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Einrichtung zum Ermitteln der beim elektrischen Punktschweißen die
Schweißstelle durchfließenden elektrischen Energiemenge mit Hilfe eines ballistischen
Wattmeters Man kennt bereits ,elektrische Punkten schweißverfahren, bei denen die
in der Schweißung infolge des Durchgangs des lel,ektrischen Stroms entwickelte Energie
gemessen wird. Bei den bekannten Verfahren ist diese Messung jedoch ungenau und
gestattet nicht, die dem Schweißstück infolge des Durdgangs des elektrischen. Stroms
zugeführte Wärmemenge zu ermitteln, da die Länge und die Form der Schenkel der Schweißzange
sowie das Vorhandensein von aus magnetischem Metall bestehenden Teilen in den Schenkeln
der Schweißmaschine die infolge des Durchgangs eines Stroms von gegebener Stromstärke
zugeführte elektrische Energie erheblich ändern.
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Wtenn man zur Unterdrückung dieser Fehler in die Messung der aufgewendeten
Energie die Spannung an den Anlagepunkten der Elektroden ,einführt, stößt man auf
andere Schwierigkeiten, deren wesentlichste darin besteht, daß es in der Praxis
sehr schwierig ist die Meßwicklung genau an die Spitzen der Elektroden anzuschließen.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Nachteile und
betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln der beim elektrischen Punktschweißen die
Schweißstelle durchfließenden elektrischen Energiemenge mit Hilfe eines ballistischen
Wattmeters, das in Abhängigkeit von dieser Energiemenge mehrere Kontakte zeitlich
nacheinander schließt. Die eriin-dungsgema..ße Einrichtung kennzeichnet sich dadurch,
daß das Wattmeter zusätzlich eine Vorrichtung zur Phas;enregelung enthält, welche
zum- Beseitigen des Fehlers dient, der dadurch -entsteht, daß der Strom nicht an
den Spitzen der Punkten elektroden selbst, sondern an zugänglichen und von. diesen
Elektrodenspitzen entfernten Punkten abgenommen wird.
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Man benutzt hei der Ermittlung der Energiemenge veränderliche Größen,
wie Spannung, Stromstärke, Zeit usw., und mißt eine Funktion # (vit usw.).
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Wenn man voraussetzt, daß die in jedem Augeriblick zugeführte Energie
dem Produkt aus Au,genblickspannung mal Augenblickstromstärke proportional ist,
mißt man
viot, worin aber v nicht mehr die Speise spannung rc, sondern die Spannung an den
Anla,giespitzen. der Elektroden an die zu schweißenden Metallbleche ist.
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Wenn das zur Speisung dienende Netz ein Wechselstromnetz mit sinusförmigem
Verlauf des Wechselstroms ist; so ergibt das
obengenannte Integral
bekanntlich [v i cos Man muß also den Winkel weicher der Phasenverschiebung zwischen
der Spannung und dem Strom entspricht.
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Dies ist aus Fig. I zu entnehmen, welg die Schweißelektroden A und
B erkensic läßt, zwischen denen die Spannung v messen wird. Die Spannung 1, ist
im allgemeinen sehr verschieden von der Spannung a (Speisespannung), und zwar sowohl
hinsichtlich Amplitude als auch Phase, was auf dem Abfall der wirklichen Spannung
und der Blindspaunung in den Armen der Schweißmaschine beruht.
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Praktisch ist es sehr schwierig, die Meßwicklung genau an die Spitzen
der Elektroden anzuschließen.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ersetzt man jedoch die Spannung
v zwischen den Elektroden durch eine an den leicht zugänglichen Punkten D und E
(vgl. Fig. 2) abgenommene Spannung, wobei das Wattmeter derart ausgebildet ist,
daß es nicht v i cos , sondern eine Funktion v' i cos o) mißt, wobei dieser Winkel
wo die Korrektur des durch die restlichen Teile der Schenkel der Zange eingeführten
Fehlers ist. Hierdurch wird ermöglicht, die Messung der nicht zugänglichen Spannungv
durch die Messung der leicht zugänglichen Spannung v' zu ersetzen.
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Das Schema der Fig. 3 zeigt durch die Zusammensetzung verschiedener
Spannungsvektoren, wie die Korrektur durch diePhasenverschiebung des Wattmeters
durchgeführt wird.
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U ist die Speisewechseispannung vom Transformator. ist die Wechselspannung
an den Spitzen A und B der Elektroden, die in Ider Ermittlung erscheinen sollte,
die jedoch unzugänglich ist.
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U" ist die Wechselspannung an den Enden D und E der Speiseleitungen,
die Spannung, die zugänglich ist und an Stelle der Spannung U' nutzbar gemacht wird.
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I ist die Stromstärke.
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Die Spannung U" ist die geometrische Summe der Spannung U' und des
wirklichen Spannungsabfalis 81 und der Blindspannung r. ,1 zwischen den Punkten
D und A und E und B. Mit anderen Worten, U" ist die geometrische Summe der Spannung
U' und einer Spannung C, der Korrekturspaunung der anfänglichen Phasenverschiebung.
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Folglich erhält man U', wenn man und C mit vertauschtem Vorzeichen
kombiniert, mit anderen Worten, indem man den ermittelten Wert von U" mit Hilfe
der Phasenverschiebung cpo korrigiert, woraus sich C ergibt, erhält man endgültig
die wahre Spannung U' zwischen den Elektroden A und B.
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Der Ausschlag des mit der Phasenverschlebungselurichtung versehenen
Wattmeters entspricht endgültig dem Produkt U'l cos welches der im Schweißpunkt
zwischen den Elektroden A und B tatsächlich aufgewendeten Energiemenge entspricht.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in
Fig. 4 dargestellt.
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Die an den dicht benachbarten Punkten O und H des gleichen Elektrodenarins
angeschlossene Stromwicklung 103 dieses Wattmeters ist um einen magnetischen Kern
103' gewickelt, weicher die Form eines bei 65 durch einen Schlitz unterbrochenen
Ringes hat. Der geschlitzte Teil des Kernes 103' ragt durch ein in der Isolierplatte
66 vorgesehenes Fenster hervor.
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Der Spannungskreis des Wattmeters besteht aus einem Metallband 67,
welches hochkant durch den Luftspalt hindurchgeführt ist und eine Halbwindung bildet.
Die Enden dieses Bandes sind derart verdreht, daß sie flach vor den bei 66 angebrachten
Anschlußstücken liegen. Sie sind mit den Anschlußstücken durch Blattfedern So und
80t verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt mittels schwacher umklöppelter
Kabel 69.
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Der die Korrektionssp anntong ein führende Stromkreis enthält ein
Metallband 70, welches wie das Band 67 verdreht ist und an den Verbindungsplatten
68t, 683 befestigt ist. Das mit der Platte 681 verbundene Ende des Bandes 70 liegt
leitend auf dem Band 67 und mit diesem starr verbunden.
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Der Leiter 67 ist direkt mit den zugänglichen Punkten D und E der
Arme der Schweißmaschine verbunden, er unterliegt also der Spannung U" (Fig. 3),
d.h. der Spannung zwischen von den Elektrodenspitzen A und B entfernt liegenden
Punkten.
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Der Leiter 70 ist durch die Platte 68t direkt mit dem Punkt D und
durch die Platte 682 mit einem Armpunkt F der Schweißvorrichtung verbunden, und
zwar über eine Phasenverschiebungsvorrichtung, der in bekannter Weise aus einem
Kondensator von veränderlicher Kapazität 201 und einem Widerstand 202 besteht.
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Der Leiter 70 wird dadurch einer Korrekturspannung ausgesetzt, die
gleich und entgegengesetzt in Größe und Phase dem Fehler ist, der dadurch entstanden
ist, daß die Spannung nicht an den unzugänglichen Elektrodenspitzen abgenommen werden
kann.
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Die starr miteinander verbundenen Leiter 67 und 70 sind dem Teil
des Magnetfeldes ausgesetzt, der die Resultierende der Einzelkräfte dieses Feldes
durch jeden der Leiter ist.
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Man erhält somit mechanisch die Zusammenstellung der Vektoren OU"
und U"U' (Fig. 3), die Messung entspricht also genau diesem Vektor U', d. h. der
durch die Phasenverschiebung korrigierten Spannung.
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Die Gesamtheit der Leiter 67 und 70 bildet die bewegliche Einrichtung
des Wattmeters, die infolge der Blattfedern 8o, 8o' und 802 leicht schwingen kann.
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Bin Durchgang des Schweißstroms erzeugt die Wicklung 103 in dem Kern
103' ein Feid, weiches auf die bewegliche Einrichtung 67 bis 70 einen vertikal von
oben nach unten verlaufenden Impuls von sehr kurzer Dauer ausübt, und unter diesem
Impuls dreht sich diese Einrichtung um 68, 68t und 68², und zwar durch Beugung der
Blattfedern 80, 80t und 802.
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Die Dauer des Stromdurchgangs durch den Schweißpunkt ist äußerst
kurz, und zwar etwa 1/10 bis l/Loo s. Andererseits aber hat die bewegliche Einrichtung
67 bis 70 eine beträchtliche Trägheit, und zwar vermöge ihres Gewichts und des Widerstandes
der Federn 80, 801 und 802.
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Folglich hat die bewegliche Einrichtung im Vergleich zur Dauer des
Stromdurchgangs eine genügend große Eigenschwingungsperiode, so daß das Wattmeter
gemäß Fig. 4 ballistisch wirkt.
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Das so ausgebildete bewegliclle System legt sich im Ruhezustand gegen
Schrauben 7I, weiche je durch einen an der Platte 66 befestigten Träger 72 hindurchgehen.
Das bewegliche System ist an jeder Seite mit einen Arm 73 versehen, welcher mittels
eines Isolierdaumens 74 auf einen Blattkontakt 75 einwirken kann. Die Kontakte 75
sind derart ausgebildet, daß je nach der Amplitude des beweglichen Systems nur der
eine Kontakt oder beide geschlossen werden, wodurch eine Beurteilung der Größe der
Schweißenergie, d. h. ob diese ausreichend, zu groß oder zu klein war, möglich wird.