Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den elektrischen Antrieb ei¬ ner nach dem Inversionsprinzip arbeitenden Mischmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Antriebe für solche Mischmaschinen sind mehrere bekannt; mechanische beispielsweise aus CH A5645 550 und EP 0249600 und ein hydraulischer aus dem EP 0 176749. Das grundsätzliche Problem, das allen genannten Erfindungen, auch der vorliegenden, zugrunde liegt, ist _. die ungleichförmige Umdrehungsge¬ schwindigkeit der zwei Antriebsachsen, die ^' nach dem Inversionsprinzip nach Paul Schatz arbeitende Mischmaschinen. aufweisen. Es zeigt sich, dass die rein mechanischen Lösungen, die zu diesem Pro¬ blem gefunden werden, ausserordentlich aufwendig sind, sei es die reine Anzahl, sei es die Ausgestaltung der beteiligten Maschinenelemente. So war der in der EP 0 176749 beschriebene hydraulische Antrieb bereits ein grosser Fortschritt gegenüber den rein mechanischen, einerseits da¬ durch, dass der notwendige Aufwand an mechanischen Präzisionsteilen stark reduziert werden konnte, anderseits dadurch, dass durch den annä- hernd konstanten Oeldruck die an den Achsen herrschenden Drehmomente ebenfalls annähernd konstant bleiben.

Hingegen ist der Aufwand immer noch beträchtlich und kostenwirksam, da zur Erzeugung des unter Druck geförderten OelStromes eine mit einem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe vonnöten ist, und die Umsetzung in zwei mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit erfolgende Drehungen mit zwei Hydraulikmotoren erfolgen muss.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine inver¬ sionskinematische Mischmaschine einen rein elektrischen Antrieb zu schaffen. Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im Patentanspruch 1, in bezug auf die weitere Ausgestaltung in den Patentansprüchen 2 bis Anhand der Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel an einer inversionskine ati-

sehen Mischmaschine,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel hinsichtlich der mechanischen Ausgestaltung,

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung zur Kinematik,

Fig. 4 eine Darstellung der Winkelgeschwindigkeiten der Antriebsach¬ sen,

Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel hinsichtlich der elektrischen Schaltung,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel des Stromreglers,

Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel hinsichtlich der elektrischen Schaltung.

Fig 1 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung in einem ersten Ausfüh- rungsbeispiel . Ein Gestell 1 trägt zwei Lager 2, 3, in welchen zwei pa¬ rallele Achsen 4, 5 drehbar sind. An ihren - in Fig. 1 - oberen Enden sind die Achsen 4, 5 als Schwenklager 6 ausgebildet für zwei Gabeln 7. Die Drehachsen der beiden Schwenklager 6 stehen in der in Fig. 1 darge¬ stellten Position der Vorrichtung senkrecht zueinander. Diese relative Lage gilt immer dann, wenn eine der beiden Drehachsen parallel steht zur Zeichnungsebene, da die beiden Drehwinkel und ιp _a der beiden Achsen 4, 5 immer die Beziehung erfüllen:

tanl^ = 1/2 tan *

sofern beide Winkel bezüglich der Zeichenebene gemessen werden. Durch die Gabeln 7 verlaufen Drehachsen 8, welche einerseits zueinander, an¬ derseits auch zu den respektiven Schwenkachsen 6 senkrecht stehen. So

* Paul Schatz, Rhythmusforschung und Technik, Stuttgart 1975.

ergibt sich eine dreigliederige Gelenkkette, also eine halbe Gelenkkette nach Bricard, die zwischen vier jeweils senkrecht zueinander stehenden Gelenken liegt, nämlich zwischen dem Schwenklager 6 an der Achse 4, der Achse 8 der linken Gabel 7, der Achse 8 der rechten Gabel 7 und dem Schwenklager 6 an der Achse 5. Die Abstände zwischen den Achsen 8 zuein¬ ander und der zugehörigen Schwenklager 6 und den Achsen 8 sind gleich gross und gleich dem - 3/2 -fachen des Abstandes der Achsen 4, 5; dies entspricht den Bricard-Bedingungen, und insbesondere jenen, die Paul Schatz für solche Maschinen formulierte. Die beiden Achsen 8 sind an einem Korb 9 befestigt, der.zur Aufnahme ei¬ nes Mischbehälters 10 dient.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 sind zwei Elektromototren 11, 12 am Gestell 1 befestigt und direkt auf die Achsen 4, 5 aufgeflanscht. Die anhand von Fig. 1 beschriebene inversionskinematische Mischmaschine ist jedoch lediglich im Sinne eines Beispiels zu verstehen. Die Ausgestal¬ tung der mit 6 bis 9 bezeichneten Maschinenelemente ist, solange die Bricard-Bedingungen eingehalten sind, ohne Belang und ohne Auswirkung auf den Erfindungsgedanken. Ein zweites Ausführungsbeispiel hinsichtlich der mechanischen Ausgestal- tung der Erfindung zeigt Fig. 2. Zwischen die Elektromotoren 11, 12 und die Achsen 4, 5 sind zwei Untersetzungsgetriebe 28, 29 eingeschaltet, die in Fig. 2 lediglich schematisch dargestellt sind. Im Sinne der Er¬ findung sind Untersetzungsgetriebe, wie Zahnriemenantriebe, Zahnradge¬ triebe, Schneckenantriebe oder weitere, die den erfindungsgemässen Zweck des Untersetzens on Drehgeschwindigkeiten erfüllen.

In diesem Ausführungsbeispiel sind, gegenüber von jenem von Fig. 1, schneller laufende Elektromotoren 11, 12 vorzusehen, die gleichzeitig kleinere Drehmomente aufzubringen haben. Bevor auf die schaltungstechnische Seite der Erfindung näher eingegangen wird, soll in Fig. 3 und 4 die bekannte Kinematik der Vorrichtung einge¬ hender beschrieben werden.

Fig. 3 zeigt ein mechanisches Ersatzschema des . Antriebs dieser inver¬ sionskinematischen Mischmaschine. In der gleichen Abbil.dungsposition, wie in Fig. 2 seien auf die Achsen 4, 5 zwei Ovalräder 19, 20 aufge- flanscht, die mit ideal rauhen Oberflächen als Reibräder ausgebildet

sind und untereinander in dauerndem Kontakt stehen. Sie sind genaues Ab¬ bild der Kinematik der Achsen 4, 5; ihre Umfangsgeschwindigkeiten sind gleich, und ihre Form lässt sich aus der Beziehung

tan . = 1/2 tan f^

und der Gleichheit und Konstanz der Umfangsgeschwindigkeit ermitteln. Denkt man sich nun ein endloses Band 21 mit konstanter Schnelligkeit und immer in der Richtung der gemeinsamen Tangente der Ovalräder 19, 20 hin- durchgezogen und über ein rundes Rad ^" 22 geführt, so rotiert dieses Rad 22 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit < _β . Der Abstand der Achsen 4, 5 sei auf J normiert. Dieses ,ist die in Fig. 4 verwendete Bezugs- grösse. Wie man aus Fig. 3 sieht, die eine halbe Umdrehung der Ovalräder 19, 20 und damit der Achsen 4, 5 in vier Winkelpositionen darstellt, rotieren die Achsen 4, 5 ungleichförmig mit einer doppelten Periodizität pro Um¬ drehung.

In Fig. 4 sind die Winkelgeschwindgkeiten der Achsen 4,5 mit der Winkel- läge < ₀ des Rades 22 und dessen Winkelgeschwindigkeitu? _β als Bezugsgrös- sen dargestellt; ω, ist dabei die Winkelgeschwindigkeit der Achse 4, ∞- jene der Achse 5, obwohl periodisch zwischen 0,75 und 1,5, sind die Kur¬ ven ωι/ι ₀ und ^ω ^/w ₀ keine reinen harmonischen Funktionen, wohl aber mit einem grossen Anteil an solchen; entsprechend zeigt die Summe ω,/ι« _D + doppelte Periodizität, hingegen eine verhältnismässig kleine Schwankungsbreite zwischen 2,0 und 2,25. Bezüglich des Mittelwertes von ^ω o und "i/Uo beträgt die Schwankung also bloss etwa 6%. Nimmt man die Kehrwerte der ω^ w _OJ so erhält man, wiederum normiert auf das Rad 22, im wesentlichen die an den Achsen 4, 5 wirkenden Drehmomente; die zwei Kur¬ ven von Fig. 4a erscheinen um II phasenverschoben. Wegen der doppelten Periodizität der Summenkurve von Fig. 4b geht diese in sich selbst über.

Fig. 5 zeigt die daraus gezogene erfindungsgemässe Konsequenz. Die zwei

Elektromotoren 11, 12 vom Gleichstrom-Typ sind in Serie geschaltet und werden von einer Konstant-Stromquelle (Regler) 25 gespeist. Die Grosse des Stromes bestimmt die Antriebsdrehmomente und wird mittelbar über ein

Stellelement 23 eingegeben.

Die Schaltung gemäss Fig. 5 ist gleichermassen für das mechanische Aus¬ führungsbeispiel gemäss Fig. 1 oder Fig. 2 gültig. Bei Gleichstrommotoren entspricht der Strom dem Antriebsdrehmoment, der Spannungsabfall der Drehgeschwindigkeit. Den Ausgleich zwischen den von den Motoren 11, 12 gelieferten Antriebsdrehmomenten und den von der Mischvorrichtung mechanisch benötigten erfolgt über die die Inversions¬ kinematik definierenden Maschinenelemente, welche mit 4 bis 9 bezeichnet sind. Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Reglers 25, bzw. der Regler 26, 27 aus Fig. 7. Ein Verstärker 32 wird von einer Stromquelle 33 ge¬ speist und weist zwei Eingänge 35, 36 auf. Am Eingang 35 liegt die Refe¬ renzspannung U _iö ι _t , welche mit dem Stellelement 23, bzw 30, 31 vorgege¬ ben wird. Der zweite Eingang 36 wird über einen Widerstand 37 mit der Spannung U' _lS + gespeist, welche an den Elektromotoren 11, 12 anliegt. Zu¬ sammen mit einem Kondensator 38 bildet der Widerstand 37 ein rückkop¬ pelndes RC-Glied, dessen Zeitkonstante gross bemessen ist gegenüber der Periodendauer der Summenkurve aus Fig. 4b bei der kleinsten vorgesehenen Drehzahl. Damit wird ein Nachregeln der kleinen Schwankungen in Strom und Spannung verhindert, welche sich aus dem diesem Maschinentyp eigenen Ungleichlauf ergeben. Der Verstärker ist mit einem Ausgang 39 versehen, der den der Spannung Uj _S+ entsprechenden Strom abgibt. Beim Anlaufen der Elektromotoren 11, 12 ist - wegen der grossen Differenz von U _ic ,n und U- _|S + der Strom am Ausgang 39 gross und bewirkt damit die notwendigen grossen Anlauf-Drehmomente. Während des Betriebes der Mischmaschine sind durch die Antriebsdrehmomente nur die Reibungsverluste auszugleichen; die Drehmomente werden entsprechend kleiner.

Eine Variante zu Fig. 5 ist in Fig. 7 dargestellt. Hier wird der Elek¬ tromotor 11 von einer Konstantstromquelle (Regler) 26, der Elektromotor 12 von einer Konstantstromquelle (Regler) 27 gespeist. Jeder Regler 26, 27 weist ein Stellelemente 30, 31 auf, mit denen der Strom eingestellt wird. Die Stellelemente 30, 31 sind jedoch, wie in Fig. 7 dargestellt, zwangsgekoppelt.