DE2262962C3 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Gesamtwirkwiderstandes während dem Widerstandsschweißen mit Wechselströmen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Gesamtwirkwiderstandes während dem Widerstandsschweißen mit WechselströmenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eic Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Gesamtwirkwiderstandes während dem Widerstandsschweißen mit
Wechselströmen, wobei der Strom und die Spannung kontinuierlich erfaßt und die erhaltenen Größen
multipliziert werden und anschließend die Multiplikationsgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrerer
Halbwellen integriert werden und am Ende der Integrationszeit ein Integrationswert, welcher ein Maß
für die Leistung als auch für die Arbeit ist, erhalten wird.
Für die Leistungsmessung von Wechselströmen werden 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, beispielsweise für die Dauer weniger Halbwellen
(1 — 10) wie es beim Widerstandsschweißen, insbesondere beim WiderstandsDunktschweißen. der Fall ist. zu
For die Messung und Steuerung der elektrischen r Arbeit/Leistung beim Punktschweißen ist es aus der
PE-OS 1765 80t bekannt, Strom und Spannung
,, kontinuierlich zu erfassen und die erhaltenen Größen zu s
multiplizieren und anschließend die Multiplikationsgrößen zu integrieren.
Es ist ferner bekannt, daß für reproduzierbare Punktschweißverbindungen an gleich dicken Blechen
oder an gleichen Schweißteilen während des Schweißr Vorganges bei gleicher Elektrodenkraft jeweils die
f gleiche Stromstärke fließen muß,
j In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß trotz
j 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 Schweiß-L"
punkte 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
ψ Netzspannungsschwankungen ab, die sich kompensie-U
ren lassen, so liegt der Grund für die Stromstärkeände- j~ rung ausschließlich in den Veränderungen der Wider-
\? standswerte an der Schweißstelle. Solche Veränderunjt
gen der elektrischen Widerstandswerte können zurückj5.
geführt werden auf unterschiedliche Oberflächenbe-
Z schaffenheit der Werkstoffe, auf Toleranzen in den
Blechdicken oder sonstigen Abmessungen der Schweiß- t teile und dergleichen mehr.
s Um gleichbleibende Punktschweißverbindungen zu
erzielen, ist es daher 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
J, s'nc'·
Π! Diese Störeinflüsse sind zu beseitigen, wenn man eine
gleichbleibende Schweißqualität erzielen will. Nach Abstellen der Störeinflüsse müssen wieder gleiche
Widerstandswerte gemessen werden. Da der Gesamt-
widerstand alle Teilwiderstände an der Schweißstelle
einschließt, kommt der Bestimmung des Gesamtwider-Standes Bedeutung zu.
Es wurde festgestellt, daß schweißtechnisch in erster
Linie der Gesamtwiderstand, der sich aus der Summe des Kontaktwiderstandes Oberelektrode — Oberblech,
des Materialwiderstandes des Oberblechs, des Übergangswiderstandes Oberblech-Unterblech, des Materialwiderstandes
des Unterblechs und des Kontaktwiderstandes Unterelektrodc - Unterblech ergibt, für
die Höhe der Stromstärke von entscheidender Bedeutung ist.
Bisher wird der Gesamtwiderstand derart gemessen, daß über die Meßstrecke (Elektrode - 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. Eine Bestimmung
> des Gesamtwiderstandes ist mit diesem Verfahren nicht
möglich. Dies ist bisher — wie auch das »Tschenbuch der Physik«, 1961, Verlag Lindeauer München, Seiten 79
und 83 offenbart — nur rechnerisch aufgrund von gemessenen Einzelwerten möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, mit der es möglich ist, den Wirkwiderstandsteil des Gesamtwiderstandev beim
Widerstandsschweißen, insbesondere beim Widerstandspunktschweißen, nahezu fehlerfrei zu messen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird davon ausgegangen, daß zunächst in bekannter Weise der Strom und die
Spannung kontinuierlich gemessen und die erhaltenen Größen multipliziert werden und anschließend die
Multiplikationsgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwellen integriert werden und am Ende
der Integrationszeit ein Integrationswert, welcher ein Maß für die Leistung als auch für die Arbeit ist, erhalten
wird und daß dann erfindungsgemäß der Integrationswert dem ersten Eingang eines Dividierers zugeführt
wird, und daß ferner die Strom- bzw. Spannungsmeßgrößen quadriert und die Quadratgrößen für die
Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwellen gespeichert werden und am Ende einer der Integrationszeit
entsprechenden Speicherzeit der gespeicherte Höchstwert abgefragt und dem anderen Eingang des
Dividierers zugeführt wird, und daß weiterhin das dem Gesamtwirkwiderstand proportionale A<<sgangssignal
des Dividierers einer Anzeige- bzw. Schalt- bzw. Regelvorrichtung zugeführt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft eine nahezu fehlerfreie Wirkwiderstandsmessung
möglich, die eine Güteüberwachung der Schweißung (insbesondere bei Punktschweißung von großer Bedeutung)
erlaubt Durch die Erfindung ist es möglich geworden, mit einer Meßeinrichtung den Wirkwidersiand
zu messen und die erhaltenen Meßsignale entsprechend anzuzeigen oder einem Regelkreis zur
Konstanthaltung (Regelung) der Schweißleistung bzw. dnem Stromkreis zum Unterbrechen der Schweißung
zuzuführen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, daß der Integrationswert und der Höchstwert
nach dem Abfragen für eine bestimmte Zeit gespeichert wird. Erfolgt eine Speicherung dieser Werte, so wird
bevorzugt der Integrator bzw. der Höchstwertspeicher nach dem Abfragen bzw. Speichern des jeweiligen
Wertes auf Null zurückgesetzt Dadurch wird erreicht, daß eine erneute Wirkwiderstandsmessung bereits in
der nächsten Halbwelle bzw. beim nächsten Stromimpuls erfolgen kann.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist gekennzeichnet durch je e;ne Vorrichtung zum Erfassen der Spannung und des
Stromes, weiche mit einem dem Multiplizierer nachgeschalteten Integrator verbunden ist, dessen Ausgang
über einen ersten Abfragschalter 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 Heiden
Abfragschaltern zugeordnete Zeitsteuerung vorgesehen ist.
Mit dieser Einrichtimg wird es vorteilhaft möglich, auch während kurzer Stromflußzeiten Gesamtwirk'
Widerstandsmessungen von Wechselströmen ohne und mit Phasenanschnitt sowie von zeitlich periodischen
Stromimpulsen sowie Energieeinhaltungsmessungen 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.
Fig. 1 -3 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Einrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig.4a-i den Verlauf von Strom- und Spannungssignalen bei der Wirkleistungsmessung eines phasen verschobenen Wechselstromes,
F i g. 5a — e den Verlauf von Strom- und Spannungssignalen bei der Wirkwiderstandsmessung.
Die in Fig. 1 veranschaulichte Einrichtung 10 zur Gesamtwirk-Widerstandsmessung weist eine Vorrichtung (Meßvorrichtung z. B. einen Shunt oder eine
Toroidspule einschließlich Meßwertumformer) 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 Ausführungsbeispiel als 4-Quadranten-Multiplizierer ausgebildet,
dciii die bii'iüi'üiSCnc Forffici
i.v, - .v2 r
wobei
liegt.
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 19 zugeordnet.
Darüber hinaus 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 18 und dem Emitter 24 des Transistors mit dem Ausgang 16 des Verstärkers 15 in Verbindung steht.
Dem Integrator 14 ist ferner ein erster Abfragschalter 25 nachgeschaltet, 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 Emitter 32 des Transistors 30
mit dem Ausgang 29 verbunden ist.
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 Emitter 38 mit der einen Kondensatorplatte 34a
und dessen Kollektor 39 Ober Masse mit der anderen Kondensatorplatte 346 verbunden ist.
Dem Speicher 33 ist ein Endverstärker 40 nachgeschaltet, dessen Ausgang 41 Ober eine einen Widerstand
42 aufweisende Rückführung 43 mit dem Eingang 27 des Verstärkers 26 innerhalb des Abfrageschalters 25 in
Verbindung steht. Diese Rückführung 43 ist im Hinblick auf die Kompensation der Durchschlagspannung der
Diode 35 besonders vorteilhaft
Das Ausgangssignal des Endverstärkers 40, welches der Wirkleistung proportional ist, wird beispielsweise
einer Regeleinrichtung zugeführt, die nachstehend näher erläutert wird.
Ferner ist, wie aus F i g. 1 und 3 hervorgeht, die Vorrichtung 11 zum Messen des Stromes über eine
Leitung 109 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 1156 aufweist, mit
zugeordnetem 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 118 ist ein Endverstärker
die Spannung und X2 der Strom ist, zugrunde
Λ-%η I L-.U-*
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.
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 !27 des Dividierers 122 verbunden sind. 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 dem Wirkwiderstand proportional ist, wird einer Anzeigeoder Steuervorrichtung zugeführt, die nachfolgend noch
erläutert wird.
Der Aufbau des Rückstellschalters 116, des Auftragschalters 117, des Speichers 118, der Löschvorrichtung
119 sowie des Endverstärkers 120 entspricht dem der in F i g. 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 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.
Der Ausgang 54 des Verstärkers 52 ist über eine
Leitung 55, in dem Widerstand 56 und eine Diode 57 vorgesehen sind, mit dem invertierenden Eingang 58 des
Verstärkers 52 verbunden, 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 Ober eine Verbindung 63, die von dem Zweig
60 zwischen dem Widerstand 61 und der 'Diode 62
ausgehl, ist der erste Verstärker 52 mit dem invertierenden Eingang 64 des zweiten Verstärkers 53
verbunden, wobei in der Verbindung 63 ein Widerstand 64 vorgesehen ist. Ferner weist der zweite Verstärker 53
des Gleichrichters 46 eine einen Widerstand 66 enthaltende Rückführung 67 auf, die über einen
weiteren Widerstand 68 mit der Leitung 47 in Verbindung steht.
titr Ausgang 69 des Gleichrichters 46 ist mit dem
Schmitt-Trigger 48 verbunden. Der Schmitt-Trigger 48 besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem Rechenverstärker
70, dessen invertierender Eingang 71 über einen Spannungsteiler 72, 73 mit einer Gleichspannungswelle
verbunden ist und dessen nicht invertierender Eingang 74 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 5 i verbunden.
Die Kippstufe 49 weist einen Rechenverstärker 77 mit einem einen Widerstand 78 enthaltenen Rückkopplungszweig
79 auf, wobei letzterem ein /tfC-Glied
(Widerstand 80 und den Kondensator 81) parallel geschaltet ist.
Der Ausgang 82 der Kippstufe 49 ist einerseits über einen Kondensator 83, dem ein mit einer positiven
Gleichspannung in Verbindung stehender Widerstand 83' zugeordnet ist, sowie über die Leitung 121 ntft dem
Basiswiderstand 84 des Schalttransistors 30 der Abfragschalter 25 und 117 und andererseits über ein
Zeuglied (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 91 der Kippstufe
51 verbunden. Dem Verstärker 91 ist eine Rückführung 92, die ein flC-Glied (Widerstand 93 und Kondensator
94) aufweist, zugeordnet. Der Ausgang 95 der Kippstufe 51 ist über einen Kondensator 96, dem ein mit einer
positiven Gleichspannung in Verbindung stehender Widerstand 97 zugeordnet ist, und einer Leitung 123 mit
dem Basiswiderstand 98 des Transistors 37 der Löschvorrichtung 36 und 119 verbunden.
Beim Ausführungsbeispiel ist der Ausgang 41 des Wirkleistungsendverstärkers 40 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
1016 und einer Hauptstufe 101c besteht, und durch die
die jewefls vom Transformator 102 den Punktelektroden 103, 104 zuzuführenden Leistung in Abhängigkeit
vom Ausgangswert des Sollistwert-Vergleichers 100 verändert wird.
Ferner ist beim Ausführungsbeispiel der Dividierer 122, dessen Ausgangssignal dem Wirkwiderstand
proportional ist, mit einer Anzeigevorrichtung 137 und einem Schalter 138 verbunden. Besonders vorteilhaft ist
es, wenn als Schalter 138 ein Grenzwertschalter,
vorzugsweise ein Schmitt-Trigger, vorgesehen ist, dessen Ausgang 139 mit einem Relais 140 in Verbindung
steht, welches mit einem Kontakt 141 im Schweißstromkreis (Leitung 142) zusammenwirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in F i g. 1 — 3 veranschaulichten Einrichtung in Verbindung
mit dem in Fig.4a —4i sowie in Fig.5a — 5e
dargestellten Verlauf von Strom- und Spannungssignalen beschrieben. Mit der Einrichtung 12, deren Eingang
12a und i2b mit der oberen bzw. unteren Punktelektrode 103, 104 verbunden ist, wird die während des
Zusammenschweißens der Bleche 105, 106 anstehende Schweißspannung (s. Fig.4a) kontinuierlich gemessen.
Der Widerstand 11, 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 Muiiipiizierer i3 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 mehrerer Halbwellen H(s. Fig.4d)
integriert.
Der am Ende der Integrationszeit T vorhandene Spannungswert u (s. Fig.4d) ist ein Maß für die
tatsächliche geleistete Arbeit die bei konstanter Integrationszeit proportional der Wirkleistung ist.
Dieser Spannungswert u wird am Ende der Integrationszeit abgefragt, und zwar indem der Schmitt-Trigger
48 kurz vor dem Nulldurchgang N (s. Fi g. 4f) umkippt (Kippunkt K), wobei dieser Kippunkt K\, auch
Trigger-Schwelle genannt, mittels des Spannungsteilers 72, 73 des Schmitt-Triggers 48 einstellbar ist. Die in
F i g. 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.
Unmittelbar nach Speicherung kippt die Stufe 49 zurück, wobei die Zeit zwischen Kippen und Zurückkippen
im Mikrosekundenbereich liegt und mittels des flC-Gliedes (Widerstand 80 und Kondensator 81)
abgestimmt werden kann.
Ferner wird unmittelbar nach Speicherung des Spannungswertes u der Integrator 14 auf Null
zurückgesetzt, und zwar durch den Rückstellschalter 20.
Der Schalttransistor 21 des Schalters 20 wird nach Umkippen der Kippstufe 50 leitend (s. F i g. 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
RC-GWed
(Widerstand 85 und Kondensator 86) bestimmt wird. Die Schaltstufe 50 kippt nach dem Löschen des
Kondensators 17 sofort in ihren Ausgangszustand zurück.
Wert für die Wirkleistung ist, kann für eine gewisse Zeit (Zeit Zin F i g. 4e) gespeichert werden, wobei jedoeh 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 der Speicherkondensator 34
entladen wird. Die Speicherzeit ist mittels des ÄC-Gliedes (Widerstand 93 und Kondensator 94)
einstellbar. u>
Das Ausgangssignal (F i g. 4e) wird über den Endverstärker 40 als Wirkleistungsistwert dem Soll-Istwertvergleicher
100 zugeführt, und je nach Größe von 1st- bzw. Sollwert entsteht am Ausgang des Vergleichers 100 eine
Regeldifferenz, die der Phasenanschnittregelung 101 i>
zugeführt wird.
Parallel zu der oben beschriebenen Leistungsmessung wird eine Wirkwiderstandsmessung durchgeführt. Der
mittels der Vorrichtung 11 gemessene Schweißstrom (Fig. 4b) wird über den Gleichrichter 46 gleichgerichtet
(Fig.4f). Der gleichgerichtete Strom wird einem Effektivwertfilter UO zugeführt. Das Ausgangssignal
/ eff(F i g. 5a) des Effektivwertfilters UO wird in einem
Quadrierer 114 mit sich selbst multipliziert, so daß am Ausgang des Quadrierers 114 das in Fig.5b veran- r>
schaulichte Signal vorhanden ist. Dieses Signal, dessen Höchstwert W dem Wert I2 proportional ist, wird dem
Höchstwertspeicher 115 zugeführt.
In dem Speicher 115 wird der während der Dauer einer oder mehrerer Halbwellen auftretende höchste in
Wert VV gespeichert (Fig. 5c). Dieser Höchstwert W
wird nach einer der Integrationszeit Γ entsprechenden
Zeit T' (s. Fig.5c) abgefragt und dem Speicher 118 zugeführt, in dem das dem Höchstwert !^proportionale
Signal (s. Fig.5d) für eine der Zeit Z in Fig.4e π
entsprechende 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 4» Dividierer 122 wird somit die Wirkleistung durch den
Quadratwert des Effektivstromes (I eff2) geteilt, und das
Ausgangssignal R (Fig.5e) des Dividierers ist dem Wirkwiderstand proportional.
Weicht der Wirkwiderstand von einem vorgegebe- 4>
nen, eine ausreichende Schweißnahtqualität gewährleisteten Wert ab, so wird über den Schalter 138 das Relais
140 und den Kontakt 141 der Schweißstromkreis (Leitung 142) unterbrochen.
Da, wie aus F i g. 1 hervorgeht, die Zeitsteuerung 45 >o
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 verrneiden
— auf die Fig;2 sowie F ig. 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 Nulldurch^ang, so daß der dadurch entstehende Meßfehler unbedeutend bleibt.
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
inbesondere 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 F i g. 1 geoffenbarten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden die einzelnen Bauelemente
bevorzugt aus entsprechend geschalteten Rechenverstärkern aufgebaut. Es ist jedoeh ferner möglich und
liegt im Rahmen der Erfindung, die einzelnen Bauelemente aus anderen elektronischen Bauteilen bzw.
integrierten Schaltungen aufzubauen, beispielsweise unter Verwendung von Feld-Effekt-Transistoren sowie
Unijunction-Transistoren o. ä.
Die Erfindung 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 zu können, wobei die Leistung nur für wenige
Halbwellen wirksam ist. Darüber hinaus ist es aber selbstverständlich möglich und liegt im Rahmen der
vorliegenden Erfindung, das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Einrichtung auch zum
Messen der Wirkleistung bei anderen Widerstandsschweiß-Verfahren einzusetzen. Auch ist es beispielsweise
möglich, das Ausgangssignal des Wirkleistungsmessers nicht einem Regelkreis zuzuführen, sondern
einem beliebigen Anzeigegerät, beispielsweise 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 auftretenden Leistungswert
zu speichern und erst zu einem späteren Zeitpunkt abzufragen 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, 117, 118, 120, 122) braucht hierzu nicht
verändert zu werden.
Lediglich die Eingänge der Verstärker 40 und 120 am Dividierer müßten vertauscht werden, da bei der
Ausgangsgrößenspannung das Quadrat des Spannungseffektivwertes durch die Leistung dividiert werden muß,
um ein dem Wirkwiderstand proportionales Signal zu erhalten.
Es ist selbstverständlich ebenfalls vorteilhaft möglich,
den Wirkwiderstand als Istwertgröße dem in F i g. 1 veranschaulichten Regelkreis (99, 100, 101a—ς) zuzuführen,
so daß eine Schweißenergieregelung in Abhängigkeit vom Wirkwiderstand vorteilhaft erreicht wird.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
- Patentansprüche;\, Verfahren zur Bestimmung des Gesamtwirkwiderstandes wlhrend dem Widerstandsschweißen mit Wechselströmen, wobei der Strom und die Spannung kontinuierlich erfaßt und die erhaltenen Größen multipliziert werden und anschließend die Multiplikationsgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwelten integriert werden und am Ende der Integrationszeit ein Integrationswert, welcher ein Maß für die Leistung als auch für die Arbeit ist, erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationswert dem ersten Eingang eines Dividierers zugeführt wird, und daß ferner die Strom- bzw. Spannungsgrößen quadriert und die Quadratgrößen für die Zeitdauer einer oder mehrerer Halbwellen gespeichert werden und am Ende einer der Integrationszeit entsprechenden Speicherzeit der gespeicherte Höchstwert abgefragt und dem anderen Eingang des Dividierers zugeführt wird, und daß weiterhin das dem Gesamtwirkwiderstand proportionale Ausgangssignal des Dividierers einer Anzeige- bzw. Schalt- bzw. Regelvorrichtung zugeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationswert und der Höchstwert nach dem Abfragen für eine bestimmte Zeit gespeichert wird.
- 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daö d,er abgefragte Integrationswert einer Vorrichtung ze η Regeln der Schweißleistung zugeführt wird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß der abgefragte Wirkwiderstandswert einer Vorrichtung zum Unterbrechen des Schweißstromkreises zugeführt wird.
- 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1—5, gekennzeichnet durch je eine Vorrichtung (11,12) zum Erfasssen der Spannung und des Stromes, welche mit einem Multiplizierer nachgeschalteten Integrator (13), dessen Ausgang (16) Ober einen ersten Abfragschalter (2S) 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. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn' e>o zeichnet, daß dem Integrator (14) und dem Höchstwertspeicher (115) ein Rückstellschalter (20, 116) zugeordnet ist.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerung (45) einen μ Gleichrichter (46), einen Schmitt-Trigger (48) sowie an dem Ausgang (76) des Schmitt-Triggers (48) angeschlossene Schaltstufen (49,50,51) aufweist.
- 9, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 -8, dadurch gekennzeichnet, daß als Multiplizierer (t3) und Quadrierer (114) ein Vier-Quadranten-Multipljzjerer vorgesehen ist,
- to, 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.
- Tl, Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellschalter (20) -und die Löschvorrichtung (36) jeweils einen Schalttransistor (21,37) aufweisen.
- IZ Einrichtung nach einem der voranstehenden 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 Phasenschnittstauerung (101) einer Widerstandsschweißmaschine (102, 103,104) aufweist
- 13. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Quadrierer (114) ein Effektivwertfilter (110) vorgeschaltet ist.
- 14. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dividierer (122) ausgangsseitig mit einer Schaltvorrichtung (138—141) in Verbindung steht.
- 15. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Grenzwertschalter, vorzugsweise einen Schmitt-Trigger (138) aufweist, dessen Ausgang mit einem Relais (140) in Verbindung steht, welches mit einem Kontakt (141) im Schweißstromkreis (142) zusammenwirkt
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