DE3707862C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung der Schweißwiderstände zwischen Wicklungen und Kollektor-Lamellen bei elektrischen Motoren, die Übergangswiderstände von Leitungsanschlüssen in einem Netzwerk elektrisch parallel geschalteter Leiter, die im wesentlichen gleichartig sind, bilden, wobei eine kombinierte Strom-/Spannungs-Messung erfolgt und jeweils im Netzwerk mit drei Zweigen gemessen wird, von denen der im mittleren Zweig befindliche Übergangswiderstand bestimmt werden soll, wozu dem ersten und zweiten Leiterzweig jeweils eine Strom- bzw. Spannungsquelle mit entgegengesetzter Polarität zugeordnet ist, die beide auf diskrete Werte einstellbar sind, und im dritten Leiterzweig ein Meßwiderstand mit parallel geschaltetem Spannungsmesser angeordnet ist.

Bei elektrischen Motoren mit Kommutator müssen die Wicklungen des Läufers mit den einzelnen Lamellen des zugehörigen Kollektors elektrisch verbunden werden. Eine Aussage über die Qualität dieser Verbindung liefert der dabei entstehende Übergangswiderstand zwischen Lamelle und Wicklungsanschluß. Das Anschließen der Wicklungsenden erfolgt üblicherweise durch Preßschweißen, wobei der Schweißwiderstand bei guter Verbindung im Bereich von einigen µΩ liegt.

Bei der Fertigung von derartigen Motoren werden neben einer Prüfung der Läuferwicklungen auf Isolationsfestigkeit auch alle Kollektorlamellen elektrisch geprüft. Dabei wird einerseits der Gesamtwiderstand einer einzelnen Lamelle und andererseits der Schweißwiderstand gemessen. Da die Wicklungsenden in hakenartige Anschlüsse der Kollektor-Lamellen eingeschweißt werden, spricht man in der Praxis auch vom sogenannten Hakenwiderstand.

Bei einer vollautomatischen Fertigung muß die Prüfung des Läufers hinsichtlich der oben angegebenen Kriterien möglichst schnell erfolgen. Die Widerstandsbestimmungen können zwar nach üblichen Strom/Spannungs-Meßmethoden erfolgen. Es wird jedoch gefordert, daß speziell der sogenannte Hakenwiderstand für jede Lamelle in einigen Millisekunden und darüber hinaus auch möglichst genau gemessen werden soll. Das heißt im einzelnen, daß bei Bestimmung der Übergangswiderstände insbesondere die Widerstände der Wicklungen selbst ausgeschaltet werden müssen.

In der älteren, DE 35 29 923 A1, die der EP 02 13 530 A1 entspricht, wird ein Verfahren und eine zugehörige Meßanordnung vorgeschlagen, bei denen jeweils im Netzwerk mit drei Zweigen gemessen wird, von denen der im mittleren Zweig befindliche Übergangswiderstand bestimmt werden soll, wozu in einem ersten Verfahrensschritt über den ersten Zweig dem Netzwerk ein definierter Strom bzw. eine definierte Spannung eingeprägt wird und in einem zweiten Verfahrensschritt im Meßzweig ein dem in diesem Meßzweig fließenden Strom gleich großer Gegenstrom bzw. eine Gegenspannung eingeprägt wird, so daß der Verknüpfungspunkt der Leiter auf Nullpotential liegt, wobei die dafür notwendige Spannung gemessen wird, woraus der Übergangswiderstand im mittleren Zweig ohne den Leiterwiderstand ermittelbar ist. Bei diesem Verfahren wird vorausgesetzt, daß die dem Netzwerk aus den drei Meßzweigen jeweils benachbarten Verknüpfungspunkte auf gleichem Potential liegen.

In der Praxis ist letzteres aber nicht immer der Fall, so daß Meßfehler bei der Bestimmung des Hakenwiderstandes auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bereits vorgeschlagene Meßanordnung in der Weise weiterzubilden, daß Meßfehler nicht mehr auftreten.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß Mittel zum Halten der dem Netzwerk aus drei Leiterzweigen jeweils benachbarten Verknüpfungspunkte auf gleichem vorgegebenen Potential vorhanden sind.

Mit der Erfindung wird also die Anordnung der älteren Patentanmeldung entsprechend der EP-02 13 530 A1 in vorteilhafter Weise ergänzt. Die angegebenen Mittel sind insbesondere identische Regelschaltungen zum Einregeln der Verknüpfungspunkte auf Bezugspotential in den dem Netzwerk benachbarten Leiterzweigen. Solche Bezugspotentialregler sind vorzugsweise aus hochgenauen Verstärkern aufgebaut und bestehen im einzelnen aus einem chopper-stabilisierten Verstärker, einem Leistungsverstärker und einem Verstärker mit kleinem Offset-Strom.

Aus der DE 35 13 848 A1 ist es zwar prinzipiell bekannt, bei der Überwachung von Widerständen in einer Schaltung und zwar speziell von Isolationswiderständen einer Schar von Baugruppen einer elektrischen Anlage zur Erzielung genauer Meßergebnisse den einzelnen Meßeinrichtungen ein gemeinsames Bezugspotential zuzuordnen. Diese Maßnahmen sind insbesondere für fernmelde- oder signaltechnische Anlagen vorgesehen und stehen in keinem Zusammenhang mit der anmeldungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Schweißwiderstände bei elektrischen Motoren.

Bei der Erfindung wird an den beiden dem Meßkreis jeweils benachbarten Verknüpfungspunkten des gesamten Netzwerkes jeweils ein vorgegebenes definiertes Potential eingeregelt, das dem Bezugspotential entspricht. Damit wird das Entstehen der oben beschriebenen Fehler vermieden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungs­ beispiels. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild der bereits vorgeschlagenen Meßanordnung,

Fig. 2 eine im erfindungsgemäßen Sinne modifizierte Meßanordnung und

Fig. 3 den Aufbau der dabei verwendeten Regelschaltungen.

In den Figuren sind identische Teile mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Die Figuren werden nachfolgend teilweise zusammen beschrieben.

In Fig. 1 sind mit 11 bis 15 die Widerstände von einzelnen Wicklungen R_Wi bezeichnet. Jede elektrische Wicklung ist mit einem Windungsende an eine der Lamellen und mit dem anderen Windungsende zusammen mit dem Windungsende der nächsten Wicklung an der nächsten Lamelle kontaktiert. Die einzelnen Kollektorlamellen sind mit 31 bis 35 durchnumeriert. Insgesamt bilden die Kollektorlamellen L_i zuammen mit den Widerständen der Wicklungen R_Wi ein Netzwerk von elektrisch parallel ge­ schalteten Leitern, wobei die einzelnen sich entsprechenden Widerstände im wesentlichen gleichartig sind.

Die Kontaktierung eines Wicklungsdrahtes mit einem Kollektor erfolgt üblicherweise durch Preßschweißen, wozu ein haken­ förmiger Anschluß der Lamelle um das Drahtende gebogen und verschweißt wird. Dabei ist die Kontaktierung mehr oder weniger gleichmäßig, wobei durch die Schweißung ein Übergangswiderstand R_Hi zwischen Wicklungswiderstand R_Wi und Lamelle L_i verbleibt, der normalerweise im µΩ-Bereich liegt. Im Rahmen der Motoren­ fertigung müssen die Übergangswiderstände R_Hi bei der Prüfung der Läufer einzeln vermessen werden.

Wenn beispielsweise R_{H 3} gemessen wird, wird ein Netzwerk aus drei Leiterzweigen mit den Verknüpfungspunkten A, B und C aus­ gewählt. Im ersten Leiterzweig wird eine Stromquelle 50 mit Strom I₁ und im zweiten Zweig eine Stromquelle 60 mit Strom I₂ eingeschaltet. Der Strom im zweiten Zweig kann über ein Meß­ gerät 65 und die zugehörige Spannung über ein Meßgerät 85 gemessen werden. Im dritten Zweig befindet sich vor der Lamelle ein Meßwiderstand 70 mit zugehörigem Spannungsmeßgerät 75.

Zur Messung des Hakenwiderstandes R_H ₃ wird folgendermaßen vor­ gegangen:

• 1. Die Stromquelle für I₁ wird so eingestellt, daß der maximal zulässige Strom, den der Wicklungsdraht führen kann, fließt.
• 2. Anschließend wird die Stromquelle für I₂ so eingeregelt, daß am Verknüpfungspunkt C der über den Meßwiderstand 70 abflie­ ßende Strom I₄ gleich Null ist.
• 3. Unter der Voraussetzung, daß am Verknüpfungspunkt C der Strom I₃ gleich Null ist, ist auch I₅ gleich Null. In diesem Fall hat der Knoten A Bezugspotential.
• 4. Durch Messung des Stromes I₂ mit dem Meßgerät 65 sowie den Spannungsabfall an der Lamelle R_{H 3} mit dem Meßgerät 85 kann der Hakenwiderstand R_{H 3} bestimmt werden.

Bei dieser Messung wurde vorausgesetzt, daß die Ströme I₅ und I₃ gleich Null sind. Dies gilt aber nur dann, wenn die Knoten C und E auf gleichem Potential liegen. Der Strom I₄ wird zu Null geregelt, was insbesondere bedeutet, daß am Widerstand R_{H 4} und dessen Verbindung mit dem Bezugspunkt, d. h. durch Zuleitung und Relaiskoppelfeld, keine Spannung abfällt.

Tatsächlich ist der Strom durch R_{H 5} ungleich Null und liegt etwa zwischen 0,5 bis 1 A. Dieser Strom verursacht an R_{H 5} und insbesondere an den Zuleitungen zu R_{H 5} Spannungsabfälle im Bereich von beispielsweise 20 mV, was unmittelbar zwischen den Punkten C und E gemessen werden kann und einen Strom von I₃ ungleich Null zur Folge hat. Je nach Größe des Betrages des Stromes I₃ kann dadurch der Meßfehler des zu bestimmenden Hakenwiderstandes einen nicht zu vernachlässigenden Wert annehmen.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird durch Komplettierung der Schaltung nach Fig. 1 letzteres Problem der Meßfehler vermieden:
Bei Fig. 2 ist jeweils zwischen den Knoten D und E identische Regelverstärker 100 und 100′ zur Bezugspotentialleitung einge­ fügt, die aus Verstärkerschaltungen gemäß Fig. 3 bestehen. Mit diesen Regelverstärkern 100 und 100′ werden die entsprechenden Hakenanschlüsse auf Bezugspotential gehalten. Dabei wird die Vierpolmethode mit Trennung von Strom- und Spannungspfad ange­ wandt. Durch eine derartige Regelung haben die Verknüpfungs­ punkte D, C sowie E und damit indirekt damit auch der Punkt A das gleiche Potential. Dadurch ist in jedem Fall der Strom I₃ gleich Null, wodurch die Messung exakt durchgeführt werden kann.

Aufgrund der Bezugspotentiale mittels der Regelverstär­ ker 100 und 100′ darf der Zuleitungswiderstand der Lamellen bis zur elektronischen Weiterverarbeitung Werte von beispielsweise 4 Ω aufweisen. Ein solcher Wert kann in automatischen Systemen mit Relaiskoppelfeld und Hakenadapation leicht unterschritten werden.

Die bei Fig. 2 verwendeten Regelverstärker 100 und 100′ müssen mit hochgenauen Einzelverstärkern realisiert werden, da ins­ besondere Nullpunkt-Fehler (Offset-Strom und Offset-Spannung) der Bauteile direkt in die Genauigkeit der Messung eingehen können. Die Regelverstärker 100 und 100′ werden daher unter Einsatz von chopper-stabilisierten Einzelverstärkern entspre­ chend Fig. 3 aufgebaut.

In Fig. 3 wird der am Eingang 101 anstehende Istwert über einen chopper-stabilisierten Verstärker 130 mit zugehörigen Beschal­ tungswiderständen 131 bis 134 gegeben, über den Eingang 102 mit dem Sollwert beaufschlagt und auf einen als Integrator wirkenden Einzelverstärker 110 mit Beschaltungswiderständen 111 und 112 und Rückkoppelkapazität 113 gegeben. Dessen Ausgangs­ signal ist auf einen Leistungsverstärker 120 geschaltet und liefert den Stromausgangswert am Ausgang 103.

Der Gesamtoffset der Schaltung nach Fig. 3 kann am Einzelver­ stärker 110 abgeglichen werden. Auftretende Temperaturdriften dieses Abgleichverstärkers 110 werden um den Faktor 100 abge­ schwächt, wenn die Verstärkung des Verstärkers 130 mit V = 100 gewählt wird. Damit gehen Temperaturdriften der gesamten Regel­ verstärker 100 und 100′ im Bereich von etwa 20°C ± 10°C nicht in das Meßergebnis ein.

Claims (4)

1. Anordnung zur Bestimmung der Schweißwiderstände zwischen Wicklungen und Kollektor-Lamellen bei elektrischen Motoren, die Übergangswiderstände von Leitungsanschlüssen in einem Netzwerk elektrisch parallel geschalteter Leiter, die im wesentlichen gleichartig sind, bilden, wobei eine kombinierte Strom-/Spannungs-Messung erfolgt und jeweils im Netzwerk mit drei Zweigen gemessen wird, von denen der im mittleren Zweig befindliche Übergangswiderstand bestimmt werden soll, wozu dem ersten und zweiten Leiterzweig jeweils eine Strom- bzw. Spannungsquelle mit entgegengesetzter Polarität zugeordnet ist, die beide auf diskrete Werte einstellbar sind, und im dritten Leiterzweig ein Meßwiderstand mit parallel geschaltetem Spannungsmesser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (100, 100′) zum Halten der dem Netzwerk (A, B, C) aus drei Leiterzweigen jeweils benachbarten Verknüpfungspunkte (D, E) auf gleichem vorgegebenem Potential vorhanden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel identische Regelschaltungen (100, 100′) zum Einregeln der Verknüpfungspunkte (D, E) auf Bezugspotential (BS) in den dem Netzwerk (A, B, C) benachbarten Leiterzweigen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bezugspotentialregler (100, 100′) aus hochgenauen Verstärkern (110, 120, 130) aufgebaut sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Bezugspotentialregler (100, 100′) aus einem chopper-stabilisierten Verstärker (130), einem Leistungsverstärker (120) und einem Verstärker mit kleinem Offset-Strom (110) besteht.