DE2262962A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wirkleistung und/oder des wirkwiderstandes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wirkleistung und/oder des wirkwiderstandes

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Description

Kennwort : Wirkleistungs-ZWiderstandsmessung Erfinder : Dr. Dorn, Siegmund
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Wirkleistung und / oder des Wirkwiderstandes. '
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wirkleistung und / oder des Wirkwiderstandes, .insbesondere beim Widerstandsschweißen mit Wechselströmen.
Für die Leistungsmessung von Wechselströmen v/erden bisher Instrumente mit elektrodynamischen Meßwerten verwendet, die in den verschiedensten Formen: als eisengeschlossenes, eisengeschirmtes und als statisches System gebaut werden. Das Meßprinzip beruht auf der elektrodynamischen Kraftwirkung zweier stromdurchflossener Spulen, von denen die eine fest, die andere drehbar gelagert ist. Das Drehmoment ist dem Produkt der beiden Stromstärken und dem Cosinus ihres gegenseitigen Phasenverschiebungswinkels proportional. Derartige Meßinstrumente haben sich zum Messen von Leistungen, die für eine bestimmte Zeitdauer auftreten in der Praxis bewährt. Es ist jedoch mit diesen Meßinstrumenten bedingt durch die Trägheit derselben nicht möglich, kurzzeitig auftretende Leistungen, beispielweise für die Dauer weniger Halbwellen (1-10) wie es beim Widerstandsschweißen, insbesondere beim Widerstandspunktschweißen, der Fall ist, zu messen.
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Es ist ferner bekannt, daß für reproduzierbare Punktschweißverbindungen an gleich dicken Blechen oder an gleichen Schwelßteilen während des Schweißvorganges bei gleicher Elektrodenkraft jeweils die gleiche Stromstärke fließen muß.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß trotz Einhaltung konstanter Elektrodenkraft und gleichbleibender Reglerstellung für die Schweißstromstärke die Höhe des Schweißstromes für die einzelnen Schweißpunkte an gleichen Schweißteilen Unterschiede aufweist.
Die Folge davon sind Streuungen in den Festigkeitswerten der geschweißten Punkte und unter Umständen sogar Fehlschweißungen. Sieht man vom Einfluß der Netzspannschwankungen ab, die sich kompensieren lassen, so liegt der Grund für die Stromstärkeänderung ausschließlich in den Veränderungen der Widerstandswerte an der Schweißstelle. Solche Veränderungen der elektrischen Widerstandswerte können zurückgeführt werden auf unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit der Werkstoffe, auf Toleranzen in den Blechdicken oder sor stigen Abmessungen der Schweißteile und dergleichen mehr.
Um gleichbleibende Punktschweißverbindungen zu erzielen, ist es daher sehr zweckmäßig, in bestimmten Zeitabständen Widerstandskontrollmessungen auszuführen. Fallen diese Messungen unterschiedlich aus. liegen Störeinflüsse vor, die die geforderte Festigkeit abmindern und bekanntlich durch bloßes Betrachten der punktgeschweißten Stelle von außen nicht erkennbar sind.
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Diese Störeinflüsse sind zu beseitigen, wenn man eine gleichbleibende Schweißqualität erzielen will. Nach Abstellen der_ StöreinflUsse müssen wieder gleiche Widerstandswerte gemessen werden. Da der Gesamtwiderstand alle Teilwiderstände an der Schweißstelle einschließt, kommt der 'Bestimmung des Gesamtwiderstandes Bedeutung zu. ■ '
Es wurde festgestellt, daß schweißtechnisch in erster Linie der Gesamtwiderstand., der sich aus der Summe des Kontaktwiderstandes Oberelektrode-Oberblech, des Materialwiderstandes des Oberbleehs, des Übergangswiderstandes Oberblech-Unterblech . des Materialwiderstandes des Unterblechs und des Kontaktwiderstandes Unterelektrode - Unterblech ergibt, für die Höhe der Stromstärke von entscheidender Bedeutung ist.'
Bisher wird der Gesamtwiderstand derart gemessen, daß über die MeS-strecke (Elektrode - Werkstück - Elektrode) ein auf konstante Stärke geregelter Strom geleitet und die über der Meßstrecke abfallende Spannung gemessen, verstärkt und angezeigt wird.
Die angezeigte Spannung ist proportional dem Scheinwiderstand der Meßstrecke. .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist" es, ein yerfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Leistung und/oder des Widerstandes insbesondere beim Widerstandsschweißen mit Wechselströmen zu schaffen, mit der sowohl Leistungen, die für eine längere Zeitdauer "als auch Leistungen, die nur kurzfristig auftreten, bestimmt und gemessen werden können, und mit der es ferner möglich ist, den Wirkwiderstandsanteil des Gesamtwiderstandes insbesondere beim Widerstandspunktschweißen nahezu fehlerfrei zu messen.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Strom und die Spannung kontinuierlich gemessen und die erhaltenen Meßgrößen multipliziert werden und anschließend die Multiplikationsgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwellen integriert werden und dann am Ende der Integrationszeit die Integrationsgröße, welche ein Maß für die Leistung ist, abgefragt und einerseits einer Leistungsanzeige- bzw. Regelvorrichtung und andererseits dem ersten Eingang eines Dividierers zugeführt wird, und daß ferner die Effektivwert-Strommeßgröße quadriert und die Quadratgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrer Halbwellen gespeichert werden und dann am Ende der der Integrationszeit entsprechenden Speicherzeit der höchste gespeicherte Wert abgefragt und dem : anderen Eingang des Dividierers zugeführt wird, und das dem Widerstand proportionale Ausgangssignal des Dividierers einer Anzeige- bzw. Schaltvorrichtung zugeführt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es vorteilhaft möglich, auch kurzzeitig auftretende Leistungen wie beispielweise beim Widerstandsschweißen die Schweißleistung weniger Perioden exakt zu bestimmen und einer Anzeige- bzw. Regelvorrichtung (Schweißleistungsregelvorrichtung) zuzuführen. Darüberhinaus wird vorteilhaft gleichzeitig eine Wirkwlderstandsmessung möglich, die eine weitere Güteüberwachung der Schweißung (insbesondere bei Punktschweißung von gr. Bedeutung) erlaubt, ohne, daß eine zusätzliche Meßeinrichtung mit entsprechenden Meßwertaufnehmern erforderlich ist. Durch die Erfindung ist es möglich geworden mit einer Meßeinrichtung Schweißleistung und VJ irkwiderst and zu messen und. die erhaltenen Meßsignale entsprechend anzuzeigen oder einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Schweißleistung bzw. einen Stromkreis zum Unterbrechen der Schweißung (im Falle eines zu hohen oder zu niedrigen Wirkwiderstandes) zuzuführen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Integrationsviert der Leistung und der Höchstwert des quadrierten Strom-Effektivwertes nach dem Abfragen für eine bestimmte Zeit gespeichert wird. Erfolgt eine Speicherung dieser Werte, so wird der Integrator bzw. der Höchstwertspeicher nach dem Abfragen bzw. Speichern des jeweiligen Wertes auf Null zurückgesetzt. Dadurch wird erreicht, daß eine erneute Wirkwiderstand- bzw. Leistungsmessung bereits in der nächsten Halbwelle bzw. beim nächsten Stromimpuls erfolgen kann* . . . . _
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Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch je eine Vorrichtung zum Messen der Spannung und des Stromes, wobei die Vorrichtung mit einem Multiplizierer verbunden ist, einem dem Multiplizierer nachgeschalteten Integrator, dessen Ausgang über einen ersten Abfragschalter einerseits mit einer Leistungsanzeige-· bzw. Regelvorrichtung und andererseits mit dem einen Eingang eines Dividierers in Verbindung steht, und daß ferner die Vorrichtung zum Messen des Stromes mit einem Quadrierer verbunden ist, dem ein Höchstwertspeicher nachgeschaltet ist, dessen Ausgang über einen zweiten. Abfragschalter mit dem anderen Eingang des Dividierers verbunden' ist und daß weiterhin eine dem Integrator, dem Höchstwertspeicher, sowie den Abfragschaltern zugeordnete Zeitsteuerung vorgesehen ist.
Mit dieser Einrichtung wird es vorteilhaft möglich, während kurzer Stromflußzeiten Wirkleistungsmessungen von Wechselströmen ohne und mit Phasenanschnitt sowie von zeitlich periodischen Stromimpulsen sowie Energieeinhaltungsmessungen von Einzelimpulsen vorzunehmen.
Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Hinweis auf weitere besondere Merkmale sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In den Zeichnungen veranschaulicht:
Fig. 1-3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens . . ·
Fig. 4 a-i den Verlauf von Strom- und Spannungssignalen bei der Wirkleistungsmessung eines phasenverschobenen Wechselstromes.
Fig. 5 a-e den Verlauf von Strom und Spannungssignalen bei der Wirkwiderstandsmessung
r - 409828/0 4 41 .
Die in Figur 1 veranschaulichte erfindungsgemäße Einrichtung 10 zur Leistungs- und Widerstandsmessung (Wirkleistungs- bzw.' Wirkwiderstandsmessung) weist eine Vorrichtung (Meßvorrichtung z.B. einen Shunt oder eine Toroidspule einschließlich Meßwertumfor- · mer) 11 zum Messen des Stromes und eine Vorrichtung 12 zum Messen der Spannung auf. Vorrichtung 11 und Vorrichtung 12 sind mit einem Multiplizierer 13 verbunden, Der Multiplizierer 13 ist beim AusfUhrungsbeispiel als 4-Quadranten-Multiplizierer ausgebildet, dem die binomische Formel
+ X2)2
wobei X1 die Spannung und X2 der Strom ist, zugrundeliegt.
Der Multiplizierer 13 ist mit einem Integrator 14 verbunden. Der Integrator 14 weist einen Rechenverstärker 15 auf, dessen Ausgang 16 über einen Kondensator 17 mit dem Invertierenden Eingang 18 des Rechenverstärkers 15 rückgekoppelt ist. Dem Eingang 18 ist ferner ein Widerstand I9 zugeordnet.
Darüberhinaus ist am Integrator 14 ein Rückstellschalter 20 vorgesehen, der aus einem Transistor 21 mit einem Basiswiderstand 22 besteht und wobei der Kollektor 23 des Transistors mit dem invertierenden Eingang l8 und dem Emitter 24 des Transistors mit dem Ausgang l6 des Verstärkers I5 in Verbindung steht.
Dem Integrator 14 ist ferner ein Abfragschalter 25 nachgesohaltet,
der einen Rechenverstärker 26 aufweist, dessen invertierender Eingang 27 über einen Eingangswiderstand 28 mit dem Ausgang 16 des Integrators verbunden ist. Ferner ist parallel zum Eingang 27 und dem Ausgang 29 des Verstärkers 26 ein Schalttransistor 30 mit einem Basiswiderstand 84 vorgesehen, wobei der Kollektor 31 mit dem invertierenden Eingang 27 und der Ermitter 32 des Transistors 30 mit dem Ausgang 29 verbunden ist. 409828/04 48
Der Ausgang 29 des Verstärkers 26 ist einem Speicher 33 zugeordnet, der aus einem Kondensator 34 sowie einer diesem Kondensator 34 vorgeschalteten Diode 35 besteht. Ferner ist der Kondensator 34 mit einer Löschvorrichtung 36 verbunden, die einen Transistor 37 mit einem Basiswiderstand 98 aufweist,dessen Ermitter 38. mit der einen Kondensatorplatte 34a und dessen Kollektor 39 Über Masse mit der anderen Kondensatorplatte 34b verbunden ist.
Dem Speicher 33 ist ein Endverstärker 4o nachgeschaltet, dessen Ausgang 41 über eine ein Widerstand 42 aufweisende Rückführung 43 mit dem Eingang 27 des Verstärkers 26 innerhalb des Abfragschalters 25 in Verbindung steht. Diese Rückführung 43 ist im Hin-, blick auf die Kompensation der Durchschlagspannung der Diode besonders vorteilhaft.
Das Ausgangssignal· des Endverstärkers 4o, welches der Wirkleistung' proportional ist, wird bspw. einer Regeleinrichtung zugeführt, die nachstehend näher erläutert wird.
Ferner ist. wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, die Vorrichtung 11 zum Messen des Stromes über eine Leitung I09 mit einem Effektivwertfilter 110 verbunden, das im wesentlichen aus einem Widerstand 111 mit parallel geschalteter Diode 112 sowie einem ausgangsseitig gegen Maße geschalteten Kondensator 113 besteht.
Dem Filter 110 ist ein entsprechend dem Multiplizierer 13 aufgebauter Quadrierer 114 nachgeschaltet.
Der Quadrierer 114 ist über einen Höchstwertspeicher 115.» der einen Kondensator 115a sowie eine dem Kondensator 115a vorgeschaltete Diode 115b aufweist mit zugeordneten Rückstellschalter 116 mit einem Abfragschalter 117 verbunden. Der Ausgang des Abfragschalters 117 steht mit einem Speicher 118 in Verbindung, der mit einer Löschvorrichtung 119 versehen ist. Dem Speicher II8 ist ein Endverstärker 120 nachgeschaltet.
Der Endverstärker 120 ist mit einem Eingang 121 eines Dividierers 122 verbunden, dessen anderer Eingang 123 über Leitung 124 mit dem Verstärker 40 verbunden ist, dessen Ausgangssignal der Wirkleistung proportional ist.
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Der Dividierer 122 weist; wie aus Fig. 3 hervorgeht, einen Multiplizierer 125. dessen Eingänge mit dem Verstärker 120 bzw. über die Leitung 128 mit dem Ausgang 127 des Dividierers 122 verbunden ist. Der Ausgang 128 des Multiplizierers 125 ist Über einen Widerstand 129 mit dem einen Eingang 130 eines Rechenverstärkers 131 verbunden, dessen anderer Eingang 132 über einen Widerstand 133 und der Leitung 124 mit dem Ausgang des Verstärkers 40 in Verbindung steht.
Das Ausgangssignal des Dividierers 122.welches im Wirkwiderstand proportional ist. wird einer Anzeige oder Steuervorrichtung zugeführt, die nachfolgend noch erläutert wird.
Der Aufbau des RUckstellschalters 116, des Auftragschalters des Speichers 118, der Löschvorrichtung 119 sowie des Endverstärkers 120 entspricht dem der in Fig. 2 veranschaulichten entsprechenden Bauteile. Der Übersicht halber wurden deshalb die einzelnen Elemente (Widerstände und dergl.) der Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Rückstellschalter 20. 116, die Abfragschalter 25, 117 sowie die Löschvorrichtungen 36, 119 sind über Leitungen 134 bzw. 135 bzw. 136 mit einer in der Gesamtheit mit 45 bezeichneten Zeitsteuerung 45 verbunden. Die Zeitsteuerung 45 besteht aus einem Gleichrichter 46. der über eine Leitung 47 mit dem Ausgang der Vorrichtung 11 zum Messen des Stromes in Verbindung steht, einem Schmitt-Trigger 48 sowie den Kippstufen 49, 50 und 51.
Der Gleichrichter weist zwei Rechenverstärker 52, 53 auf.
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Der Ausgang 5^ des Verstärkers 52 ist über eine Leitung 55> in den Widerstand 56 und eine Diode 57 vorgesehen sind mit dem invertierenden Eingang 58 des Verstärkers 52 ver- bunden. welcher über einen Eingangswiderstand 59 mit der Leitung 47 in Verbindung steht. Ferner ist parallel zum Widerstand 56 und der Diode 57 ein Zweig 60 vorgesehen, in dem ein Widerstand 61 und eine zweite Diode 62 angeordnet sind. Die Dioden 57 und 62 sind antiparallel zueinander'geschaltet. Über eine Verbindung 63. die von dem Zweig 60 zwischen dem Widerstand 61 und der Diode 62 ausgeht, ist der erste Verstärker 52 mit dem invertierenden Eingang 64 des zweiten Verstärkers 53 verbunden, wobei in der Verbindung 63 ein Widerstand 65 vorgesehen ist. Ferner weist der zweite Verstärker 53 des Gleichrichters eine, einen Widerstand 66 enthaltene Rückführung 67 auf, die über einen weiteren Widerstand 68 mit der Leitung 47 in Verbindung steht. ...-'·
Der Ausgang 69 des Gleichrichters 46 ist mit dem Schmitt-Trigger verbunden. Der Schmitt-Trigger 48 besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem Rechenverstärker 70, dessen invertierenden Eingang 71 über einen Spannungsteiler 72,73 mit einer Gleichspannungswelle verbunden ist und dessen nicht invertierenden Eingang 7^ über einen ' Widerstand 75 mit einem Gleichrichterausgang 69 in Verbindung steht. Darüber hinaus ist der Ausgang 76 des Verstärkers-70 über einen Widerstand 77 mit' dem Eingang 74 rückgekoppelt. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 48 ist mit den Kippstufen 49 und 51 verbunden.
Die Kippstufe 49 weist einen Rechenverstärker 77 mit einem einen V/iderstand 78 enthaltenen RUckkopplungszweig 79 auf, wobei letzterem ein R C-Glied (V/iderstand 80 und den Kondensator 8l) parallel geschaltet ist." ·
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-AU-
Der Ausgang 82 der Kippstufe 49 ist einerseits über einen Kondensator 8), dem ein mit einer positiven Gleichspannung in Verbindung stehender Widerstand 83' zugeordnet ist sowie" über die Leitung 121 mit dem Basiswiderstand 84 des Schalttransistors 30 der Abfragschalter 25 .und 117 und andererseits über ein Zeitglied (Widerstand 85 und den Kondensator 86) mit der einen Rechenverstärker 87 aufweisenden Kippstufe 50 verbunden.
Der Ausgang 88 der Kippstufe 50 steht über die Leitung 122 mit dem Basiswiderstand 22 des Schalttransistors 21 der Rückstellschalter 20 und 116 in Verbindung. \
Ferner ist der Ausgang 76 des Schmitt-Triggers 48 über einen Kondensator 89 mit dem nicht invertierenden Eingang 90 des Rechenverstärkers 9I der Kippstufe 5I verbunden. Dem Verstärker 91 ist eine Rückführung 92. die ein R-C-Glied (Widerstand 93 und Kondensator 94) aufweist, zugeordnet. Der Ausgang 95 der Kippstufe 51 ist über einen Kondensator 96 dem ein mit einer positiven Gleichspaanung in Verbindung stehender Widerstand 97 zugeordnet ist und einer Leitung 123 mit dem Basiswiderstand 98 des Transistors 37 der Löschvorrichtung 36 und II9 verbunden.
Beim AusfUhrungsbeispiel ist der Ausgang 41 des Wirkleistungsentverstärkers 4o einem Regelkreis zur Regelung der Schweißleistung beim Widerstandspunktschweißen zugeordnet, wobei der Regelkreis neben der als Istwertgeber dienenden Einrichtung, bestehend aus den Bauteilen 13. 14, 25. 33 und 40 einen Sollwertgeber 99, einen Sollwert-Istwertvergleicher 100 sowie eine an sich bekannte Phasenanschnittsteuerung 101 aufweist, die aus einem Anschnittregler 101a, einer Zeitsteuerung 101b und einer Hauptstufe 101c besteht und durch die die jeweils vom Transformator 102 den Punktelektroden
et 103. 104 zu zuführenden Leistung in Abhängigkeit vom Ausgangswert ^3-
des Sollistwert-Vergleichers 100 verändert wird. ^f
Ferner ist beim AusfUhrungsbeispiel der Divider 122, dessen Ausgangssignal dem Wirkwiderstand proportional ist, mit einer cn Anzeigevorrichtung 137 und einem Schalter 138 verbunden. OT
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Schalter 138 ein Grenz- ° wertschalter, vorzugsweise ein Schmitt-Trigger vorgesehen ist, dessen Ausgang 139 mit einem Relais l4o in Verbindung steht, welches
mit einem Kontakt I4l im Schweißstromkreis (Leitung 142) zusammenwirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren viird anhand der in Fig. 1-3 veranschaulichten Einrichtung in Verbindung mit dem in Fig; 4a-4i sowie in Fig. 5a bis 5-e· . · , . dargestellten Verlauf von Strom- und Spannungssignalen beschrieben. Mit der Einrichtung 12, . deren Eingang 12a und 12b mit der oberen bzw. unteren Punktelektrode 10"5. 104 verbunden ist, wird die während des Zusammenschweißens der Bleche 105. ΙΟβ anstehende Schweißspannung (s.Fig.4a) kontinuierlich gemessen. Der Widerstand ^l, der in dem Schweißstromkreis 107 angeordnet ist, dient zur Messung des Schweißstromes (Fig. 4b). Wie aus Fig. 4a und 4b hervorgeht, sind Schweißstrom und Schweißspannung gegeneinander phasenverschoben.
Die beiden phasenverschobenen Werte werden dem Multiplizierer 13 zugeführt und in demselben kontinuierlich miteinander multipliziert, so daß am Ausgang des "Multiplizierers 13 ein dem Leistungsverlauf proportionales Signal -in Fig. 4c veranschaulicht- vorhanden ist. Dieses Signal wird in dem Integrator 14 über die Dauer einer oder mehrer Halbwellen H (s. Fig. 4d) integriert.
Der am Ende der Integrationszeit T vorhandene Spannungswert u (s.Fig. 4d) ist ein Maß für die tatsächlich geleistete Arbeit die bei konstanter Integrationszeit proportional der Wirkleistung ist. Dieser Spannuhgswert u wird am Ende der Integrationszeit abgefragt und zwar indem der Schmitt-Trigger 48 kurz vor dem Nulldurchgang N (s.Fig. 4f) umkippt (Kipppunkt K),wobei dieser Kipppunkt K. auch Trigger-Schwelle genannt mittels des Spannungsteilers 72 73 des Schmitt-Triggers 48 einstellbar ist. Die in Fig. 4f veranschaulichte Kurve stellt die Ausgangsspannung des Gleichrichters 46 dar. K2 kennzeichnet den Punkt, bei dem der Schmitt-Trigger 48 wieder zurückkippt.
Durch das Umkippen des Schmitt-Triggers 48 wird dieser leitend und es entsteht am Ausgang 76 des Schmitt-Triggers 48 ein Signal, welches bewirkt, daß die Kippstufe 49 ebenfalls umkippt. (s.Fig.4g). Dadurch wird der Schalttransistor 30 leitend und der Abfragschalter 25 geschlossen, so daß der am Ausgang 16 des Integrators 14 vorhandene Spannungswert u dem Speicher 33 zugeführt wird.
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Unmittelbar nach Speicherung kippt die Stufe 49 zurück, wobei die Zeit zwischen Kippen und Zurückkippen im Mikrosekundenbereich liegt und mittels des R-C-Gliedes (Widerstand 80 und Kondensator 81) abgestimmt werden kann.
Ferner wird unmittelbar nach Speicherung des Spannungswertes u der Integrator 14 auf Null zurück gesetzt und zwar durch den Rückstellschalter 20. Der Schalttransistor 21 des Schalters 20 wird nach Umkippen der Kippstufe 50 leitend (s. Fig. 4h) und löscht dadurch den Integrationskondensator 17· Das Umkippen der Kippstufe 50 erfolgt gegenüber dem Umkippen der Stufe 49 bzw. des Schmitt-Triggers 48 etwas verzögert, wobei die Verzögerung ebenfalls im Mikrosekundenbereich liegt und durch das R-C-Glied (Widerstand 85 und Kondensator 86) bestimmt wird. Die Schaltstufe 50 kippt nach dem Löschen des Kondensators 17 sofort in ihren Ausgangszustand zurück.
Der Spannungswert u. welcher proportional demWert für die Wirkleistung ist, kann für eine gewisse Zeit (Zeit Z in Fig. 4e) gespeichert werden, wobei jedoch die Speicherzeit Z kleiner ist als die Integrationszeit T. Am Ende der Speicherzeit Z wird der Speicher durch den Transistor 37 der Löschvorrichtung 36 gelöscht, wobei der Transistor 37 über die Kippstufe 51 durchgesteuert (s. Fig. 4i) und dadurch den Speicherkondensator 34 entladen wird. Die Speicherzeit ist mittels des R-C-Gliedes (Widerstand 93 und Kondensator 94) einstellbar.
Das Ausgangssignal (Fig. 4e) wird über den Endverstärker 40 als Wirkleistungsistwert dem Soll-Istwertvergleicher 100 zugeführt und je nach Größe von Ist- bzw. Sollwert ensteht am Ausgang
an des Vergleichers 100 eine Regeldifferenz, die der Phasen&chnittregelung 101 zugeführt wird.
Parallel zu der oben beschriebenen Leistungsmessung ist eine WirkwiderStandsmessung durchführbar. Der mittels der Vorrichtung 11 gemessene Schweißstrom (Fig. 4b) wird über den Gleichrichter 46 gleichgerichtet (Fig. 4f). Der gleichgerichtete Strom wird einem Effektivwertfilter 110 zugeführt. Das Ausgangssignal I eff (Fig. 5a) des Effektivwertfilters 110 wird in einem Quadrierer 114 mit sich
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selbst multipliziert, so daß am Ausgang des Quadrierers 114 das in Fig. 5b veranschaulichte Signal vorhanden ist. Dieses Signal, dessen
2
Höchstwert W dem Wert I proportional ist,wird dem Höchstwertspeicher
115 zugeführt, ... .
in dem Speicher 115 wird....: der während der Dauer einer oder mehrer Halbwellen auftretende höchste Wert W gespeichert (Fig. 5o)· Dieser Höchstwert W wird nach einer der Integrationszeit T entsprechenden Zeit T1 (s. Fig. $c) abgefragt und dem Speicher 118 zugeführt, in dem das dem Höchstwert W proportionale Signal (s. Fig. 5d) für eine der Zeit Z in Fig. 4e entsprechenden Zeit Z' gespeichert wird. /
Das Ausgangssignal (s. Fig. 5d) wird über einen Endverstärker 120 einem Dividierer 122 zugeführt, gleichzeitig wird das Ausgangssignal (Fig. 4e) über einen Verstärker 40 dem Dividierer zugeführt. Im Dividierer 122 wird somit die Wirkleistung durch den Quadratwert
des Effektivstromes (Ieff ) geteilt und das AusgangsSignal R (Fig. 5e) des Dividierers ist dem Wirkwiderstand proportional.
Weicht der Wirkwiderstand.von einem vorgegebenen,·eine ausreichende Schweißnahtqualität gewährleisteten Wert ab, so wird über den Schalter 138 das Relais l4o und den Kontakt 141 der Schweißstrom- · kreis (Leitung 142) unterbrochen. . .
Da, wie aus Fig. 1 hervorgeht, die Zeitsteuerung 45 sowohl die Wirkleistungsmessung als auch die Wirkwiderstandsmessung· steuert, wird bezüglich der Ansteuerung und Löschung des HöchstwertSpeichers 115 und des Speichers 118 sowie der Betätigung des Abfragschalters 117- ' um Wiederholungen zu vermeiden-auf die Fig. 2 sowie Fig. 4a-i und die entsprechende Funktionsbeschreibung verwiesen, .
Beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt sofort'nach der Speicherung eine Zurückstellung des Integrators 14 bzw. Höchstwertspeichers 115 auf Null, so daß eine erneute Messung bereits in der nächsten Halbwelle bzw. im nächsten Stromimpuls erfolgen kann. Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung erfolgt 'ferner das Speichern und das Zurückstellen in sehr kurzer Zeit und nahe dem Nulldurchgang, so daß der dadurch entstehende Meßfehler unbedeutend bleibt.
409828/0.4 48
Beim Ausführungsbeispiel wurde die Leistung und der Widerstand in jeder Halbwelle gemessen und in einer Wirkleistung bzw. .dem
·- * Wirkwiderstand proportionales Signal umgewandelt. Es ist aber auch möglich und insbesondere bei der Messung von länger wirkenden Leistungen vorteilhaft den Ausgangswert des Multiplizierers über mehrere Halbwellen zu integrieren, erst dann abzufragen und abzulesen bzw. einer Regeleinrichtung zuzuführen.
In dem in Fig. 1 geoffenbarten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wurden die einzelnen Bauelemente bevorzugt aus entsprechend geschalteten Rechenverstärker aufgebaut. Es ist jedoch ferner möglich und liegt im Rahmen der Erfindung die einzelnen Bauelemente aus anderen elektronischen Bauteilen bzw. integrierten Schaltungen aufzubauen, beispielweise unter Verwendung von Feld-Effekt-Transistoren sowie Unijunction-Transistoren o.a..
Die erfindungsgemäße Wirkleistungsmessung sowie die Auswertung des Leistungssignales ist bevorzugt beim Widerstandspunktschweißen einsetzbar, da es insbesondere bei diesem Schweißverfahren -im Hinblick auf eine optimale Güte der Schweißverbindung erforderlich ist, die der Schweißstelle zuzuführende Leistung exakt messen und regeln können, wobei die Leistung nur für wenige Halbwellen wirksam ist. Darüber hinaus ist es aber selbstverständlich möglich und liegt im Rahmen der vorlieger, Ten Erfindung, das erfindungsgemäfle Verfahren sowie die erfindungsgemäße Einrichtung auch zum Messen der Wirkleistung bei anderen Verfahren einzusetzen. So ist es beispielweise möglich, das Ausgangssignal des Wirkleistungsmessers nicht einem Regelkreis zuzuführen sondern einem beliebigen Anzeigegerät beispielweise einem Oszillographen oder einem Schreiber, so daß es möglich wird den Leistungsverlauf als Funktion der Zeit beobachten zu können. Darüber hinaus ist es mit der geoffenbarten Einrichtung möglich, während einer Wirkleistungsmessung den höchsten auftretende; Leistungswert zu speichern und erst zu einem späteren Zeitpunktabzufragen und ihn auszuwerten. Ferner ist es vorteilhaft möglich, das Wirkleistungssignal zum Unterbrechen des gesamten Schweißstromkreises zu verwenden. Weiterhin ist es gemäß der Erfindung vorteilhaft möglich, bei der Wirkwiderstandsbestimmung nicht den Strom sondern die Spannung als (Vorrichtung 12) Ausgangsgröße zu verwenden. Die Einrichtung (Bauteile 110, 114, 115, H7. 118, 120, 122) braucht hierzu nicht verändert zu werden. 40982 8/0448
Lediglich die Eingänge der Verstärker hO und 120,/ajn Dividierer müßten, vertauscht werden, da bei der Ausgangsgrößenspannung das Quadrat des Spannungseff.ektivwertes durch die Le.istung dividiert werden muß, um ein dem V/irkwiderstand proportionales Signal zu erhalten, .
Es ist selbstverständlich ebenfalls vorteilhaft möglich, den Uirkwiderstand als Istwertgröße dem in Fig. 1 veranschaulichten Regelkreis (99, 100, .101 a-c) zuzuführen, so daß eine Schweißenergieregelung in Abhängigkeit vom Wirwiderstand vorteilhaft erreicht wird.
9.12.1972
Be/Hen
409828/0448

Claims (15)

  1. - 16 Ansprüche
    Verfahren zur Bestimmung der Leistung und/öder des V/irk-Widerstandes, insbesondere beim Widerstandsschweißen mit Wechselströmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom und die Spannung kontinuierlich gemessen und die erhaltenen Meßgrößen multipliziert werden und anschliessend die Multiplikationsgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwellen integriert werden und dann am Ende der Integrationszeit die Integrationsgröße, welche ein Maß für die Leistung als auch für die Arbeit ist, abgefragt und einerseits einer Anzeige- bzw. Regelvorrichtung und andererseits dem ersten Eingang eines Dividierers zugeführt wird, und daß ferner die Strommeßgrö/sen quadriert und die Quadratgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwellen gespeichert werden und am Ende der der Integrationszeit entsprechenden Speicherzeit der höchste gespeicherte Wert abgefragt und dem anderen Eingang des Dividierers zugeführt wird, und das dem Widerstand proportionale Ausgangssignal des Dividierers einer Anzeige- bzw. Schaltvorrichtung zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationswert und der Höchstwert nach dem Abfragen für eine bestimmte Zeit gespeichert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abfragen und/oder dem Speichern des Integrationswertes und des Höchstwertes der Integrator bzw. der Höchstwertspeicher auf Null zurückgestellt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der abgefragte Integrationswert einer Vorrichtung zum Regeln der Wirkleistung bzw. des Wirkwiderstandes beim Widerstandsschweißen zugeführt wird.
    409828/0448
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abgefragte Leistungs- bzw. Widerstandswert' einer Vorrichtung zum Unterbrechen des Schweißstromkreises" zugeführt wird.
  6. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens'nach einem der Ansprüche 1 bis 5* gekennzeichnet durch je eine Vorrichtung (11j 12) zum Messen der Spannung und des Stromes, welche mit einem Multiplizierer (13) verbunden sind, einem dem Multiplizierer nachgeschalteten Integrator (14), dessen Ausgang (16) über einen ersten Abfragschalter (25) einerseits mit einer Anzeige- bzw. Regelvorrichtung (99* 100, 101) und andererseits mit dem einen Eingang (123) eines Dividierers (122) in Verbindung steht und daß ferner die Vorrichtung (11) zum Messen des Stromes mit einem Quadrierer (114) verbunden ist, dem ein Höchstwertspeicher (115) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang über einen zweiten Abfragschalter (117) mit dem anderen Eingang (121) des Dividierers (122) verbunden ist, und daß weiterhin eine dem Integrator (14), dem Höchstwertspeicher (115) sowie den beiden Abfragschaltern (25, 117) zugeordnete Zeitsteuerung (45) vorgesehen ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abfragschaltern (25) und der Regel- bzw. Schalteinrichtung (99, 100, 101, 138-141) ein Speicher (33) vorgesehen ist, der über eine Löschvorrichtung (36) mit der Zeitsteuerung (45) verbunden ist.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7** dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (14) und dem Höchstwertspeicher (115) ein Rückstellschalter zugeordnet ist.
    409828/0448
  9. 9· Einrichtung naoh einem der Ansprüche 6 bis 8,'dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerung (45) einen Gleichrichter (46)* einen Schmitt-Trigger (48) sowie an dem Ausgang (76) des Schmitt-Triggers (48) angeschlossene Schaltstufen (49, 50,. 51) aufweist.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9# dadurch gekennzeichnet, daß als Multiplizierer (13) und Quadrierer (.114) ein Vier-Quadranten-Multiplizierer vorgesehen ist.
  11. 11. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (14) einen Operationsverstärker (15)» dessen Ausgang (16) mit dem invertierenden Eingang (18) über einen Kondensator (17) verbunden ist, aufweist.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet« daß der RUckstellschalter (20) und die Löschvorrichtung (36) jeweils einen Schalttransistor (21, 37) aufweisen.
  13. 13· Einrichtung nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung einen mit dem Integrator (14) in Verbindung stehenden Soll-Ist-Wertvergleicher (100), einen . diesem Vergleicher (100) zugeordneten Sollwertgeber (99) sowie eine mit dem Vergleicher (100) in Verbindung stehende Phasenschnittsteuerung (101) einer Widerstandsschweißmaschine (102, 103, 104) aufweist.
  14. 14. Einrichtung naoh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Quadrierer (114) ein Effektivwertfilter (110) vorgeschaltet ist.
  15. 15. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dividierer (122) ausgangsseitig mit einer Schaltvorrichtung (138-141) in Verbindung steht.
    409828/0441
    ■sic ' '
    16» Einrichtung nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Grenzwertschalter,, vorzugsweise einen Schmitt-Trigger (1;58) aufweist, dessen Ausgang mit einem Relais (l40) in Verbindung steht, welches mit einem Kontakt (141) im Schweißstromkreis (1.42) zusammenwirkt.
    I9.I2.I972
    - Be/si» -
    4008 28/0
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