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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung
zum Überwachen des Arbeitsvorgangs beim Herstellen von Gewinde-Rohrverbindungen,
insbesondere auf eine Vorrichtung zum Steuern des bei einem solchen Arbeitsvorgang
aufgebrachten Drehmoments und der Anzahl von Umdrehungen.
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Wenn zu einem C)l- oder Gasvorkommen ein Loch gebohrt worden ist,
werden Rohrleitungen in das Bohrloch gelassen, um das Öl oder Gas aus der Ablagerungzu
entfernen. Die Rohrleitungen werden an der Bohrstelle aus Rohrabschnitten zusammengesetzt,
die an einem Ende mit einem Außengewinde ausgestattet sind und an ihrem anderen
Ende ein mit einem Innengewinde versehenes Gehäuse aufweisen, oder die an beiden
Enden Außengewinde aufweisen, die jeweils in ein Innengewinde eines Kupplungsrings
eingeschraubt werden.
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Wenn die Rohrabschnitte miteinander verbunden werden, werden sie in
das Bohrloch gelassen. Jeder Rohrabschnitt wird auf das obere Ende der Rohrleitung
montiert, in-dem eine Leistungs-Greifereinheit verwendet wird, welche ein drehendes
Zangenglied zum Greifen des Rohrs und einen Motor zum Drehen des Zangengliedes aufweist.
Der Motor dreht den Rohrabschnitt, bis er in dem gewünschten Maße festsitzt.
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Die Verbindung muß fest genug sein, um eine Undichtigkeit zu vermeiden
und um eine hohe Verbindungsstabilität zu gewährleisten, die Verbindung darf jedoch
nicht so fest sein, daß die für ein Leck inFrage kommenden Gewinde beschädigt werden.
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Bei herkömmlichen Verfahren wurde das aufgebrachte Drehmoment bestimmt,
um zu dem gewünschten Festigkeitsgrad der Verbindungen zu gelangen. Bei einem Verfahren
wurde der maximale Ausgangsdruck der einem pneumatisch getriebenen Greifermotor
zugeführten Luft eingestellt, um das erforderliche Maximaldrehmoment zu liefern,
wie es von den Verbindungseigenschaften und den Eigenschaften der Greifereinheit
vorgegeben wurde. Das richtige Drehmoment wurde auf diese Weise erzeugt, wenn der
Greifermotor blockierte. Bei einem anderen Verfahren wurde die Anzahl von Umdrehungen
gezählt, nachdem die Gewinde miteinander an einem "handfesten Punkt in Eingriff
gekommen waren. Diese üblichen Techniken sind insofern nicht zufriedenstellend,
da das gewinschte Drehmoment zu früh vorliegen kann, beispielsweise dadurch, daß
die Gewinde beschädigt oder verschmutzt sind.
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Ein bekanntes Gerät, mit dem versucht wurde, das Problem zu lösen,
enthielt eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, welches die Anzahl von Umdrehungen
des Rohrabschnitts anzeigte, nachdem ein gegebenes Drehmoment durch eine essvorrichtung
gemessen wurde. Mit dem Gerät wurde vor einer schlechten Verbindung gewarnt, wenn
ein bestimmtes Drehmoment gemessen wurde, bevor eine minimale Anzahl von Umdrehungen
stattgefunden hatte, oder wenn die maximale Anzahl von Umdrehungen gemessen wurde,
bevor ein bestimmtes Drehmoment festgestellt wurde. Das Gerät zeigte eine gute Verbindung
nach dem Messen eines bestimmten Drehmomentwertes zwischen den Messungen der minimalen
und maximalen Anzahl von Umdrehungen an. Ein derartiges Gerät ist in der US-Patentschrift
3 368 396, erteilt am 13. Februar 1968, beschrieben. Verbesserungen eines solchen
Gerätes
sind in den US-Patentschriften 3 606 664 (ausgegeben am
21. September 1971), 3 745 820 (ausgegeben am 17. Juli 1973) und 4 091 451 (ausgegeben
am 23. Mai 1978) beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Einrichtung zum Erzeugen eines
Ist-Drehmomentsignals in einer Vorrichtung zum Herstellen von Gewindeverbindungen
aus einem Paar zusammenwirkender, mit Gewinden versehener Elemente. Die Vorrichtung
umfaßt eine Einrichtung zum Drehen eines der Elemente relativ zu dem anderen, eine
Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, welches die Anzahl von Umdrehungen des einen
Elements darstellt, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals1 welches das auf
das eine Element aufgebrachte Ist-Drehmoment repräsentiert sowie eine Einrichtung,
die auf die Signale für die Umdrehungszahl und das ist-Drehmoment anspricht und
die Werte für die Umdrehungszahl und das Ist-Drehmoment anzeigt. Die Einrichtung
zum Erzeugen des Ist-Drehmomentsignals umfaßt enen Wandler zum Erzeugen eines Signals,
dessen Stärke das aufgebrachte Drehmoment darstellt, eine Einrichtung, die auf das
Signal für das aufgebrachte Drehmoment anspricht, um die Stärke des Signals für
das aufgebrachte Drehmoment um einen bestimmten Wert zu versetzen, eine Einrichtung
zum Speichern der Signalstärke des versetzten Signals für das aufgebrachte Drehmoment,
welches ein aufgebrachtes Drehmoment von Null darstellt, und eine Einrichtung, die
auf das Signal für das aufgebrachte Drehmoment und das gespeicherte Drehmomentsignal
anspricht und das Ist-Drehmoment signal mit einer Signalstärke erzeugt, welche die
Differenz darstellt zwischen der Signalstärke des versetzten Signals für das aufgebrachte
Drehmoment und der
Stärke des gespeicherten Signals.
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Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals,
welches repräsentativ ist für das Ist-Drehmoment, welches auf das gedrehte Element
eines Paares zusammenwirkender mit Gewinden versehener Elemente beim Herstellen
einer Gewindeverbindung aufgebracht wird. Das Verfahren enthält folgende Schritte:
Erzeugen eines Signals, dessen Stärke das aufgebrachte Drehmoment darstellt, Versetzen
der Stärke des Signals für das aufgebrachte Drehmoment um einen bestimmten Wert,
Speichern der Signalstärke des versetzten Signals für das aufgebrachte Drehmoment,
welches ein aufgebrachtes Drehmoment von Null darstellt, und Erzeugen des Ist-Drehmomentsignals
mit einer Signalstärke, die repräsentativ ist für den Differenzbetrag zwischen der
Signal stärke des versetzten Signals für das aufgebrachte Drehmoment und der Stärke
des gespeicherten Signals.
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Die Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung zum Herstellen von
Gewindeverbindungen aus einem Paar zusammenwirkender, mit Gewinden versehener Elemente,
wie beispielsweise Rohrabschnitten. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum
Drehen eines der Elemente relativ zu dem anderen, um die Gewinde miteinander in
Eingriff zu bringen, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, welches das auf
das eine Element aufgebrachte Ist-Drehmoment darstellt, eine Einrichtung zum Erzeugen
eines Signals, welches repräsentativ ist für die von dem einen Element tatsächlich
gemachten Umdrehungen, eine Einrichtungzum Erzeugen von Signalen, die vorbestimmte
Maximalwerte für die Signale des tatsächlichen Drehmomentes und die tatsächlichen
Umdrehungen darstellen, und eine Einrichtung, die auf die
vorgegebenen
Maximalwert-Signale, das Signal für das Ist-Drehmoment und das Signal für die tatsächlichen
Umdrehungen anspricht und eine Anzeige liefert, daß der Wert des Ist-Drehmomentsignals
innerhalb eines vorgegebenen Prozentsatzes des vorgegebenen Maximal-Drehmomentwertes
liegt und eine Anzeige dafür liefert, daß der Wert des Signals für die tatsächlichen
Umdrehungen innerhalb eines vorbestimmten Prozent satzes des vorgegebenen Maximal-Umdrehungszahlwertes
liegt.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen von Gewindeverbindungen aus einem
Paar zusammenwirkender, mit Gewinden versehene Elemente werden die Gewinde miteinander
in Eingriff gebracht, eines der Elemente wird relativ zu dem anderen Element gedreht,
das auf das eine Element aufgebrachte Ist-Drehmoment wird überwacht, die von dem
einen Element gemachten Umdrehungen werden gezählt, und es wird angezeigt, wenn
(1) der Wert des Ist-Drehmoments einen bestimmten Prozentsatz eines vorgegebenen
Minimal-Drehmomentwertes überschreitet und der Wert der tatsächlichen Umdrehungen
einen vorgegebenen Minimal-Umdrehungszahlwert überschreitet, oder wenn (2) der Wert
der tatsächlichen Umdrehungen einen vorgegebenen Prozentsatz eines bestimmten Minimal-Umdrehungszahlwertes
überschreitet und der Wert des Ist-Drehmoments einen bestimmten Minimal-Drehmoment
überschreitot.
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Die Erfindung schafft weiterhin eine Steuereinrichtung J8;,r eine
Vorrichtung zum Zusammenbau von Gewindeverbin-@@@@@@, Wj <: beispielsweise Rohrabschnitten,
um eine Veri.'jjl, mit Druckdichtung zu bilden. Die Vorrichtung für {:«r Zusammenbau
umfaßt eine Leistungs-Greifereinheit, die 1 einem Abr>chnitt eines Rohrabschnittpaares
verbunden ist,
um den Rohrabschnitt relativ zu dem anderen Rohrabschnitt
zu drehen, eine Wandlereinrichtung, die auf das auf dem einen Rohrabschnitt aufgebrachte
Drehmoment anspricht und ein Signal erzeugt,welches repräsentativ ist für den aufgebrachten
Ist-Drenmomentwert, sowie eine Einrichtung, die auf das Drehen des einen Rohrabschnitts
anspricht urd ein Signal erzeugt,welches repräsentativ ist für die Anzahl von Umdrehungen,
die der eine Rohrabschnitt machte.
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Die Steuereinrichtung enthält eine Einrichtung zum Erzeugen eines
Signals, welches einen Bezugsdrehmomentwert darstellt, eine Einrichtung, die auf
das Bezugsdrehmomentsignal und das Ist-Drehmomentsignal anspricht und ein Aufwärtszählsignal
sowie ein Abwärtszählsignal erzeugt, wenn der Wert des Ist-Drdmomentsignals größer,
bzw. kleiner ist als der Wert des Bezugsdrehmomentsignals, wobei die Aufwärtszähl-
und Abwärtszählsignale nur erzeugt werden, nachdem der Wert des Ist-Drehmomentsignals
zum erstenmal den Wert des Bezugsdrehmomentsignals überschreitet, eine Einrichtung,
die auf das Signal für die tatsächlichen Umdrehungen anspricht,um die Umdrehungen
zu zählen, wobei die Zähleinrichtung auf das Aufwärtszählsignal anspricht, um einen
Gesamtzählerstanlfür die Umdrehungen in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Umdrehungssignal
zu erhöhen, während die Einrichtung auf ein Abwärtszählsignal anspricht, um den
Gesamtzählerstand in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Umdrehungssignal zu erniedrigen,
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Durchschnitts-Umdrehungszahlsignals, welches
den Gesamtzählerstand der Zähleinrichtung darstellt, und eine Einrichtung, die auf
das Ist-Drehmoment signal und das Durchschnitts-Umdrehungszahlsignal anspricht,
um die Vorrichtung zum Drehen des Rohrabschnitts
zu steuern.
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Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von Gewindeverbindungen,
bei welchem das aufgebrachte Drehmoment und die Umdrehungszahl in einem bestimmten
Bereich liegen. Bei diesem Verfahren werden die zusammenwirkenden Gewindeteile miteinander
in Eingriff gebracht, eines der Teile wird relativ zu dem anderen Teil gedreht,
das auf das eine Teil aufgebrachte Ist-Drehmoment wird überwacht, eine Zählung von
Umdrehungen, die das eine Element nach dem Erreichen des Bezugsdrebmomentwertes
gemacht hat, wird gespeichert, die Umdrehungen werden auf den Gesamtzählerstarf
addiert, wenn das Ist-Drehmoment größer ist als das Bezugsdrehmoment, und die Umdrehungen
werden von dem Gesamtzählerstand subtrahiert, wenn das Ist-Drehmoment kleiner ist
als das Bezugsdrehmoment, und es wird angezeigt, wenn die Werte des Gesamtzählerstandes
und des Ist-Drehmoments innerhalb des Bereiches liegen, der definiert wird durch
vorgegebene Werte für das aufgebrachte Drehmoment und die Anzahl von Umdrehungen.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Qualität von Gewindeverbindungen
zu erhöhen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Genauigkeit
der Messung eines aufgebrachten Drehmomentes beim Herstellen einer Gewindeverbindung
zu erhöhen.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, der Bedienungsperson einer
Leistungs-Greifereinheit (power tolgs unit) mit exakterer Information über das auf
einen Rohrabschnitt
beim Herstellen von Gewindeverbindungen aufgebrachte
Drehmoment zu versorgen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Wahrscheinlichkeit
von Beschädigungen der Gewindeelemente beim Herstellen von Gewindeverbindungen herabzusetzen.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, der Bedienungsperson einer
Leistungs-Greifereinheit eine Anzeige zu liefern, wenn eine Gewindeverbindung nahezu
fertiggestellt ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Anzahl von Umdrehungen
beim Verbinden von mit Gewinden versehenen Elementen exakt zu zählen. Nach einem
bevorzugten Gedanken der Erfindung wird das auf einen gedrehten Rohrabschnitt beim
Herstellen von Gewindeverbindungen aufgebrachte Drehmoment überwacht, und wenn ein
Bezugadrehmomentwert überschritten wird, wird die Anzahl von Umdrehungen gezählt.
Wenn entweder das Ist-Drehmoment oder die tatsächliche Anzahl von Umdrehungen einen
vorgegebenen Minimalwert für den jeweiligen Parameter überschreitet und der Wert
des anderen Parameters einen vorgegebenen Minimalwert überschreitet, jedoch kleiner
ist als ein vorgegebener Maximalwert, so wird eine gute Verbindung angezeigt, und
der Arbeitsvorgang wird beendet. Eine schlechte Verbindung wird vorausgesagt,und
der Arbeitsvorgang wird angehalten, wenn der Wert des Ist-Drehmomentwertes geteilt
durch die tatsächliche Umdrehungszahl außerhalb eines Bereiches von Werten liegt,
der definiert wird durch die Steigungen eines Paares von Grenzlinien sowie vorbestimmten
Minimal-Drehmoment- und Minimal-Umdrehungs-Verten. Der tatsächliche Umdrehungszahlwert
ist eine Zählung, die begonnen wird, wenn
der Ist-Drehmomentwert
zum erstenmal dem Bezugsdrehmomentwert gleicht, wobei der Zählwert erhöht wird,
wenn der Ist-Drehmomentwert größer ist als der Bezugadrehmoment wert und wobei der
Zählwert vermindert wird, wenn der Ist-Drehmomentwert kleiner ist als der Bezugsdrehmomentwert.
Der Null-Drehmomentwert eines Drehmomentwandlers-Ausgangssignals wird um einen Betrag
versetzt, der größer ist als die maximal zu erwartende Drift während des Betriebs
des Drehmomentwandlers. Der Wert des Wandlerausgangssignals wird vor dem Aufbringen
eines Drehmoments gespeichert und von dem Ist-Drehmomentwertsignal beim Herstellen
der Verbindung subtrahiert, um ein Ist-Drehmomentsignal zu erhalten, das bezüglich
Drifterscheinungen kompensiert ist. Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung
wird der Bedienungsperson angezeigt, daß sie sich zum Beendigen des jeweiligen Arbeitsvorgangs
bereithalten soll, wenn entweder das Ist-Drehmoment oder die tatsächliche Umdrehungszahl
innerhalb eines bestimmten Prozentsatzes eines vorgegebenen Minimalwertes für in
jeweiligen Parameter liegt und der andere Parameter einen vorgegebenen Minimalwert
überschritten hat.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erkiutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung
zum Verschrauben von Rohren und eine hierfür geeignete, erfindungsgemäße Steuereinrichtung,
Fig. 2a eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Drehmoment und Anzahl
von Umdrehungen für
typische Rohrverbindungen veranschaulicht,
Fig. 2b eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit des Drehmoments von der
Anzahl von Umdrehungen zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Durchschnittsbildung
zeigt, Fig. 3 ein Blockdiagramm der in dem in Fig. 1 gezeigten Rechner enthaltenen
Rechnerschaltung, Fig. 4 ein Blockdiagramm einer in dem in Fig. 1 gezeigten Rechner
enthaltenen Hilfsschaltung, Fig. 5 ein Blockdiagramm der in der in Fig. 1 gezeigten
Greifereinheit enthaltenen Greiferschaltung, Fig. 6 ein schematisches Diagramm des
in der Greifereinheit nach Fig. 5 enthaltenen Verstärkers, Fig. 7 ein Blockdiagramm
der in den in Fig. 1 dargestellten Eingabe/Ausgabe-Geräten enthaltenen Master-Schaltung,
Fig. 8 ein Diagramm der in dem Drucker nach Fig. 1 enthaltenen Druckerschaltung,
und Fig. 9 ein schematisches Diagramm einer bei der vorliegenden Erfindung verwendeten
Gleichstromversorgung.
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Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Drehmoment- und Umdrehungszahlsteuerung
nach der Erfindung. Eine Leistungs-Greifereinheit 21 greift einen Rohrabschnitt
22 und dreht diesen. Das untere Ende des Rohrabschnitts wird in eine Rohrkupplung
23 gedreht. Die Rohrkupplung wiederum
ist auf das obere Ende eines
Rohrabschnitts 24 geschraubt.
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Der Rohrabschnitt 24 stellt das obere Ende einer Rohrleitung dar,
die sich in ein Bohrloch (nicht gezeigt) erstreckt. Die Leistungs -Greifereinheit
21 ist allgemein bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden.
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Ein oberer Umdrehungszähler 25 fühlt die Umdrehung des oberen Rohrabschnitts
22 ab und erzeugt ein Signal, das eine solche Drehbewegung darstellt. In ähnlicher
Weise fühlt ein unterer Umdrehungszähler 26 die Drehung der Rohrkupplung 23 ab und
erzeugt ein Signal, welches diese Drehbewegung repräsentiert. An der Leftungs-Greiferein
heit 21 ist ein Drehmomentwandler 21 befestigt, der ein Signal erzeugt, welches
repräsentativ ist für das auf den oberen Rohrabschnitt 22 mittels der Greifereinheit
21 aufgebrachte Drehmoment. Die Signale der Zähler 25 und 26 sowie des Wandlers
27 stellen Eingangsgrößen für eine Greifer-Ferneinheit 28 dar. Ein Rechner 29 überwacht
die Signale der Zähler und des Wandlers und vergleicht die vorliegenden Werte dieser
Signale mit von einer Bedienungsperson angegebenen Werten, um der Bedienungsperson
Steuersignale zu liefern. Die Bedienungsperson gibt über ein Eingabegerät, beispielsweise
eine Tastatur, die Bestandteil der Eingabe/Ausgabe-Geräte 31 sein kann, Werte für
niedrige, minimale und maximale Umdrehungen sowie Bezugs-, Minimal- und Maximal-Drehmoment
ein. Das Zählen der Umdrehungen wird durch den Rechner 29 gestartet, wenn die Verbindung
ein Bezugs- oder "handfestes" Drehmoment erreicht. Sind die Kriterien sowohl bezüglich
des Drehmoments als auch der Umdrehungszahl erreicht, so wird dies der Bedienungsperson
mittels eines Ausgabegerätes, wie beispielsweise einer grünen Lampe oder eines Dauertongebers
angezeigt.
Der Rechner kann über eine rote Lampe oder einen gewobbelten hörbaren Ton eine schlechte
Verbindung anzeigen. Dariiberhinaus kann der Rechner ein Abbrechsignal über die
Greifer-Ferneinheit 28 an die Leistungs-Greifereinheit 21 geben, um die Leistungsgreifer
automatisch abzustellen, wenn entweder eine gute oder schlechte Verbindung vorliegt.
Der Rechner 29 kann ferner über einen Drucker 32 Ausgangssignale abgeben, die die
Drehmoment- und Umdrehungswerte darstellen. Der Drucker 32 kann ein Streifenkarten-Aufzeichnungsgerät,
ein Digitaidrucker oder ein Schreiber, beispielsweise ein x-y-Schreiber sein.
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Es sind Tabellen verfügbar von Bereichen von Drehmoment-und Umdrehungswerten,
welche einen Auflagedruck ergeben, der ausreicht, eine Druckdichtüng in einer Rohrverbindung
zu bilden. Abhängig von der Größe, dem Verbindungstyp , der Abstufung und dem Gewicht
für jede Rohrleitung werden Minimal- und Maximalwerte sowohl für das Drehmoment
als auch für die Anzahl der Umdrehungen aus den Tabellen gelesen. Diese Maximal-
und Minimalwerte definieren für eine gute Verbindung eine Fläche. Fig. 2a zeigt
ein typisches Diagramm, in dem das Drehmoment über der Anzahl von Umdrehungen aufgetragen
ist. Das Zählen der Umdrehungen. beginnt erst dann, nachdem eine Metall-zu-Netall-Be
rührung oder eine griffige Zusammenführung erreicht ist; dies ist in der Zeichnung
durch die gestrichelte Linie 42 (REF) angedeutet. Der Drehmomentwert REF stellt
einen Bezugspunkt dar, nach welchem eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen eine
bekannte Spannung in dem Gewinde hervorruft, vorausgesetzt, daß das Gewinde und
dessen Herstellungsmaterial innerhalb der verfügbaren Spezifikationen liegen. In
der Praxis jedoch kann man sich nicht allein auf
die Anzahl von
Umdrehungen verlassen, um richtige Spannungsgrößen bei dem dichtenden Zusammenfügen
der Teile zu gewährleisten, da es praktisch nicht durchführbar ist, die Beschaffenheit
und die Abmessungen jedes einzelnen Gewindes genau zu überprüfen. Ebensowenig liefert
das alleinige Messen des Drehmoments die Gewähr für richtige Spannungswerte und
dichtende Zusammenfügung, da die Abmessungen, die Materialeigenschaften und die
Reibungswerte schwanken. Durch praktische und theoretische Untersuchungen wurde
gezeigt, daß das erstellen von Gewindeverbindungen, die gleichzeitig innerhalb gewisser
Drehmoment- und Umdrehungsparameter liegen, die Güte einer Verbindung gewährleistet.
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Der in Fig. 1 gezeigte Rechner 29 spricht auf die Drehmoment- und
Umdrehungssignale an, um zu bestimmen, wann eine gute Verbindung hergestellt wurde.
Ist entweder ein minimaler D-rehmomentwert oder eine minimale Anzahl von Umdrehungen
erreicht, schaut der Rechner 29 den Minimalwert des jeweils anderen Parameters nach
und signalisiert der Bedienungsperson, daß eine gute Verbindung hergestellt wurde,
falls der Minimalwert des anderen Parameters erreicht wurde, bevor der Maximalwert
für den ersten Parameter erreicht ist. Betrachtet man das in Fig. 2a gezeigte Beispiel,
so sieht man, daß z.B. beim Herstellen der Verbindung entsprechend dem kleinen Kreis
43 der Rechner festgestellt hat,daß die minimale Anzahl von Umdrehungen vor dem
minimalen Drehmomentwert erreicht wurde, und daß der Rechner den Zusammenbau der
Verbindung beendet hat, nachdem der minimale Drehmomentwert erreicht wurde. Andererseits
hat beim Herstellen der Verbindung entsprechend dem kleinen Kreis 44 der Rechner
den minimalen Drehmomentwert erfaßt und daher das Herstellen der Verbindung
gestoppt,
als die minimale Anzahl von Umdrehungen erfaßt wurde. Eine Verbindung, die durch
einen kleinen Kreis 45 repräsentiert wird, hat den maximalen Drehmomentwert erreicht,
bevor die minimale Anzahl von Umdrehungen erreicht war. Dies bedeutet, daß das Gewinde
verschmutzt, rauh, beschädigt, nicht ordnungsgemäß geschmiert war, oder daß die
Toleranzgrenzen des Gewindes überschritten waren. Eine durch einen Kreis 46 angedeutete
Verbindung hat die maximale Anzahl von Umdrehungen erreicht, bevor der minimale
Drehmomentwert erreicht wurde. Dies zeigt ein verschlissenes oder außerhalb der
Toleranzgrenzen liegendes Gewinde, ein schwaches oder falsches Gewinde oder Kupplungsmaterial,
oder vielleicht die Verwendung eines unvorschriftsmäßigen Schmiermittels oder Belags
an.
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Es ist wünschenswert, Verbindungen wie die Beispiele 45 und 46 zu
vermeiden, da sie zeitraubend sind und - wie es im Fall der Verbindung 45 der Fall
ist - die Rohrleitung stärker belasten als es erforderlich ist. Die vorliegende
Erfindung schafft daher eine automatische Voraussage solcher schlechten Verbindungen
und stoppt die Herstellung der Verbindungen. Eine schlechte Verbindung wird vorausgesagt,
wenn nach dem Erreichen eines minimalen Drehmoments das tatsächlich vorhandene Drehmoment
geteilt durch die tatsächliche Anzahl von Umdrenungen größer ist als das Maximaldrehmoment
geteilt durch die Minimalzahl von Umdrehungen. Durch diese Kriterien wird eine Grenze
eines Anzeigebereichs links von der Linie 47 und oberhalb der Minimaldrehmoment-Linie
definiert, wie man in Fig. 2a sicht. Eine schlechte Verbindung wird auch dann vorhergesagt,
wenn nach dem Erreichen einer Minimalzahl von
Umdrehungen das tatsächlich
vorhandene Drehmoment geteilt durch die tatsächliche Anzahl von Umdrehungen kleiner
ist als der Minimal-Drehmomentwert geteilt durch die Maximalzahl von Umdrehungen.
Diese Kriterien definieren die Grenzen eines Anzeigebereichs unterhalb der Linie
48 und rechts von der Linie für die minimale Anzahl von Umdrehungen, wie man in.
Fig. 2a sieht. Nachdem entweder das Drehmoment oder die Anzahl von Umdrehungen einen
entsprechenden Slinimumwert überschreitet, überwacht der Rechner das tatsächlich
vorhandene Drehmoment und die tatsächliche Anzahl von Umdrehungen, um das Fortschreiten
in einen der oben definierten Anzeigebereiche zu verhindern. Wird das Fortschreiten
in einen der Anzeigebereiche erfaßt, so schaltet der Rechner 29 nach Fig. 1 ein
Licht an, welches anzeigt, daß eine schlechte Verbindung hergestellt wird. Der Rechner
29 kann darüberhinaus über die Greifer-Ferneinheit 28 ein Absperrsignal erzeugen,
um die Leistungs-Greifereinheit 21 abzuschalten. Ist einer der beiden Sätze von
Bedingungen erfüllt, so schaltet der Rechner 29 ein Licht an, welches anzeigt, daß
eine schlechte Verbindung hergestellt wird. Der Rechner kann weiterhin über die
Greifer-Ferneinheit 28 ein Absperrsignal erzeugen, um die Leistungs-Greifereinheit
21 abzuschalten.
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Die in Fig. 2a dargestellen Werte für Drehmoment und Anzahl von Umdrehungen
können auch dazu verwendet werden, weitere Warnsignale zu erzeugen. Überschreitet
beispielsweise der tatsächliche Drehmomentwert den Bezugs-Drehmomentwert REF, so
kann ein Lämpchen angeschaltet werden, um der Bedienungsperson zu signalisieren,
von einer hohen auf eine niedrige Arbeitsgeschwindigkeit der Leistungs-Greifereinheit
überzuwechseln. Eine derartige Maßnahme erhöht die Geschwindigkeit, mit der eine
Verbindung hergestellt werden
kann und vermindert die Gefahr von
Beschädigungen der Gewinde auf den Rohrabschnitten oder der Kupplung, falls die
Gewinde nicht korrekt ausgerichtet sein sollten. Wenn die der Herstellung der Verbindung
entsprechende Linie entweder den minimalen Drehmomentwert oder die minimale Anzahl
von Umdrehungen erreicht hat und einen bestimmten Prozentsatz des Minimumwertes
des anderen Parameters darstellt, kann ein Lämpchen angeschaltet werden, um der
Bedienungsperson anzuzeigen, daß sie die Leistungs-Greifereinheit abstellen sollte,
da die Verbindung fast fertiggestellt ist. Typischerweise kann dieser Prozentsatz
bei 90 % liegen. Wenn die der Herstellung der Verbindung entsprechende Linie den
minimalen Drehmomentwert erreicht, bevor ein Umdrehungszahlwert "niedrig" erreicht
ist, kann der Zusammenbau gestoppt werden, da sich wahrscheinlich eine schlechte
Verbindung ergeben wird.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt die Möglichkeit einer automatischen
Umdrehungszahl-Durchschnittsbildung. Beim Herstellen einer Rohrleitung steigt das
Drehmoment nicht linear mit den Umdrehungen an. Ursachen hierfür sind z.B.
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die Windbelastung des Rohres und die Tatsache, daß das Rohr nicht
konzentrisch ist.
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Fig. 2b zeigt eine graphische Darstellung, in der das Drehmoment über
der Anzahl von Umdrehungen aufgetragen ist.
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Eine gerade gestrichelte Linie stellt das durchschnittlich aufgebrachte
Drehmoment dar, und die ausgezogene Wellenlinie stellt das tatsächlich aufgebrachte
Drehmoment dar. Eine Fläche 49 der tatsächlichen Drehmomentlinie erstreckt sich
oberhalb einer Bezugs-Drehmomentlinie REF.
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Die Fläche 49 kann eine oder mehrere Umdrehungszahlungen bedeuten,
bevor das durchschnittliche Drehmoment das Bezugsdrehmoment
überschreitet.
Eine Fläche 50 der tatsächlichen Drehmomentlinle erstreckt sich unterhalb der Bezugsdrehmomentlinie
und kann eine oder mehrere Umdrehiuigszählungen bedeuten, nachdem das durchschnittliche
Drehmoment das Bezugsdrehmoment überschreitet.
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Bisher wurde das Zählen von Umdrehungen angestoßen und ununterbrochen
fortgesetzt, nachdem das tatsächliche Drehmoment die Bezugsdrehmomentlinie REF erreicht
hatte.
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Oft konnten Bedingungen wie die Windbelastung des Rohres oder ein
nicht konzentrisches Rohr verursachen, daß der tatsächliche Drehmomentwert die Bezugsdrehmomentlinie
zu früh erreicht oder überschreitet, was dazu führte, daß falsche Umdrehungen gezählt
wurden. Diese falschen Umdrehungen wurden in großem Umfang ignoriert, oder es wurde
der Bedienungsperson überlassen, auf eine falsche Umdrehungszahl zu achten und entsprechend
zu kompensieren. Somit stellte die falsche Anzahl von Umdrehungen eine Fehlerquelle
dar. Die vorliegende Erfindung stellt bei falschen Umdrehungen die Umdrehungszählung
automatisch richtig. Die Umdrehungen werden in einem Auf/Ab-Zähler gezählt, welcher
die Umdrehungen zählt, wenn das tatsächliche Drehmoment oberhalb der Bezugsdrehmomentlinie
liegt, und der Zähler subtrahiert Umdrehungen, wenn das tatsächliche Drehmoment
unterhalb der Bezugsdrehmomentlinie liegt.
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Beim Zählen kann der Zähler bis herunter auf Null zählen, er kann
jedoch nie negativ werden.
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Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Rechnerschaltung, die in dem in
Fig. 1 dargestellten Rechner 29 enthalten ist.
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Die Rechnerschaltung 29 umfaßt eine Mikroprozessor-Zentral einheit
(CPU) 51, einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher
(PROM) 52 und
einen Schreib/Lese-Speicher (RAM) 53. Ein Taktgeber 54 erzeugt einen Taktimpulszug
für die CPU 51.
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Die Frequenz des Taktimpulszuges bestimmt die zeitliche Ablauffolge
innerhalb der Rechnerschaltung einschließlich der Ausführungszeit für die ProgrammbeSehle.
Das Rechnerprogramm ist in dem PROM 52 in Form einer vorgegebenen Folge von Befehlen
gespeichert. Die OPU 51 erzeugt eine vorbestimmte Anzahl von Adressignalen auf mehreren
Adressleitungen 55, die zu dem PROM 52 führen.
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Letzterer spricht auf die Adressignale an and erzeugt auf mehreren
Datenleitungen 56 Signale, welche die Befehle in Reihenfolge darstellen. Die Adressleitungen
55 und die Datenleitungen 56 sind bidirektional, jedoch kann der PROM 52 nur Adressignale
empfangen und Datensignale abgeben. Der RAM 53 ist ebenfalls an die Adressleitungen
55 und die Daten leitungen 56 geschaltet und dient als Hilfs-oder Zwischenspeicher,
der zwischenzeitlich die voreingestellten Werte für Minimal- und Naximal-Drehmoment
und -Umdrehungszahl sowie Datenpunkte für tatsächliches Drehmoment und tatsächliche
Umdrehungszahl vor einem Druckvorgang speichert.
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Die Rechenschaltung enthält weiterhin einen Statusspeicher 57, der
mehrere Status-Ausgangsleitungen 58 aufweist. Diese Ausgangsleitungen können an-
und abgeschaltet werden, um solche Elemente wie Anzeigelampen und die Umdrehungszähler
zu steuern, wie unten noch eüäutert wird.
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Die Adressleitungen 55 sind an einen Eingangsdecoder 59 und einen
Ausgangsdecoder 61 angeschlossen. Der Eingangsdecoder 59 spricht auf ausgewählte
Adressignale an, um Eingangs-Durchschaltsignale auf mehreren Durchschaltleitungen
62 zu erzeugen. Diese Durchschalt(strobe) Signale werden
zu verschiedenen
anderen Schaltungen gesendet, um zu signalisieren, daß die CPU 51 bereit ist, Daten
von dem Datenbus 63 zu lesen. Der Datenbus 63 umfaßt mehrere Leitungen, die an ein
bidirektionales Sende-Empfangs Glied 64 angeschlossen sind. Das Sende-Empfangs-Glied
64 wiederum ist mit den Datenleitungen 56 verbunden. Die auf dem Bus anstehenden
Daten werden über das bidirektionale Sende-Empfangs-Glied 64 von der CPU 51 gelesen.
Der Ausgangsdecoder 61 spricht auf ausgewählte Adressignale an, um Durchschaltsignale
auf mehreren Durchschaltleitungen 65, die zu dem Statusspeicher 57 und den anderen
unten noch zu erläuternden Schaltungen führen, zu erzeugen.
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Die Ausgabe-Durchschaltsignale zeigen den anderen Schaltungen an,
daß die CPU 51 über das bidiretionale Sende-Empfangs-Glied 64 Daten an sie un? den
Datenbus 63 gesendet hat. Benötigt somit die OPU 51 ein Eingangssignal, wie beispielsweise
einen oberen Umdrehungszählwert, so liefert sie das entsprechende Eingangs-Durchschaltsignal,
indem ein Wort der Eingangsdecoder 59 addressiert wird, und die OPU 51 liest die
benötigte Information über das Sende-Empfangs-Glied 64 von dem Datenbus 63 auf die
Datenleitungen 56. Wenn dieCPU 51 Ausgabedaten erzeugt, beispielsweise Anzeigeinformation,
so erzeugt sie eine Adresse für den Ausgangsdecoder 61, um ein Ausgabe-Durchschaltsignal
zu erzeugen, un die CPU 51 gibt die Information über das bidirektionale Sende-Empfangs-Glied
64 auf den Datenbus 63.
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Während einer normalen Operation führt die Rechenschaltung das Hauptprogramm
aus, indem es Drehmoment- und Umdrehungswerte wiederholt liest, vergleicht und berechnet.
Wenn jedoch eine der beiden Unterbrechungsleitungen 66 ein Eingabesignal empfängt,
führt die OPU 51 Unterprogramme aus, bevor eine Rückkehr zum Hauptprogramm erfolgt.
Ein Unterprogramm
wird zum Treiben der Anzeigen innerhalb der
Eingabe/Ausgabe-Einrichtungen 31 nach Fig. 1 verwendet. Die Anzeigen sind in fünf
Gruppen geschaltet, und jede Gruppe wird während 20 % der Zeit eingeschaltet, während
in 80 % der Zeit keine Einschaltung erfolgt.
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Dies geschieht bei einer Geschwindigkeit, die eine für das menschliche
Auge flimerfreie Anzeige ermöglicht.
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Jede Anzeigegruppe ist für etwa 1 Millisekunde angeschaltet und für
etwa 5 Millisekunden abgeschaltet. Das andere Unterprogramm wird dazu verwendet,
Eingangssignale von einer Tastatur der Eingabe/Ausgabe-Geräte 31 zu lesen. Die CPU
51 führt die Funktion aus, die von der betätigten Taste gekennzeichnet wird, und
sie kehrt anschließend zum Hauptprogramm zurück.
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Die Rechenschaltung 29 erzeugt also zwei Arten von Ausgangsgrößen
und empfängt zwei Arten von Eingangsgrößen.
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Die Ausgangsgrößen des Statusspeichers 57 auf den Leitungen 58 sind
halbpermanent, sie verbleiben entweder im Ein- oder Auszustand, nachdem sie einmal
von der OPU 51 gesetzt sind. Die Ausgabedaten auf den Datenbus 53 werden von anderen
Schaltungselementen nur während derjenigen Zeit gelesen, in der der Ausgangsdecoder
61 ein Ausgabe-Durchschaltsignal auf eine der teitungen 65 erzeugt. Eingabedaten
werden entweder von der CPU 51 angefordert, indem ein Eingabe-Durchschaltsignal
von dem Eingangsdecoder 59 auf einer der Durchschaltleitungen 62 erzeugt wird, oder
die Eingabedaten werden in Abhängigkeit von einem Unterbrechungssignal auf den Unterbrechungsleitungen
66 gelesen.
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Bei dem Taktgeber 54 handelt es sich typischerweise um einen kristallgesteuerten
Oszillator, der an die CPU 51
ein 2-MHz Taktsignal liefert. Die
CPU kann ein Mikroprozessor vom Typ Z-830 sein. Der RAM 53 kann aus vier Schreib/Lese-Speichereinheiten
vom Typ P 2101 A-4 sein, die parallel geschaltet sind. Bei dem PROM 52 kann es sich
um zwei parallel geschaltete, programmierbare Festspeicher vom Typ C 2716 handeln.
Bei dem Eingangsdecoder 59 und dem Ausgangsdecoder 61 kann es sich jeweils um einen
vier zu sechszehn-Decorder vom Typ i14514D handeln. Der Statuaspeicher 57 kann aus
drei dualen 4-Bit-Speichergliedern vom Typ 4508 handeln, die parallel geschaltet
sind. Bei dem bidirektionalen Sende-Empfangs-Glied 64 kann es sich um ein Modell
DB8304B handeln.
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Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Hilfsschaltung, die in dem in Fig.
1 dargestellten Rechner 29 enthalten ist.
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Die Hilfsschaltung 29 erfüllt fünf Funktionen: Zählen der oberen und
unteren Umdrehungszahlen, Umwandeln der Drehmoment-Eingangssignale von analoge in
digitale Form, Decodieren der von der Tastatur kommenden Eingangssignale, Erzeugen
der hörbaren Warnsignale und Erzeugen des Abschaltsignals. Die Zählschaltungen für
obere und untere Umdrehungszahlen sind identisch, so daß hier nur eine der Schaltungen
beschrieben werden soll. Die Eingangsgröße für den oberen Umdrehungszähler 25 oder
den unteren Umdrehungszähler 26 nach Fig. 1 wird über eine Leitung 71 empfangen.
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Typischerweise enthält der Umdrehungszähler einen Mikroschalter oder
einen Annäherungsschalter, der öffnet, bzw.
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schließt, wenn der Rohrabschnitt und die Kupplung gedreht werden.
Das Umdrehungszählsignal wird gefiltert, um ein falsches Auslösen durch Prellen
beim Schließen des Schalters auszuschließen. Das Ausgangssignal des Filters stellt
die Eingangsgröße für ein Monoflop dar. Das Monoflop erzeugt
einen
Impuls hinreichender Dauer, um das Schalterprellen, das beim Öffnen des Schalters
entsteht, auszublenden. Ein Filter und ein Monoflop 72 erzeugen einen Ausgangsimpuls,
der repräsentativ ist für eine Betätigung des Umdrehungszählschalters, und diese
Impuls gelangt an ein Verknüpfungsglied 73. Uber dieses Verknüpfungsglied wird der
Impuls an einen binär codierten Dezimal-Auf/Ab-Zähler 74 (BCD-Zähler) geführt, welcher
von 0 bis 99 zählt. Das Verknüpfungsglied 73 läßt den von dem Filter und dem Monoflop
72 kommenden Impuls nur durch, wenn es durch ein auf einer der Leitungen, die von
dem in Fig. 3 gezeigten Status speicher 57 kommen, anstehendes Statussignal und
ein von einer Entscheidungs schaltung 75 kommendes Signal freigegeben ist. Das Statussignal
auf der Leitung 58 wird nur dann erzeugt, wenn der tatsächliche Drehmomentwert oberhalb
des Bezugsdrehmomentwertes liegt, wie er in Fig. 2a durch die Linie 42 angedeutet
ist. Die Entscheidungsschaltung 75 spricht auf das Ausgangssignal des Zählers 74
und ein auf der Leitung 66 anstehendes Unterbrechungssignal an, um sicherzustellen,
daß die Zähler beim Abwärtszählen nur bis 0 herunter zählen, und daß dann sämtliche
Eingänge abgeschaltet werden. Geschähe dies nicht, und gelänge ein Eingangsimpulsbeim
Zählerstand 0 während der Abwärtszähl-Betriebsart an die Zähler, so würden die Zähler
den Zählerstand 99 annehmen, was falsch ist. Die Entscheidungsschaltung 75 spricht
auf das Unterbrechungssignal an, welches auch bestimmt, ob der Zähler 74 aufwärts
oder abwärts zählt. Weiterhin spricht die Entscheidungsachaltung 75 auf ein von
dem Zähler 74 kommendes Übertragsignal an, welches anzeigt, ob der Zähler auf 0
steht oder nicht.
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Der Gesamtzählerstand des Zählers 74 stellt eine Eingangs
größe
für ein Trigger-Speicherglied 76 dar. Wenn die Rechenschaltung 29 nach Fig. 3 zum
Lesen des Ausgangssignals der Zählerschaltung bereit ist, so erzeugt sie ein Eingabe-Durchschaltsignal
auf einer der Leitungen 62, welches den Drei-Zustands-Ausgang einschaltet und die
Daten auf den Datenbusleitungen 63 erzeugt. Vor diesem Lesevorgang jedoch erzeugt
die Rechenschaltung ein Ausgangs-Durchschaltsignal auf einer der Leitungen 65, umdie
von dem Zähler 74 kommenden Daten in dem Speicherglied 76 festzuhalten. Das Monoflop
72 kann vom Typ MC14528B sein. Der BCD-Auf/Ab-Zähler 74 kann als in Serie geschaltetes
Zählerpaar vom Typ 4510 sein, um eine zweiziffrige Zahl bis zum Wert 99 zählen zu
können. Die Entscheidungsschaltung kann als ODER-Glied ausgebildet sein, dessen
Eingänge an die Unterbrechungsleitung 66 und die Übertragausgänge der beiden Zähler
74 angeschlossen sind.
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Bei dem Speicherglied 76 kann es sich um ein duales 4-Bit-Latch mit
Puffer vom Typ i4C14508B handeln.
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Der Analog/Digital-Wandler enthält einen Operationsverstärker 77 mit
einer Verstärkung von etwa 2. Ein Eingang des Operationsverstärkers ist an eine
Leitung 78 geschaltet, um das Ausgangssignal des Drehmomentwandlers 27 (siehe Fig.
1) zu empfangen. Der Drehmomentwandler 27 enthält typischerweise eine Dehnungsmessbrücke,
die eine Spannung erzeugt, welche proportional ist zu dem gefühlten Drehmoment.
Die Spannung wird in der Greifer-Ferneinheit (Fig. 1) vorverstärkt und auf die Leitung
78 gegeben. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 77 wird von einem Ziffernvoltmeter
79, welches eine Auflösung von einem Millivolt aufweist, gelesen. Das Ziffernvoltmeter
(DVM) 79 ist ein "dual slope"-Integrator mit einer Genauigkeit von plus minus einem
Zählwert über dem gesamten Eingangsspannungsbereich.
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Das Ziffernvoltmeter 79 erzeugt aus dem analogen Eingangssignal ein
vier Ziffern umfassendes digitales Ausgangssignal, welches an das Speicherglied
(latch) 81 gelangt. Darüberhinaus empfängt das Ziffernvoltmeter 79 ein Taktsignal
über eine Leitung 82 von dem Taktgeber 54 (Fig. 3) bei einer Frequenz von etwa 250
EHz, um das Abtasten des analogen Eingangssignals zu steuern. Die Rechenschaltung
nach Fig. 3 erzeugt weiterhin ein Eingangs-Durchschaltsignal auf einer der Leitungen
62, die zu dem Speicherglied 81 führt, um die Ausgangssignale des Ziffernvoltmeters
79 auf den Datenbus 63 zu geben, so daß die Daten von der Rechenschaltung gelesen
werden können.
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Das Durchsohaltsignal startet auch das Ziffernvoltmeter 79 beim nächsten
Lesevorgang des analogen Signals. Die Geschwindigkeit, mit der das Drehmomentsignal
gelesen und an die Rechenschaltung geschickt wird, beträgt etwa 50 Lesevorgänge
pro Sekunde.
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Bei dem Verstärker 77 kann es sich um ein Bauelement des Typs 748
handeln, bei dem Ziffernvoltmeter (DVM) 79 kann es sich um ein Bauelement vom Typ
ICL 7103 und ein Bauelement ICL 8052 handeln. Das Speicherglied 81 kann zwei duale
4-Bit-Speicherglieder (latches) vom Typ MC14508B umfassen.
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Eines der Warnsignale für die Bedienungsperson wird als hörbares Signal
erzeugt. Ein Statusspeichersignal wird auf einer der Statusleitungen 58 von einem
Hörfrequenz-Oszillator 83 empfangen, so daß der Oszillator ein- und ausgeschaltet
wird. Eine zweite Eingangsgröße auf einer der Statusleitungen 58 legt fest, ob ein
Einzelturn oder ein Doppelturn erzeugt wird. Liegt das zweite Signal nicht vor,
so wird ein niederfrequenter akustischer Ton erzeugt.
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Liegt das zweite Signal vor, so werden sowohl hohe als auch niedrige
Frequenzen erzeugt, und diese Signale wechseln sich ab, um einen zwei Töne umfassenden
Wechselturn zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Turnoszillators stellt eine Eingangsgröße
für einen Audioverstärker 48 dar. Der Verstärker erzeugt das Treibersignal für ein
Horn in der Greifer-Ferneinheit 28 (siehe Fig. 1) auf einem Paar von Leitungen 85.
Der Audioverstärker 84 kann ein Paar Verstärker vom Typ LM380 umfassen, die als
Gegentaktschaltung aufgebaut sind. Die in Fig. 3 gezeigte Rechenschaltung erzeugt
weiterhin eines von drei Statussignalen auf entsprechenden Leitungen der Statusleitungen
58. Das Statussignal gelangt an den Audioverstärker 54, um den Verstärkungsgrad
des Verstärkers auszuwählen und dadurch zwischen hoher, mittlerer und niedriger
Lautstärke auszuwählen.
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Der Tastaturdecoder umfaßt einen numerischen Tastaturdecoder 68 und
einen Funktions-Tastaturdecoder 87. Der numerische Tastaturdecoder 86 empfängt über
leitungen 88 von einer numerischen Tastatur (nicht gezeigt) Signale, die die Koordinaten
einer betätigten Taste der Tastatur kennzeichnen. Der numerische Tastaturdecoder
86 erzen gt dann für ein Speicherglied 89 ein Durchschaltsignal sowie Signale, die
eine binär codierte Dezimaldarstellung entsprechend der betätigten Taste auf dem
Datenbus 63.
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In ähnlicher Weise empfängt der Funktions-Tastaturdecoder 87 über
Leitungen 91 Signale, welche die Koordinaten einer betätigten Taste der Funktionstastatur
(nicht gezeigt) darstellen. Der Funktions-Tastaturdecoder 87 spricht auf die auf
den Leitungen 91 anstehenden Signale an und erzeugt ein Durchschaltsignal für das
Speicherglied 89 sowie binär codierte Dezimalsignale entsprechend der betätigten
Taste
auf den Datenbusleitungen 63. Jedes der beiden Durchschaltsignale erzeugt ein Unterbrechungssignal,
das von dem Speicherglied 89 auf der Unterbrechungsleitung 66 an die CPU51 der Rechenschaltung
(siehe Fig. 3) gegeben wird. Die CPU51 spricht auf das Unterbrechungssignal an und
erzeugt ein Eingangs-Durchschaltsignal auf einer der Leitungen 62, die zu dem Speicherglied
89 gelangen. Das Speicherglied erzeugt dann ein Signal auf den Datenbusleitungen
63, welches angibt, in welcher Tastatur eine Taste betätigt wurde. Dann liest die
CPU51 die binär codierten Dezimalsignale von den Datenbusleitungen 63 (diese Signale
sind repräsentativ für die Taste in der gekennzeichneten Tastatur). Die Tastaturdecoder
86 und 87 können jeweils vom Typ 74cm22 sein, bei dem Speicherglied (latch) 89 kann
es sich um ein duales 4-Bit-Speicherglied vom Typ r1C14508B handeln.
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Wenn die Leistungs-Greifereinheit 21 (siehe Fig. 1) automatisch gesteuert
werden soll, so daß sie abschaltet, dann erzeugt die CPU51 ein Statuaspeichersignal
auf einer der Leitungen 58, welches an einen Abschaltsignaltreiber 92 gelangt. Dieser
Treiber spricht auf das Statusspeichersignal an und erzeugt auf der Abschaltsignalleitung
93 ein Signal. Das Abschaltsignal auf der Leitung 93 gelangt zu der Greifer-Ferneinheit
28 (siehe Figuren 1 und 5). Der Abschaltsignaltreiber 92 kann eine Transistorschaltereinrichtung
sein, die auf das Statussignal niedrigen Pegels anspricht und ein Leistungssignal
mit höherem Pegel erzeugt, wie es zum Betätigen eines von einem Eblenoid gesteuerten
Ventilsverwendet wird, um die Energie' zufuhr zu der Leistungs-Greifereinheit 21
abzuschalten.
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der in der Greifer-Ferneinheit 28 nach
Fig. 1 enthaltenen Greiferschaltung. Die Greiferschaltung
umfaßt
ein Horn 101, das an die von der in Fig. 4 gezeigten Audioschaltung kommenden Hornsignalg
leitungen 85 angeschlossen ist. Das Horn 101 erzeugt separate hörbare Warnsignale
für gute und schlechte Verbindungen. Die Abschalt signalleitung 93 läuft von der
Hilfsschaltung 29 (siehe Fig. 4) durch die Greiferschaltung 28 zu der Leistungs-Greifereinheit
21 (siehe Fig. 1); Die Umdrehungssignalleitungen 71 laufen von den in Fig. 1 dargestellten
Umdrehungszählern 25 und 26 durch die Greiferschaltung 28 zu den Umdrehungszählerschaltungen
der in Fig. 4 dargestellten Hilfsschaltung 29.
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Die Greiferschaltung 28 enthält eine fünfziffrige Anzeige für das
tatsächliche oder Ist-Drehmoment im Echtzeitbetrieb und vier Statuslämpchen, die
gute und schlechte Verbindungen, ein Ist-Drehmoment oberhalb des Bezugsdrehmoments
anzeigen und eine Warnung für die Bedienungsperson abgeben, damit diese bereit ist,
die Leistungs-Greifereinheit anzuhalten. Ein Speicherglied 102 empfängt über eine
Leitung 103 ein Durchschaltsignal und über Datenleitungen 104 von einer weiter unten
noch zu erläuternden Masterschaltung 4 Bits binär codierter Dezimaldaten. Die auf
den Leitungen 104 anstehenden Daten werden in dem Speicherglied 102 gespeichert
und an einen BCD-Dezimal-Decoder 105 abgegeben. Der Decoder 105 erzeugt Ausgangssignale
für eine Zifferntreiberschaltung 106, damit bestimmte Ziffernstellen der fünfziffrigen
Änzeigereinheit 107 freigegeben werden. Ein speichernder Decoder 108 empfängt über
eine Leitung 109 ein Durchschaltsignal und über die Leitungen 104 von der Masterschaltung
Datensignale. Die Datensignale werden in dem Decoder 108 gespeichert, und der Decoder
erzeugt Sieben-Segment-Signale für einen Segmenttreiber 111, der ausgewählte Segmente
derjenigen Ziffer freigibt, die in der fünfziffrigen Anzeigeeinheit 107 ausgewählt
ist.
Auf diese Weise werden dieselben Datenleitungen 104 sowohl dazu verwendet, eine
von fünf Anzeigeziffern auszuwählen als auch dazu, eine der Ziffern 0 bis 9 in der
ausgewählten Ziffernstelle der Anzeige einrichtung 107 auszuwählen. Die anzuzeigenden
Daten stellen das Ist-Drehmoment im Echtzeitbetrieb dar.
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Bei dem Speicherglied 102 kann es sich um ein duales 4-Bit-Speicherglied
vom Typ 4508 handeln. Der Decoder 105 kann ein BCD-Dezimal-Decoder vom Typ 4028
sein; der Zifferntreiber 106 kann ein DI220-Treiber sein, der in Serie mit einem
DI602-Treiber geschaltet ist. Im typischen Fall wird der Treiber derart freigegeben,
daß er etwa ein 200-Volt-Signal an die ausgewählte Ziffernstelle gibt.
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Der speichernde Decoder 108 kann ein BGD-7-Segment-Decoder vom Typ
4511 sein, bei dem Segmenttreiber kann es sich um einen DI220-Treiber handeln. Typischerweise
ist die Anzeigeeinrichtung 107 als fünfstellige, sieben Segmente umfassende Gasentladungsröhre
ausgebildet.
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Ein durch den Drehmomentwandler 27 (siehe Fig. 1) erzeugtes Signal
wird über eine Leitung 112 als Eingangsgröße eines Verstärkers 113 empfangen. Der
Verstärker 113 verstärkt das Drehmomentsignal vor und erzeugt auf der Leitung 78
ein Signal, welches an den Verstärker 77 des in Fig. 4 dargestellten Analog/Digital-Wandlers
gelangt. Der Verstärker 113 enthält eine automatische Nulleinstellung, die weiter
unten im Zusammenhang mit der Erläuterung der Figur 6 diskutiert werden soll.
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Die Greiferschaltung 28 umfaßt ferner Statuslämpchen für die Bedienungsperson.
Von der Rechnerschaltung 29 nach
Fig. 3 wird auf entsprechenden
Statusspeicherleitungen 58 an Lampentreiber 1114 eine Gruppe von vier Statussignalen
geliefert; diese Statussignale sind kennzeichnend dafür, daß das Ist-Drehmoment
oberhalb des Bezugsdrehmomentes (REF) liegt, ferner die Bereitschaft zum Abschalten,
eine gute Verbindung und eine schlechte Verbindung. Ein separater Treiber für jede
Lampe spricht auf das entsprechende Statussignal an, indem er eine Klemme einer
vn mehreren Glühbirnen 115, 116, 117 und 118 erdet; die andere Seite jeder Lampe
ist an eine Energiequelle von + 12 Volt geschaltet. Bei den Treibern 1114 handelt
es sich vorzugsweise um Schalttransistoren, deren Basiselektrode mit der Statusspeichersignalleitung
583 verbunden ist, während der Kollektor an die entsprechende Lampe und der Emitter
auf Erdpotential bezüglich der 12-Volt-Netzspannung geschaltet ist.
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Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm des Verstärkers 113 der in Fig.
5 dargestellten Greiferschaltung 28. Eines der Probleme, die sich bei der Verwendung
eines Drehmomentsignals auf Echtzeitbasis ergeben, steht in der Drift des Analogsignalpegels.
Der Verstärker 113 kann einen Operationsverstärker 14 vom Typ 725 aufweisen. Der
invertierende Eingang 114-2 und der nichtinvertierende Eingang 114-3 sind an den
in Fig. 1 gezeigten Drehmomentwandler 27 angeschlossen.
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Ein Potentiometer 115 liegt in Serie zwischen dem Eingang 114-2 und
einer Eingangsleitung, die von dem Drehmomentwandler 27 kommt. Das Potentiometer
115 wird zum Einstellen des Offset des Operationsverstärkers 114 verwendet. Der
Offset ist derart bemessen, daß das Ausgangssignal für einen Drehmomentwert von
Null niemals unterhalb von 0 Volt driften wird. Der Rechner liest die Ausgangsspannung
auf
der Leitung 78 und subtrahiert diesen Wert von jeder Ist-Drehmomentspannungsablesung,
um die tatsächlichen Drehmomentablesewerte zu erhalten. Die Offsetspannung wird
jedesmal, wenn eine Verbindung fertiggestellt ist, in dem Rechner zurückgestellt.
Ein Potentiometer 116 liegt zwischen einem Paar von Offset-Eingängen 114-1 und 114-8
des Verstärkers 114. Ein Abgriff des Potentiometers 116 ist an eine positive 10-Volt-Versorgung
(nicht gezeigt) angeschlossen und wird dazu verwendet, die Betriebsparameter des
Verstärkers 114 auf den stabilsten Zustand einzustellen.
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Bei dem Wandler 27 handelt es sich typischerweise um eine Dehnungsmessbrücke,
die eine Spannung erzeugt, welche proportional ist zu der durch die Leistungs-Greifereinheit
21 hervorgerufenen Beanspruchung. Der Rechner multipliziert den Beanspruchungs-
oder Spannungswert mit der Länge des Greiferarms (typischerweise 22,9 bis 152,4
cm), um den Ist-Drehmomentwert zu bestimmen.
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Fig. 7 zeigt eine Masterschaltung, die in den in Fig. 1 gezeigten
Eingabe/Ausgabe-Geräten enthalten ist. Die Masterschaltung 31 umfaßt eine Anzeigeschaltung
für sämtliche der Bedienungsperson anzuzeigenden Informationen mit Ausnahme der
Anzeigeeinrichtungen, die in der in Fig. 5 gezeigten Greiferschaltung 28 enthalten
sind. Ein speichernder Decoder 121 ist an vier der Datenbusleitungen 63 angeschlossen,
um Daten zu empfangen, welche eines bis sieben für eine dezimale Ziffer freizugebende
Segmente darstellen.
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Die CPU51 (siehe Fig. 3) erzeugt ein Ausgangs-Durchschalt signal auf
einer der Leitungen 65, um die Daten in dem speichernden Decoder 112 festzuhalten.
Dann wird die Information
in dem Decoder 121 an einen Segmenttreiber
122 gegeben, der Signale abgibt, um eines bis sieben Segmente einer Dezimal-Ziffernanzeige
freizugeben, die in einer von mehreren zwei- bis fünfziffrigen Anzeige einrichtungen
123 enthalten ist. Ein Speicherglied 124 ist an fünf der Datenbusleitungen 63 angeschlossen,
um Information betreffend die Auswahl einer von fünf anzuzeigenden Ziffern zu empfangen.
Die in Fig. 3 gezeigte CPU51 erzeugt auf einer der Ausgangsleitungen 65 für das
Speicherglied 124 ein Ausgangs-Durchschaltsignal, um die Daten zu speichern, die
dann an einen Zifferntreiber 125 gelangen. Der Zifferntreiber 125 decodiert die
Daten und gibt die ausgewählte Ziffer in der Anzeige 123 frei. Die Anzeige 123 ist
repräsentativ für eine separate Anzeige für jeden folgender typischer Werte: Eine
dreiziffrige Verbindungszahl, eine fünfziffrige Zahl entsprechend dem tatsächlichen
maximalen Drehmomentwert, eine fünfziffrige Anzeige entsprechend dem tatsächlichen
Drehmomentwert, eine zweiziffrige Anzeige für die obere Umdrehungszahl, eine zweiziffrige
Anzeige für die untere Umdrehungszahl, eine zweiziffrige Anzeige für den maximalen
eingestellten Umdrehungswert, eine zweiziffrige Anzahl für den minimalen eingestellten
Umdrehun'gswert, eine zweiziffrige Anzeige für einen eingestellten niedrigen Umdrehungswert,
eine fünfziffrige Anzeige für einen eingestellten Bezugs-Drehmomentwert, eine fünfziffrige
Anzeige für einen eingestellten Minimal-Drehmomentwert, eine fünfziffrige Anzeige
für einen eingestellten Maximal-Drehmomentwert und eine fünfziffrige Anzeige für
einen über die Tastatur eingegebenen Wert.
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Bei dem speichernden Decoder kann es sich um einen BCD-7-Segment-Decoder
vom Typ 4511 handeln, der an einen DI220-Treiber angeschlossen ist. Bei dem Speicherglied
124 kann
es sich um ein duales 4-Bit-Latch vom Typ 4508 handeln,
welches an einen DI220-Treiber angeschlossen ist, wobei der Treiber wiederum an
einen DI602-Treiber angeschaltet ist. Typischerweise handelt es sich bei jeder Ziffernstelle
der Anzeigeeinrichtung 123 um eine sieben Segmente umfassende Gasentladungsröhre.
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Ein Multivibrator 128, ein Treiber 129 und eine Leuchtdiode 131 sind
repräsentativ für ein Paar von Schaltungen, um niedrigen Druck und Netzausfall anzuzeigen.
Ein auf der Leitung 132 anstehendes Signal "niedriger Druck" oder ein auf der Leitung
133 anstehendes Signal "Netzabfall' bildet die Eingangsgröße für den Multivibrator
128, um diesen anzuschalten. Der Multivibrator 128 erzeugt einen Impulszug, um den
Treiber 129 und die Leuchtdiode 131 mit einer Frequenz ein- und auszuschalten, die
für das menschliche Auge als flimmerndes Licht erkennbar ist. Auf diese Weise wird
die Bedienungsperson gewarnt, daß der für die Sigensicherheit verwendete Gasvorrat
niedrigeren Druck hat, oder daß fiir die Steuerschaltung ein Netzausfall vorliegt.
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Hierdurch hat die Bedienungsperson Zeit, Gegenmaßnahmen zu ergreifen
oder die Anlage abzuschalten, um nicht die erzeugte Information zu verlieren.
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Ein Treiber 134 und eine Leuchtdiode 135 sind hier repräsentativ für
mehrere Warnlämpchen. Die CPU51 (siehe Fig. 3) erzeugt ein Statussignal auf einer
der Statusleitungen 58, welches an den Treiber 134 gelangt, so daß die Leuchtdiode
135 angeschaltet wird. Die angeschaltete LED kann eine der nachstehend aufgeführten
Bedingungen anzeigen: Umdrehungszahl-Durchschnittsblldung ein, wobei die Zähler
nach Fig. 4 aufwärts zählen, wenn das Ist-Drehmoment oberhalb
des
Bezugsdrehmomentes liegt und abwärts zählend, wenn das Ist-Drehmoment unterhalb
des Bezugsdrehmomentes liegt, bis ein minimaler Wert von 0 erreicht ist; automatische
Voraussage, wobei gute und schlechte Verbindungen automatisch vor ihrer Fertigstellung
vorhergesagt werden; Doppel-Verbindungsvorgarg, wobei ein Rohrabschnitt auf eine
Kupplung geschraubt wird, welche auf das obere Ende einer Rohrleitung geschraubt
wird; Drucker ein; Daten vollständig; automatisches Abschalten ein; Dateneingabe
von den Tastaturen; Bezugsdrehmoment; Bereithalten zum Stoppen; gute Verbindung;
schlechte Verbindung; geringe Lautstärke für das Horn; mittlere Lautstärke für das
Horn und große Lautstärke für das Horn.
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Die Masterschaltung 31 weist ferner ein Speicherglied 134 auf, bei
dem es sich um ein Bauelement vom Typ i'14508B handeln kann. Das Speicherglied 136
ist an fünf der Datenbusleitungen 63 geschaltet, um Information bezüglich der Anzeige
in der Greiferschaltung 28 (siehe Fig. 5) zu empfangen. Die CPU51 nach Fig. 3 erzeugt
ein Ausgangs-Durchschaltsignal auf einer der Leitungen 65 für das Speicherglied
136, um die Daten zu speichern, die dann als Durchschalt- und Datensignale auf den
Leitungen 103, 104 und 109 an die Masterschaltung 131 CFig. 7) gelangen.
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Fig. 8 ist eine teilweise als Blockdiagramm, teilweise als schematisches
Diagramm gehaltene Übersicht über die in dem Drucker 32 CFig. 1) enthaltene Druckerschaltung.
Der Drucker erstellt eine andauernde Aufzeichnung des Ist-Drehmomentwertes und Ist-Umdrehungszahlen
während der Herstellung einer Verbindung. Ein Speicherglied 141 ist an die Datenbusleitungen
63 geschaltet, um Signale zu empfangen,
die die zu druckenden Daten
darstellen. Die in Fig. 3 gezeigte CPU51 erzeugt ein Ausgangs-Durchschaltsignal
auf einer der Leitungen 65 für das Speicherglied 141, um die Daten von den Leitungen
63 zu speichern. Die Daten des Speichergliedes 141 werden zu Treiberschaltungen
142 gegeben, die an die Elektroden 143 geschaltet sind. Typischerweise sind sieben
Elektroden vorgesehen, um eine 5 x 7-Punktmatrix zu drucken, indem von einer Papierunterlage
eine Aluminiumbeschichtung abgebrannt wird. Vor dem Druckvorgang liest die CPU51
den Status des Druckers ab. Die CPU51 erzeugt ein Eingangs-Durchschaltsignal auf
einer der Leitungen 62 für einen Kollektor eines Transistors 144 in einer Signalerzeugungsschaltung
145. Das Signal auf der Leitung 62 gibt den Transistor 144 frei, so daß dieser durch
einen Phototransistor 146, der an die Basis des Transistors 144 angeschlossen ist,
an- und abgeschaltet wird. Der Phototransistor 146 spricht auf von einer Glühbirne
(nicht gezeigt) abgestrahltes Licht an, wobei das Licht von den Durchlässen eines
gezahnten Rades (nicht gezeigt) unterbrochen wird. Das Rad wird durch einen Mechanismus
getrieben, welcher den Druckkopf über das Papier bewegt. Auf diese Weise stellt
die Frequenz, mit der der Transistor 141c an- und abgeschaltet wird, die Vorschubgeschwindigkeit
des Druckkopfs dar. Der Kollektor des Transistors 144 ist an die Basis eines Transistors
147 angeschlossen, dessen Kollektor an eine der Datenbusleitungen 63 angeschlossen
ist. Der Transistor 144 schaltet daher den Transistor 147 ein und aus, wobei der
Transistor 147 ein Impulssignal auf der Datenbusleitung erzeugt, um der CPU51 das
Vorrücken des Druckkopfs in dem Drucker anzuzeigen.
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Eine Signalerzeugungsschaltung 148 ist als Block dargestellt. Die
Schaltung ähnelt der Signalerzeugungsschaltung
145. Eine der Eingangs-Durchschaltleitungen
62 von der in Fig. 3 gezeigten Rechnerschaltung ist zur Freigabe an die Signalerzeugungsschaltung
148 angeschlossen. Der andere Eingang der Signalerzeugungsschaltung 148 wird durch
einen Reed-Schalter 149 erzeugt, der an eine positive 5-Volt-Netzspannung angeschlossen
ist. Der Reed-Schalter schließt, wenn der Druckermotor zu laufen beginnt und wird
dazu verwendet, den Motor am Laufen zu halten. Die Signalerzeugu'nga schaltung 148
spricht auf das durch das Schließen des Reed-Schalters 149 erzeugte Signal an und
erzeugt ein Signal auf einer der Datenbusleitungen 63 für die CPU51, um anzuzeigen,
daß der Reed-Schalter geschlossen wurde.
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Eine der Ausgangs-Durchgangsleitungen 65 ist an einen Eingang 151-1
eines ODER-Gliedes 151 geschaltet, welches derart verschaltet ist, daß es als Monoflop
dient, um an dem Ausgang 151-3 einen Impuls zu erzeugen. Der durch das ODER-Glied
151 erzeugte Impuls wird von einem Eingang 152-1 zu einem Ausgang 152-3 eines ODER-Gliedes
152 geleitet, wobei der Ausgang an die Basis eines Transistors 153 geschaltet ist.
Der Transistor 153 ist mit seinem Kollektor an die Basis eines Transistors 154 sowie
an die Basis eines Transistors 155 angeschlossen. Der Transistor 154 und ein Transistor
156 bilden eine Darlington-Schaltung, der Transistor 155 sowie ein Transistor 157
bilden ebenfalls eine Darlington-Schaltung, wobei der Emitter des Transistors 156
und der Kollektor des Transistors 157 an eine Seite eines Permanentmagnetotors 158
angeschlossen sind. Die andere Seite des Permanentmagnetmotors 158 ist an ein Paar
Transistoren 159 und 161 sowie eine Zener-Diode 162 angeschlossen; die letztgenannten
Bauelemente bilden eine geregelte Spannungsversorgung. Wenn der Transistor
153
abgeschaltet wird, schalten die Transistoren 154 und 156 an, so daß die Versorgungsapannung
an beide Seiten des Permanentmagnetenmotors gelangt und der Motor abgeschaltet wird.
Wenn der Transistor 153 angeschaltet wird, werden die Transistoren 155 und 157 angeschaltet,
um eine Seite des Permanentmagnetmotors zu erden, wodurch der Motor angeschaltet
wird. Wenn der Reed-Schalter 159 schließt, sind die Transistoren immer noch angeschaltet,
um den Permanentmagnetmotor 153 am Laufen zu halten.
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Der Reed-Schalter 149 wird am Ende jeder Druckzeile geöffnet, so daß
die CPU57 einen weiteren Ausgangs-Durchschaltimpuls auf der Leitung 65 erzeugen
muß, der an das ODER-Glied 151 gelangt, um eine nachfolgende Zeile zu drucken. Das
Speicherglied 141 kann ein duales 4-Bit-Speicherglied vom Typ MC145083B sein.
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Die Bedienungsperson verwendet also eine Tastatur, die eines der Eingabe/Ausgabe-Geräte
31 nach Fig. 1 ist (nicht dargestellt), um sechs voreingestellte Drehmoment-und
Umdrehungswerte, einen Wert für die Drehmoment-Hebelarmlänge und eine Verbindungsnummer
anzugeben. Jeder dieser Parameter wird kontinuierlich durch eine der Anzeigevorrichtungen
123 der in Fig. 7 gezeigten Master schaltung angezeigt. Die in Fig. 3 dargestellte
Rechnerschaltung vergleicht die tatsächlichen Umdrehungszahlen und das Ist-Drehmoment
mit diesen voreingestellten Werten bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Ein Lämpchen
117 "gut" entsprechend Fig. 5 und eine Leuchtdiode 135 (siehe Fig. 7) werden angeschaltet,
und von dem in Fig. 5 gezeigten Signalhorn 101 wird ein Ton abgegeben, wenn sowohl
der Ilinimal-Drehmomentç;ert als auch der Minimal-Umdrehungswert erreicht sind,
ohne daß entweder der Maximal-Drehmomentwert
oder der Maxitnal-Umdrehungswert
überschritten ist. Eine schlechte Verbindung wird dadurch angezeigt, daß das in
Fig. 5 gezeigte Lämpchen 118 und eine Leuchtdiode 135 (siehe Fig. 7) angeschaltet
werden und von dem in Fig.5 gezeigten Signalhorn 101 ein gewobbelter Ton abgegeben
wird, wenn der Maximalwert für entweder das Drehmoment oder die Umdrehungszahl erreicht
ist, bevor der Minimalwert für den jeweils anderen Parameter erreicht ist (Verbindung
45 in Fig. 2a), oder wenn der minimale Drehmomentwert erreicht ist, bevor die Umdrehungszahl
"niedrig" gemäß Fig. 2a erreicht ist. Der Rechner zeigt auch dann eine schlechte
Verbindung an, wenn nach dem Erreichen des Minimal-Drehmomentwertes der Anstieg
der Arbeitskurve größer ist als der Anstieg der Grenzkurve 47 nach Fig. 2a oder
wenn nach dem Erreichen des Minimal-Umdrehungswertes der Anstieg der Arbeitslinie
kleiner ist als der Anstieg der Begrenzungslinie 48 nach Fig. 2a. Die zuletzt genannten
Bedingungen bedeuten, daß die Herstellung einer unbrauchbaren Verbindung vorausgesagt
wird. Durch die Möglichkeit der automatischen Voraussage ist die Bedienungsperson
in der Lage, die Herstellung der Verbindung anzuhalten, bevor entweder das Rohr
oder die Kupplung beschädigt wird. In der Betriebsart mit automatischer Abschaltung
wird ein Abschaltsignal auf der Leitung 93 (siehe Fig. 4 und 5) erzeugt, um die
Leistungs-Greifereinheit 21 zum Anhalten zu bringen, nachdem entweder eine Bedingung
für eine gute oder eine schlechte Bedingung erreicht ist. Durch diese Möglichkeit
wird eine Beschädigung der Verbindung verhindert, welche dadurch verursacht werden
könnte, daß die Bedienungsperson ein rasches Lösen der Leistungs-Greifereinheit
nicht bewerkstelligen kann. Ein weiteres Merkmal, welches zum Verhindern einer Beschädigung
beiträgt, ist das Anschalten
des Lämpchens 116 "bereit" (siehe
Fig. 5) und einer Leuchtdiode 135 (siehe Fig. 4), wenn die Arbeitslinie innerhalb
eines vorbestimmten Prozentsatzes des Minimalwertes eines Parameters liegt, nachdem
der Minimalwert für den anderen Parameter erreicht ist, wobei die beiden Parameter
das Drehmoment und die Umdrehungszahl sind.
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Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm einer Gleichspannungsversorgung,
die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Eingänge für die Versorgungsschaltung
sind eine Gleichspannungseingangsleitung 171, die an einen (nicht gezeigten) Gleichrichter
angeschlossen ist, der die Primär-Leistungsquelle für die vorliegende Erfindung
darstellt.
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Eine Leitung 172 ist an eine Batterie angeschlossen, die eine sekundäre
Leistungsquelle für die vorliegende Erfindung bildet. Die Energieversorgung arbeitet
bei Eingangsspannungen zwischen 10 und 18 Volt. Wenn die Eingangsspannung unter
10 Volt abfällt, wird die Batterie dazu verwendet, den Rechner für 30 bis 45 Minuten
zu betreiben.
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Wenn die Batterie auf etwa 10 Volt entladen ist, wird der Rechner
automatisch abgeschaltet, um zu verhindern, daß die Batterie durch eine zu große
Entladung beschädigt wird.
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Ist die Netz-Gleichspannung vor der automatischen Abschaltung wieder
verfügbar, so wird die Batterie automatisch abgeschaltet. Auf diese Weise verhindert
die Batterie, daß der Rechner die gespeicherten laufenden Werte verliert, wenn die
externe Energieversorgung ausfällt. Die Energieversorgungsquelle erzeugt geregelte
Ausgangsspannungen bei +5 Volt, +10 Volt, + oder - 15 Volt, minus 45 Volt und +
200 Volt sowie eine nichtstabilisierte Spannung von +12 Volt.
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Eine Leitung 173 "einschalten" und eine Leitung 174 aus
schalten"
liegen jeweils an der Basis eines Transistors 175, beziehungsweise 176. Der Transistor
175 ist mit seinem Kollektor an die Leitung 171 geschaltet, während sein Emitter
an eine Relaisspule 177 angeschlossen ist.
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Wenn ein (nicht gezeigter) Schalter auf der Frontplatte eingeschaltet
wird, wird ein Signal auf der Leitung 173 erzeugt, um den Transistor 175 einzuschalten.
Dieser erregt dann die Relaisspule 177, um die Relaiskontakte 178 aus der in der
Zeichnung dargestellten Stellung in die andere Stellung umzuschalten. Dieser Vorgang
verbindet die Leitung 171 mit der Relaisspule 177, um die Schalterkontakte 178 in
der Stellung "Netz ein" festzuhalten. Der Transistor 176 ist mit seinem Kollektor
an die Relaisspule 177 geschaltet, der Emitter liegt auf der Masse der Energieversorgung.
Wenn der (nicht gezeigte) Schalter auf der Frontplatte ausgeschaltet wird, wird
auf der Leitung 174 ein Signal erzeugt, um den Transistor 176 anzuschalten und dadurch
die Relaisspule 177 zu entregen, wodurch die Schalterkontakte 178 in die gezeigte
Stellung zu bringen, damit die Energieversorgung abgeschaltet wird.
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Der Inverterteil der Energieversorgung arbeitet in einer Rücklauf-Betriebsart.
Ein stromgesteuerter Multivibrator 179, der vom Typ MC3380P sein kann, schaltet
ein Paar von Transistoren 181 und 182 an, um einen Stromfluß in der Primärwicklung
eines Transformators 183 hervorzurufen. Wenn die Transistoren 181 und 182 durch
den Multivibrator 179 abgeschaltet werden, lädt der induktive Rückstoß des Transformators
183 verschiedene Filterkondensatoren über die Sekundärwicklung des Transformators
und zugehörige Dioden. Die auf einer +5-Volt-Leitung 184 vorhandene
Spannung
wird durch einen Operationsverstärker 185, der vom Modell MC1748CP sein kann, abgefühlt.
Der Operationsverstärker 185 steuert die Wiederholungsge schwindigkeit des Multivibrators
179 an einem Eingang 179-6. Wenn die Ausgangsgröße auf der Leitung 184 unter 5 Volt
abfällt, spricht der Multivibrator 179 darauf an, indem er Impulse erzeugt, welche
die Transistoren 181 und 182 bei einer höheren Geschwindigkeit ein- und ausschalten.
Wenn die auf der Leitung 184 anstehende Spannung über 5 Volt ansteigt, so verlangsamt
der Multivibrator 179 die Impulsgeschwindigkeit. Da die an allen Sekundärwicklungen
des Transformators vorliegende Spannung allein durch das Windungszahlverhältnis
und die Widerstandsverluste jeder der Sekundärwicklungen bestimmt wird, werden sämtliche
Ausgangsspannungen entsprechend der Bünf-Voltspannung stabilisiert.
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Ein separater Spannungsstabilisator 185, der von Modell LM317P sein
kann, wird von der +15-Volt-Ausgangsgröße betrieben, um eine stabilisierte positive
10-Volt-Ausgangsspannung auf einer Leitung 186 zu erzeugen; diese Ausgangsspannung
wird dazu verwendet, die Dehnungsmessbrücke zum Messen des Drehmoments zu erregen.
Da Schwankungen dieser Spannung sich direkt auswirken auf die Genauigkeit des Drehmoment-Umdrehungs-Rechners,
ist für diese 10-Volt-Versorgung eine exaktere Stabilisierung erforderlich.
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Die stabilisiterten 10 Volt stellen weiterhin eine Bezugsspannung
für den Umschaltpunkt von externer Versorgung auf Batterieversorgung dar. Das 10-Volt-Signal
wird an die Basis eines Transistors 187 gegeben, dessen Emitter mit einem Emitter
eines Transistors 188 verbunden ist. Die Transistoren 187 und 188 funktionisren
als Differentialpaar,
wobei der Transistor 188 mit seiner Basiselektrode
an die Gleichspannungs-Eingangsleitung 171 angeschlossen ist. Wenn die Eingangsspannung
auf der Leitung 171 unter den 10-Volt-Pegel auf der Leitung 186 abfällt, schaltet
der Transistor 187 an, wodurch ein Transistor 189, der an den Kollektor des Transistors
187 angeschlossen ist, einschaltet. Der Transistor 189 schaltet einen Transistor
191 ein, der zwischen der Batterieleitung 172 und der Gleichstrom-Eingangsleitung
171 liegt. Solange die Batteriespannung auf der Leitung 172 oberhalb von 10 Volt
liegt, wird ein Transistor 192 über eine Zener-Diode 193 angeschaltet, wodurch ein
Transistor 194 abgeschaltet wird. Fällt die Batteriespannung unter 10 Volt ab, schaltet
der Transistor 192 ab, wodurch der Transistor 194 anschaltet, um dadurch die Spule
177 zu erden.
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Hierdurch gelangen die Schalterkontakte 178 in die gezeigte Stellung,
wodurch die Energieversorgung abgeschaltet und die Batterie abgetrennt wird. Dies
verhindert eine zu starke Entladung der Batterie.
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Die Spannungsversorgung umfaßt eine Schaltungsanordnung zum raschen
Abschalten des Basisstroms für die Transistoren 181 und 182, wodurch die Wirksamkeit
der Energiequelle erhöht wird. Der Transistor 181 ist ein Hochleistungstransistor,
der den Primärstrom des Transformators 183 schaltet. Der höchste Wirkungsgrad tritt
ein, wenn dieser Transistor abrupt ein- und ausschaltet. Jedoch benötigt jeder Transistor,
der diesen Anforderungen hinsichtlich der Ströme entspricht, eine endliche Zeit,
um die Basisladung beim Abschalten abzuleiten. Das normale Verfahren zum Ableiten
dieser Basisladung besteht darin, einen kleinen Basis-Emitter-Widerstand 195 zu
verwenden. Im Idealfall
sollte der Basiswiderstandswert so gering
wie möglich sein, damit die Ladung rasch abgeleitet wird. Beim Anschalten des Transistors
jedoch sollte der Wert des Widerstandes so groß wie möglich sein, so daß er keinen
beträchtlichen Nebenschluß für den Eingangsstrom bildet.
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Bei der vorliegenden Erfindung besitzt der Widerstand 195 einen zweckmäßigen
hohen Wert, und ein Transistor 196 ist mit seinem Kollektor an die Basis des Transistors
182 angeschlossen, während der Emitter an eine negative 15-Volt-Ausgangsleitung
197 geschaltet ist. Die Basis und der Emitter des Transistors 196 liegen weiterhin
über eine aus einem Widerstand 198 und einem Kondensator 199 gebildete Serienschaltung
an den Kollektoren der Transistoren 181 und 182. Da die Ladung am Kondensator 199
nicht augenblicklich wechseln kann, steigt die Spannung an der Basis des Transistors
196 rasch an, um diesen Transistor anzuschalten, so daß für den Basisladestrom ein
Nebenschluß mit geringer Impedanz gebildet wird. Der Wert des Transistors 198 wird
groß genug gewählt, um eine tiberlastung des Transistors 196 zu vermeiden und um
weiterhin diejenige Zeit auszudehnen, an der die Eingangsimpulsspannung an der Basis
anliegt, so daß der Kondensator 199 nicht rasch aufgeladen wird. Wenn der Schalttransistor
182 wiederum einschaltet, wird der Transistor 196 abgeschaltet und rückwärts vorgespannt.
Der Kondensator 199 entlädt sich über den Widerstand 198.