DE2135291C3

DE2135291C3 - Logische Relais-Verknüpfungsschaltung

Info

Publication number: DE2135291C3
Application number: DE2135291A
Authority: DE
Inventors: Donald F. Dunlap Coleman; Robert G. Metamora Miller
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1971-05-07
Filing date: 1971-07-15
Publication date: 1974-05-16
Also published as: FR2137400B2; FR2137400A2; IT1046604B; GB1297359A; BE770254R; CA966210A; ZA716712B; DE2135291B2; US3714509A; DE2135291A1; AU3048271A; ES396157A2; BR7106940D0

Description

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Stellung bei der bekannten Anordnung nicht in ihrer Ruhelage sondern in ihrer Arbeitstage, in der sie einer erhöhten Federbelastung ausgesetzt· sind, so daß hrmüdungserschcinungen der Kontaktfedern und die dadurch hervorgerufene Gefahr ein'.-r verringerten Lebensdauer der betroffenen Relais nicht vermieden werden kann. Die dadurch bedingte größere Reparaturanfälligkeit der Schaltungsanordnung führt zu einer unangenehmen Beeinträchtigung der Betriebssicherheit der gesamten Maschine. Demgegenüber sind bei der Erfindung in der Maschinen-Nullstellung am Ende eines jeden Arbeitszyklus sämtliche Relais stromlos, so daß sich sämtliche Kontaktfedern in ihrer Ruhestellung befinden, in der die geringsten Belastungen auftreten. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit einer erfindungsgemäß ausgerüsteten Maschine vorteilhaft erhöht.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt. Es zeigt

Fi g. 1 ein BIcckdiagramm einer Steuervorrichtung mit der erfindungsgemäßen logischen Relais-Verknüpfungsschaltung und

Fig. 2 ein Schaltschema hierzu.

Die genaue Steuerung der Funktionen einer Trägheits-Reibsehweißmaschine wird nach der eingangs genannten deutschen Offenlegungsschrift 1001023 durch genaue Bestimmung der Drehzahl des sich drehenden Systems und Auslösung der Steuerung der Maschinenfunktionen am genauen Zeitpunkt durch Verwendung elektrischer Impulse herbeigeführt. Die Drehzahl der sich drehenden Spindel wird durch den magnetischen Abtastknopf 32 wahrgenommen. Dessen sinusförmiges Ausgangssignal geht über einen Rechteckverstärker 34 in einen Differentiator 36, um scharfe positive und negative Impulse zu erzeugen. Während der negative Impuls zur Erde abgeleitet wird, wird der positive Impuls mittels eines monostabilcn Multivibrators 38 in einen Impuls mit einer festen Breite und Höhe gewandelt, und in einen Filter-Integratorkreis 40 eingespeist, der den positiven Signalimpuls über eine feste Zeitspanne integriert und einen Gleichspannungspegel als Funktion der Frequenz der empfangenen Impulse erzeugt.

Nach Ausgang aus dem Filter-Integratorkreis geht das Ausgangssignal üb-τ zwei Wege 46 unu 48. Der Weg 46 führt über einen Meßbereichwähler zu einem Meßgerät 44 zur Sichtablesung der Maschinendrehzahl. Der Signalweg 48 teilt sich in drei Wege SO, 52 und 54, die zu je einem Verglcichsverstärker 56, 58 und 60 führen.

Eine Bezugsspannungsquelle 62 ist mit df*m Vergleichsverstärker 60, eine zweite Be^ugsspannungsquelle 64 mit dem Vergleichsverstärker 58 und eine dritte Bezugsspannungsquelle 66 mit dem Vergleichsverstärker 56 verbunden. Jeder dieser drei Vergleichsverstärker wird benutzt, um in Abhängigkeit von der Spindel-Drehzahl eine bestimmte Schweißmaschinenfunktion zu steuern, und vergleicht hierzu das der Spindel-Drehzahl entsprechende Ausgangssignal des Filter-Integrators mit der jeweiligen, vorher fest eingestellten Bezugsspannung, die einem Soll-Wert der Spindel-Drehzahl und folglich einem bestimmten Zustand der Reibschweißmaschine entspricht.

Wenn das Ausgangssignal des Filter-Integrators eine der Bezugsspannungen 62, 64, 66 übersteigt, ist die Möglichkeit für die Erregung des jeweils zugehörigen Relais 68, 70, 72 gegeben, das seinerseits mittels der Steuerung 74 die ihm zugeordnete Funktion der Maschine auszulösen sucht. Hieran werden die Relais 70,72 jedoch zunächst mit Hilfe dererfindungsgemü-Uen logischen Relais-Verknüpfungsschaltung gehindert, die ein Auslösen erst nach Zustandekommen eines durch mehrere Arbeitsschritte festgelegten Zustandes der Reibschweißmaschine zuläßt.

Das Relais 72 spricht auf den Maschinenzustand

ίο mit stillstehender Spindel an und löst vorbereitende Arbeiten, wie das Einspannen der Werkstücke und das Anfahren der Maschine, aus. Das Relais 68 spricht auf den eingestellten Höchstwert der Spindel-Drehzahl an, um seinerseits das Gegeneinanderdrücken der Werkstückteile zur Erzeugung der die Schweißhitze hervorrufenden Reibung zu bewirken, während die Drehzahl der Spindel nach Abschalten bzw. Abkuppeln des Motor?, fällt. Demgegenüber spricht das Relais 70 auf eine geringe Drehzahl an, bei der der anfängliche Reibungsdruck nach genügender Erhitzung der Werkstückteile durch einen erhöhten Stauchdruck ersetzt wird, um das endgültige Verschweißen der Werkstückteile zu bewirken.

Die erfindungsgemäße Verknüpfungsschaltung vermeidet durch gegenseitiges Sperren der Relais 70 und 72 die Ausübung des Stauchdruckes im Anfangsbereich, wenn die Spindel beim Anfahren die geringe Drehzahl erreicht.

Nach dem Anfahren liegt bei Anwachsen der Maschinendrehzahl ein Spannungssignal am Ausgang des Vergleichsverstärkers 56 auf Grund der Tatsache, daß die Maschinendrehzahl die Bezugspannung für die Geschwindigkeiten Null übersteigt, die mittels der festen Bezugsspannungseinrichtung 66 eingestellt worden ist. Diese Ausgangsspannung würde ohne die erfindungsgemäße Verknüpfungsschaltung das Relais 72 erregen und die gewöhnlich geschlossenen Relaiskontakte 72c (vgl. Fig. 2) zum öffnen bringen, falls nicht die Relaiskontakte 70a und 72a in ihrem gewohnlich offenen Zustand wären. Dadurch wird verhindert, daß die Ausgangsspannung das Relais 72 erreicht und einen Stromkreis über das Relais 72 schließt.

Die Relaislogik sperrt daher wirksam den Einsatz des Anfahrrelais 72, wenn die Maschinendrehzahl in der ersten Phase des Arbeitsablaufs ansteigt.

Wenn die Maschine die Anstauchdrehzahl erreicht, die durch die Dekade !!einstellschalter der Bezugsspannungseinrichtung 64 eingestellt worden sind, ci-

So zeugt der Vergleichsverstärker 58 ein Ausgangssignal, das das Relais 70 über die gewöhnlich geschlossenen Kontakte 726 erregt. Dies verursacht, daß die gewöhnlich geöffneten Kontakte 70a und 70b schließen und die gewöhnlich geschlossenen Kontakte 70c öffnen. Das Schließen der Kontakte 70b, die parallel zu den Kontakten 72/> liegen, bildet einen zweiten Weg für das Ausgangssignal vom Verstärker 58 zum Erreichen des Relais 70.

Wenn das Steuerrelais 70 erregt wird, schließen die gewöhnlich geöffneten Kontakte 70a und stellen einen Stromkreis über das Steuerrelais 72 her, das dadurch erregt wird. Die Erregung des Relais 72 veranlaßt, daß seine gewöhnlich offenen Kontakte 72a, die parallel zu den Kontakten 70a liegen, geschlossen werden. Durch diese Erregung werden auch die gewöhnlich geschlossenen Kontakte 72b, die parallel zu den Kontakten 70b sind, geöffnet. Die Relaislogik steuert demnach die Relais 70,82 für die Anwendung

des Anstauchdruckcs in der zweiten Stufe und das Neuanfahren der Maschine bei Drehgeschwindigkeit Null auf die Weise, daß bei ansteigender Maschinendrehzahl diese Relais nicht die zu ihnen gehörenden Relais in der Maschine und die Steuerungscinhciten erregen können, bis schließlich das Relais 68 erregi <rnd die Kontakte 68b geschlossen worden sind. Dies Iritt erst bei abnehmender Drehgeschwindigkeit ein.

Wenn die Maschine die gewünschte Geschwindigkeit erreicht, die in den Dckadcnschaltern 62 vorangestellt worden ist, wird ein Spannlingssignal vom VergleichsveiiJärkcr 60 zum Relais 68 abgegeben. Die Erregung des Relais 68 veranlaßt, daß die gewöhnlich offenen Kontakte 68b schließen und das Schwcißgeschwindigkcitsslcuerungsrclais 84 über den Stromkreis erregt wird, der von der Hauptschiene 78 über die Kontukic 90a und die RclaiskontakSe 68b zur Schiene 82 geschlossen worden ist. Dadurch werden wiederum die gewöhnlich offenen Kontakte 84«, 84Λ und 84c geschlossen, die durch das Relais 84 gesteuert sind. Die Erregung des Steuerrelais 84 für die Sehv-'cißgeschwindigkeit schaltet den Antrieb der Maschine ab und veranlaßt die Anwendung des Reibungsdruckes der ersten Stufe durch nicht dargestellte übliche Schaltmittcl.

Hei sinkender Maschincngcschwindigkeit füllt tier Signaleingang 54zum VergleichsverslarkcröOab. und das Relais 68 wird von der Erregung abgeschaltet, wo durch sich die Kontakte 68/> öffnen Das Steuerrelais 84 bleibt jedoch erregt, da der Koniakt 84a geschlossen bleibt und damit den Krei.; über das κ«.Iris 84 hall.

Bei weitcrem Abfall der Maschincriucschwindigkcit sinki das Eingangssignal 52 /um Veigk chsvcrstäi kci 58 ab. so daß das Relais 70 von dv· I r.Lgimg a"■.geschaltet wird. Üaduich rird dei Krei. vor der Hauptsdi'ene 78 über die Kontakte 846 ir -J 70r und das Steuerrelais 86 für die Anstauchgeschwindigkeil zur Hauptschienc 82 geschlossen. Die Erregung des Steuerrelais 86 für die Anstauchgeschwindigkcit veranlaßt, daß der Anstauchdruck der zweiten Stufe über übliche, nichl gezeigte Spaltmittel angelegt wird.

Gleichzeitig mit der Abschalten ' der Erregung vom Relais 70 kehren die Kontakte '/Oa und 70b in ihren gewöhnlichen offenen Zustand zurück. Dadurch wire da das Relais 72 noch erregt ist, die Wicdererrcgun, des Relais 70 wirksam ausgeschlossen. Das beruh darauf, daß der Kontakt 726 auf Grund der fortge setzten Erregung des Relais 72 offenbleibt und de Kontakt 70/> in seine gewöhnlich offene Stellung zu rückgekehrt ist.

Die Abschaltung der Erregung vom Relais 70 verursacht auch, daß die Kontakte 70a, die dem Relais

•o 72 zugcordnei sind, in ihre gewöhnlich offene Stellung zurückkehrten. Wenn daher die Maschincngcschwindigkeit auf Null fällt und ein Signal entsprechend der Null-Geschwindigkeit über 50 auf den Vergleichsvcrstarkcr 56 gegeben wird, wird die Erregung vom Reis lais 72 abgeschaltet. Die Abschaltung des Relais 72 verursacht, daß die Kontakte 72« öffnen und 72b schließen. Da die Kontakte 70a schon offen sind, wird durch die öffnung der Kontakte 72 eine erneute Erregung Jos Relais 72 ausgeschlossen, bis ein neuer

ao Zyklus stattfindet.

Da dir Kontakte 84a zu diesem Zeitpunkt geschlossen sind, wird ein Stromkreis von der Hauptschiene 78 über das Steuerrelais 88 für die Null-Geschwindigkeit auf Grund der jet,.l geschlossenen

»5 Rclaiskonlaklr 72r zui Schiene 82 geschlossen. Dadurch wird das Relais 88 veranlaßt, den Kontakt 88a /u ichließcn und einen Kreis über das Sieuerrelais 90 ftn den Schweißabschluß herzustell«.n, das seinerseits Lilien Kontakt 90a im Kreis des Schweißalrichlußsieiiern-lais öffnet. Durch die Öffnung des Kontaktes 90« wird das Steuerrelais 84 für die Schweißgeschwindigkcit abgeschaltet, wodurch wiederum die Kontakte 84«. 84h und 84r zum öffnen gebracht werden. Dadurch werden die Kreise für die Steueireiais 86, 88 und 90 unterbrochen, worauf die Maschine für den nächsten Vorgang eingestellt ist, der durch Betätigung des Druckknopfschalters 76 von Hand und die dadurch erfolgende Erregung des Steuerrelais 80 sowie Schließung des Kontaktes 80a begonnen wird.

Die seibsltätige Wiedereinstellung der Maschinenbestandlcile kann auch die Rückstellung der hydraul] sehen Druckzylinder, die Losung entweder eines oder beider Werkstückhalter und die Rückziehung der Reitstockeinrichtung einschließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunccn

/. Λ C. 7

Claims

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Palentanspruch:

Logische Relais-Verknüpfungsschaltung für eine Steuervorrichtung zur Auslösung der Funktionen einer Trügheits-Reibschweißmaschine, bei welcher jeweils durch Vergleich einer vorgebbaren Sollwertspannung mit einer der jeweiligen Maschinendrehzahl entsprechenden Istwertspannung in einer ersten Steuerstufe ein Signal zur Abschaltung des Maschinenantriebes und Anschaltung eines primären Anstauchdruckes, in einer zweiten Steuerstufe ein Signal zur Einschaltung der Maschinen-Nullstellung und in einer drif'cn Steuerstufe ein Signal zur Anschaltung eines sekundären Anstauchdruckes erzeugt wird, und wobei durch die Verknüpfungsschaltung eine Betätigung der von der zweiten und dritten Stufe angesteuerten Reiais erst nach Überschreiten der in der ersten Stufe als Sollwert eingegebenen maximalen Drehzahl erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsschaltung (74) einen ersten, mit dem Relais (70) der dritten Stufe in Reihe liegenden Relais-Kontakt (70b) und einen zweiten, mit dem Relais (72) der zweiten Stufe in Reihe liegenden Relais-Kontakt (72a) einschließt, daß dem ersten ein dritter (726) und dem zweiten ein vierter Relais-Kontakt (7Oe) der Verknüpfungsschaltung parallel geschaltet ist, da3 in der Maschinen-Nullstellung der erste, zweite und vierte Relais-Kontakt (70a, 70b, 72e) geöffnet und der dritte Relais-Kontakt (726) geschlossen ist, und daß das Relais (70) der dritten Stufe den ersten und vierten (70b, 70a) und das Relais (72) der zweiten Stufe den zweiten und dritten Kontakt (72a, 72b) steuert.

Die Erfindung betrifft eine logische Relais-Verknüpfungsschaltung für ein«* Steuervorrichtung zur Auslösung der Funktionen einer Trägheits-Reibschweißmaschine, bei welcher jeweils durch Vergleich einer vorgebbaren Soüwertspannung mit einer der jeweiligen Maschinendrehzahl entsprechenden Istwertspannung in einer ersten Steuerstufe ein Signal zur Abschaltung des Maschinenantriebes und Anschaltung eines primären Anstauchdruckes, in einer zweiten Steuerstufe ein Signal zur Einschaltung der Maschinen-Nullstellung und in einer dritten Steuerstufe ein Signal zur Anschaltung eines sekundären Anstauchdruckes erzeugt wird, und wobei durch die Verknüpfungsschaltung eine Betätigung der von der zweiten und dritten Stufe angesteuerten Relais erst nach Überschreiten der in der ersten Stufe als Soliwert eingegebenen maximalen Drehzahl erfolgt.

Für die Ausführung zufriedenstellender Schweißungen mit Trägheits-Reibschweißmaschinen ist es wichtig, die Maschinenfi nktionen, wie die Abschaltung des Maschinenantriebes und die Anschaltung des Stauchdruckes in zwei aufeinanderfolgenden Stufen richtig zu steuern. Falls die Steuerung irgendeiner dieser Funktionen nicht ausreichend genau abläuft, ergeben sich in dem fertiggestellten Schweißstück entsprechende Abweichungen, da die (Dualität der ScIiweißung unmittelbar in Beziehung zu diesen Parametern der Maschine steht. Durch die deutsche Offenlegungsschrift 2 001 023 ist beispielsweise eine dreistufig aufgebaute Vorrichtung zum Steuern der Funktionen einer Trägheits-Reibschweißmaschine bekannt, bei welcher die Maschinenfunklionen mit Hilfe· von Relais ausgelöst werden. Hierfür ist bei der bekannten Vorrichtung in jeder Stufe ein Vergleichsverstärker und eine Bezugsspannungsquelle für die Steuerung eines jeweils zugeordneten Relais vorgesehen, wobei

ίο diese Relais unter Verwendung einer Verknüpfungsschaltung angesteuert werden können. Der Zweck einer solchen Relais-Verknüpfungsschaltung besteht darin, die Auslösung von Maschinenfunktionen bereits beim Anlaufen und Beschleunigen der Maschine

«5 zu verhindern und somit zu erreichen, daß die gewünschten Masch-nenfunktionen erst nach der bei Erreichen einer eingestellten maximalen Drehzahl erfolgten Abschaltung des Maschinenantriebes und der Schwungradspindel, d.h. also bei abfallender Ge-

a° schwindigkeit ausgelöst werden. Der vorliegenden Erfindung lag nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine logische Relais-Verknüpfungsschaltung der eingangs angegebenen Art möglichst einfach und kostensparend so aufzubauen daß sie bei hoher Schaltgenauig-

»5 keit betriebssicher arbeitet und somit eine einwandfreie Steuerung der gewünschten Maschinenfunktionen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verblüffend einfach dadurch gelöst, daß die Verknüpfungsschaltung einen ersten, mit dem Relais der dritten Stufe in Reihe liegenden Relais-Kontakt und einen zweiten, mit dem Relais der zweiten Stufe in Reihe liegenden Relais-Kontakt einschließt, daß dem ersten ein dritter und dem zweiten ein vierter Relais-Kontakt der Verknüpfungsschaltung parallel geschaltet ist, daß in der Maschinen-Nullstellung der erste, zweite und vierte Relais-Kontakt geöffnet und der dritte Relais-Kontakt geschlossen ist, und daß das Relais der dritten Stufe den ersten und vierten und das Relais der zviten Stufe den zweiten und dritten Kontakt steuert.

Durch die vorteilhafte kreuzweise Verknüpfung der

Erhaltung and Ansteuerung von Relais-Kontakten ohnehin vorhandener Relais der zweiten und dritten Steuerstufe wird durch die Erfindung praktisch ohne baulichen Mehraufwand und ohne die damit verbundenen Kosten in sehr einfacher Weise sichergestellt, daß die Maschinenfunktionen nur bei abnehmender Drehzahl ausgelöst werden.

Zwar zeigt auch bereits die USA.-Patentschrift 3 380 641 eine Relais-Anordnung, die ein Auslösen der Maschinenfunktionen erst nach Überschreiten der maximalen Drehzahl zuläßt, jedoch ist bei der dort gesteuerten Reibschweißmaschine die Anwendung eines sekundären Anstauchdruckes nicht vorgesehen, so daß gegenüber der Erfindung ein Arbeitsschritt weniger vorhanden ist. Abgesehen davon besitzt jedoch die bekannte Verknüpfungsschaltung den wesentlichen Nachteil, daß die Steuersignale für die Relais-Auslösung im Gegensatz zur Erfindung unmittelbar von der Drehzahlkurve des Zeit-Geschwindigkeitsdiagramms abgeleitet werden, so daß dort nachteilige Ansprechverzögerungen auftreten, welche bei der Erfindung vorteilhaft vermieden sind.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß einige der vorgesehenen Relais in der Maschinen-Nullstellung noch in erregtem Zustand sind. Demzufolge befinden sich die Kontakte der erwähnten Relais in der Maschinen-Null-