschaltung 58 angeschlossen, auch dann wenn der Ruhekontakt 72b geöffnet wird.
Wenn das Relais 70 erregt wird, schliesst der Arbeitskon takt 70a, wodurch das Relais 72 mit dem Ausgang der Ver gleichsschaltung 56 verbunden und somit ebenfalls erregt wird. Durch den Anzug des Relais 72 wird der parallel zum Arbeits kontakt 70a geschaltete Arbeitskontakt 72a geschlossen und der parallel zum Arbeitskontakt 70b geschaltete Ruhekontakt 72b geöffnet. Somit sind die Relais 70 und 72 durch die logi sche Schaltung für die Einleitung des zweiten Pressdruckes während des Anstieges der Drehzahl vorbereitet worden. Der Anzug der Relais 70 und 72 hat während der Zeit, in der die Drehzahl ansteigt, keine weiteren Wirkungen zur Folge, da ein Arbeitskontakt 68b des Relais 68 in dieser Arbeitsphase noch nicht geschlossen ist. Dies ist erst der Fall, wenn die gewünschte höchste Drehzahl erreicht ist und wieder absinkt.
Wenn diese gewünschte Drehzahl erreicht ist, wobei der Impulsgeber 40 eine Gleichspannung abgibt, welche gleich der von der Bezugsspannungsquelle 62 gelieferten Bezugsspan nung ist, wird die Vergleichsschaltung 60 ein Ausgangssignal erzeugen, das das Relais 68 erregt, wodurch der Arbeitskon takt 68b des Relais 68 geschlossen und ein Stopprelais 84 erregt wird, weil dabei der durch die Sammelschiene 78, einen Ruhekontakt 90a, den Arbeitskontakt 68b, das Stopprelais 84 und die Sammelschiene 82 gebildeter Stromkreis geschlossen wird. Dies hat zur Folge, dass die Arbeitskontakte 84a, 84b und 84c des Stopprelais 84 geschlossen werden. Das Stoppre lais 84 bewirkt, dass der Antriebsmotor ausgeschaltet und der erste Pressvorgang über nicht dargestellte Stromkreise einge leitet wird.
Da nun der Antriebsmotor abgeschaltet ist, sinkt die Dreh zahl und die vom Integrator 40 erzeugte und der Vergleichs schaltung 60 zugeführte Gleichspannung nimmt ab, wodurch das Relais 68 abfällt und seinen Arbeitskontakt 68b öffnet. Das Stopprelais 84 bleibt weiterhin angezogen, weil sein Arbeitskontakt 84a parallel zum Arbeitskontakt 68b geschal tet ist, und in Selbsthaltung übergeht.
Wenn danach die Drehzahl weiter abfällt, sinkt die der Vergleichsschaltung 58 zugeführte Gleichspannung unter den Wert, der von der Bezugsspannungsquelle 64 gelieferten Bezugsspannung und das Relais 70 fällt ab. Dadurch wird ein durch die Sammelschiene 78 den Arbeitskontakt 84b, den Ruhekontakt 70c, ein Geschwindigkeitskontrollrelais 86 und die Sammelschiene 82 gebildeter Stromkreis geschlossen und damit das Geschwindigkeitskontrollrelais 86 erregt. Dieses leitet über nicht dargestellte Stromkreise den zweiten Press- druck ein.
Mit dem Abfallen des Relais 70 werden seine Arbeitskon takte 70a und 70b geöffnet, da in dieser Arbeitsphase das Relais 72 noch erregt ist, wird verhindert, dass das Relais 70 erneut erregt wird. Dies deshalb, weil der Ruhekontakt 72b geöffnet ist, solange das Relais 72 erregt ist und weil der Arbeitskontakt 70b in seine offene Ruhestellung zurückge kehrt ist.
Das Abfallen des Relais 70 bewirkt ausserdem, dass der in Reihe mit dem Relais 72 geschaltete Arbeitskontakt 70a geöffnet wird. Wenn dann die Drehzahl auf 0 absinkt und der Integrator 40 ein Gleichstromsignal abgibt, das kleiner ist als die fest eingestellte von der Bezugsspannungsquelle 66 gelie ferte Bezugsspannung, so fällt das Relais 72 ab. Dies bewirkt, dass der Arbeitskontakt 72a geöffnet und der Ruhekontakt 72b geschlossen wird. Weil der Arbeitskontakt 70a schon offen ist, verhindert das Öffnen des Arbeitskontaktes 72a ein Wiedererregen des Relais 72, bis ein neuer Arbeitszyklus eingeleitet wird.
Da in diesem Zeitpunkt der Arbeitskontakt 74c noch geschlossen ist, wird durch das Abfallen des Relais 72 folgen der durch die Sammelschiene 78, den Arbeitskontakt 84c, ein 0-Geschwindigkeitssteuerrelais 88, den Ruhekontakt 72c und die Sammelschiene 82 gebildeter Stromkreis geschlossen. Dies hat den Anzug des 0-Geschwindigkeitssteuerrelais 88 zur Folge. Dadurch wird sein Arbeitskontakt 88a geschlossen und ein Endkontrollrelais 90 zieht auf. Dieses öffnet seinen Ruhe kontakt 90a, wodurch der Selbsthaltestromkreis des Stoppre lais 84 geöffnet wird. Dies hat zur Folge, dass das Stopprelais 84 abfällt, wodurch die Arbeitskontakte 84a, 84b und 84c geöffnet werden.
Dies bewirkt, dass das Geschwindigkeitskon- trollrelais 86, das 0-Geschwindigkeitssteuerrelais 88 und das Endkontrollrelais 90 abfallen. Damit ist das Ende eines Arbeitszyklus erreicht und es kann durch Betätigen der Start taste 76 ein neuer Arbeitszyklus wie oben angeführt eingeleitet werden. Am Ende des Arbeitszyklus können die Vorrichtun gen zum Erzeugen der Pressdrücke automatisch abgeschaltet werden, wodurch die miteinander verschweissten Stücke frei gegeben werden und aus der Maschine herausgenommen werden können.
In den beiden Figuren 2 und 3 sind keine Geräte zum Spei sen der einzelnen Schaltungen dargestellt. Als Speisequelle kann beispielsweise ein Gleichrichter, der an die normale Netzspannung von 220 V angeschlossen werden kann und diese Wechselspannung in eine Gleichspannung von 12 V umformt, verwendet werden.
Der in feinen Stufen einstellbare Spannungsteiler der Bezugsspannungsquelle 62 enthält fünf Dekaden. Dadurch kann der Widerstand eines Zweiges dieses Spannungsteilers zwischen 0-999 000 Ohm beliebig in kleinen Schritten von je 1 Ohm eingestellt werden. Dies ermöglicht die Vorwahl einer genauen zu überwachenden Drehzahl.
Die oben beschriebene logische Schaltung 74 steuert die Arbeitsweise der Einrichtung derart, dass sie die einzelnen Arbeitsphasen nur dann einleitet, wenn die Drehzahl absinkt.