DE2262962C3

DE2262962C3 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Gesamtwirkwiderstandes während dem Widerstandsschweißen mit Wechselströmen

Info

Publication number: DE2262962C3
Application number: DE2262962A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr.-Ing. Dorn; Dietmar Ing.(Grad.) Siegmund
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1978-08-10
Also published as: FR2211656A1; CH566839A5; DE2262962A1; DE2262962B2; NL7316814A; GB1421670A

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

' 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.

In den Zeichnungen veranschaulicht

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 zugeo^rdnet, 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-*

I*V 11011IgCSIIIaIlCt

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.

Der Spannungswert u, welcher proportional dem

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

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