WO1993018850A1 - Elektrischer antrieb einer mischmaschine - Google Patents

Elektrischer antrieb einer mischmaschine Download PDF

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/70—Drives therefor, e.g. crank mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/40—Mounting or supporting mixing devices or receptacles; Clamping or holding arrangements therefor
    • B01F35/42—Clamping or holding arrangements for mounting receptacles on mixing devices
    • B01F35/421—Clamping or holding arrangements for mounting receptacles on mixing devices having a cup-shaped or cage-type form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/46—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions [3D]

Definitions

  • the present invention relates to the electric drive of a mixing machine operating according to the inversion principle according to the preamble of patent claim 1.
  • the object of the present invention is to create a purely electric drive for an inversion kinematic mixing machine.
  • the solution to the problem is given in claim 1, with respect to the further embodiment in claims 2 to with reference to the drawings, the subject matter of the invention is explained in more detail. Show it:
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an inversion kin see blender
  • Fig. 7 shows a second embodiment with regard to the electrical circuit.
  • a frame 1 carries two bearings 2, 3, in which two parallel axes 4, 5 can be rotated.
  • the axes 4, 5 are designed as pivot bearings 6 for two forks 7.
  • the axes of rotation of the two pivot bearings 6 are perpendicular to one another in the position of the device shown in FIG. 1. This relative position always applies when one of the two axes of rotation is parallel to the plane of the drawing, since the two angles of rotation and ⁇ p a of the two axes 4, 5 always fulfill the relationship:
  • Axes of rotation 8 run through the forks 7 and are perpendicular to one another and also to the respective pivot axes 6 on the one hand. So
  • FIG. 1 A second exemplary embodiment with regard to the mechanical embodiment of the invention is shown in FIG. 2. Between the electric motors 11, 12 and the axes 4, 5, two reduction gears 28, 29 are connected, which are only shown schematically in FIG. 2.
  • reduction gears such as toothed belt drives, gear drives, worm drives or others, which fulfill the purpose according to the invention of reducing speeds.
  • Fig. 3 shows a mechanical replacement scheme of the. Drive of this inversion kinematic mixing machine.
  • two oval wheels 19, 20 are flanged onto the axes 4, 5, which are designed as friction wheels with ideally rough surfaces are in constant contact with each other. They are an exact image of the kinematics of axes 4, 5; their peripheral speeds are the same, and their shape can be derived from the relationship
  • Electric motors 11, 12 of the direct current type are connected in series and are fed by a constant current source (controller) 25.
  • the magnitude of the current determines the drive torques and is indirectly determined by a Control element 23 entered.
  • FIG. 5 is equally valid for the mechanical exemplary embodiment according to FIG. 1 or FIG. 2.
  • the current corresponds to the drive torque, the voltage drop to the speed of rotation.
  • the compensation between the drive torques supplied by the motors 11, 12 and those mechanically required by the mixing device takes place via the machine elements which define the inversion kinematics and which are denoted by 4 to 9.
  • FIG. 6 is a schematic illustration of the controller 25, or the controller 26, 27 from FIG. 7.
  • An amplifier 32 is fed by a current source 33 and has two inputs 35, 36. At the input 35 there is the reference voltage U iö ⁇ t , which is specified with the control element 23 or 30, 31.
  • the second input 36 is fed via a resistor 37 with the voltage U ' IS +, which is applied to the electric motors 11, 12. Together with a capacitor 38, the resistor 37 forms a feedback RC element, the time constant of which is dimensioned large compared to the period of the sum curve from FIG. 4b at the lowest intended speed. This prevents readjustment of the small fluctuations in current and voltage which result from the uneven running inherent in this type of machine.
  • the amplifier is provided with an output 39 which outputs the current corresponding to the voltage Uj S + .
  • FIG. 7 A variant of FIG. 5 is shown in FIG. 7.
  • the electric motor 11 is fed by a constant current source (controller) 26, the electric motor 12 by a constant current source (controller) 27.
  • controller 26 has an adjusting element 30, 31 with which the current is set.
  • the actuating elements 30, 31 are, however, as shown in FIG. 7, forcibly coupled.

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Abstract

Der Antrieb einer inversionskinematischen Mischmaschine nach Paul Schatz besteht erfindungsgemäss aus zwei in Serie geschalteten Elektromotoren (11, 12), welche durch einen gemeinsamen Regler mit konstantem Strom versorgt werden. Der Strom, der das an den Achsen (4, 5) anliegende Drehmoment bestimmt, wird durch ein Stellelement eingestellt. Der sich über die Motoren einstellende Spannungsabfall bestimmt die mittlere Umdrehungsgeschwindigkeit der durch die Konstruktion der Maschine an sich ungleichförmig drehenden Achsen (4, 5). Die an sich bekannte Mischmaschine besteht aus einem Gestell (1), welches zwei Lager (2, 3) hat, in welchen die zwei parallelen Achsen (4, 5) drehbar sind. An ihren oberen Enden sind die Achsen (4, 5) als Schwenklager (6) ausgebildet für zwei Gabeln (7). Durch die Gabeln (7) verlaufen Drehachsen (8), welche einerseits zueinander, andererseits auch zu den respektiven Schwenkachsen (6) senkrecht stehen. Die beiden Achsen (8) sind an einem Korb (9) befestigt, der zur Aufnahme eines Mischbehälters (10) dient.

Description

Elektrischer Antrieb einer Mischmaschine
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 ιpader 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 < 0des Rades 22 und dessen Winkelgeschwindigkeitu?βals 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^/w0 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 ωo und "i/Uo beträgt die Schwankung also bloss etwa 6%. Nimmt man die Kehrwerte der ω^ wOJ 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 Uiöιt , 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 UjS+ entsprechenden Strom abgibt. Beim Anlaufen der Elektromotoren 11, 12 ist - wegen der grossen Differenz von Uic,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.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Antrieb für eine inversionskinematische Mischmaschine mit zwei parallelen Achsen (4, 5) und einer halben Bricardschen Ge- lenkkette, dadurch gekennzeichnet, dass jede Achse (4, 5) durch ei¬ nen eigenen Elektromotor (11, 12) angetrieben wird.
2. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (11) die erste Achse (4), der zweite Elektromotor (12) die zweite Achse (5) direkt antreibt.
3. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Untersetzungsgetriebe (28, 29) vorhanden sind, wovon ei¬ nes zwischen dem ersten Elektromotor (11) und der ersten Antriebs- achse (4) und eines zwischen dem zweiten Elektromotor (12) und der zweiten Antriebsachse (5) eingeschaltet ist.
4. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzungsgetriebe (28, 29) Zahnradgetriebe sind.
5. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzungsgetriebe (28, 29) Zahnriemenantriebe sind.
6. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzungsgetriebe (28, 29) Schneckengetriebe sind.
7. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 2, 3 oder 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Elektromotoren (11, 12) Gleichstrommotoren sind.
8. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- die beiden Elektromotoren (11, 12) elektrisch in Serie geschal¬ tet sind, - ein einziger Regler (25) mit einem Stellelement (23) vorhanden ist, welcher den beide Elektromotoren (11, 12) durchmessenden Strom liefert.
9. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwei Regler (26, 27) vorhanden sind mit Stellelementen (30, 31), welche zwangsgekoppelt sind,
- der erste Elektromotor (11) vom ersten Regler (26), der zweite Elektromotor (12) vom zweiten Regler (27) gespeist wird.
10. Elektrischer Antrieb nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Regler (25, 26, 27) jeweils bestehen aus einem Verstärker (32) mit zwei Eingängen (35, 36) und einem Ausgang (39), wobei der erste Eingang (35) von einer durch das Stellglied (23, 30, 31) definierten Referenzspannung U Soιι gespeist wird, der zwei¬ te Eingang (36) über ein aus einem Widerstand (37) und einem dazu parallelgeschalteten Kondensator (38) gebildetes RC-Glied vom Aus¬ gang (39) durch die Spannung U-li+ gespeist wird, und die Speisung des Verstärkers aus einer Stromquelle (33) erfolgt.
PCT/CH1993/000044 1992-03-16 1993-02-22 Elektrischer antrieb einer mischmaschine Ceased WO1993018850A1 (de)

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