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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer Mischtrommel eines Fahrmischers und insbesondere auf eine Antriebseinrichtung, die zum Bewirken eines stationären Zustands der Mischtrommel eingerichtet ist.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind verschiedenartige Bauformen von Fahrmischern mit einer drehbar montierten Mischtrommel bekannt. Dabei wird bei den bekannten Fahrmischern zum Aufrechterhalten eines vorgegebenen Mischzustands von in der Mischtrommel befindlichem Mischgut die Mischtrommel um ihre Längsachse gedreht. Diese Drehung wird bei bekannten Fahrmischern beispielsweise über einen Hydraulikmotor bewirkt. Dabei können zum Antreiben der Mischtrommel Hydraulikmotoren mit einer Selbsthemmfunktion eingesetzt werden, bei denen in einem vorbestimmten hydraulischen Schaltzustand die Rotation der Mischtrommel unterbunden wird.
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Ferner sind im Stand der Technik Fahrmischer bekannt, bei denen die Mischtrommel über eine elektrische Antriebsmaschine angetrieben wird. Entsprechend sicherheitstechnischer Vorgaben zum Betreiben von Fahrmischern ist es erforderlich, die Mischtrommel beispielsweise bei Vorliegen eines Sicherheitsproblems stillzusetzen und dabei ein Pendeln der Mischtrommel aufgrund der ungleichförmigen Massenverteilung innerhalb der Mischtrommel weitestgehend zu unterbinden.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer Mischtrommel eines Fahrmischers weist eine elektrische Antriebsmaschine, die mit der Mischtrommel gekoppelt ist, um eine Rotationsantriebskraft auf die Mischtrommel aufzubringen, einen elektrischen Wandler, der mit seinem Eingangsanschluss mit einer elektrischen Energiequelle verbindbar ist und der mit seinem Ausgangsanschluss mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist, um die elektrische Antriebsmaschine gesteuert zu betreiben, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtung auf. Ferner weist die Antriebseinrichtung eine mit der Mischtrommel gekoppelte Bremseinrichtung zum Aufbringen einer Bremskraft auf die Mischtrommel auf der Grundlage eines von der Steuerungseinrichtung erzeugten Steuersignals, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt, auf.
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Der Fahrmischer kann dabei Räder aufweisen, so dass der Fahrmischer als mobiles Fahrzeug ausgebildet ist. Die Mischtrommel kann eine Längsachse aufweisen, die in einer Ausführungsform zur Horizontalen geneigt sein kann. Die Mischtrommel kann an einem axialen Ende mit der elektrischen Antriebsmaschine gekoppelt sein, um die Mischtrommel zu drehen. Alternativ kann die elektrische Antriebsmaschine an einem anderen Bereich der Mischtrommel, beispielsweise mit einem Außenumfang der Mischtrommel gekoppelt sein, um die Mischtrommel zu drehen.
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In einer Ausführungsform kann die Bremseinrichtung die Bremskraft auf der Grundlage einer mechanischen Bremswirkung erzeugen. Dabei kann die Bremseinrichtung eine von der elektrischen Antriebsmaschine separate Einrichtung sein. Die Bremseinrichtung kann an einem Fahrgestell des Fahrmischers montiert sein. Die Bremseinrichtung kann somit die Mischtrommel abbremsen, so dass von der Bremseinrichtung eine entsprechende Reaktionskraft auf das Fahrgestell des Fahrmischers übertragen wird. Die Bremseinrichtung kann an derselben oder der entgegengesetzten axialen Seite der Mischtrommel wie die elektrische Antriebsmaschine vorgesehen sein. Alternativ kann die Bremseinrichtung an einem anderen Bereich der Mischtrommel, beispielsweise mit einem Außenumfang der Mischtrommel gekoppelt sein, um die Mischtrommel abzubremsen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der elektrische Wandler mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt sein, um die elektrische Antriebsmaschine und die Bremseinrichtung in einen vorbestimmten Betriebszustand zum Erzielen des stationären Zustands der Mischtrommel zu versetzen. Die Steuerungseinrichtung kann hierzu vorbestimmte Signale aufnehmen, die sich auf Bedingungen beziehen, in denen der stationäre Zustand der Mischtrommel zu erzielen ist. Eine solche Bedingung kann darin liegen, dass ein Signal zum Anhalten des Betriebs der Mischtrommel beispielsweise von einem Fahrer oder einer übergeordneten Steuerungseinheit abgegeben wird. Ferner kann eine solche Bedingung vorliegen, wenn ein Sicherheitssystem des Fahrmischers den stationären Zustand der Mischtrommel fordert.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebsmaschine über ein Getriebe mit der Mischtrommel gekoppelt sein. In diesem Fall kann das Getriebe ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis aufweisen, so dass auf der Grundlage der Drehzahl der Antriebsmaschine eine vorgegebene Drehzahl der Mischtrommel erzielt wird. Dabei kann das Übersetzungsverhältnis so eingerichtet sein, dass die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine höher ist als die Drehzahl der Mischtrommel. Die Bremseinrichtung kann über ein Getriebe mit der Mischtrommel gekoppelt sein, so dass die Drehzahl von einem rotierenden Element der Bremseinrichtung höher ist als die Drehzahl der Mischtrommel. Gemäß einer Ausführungsform kann die Bremseinrichtung eine Scheibenbremse sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bremseinrichtung eine Bandbremse sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bremseinrichtung eine Mehrscheibenkupplung mit Bremsfunktion aufweisen. Die Bremseinrichtung kann über ein Stellglied betätigt werden. Insbesondere kann die Bremseinrichtung über ein Stellglied in einen Bremszustand versetzt werden, wobei das Stellglied auf das von der Steuerungseinrichtung erzeugte Steuersignal anspricht, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebsmaschine als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet sein, die über den elektrischen Wandler betreibbar ist. Bei der permanenterregten Synchronmaschine kann ein fremderregter Rotor eingesetzt werden, der sich relativ zu einem permanenterregten Stator dreht. Jedoch kann in einer alternativen Ausführungsform ein permanenterregter Rotor verwendet werden, der sich relativ zu einem fremderregten Stator dreht.
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Gemäß einer Ausführungsform wird zum Erzielen des stationären Zustands der Mischtrommel der Eingangsanschluss des elektrischen Wandlers von der elektrischen Energiequelle elektrisch getrennt, wenn die Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt. Durch Trennen des elektrischen Wandlers von der elektrischen Energiequelle wird die Zufuhr elektrischer Leistung zu der elektrischen Antriebsmaschine im Wesentlichen unmittelbar unterbrochen, so dass die elektrische Antriebsmaschine kein Drehmoment mehr zum Antreiben der Mischtrommel abgibt. Wenn von der Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt wird, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt, wird gemäß dem vorliegenden Konzept die mit der Mischtrommel gekoppelte Bremseinrichtung so gesteuert, dass diese eine Bremskraft auf die Mischtrommel aufbringt. Durch das Abschalten der elektrischen Antriebsmaschine und das Betätigen der mit der Mischtrommel gekoppelten Bremseinrichtung kann somit der stationäre Zustand der Mischtrommel erzielt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann zum Erzielen des stationären Zustands der Mischtrommel die elektrische Antriebsmaschine auf der Basis eines Kurzschlussbetriebszustands in einen Bremszustand versetzt werden, wenn die Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt. Mit dieser Ausführungsform wird ein Bremsmoment der elektrischen Antriebsmaschine erzeugt und kann gemeinsam mit der von der Bremseinrichtung aufgebrachten Bremskraft eingesetzt werden, um die Mischtrommel in den stationären Zustand zu versetzen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebsmaschine als Asynchronmaschine ausgebildet sein, die über den elektrischen Wandler betreibbar ist. Über den elektrischen Wandler ist die Asynchronmaschine so betreibbar, dass ein vorbestimmter erforderlicher Betriebszustand der elektrischen Antriebsmaschine erzielt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann zum Erzielen des stationären Zustands der Mischtrommel der Eingangsanschluss des elektrischen Wandlers von der elektrischen Energiequelle elektrisch getrennt werden, wenn die Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt. Da in der Situation, in der die Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt, das den stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt, die mit der Mischtrommel gekoppelte Bremseinrichtung zum Aufbringen einer Bremskraft auf die Mischtrommel gesteuert wird, kann mit dieser Ausführungsform der stationäre Zustand der Mischtrommel erzielt werden. Insbesondere wird durch die Trennung des elektrischen Wandlers von der elektrischen Energiequelle bewirkt, dass die elektrische Antriebsmaschine kein Drehmoment mehr zum Antreiben der Mischtrommel erzeugt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann zum Erzielen des stationären Zustands der Mischtrommel der elektrische Wandler die elektrische Antriebsmaschine so steuern, dass ein aktives Bremsmoment von der elektrischen Antriebsmaschine erzeugt wird, wenn die Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt. In dieser Ausführungsform wird von der elektrischen Antriebsmaschine für den Fall, dass die Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt, das den stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt, ein Drehmoment erzeugt, das entgegengesetzt zu dem Drehmoment zum Antrieb der Mischtrommel im normalen Betrieb wirkt. Auf diese Weise kann der stationäre Zustand der Mischtrommel erzielt werden. Da die Bremseinrichtung zusätzlich ihre Bremskraft auf die Mischtrommel aufbringt kann, wenn die Steuerungseinrichtung das Signal erzeugt, das den stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt, kann auf diese Weise der stationäre Zustand der Mischtrommel erzielt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerungseinrichtung die elektrische Antriebsmaschine und die Bremseinrichtung im Wesentlichen zeitgleich in den vorbestimmten Betriebszustand zum Erzielen des stationären Zustands der Mischtrommel versetzen. Insbesondere in einer Situation, in der der Betrieb der Mischtrommel aus Sicherheitsgründen unterbunden werden soll, kann mit dieser Ausführungsform möglichst zeitnah der stationäre Zustand der Mischtrommel erzielt werden.
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In den vorstehend genannten Ausführungsformen kann das Abbremsen der Mischtrommel prinzipiell auf der Basis des vorbestimmten Betriebs der elektrischen Antriebsmaschine erfolgen. Wenn die elektrische Antriebsmaschine eine permanenterregte Synchronmaschine ist, kann das Abbremsen durch einen Kurzschlussbetriebszustand erzielt werden. Wenn die elektrische Antriebsmaschine eine Asynchronmaschine ist, kann der stationäre Zustand durch Erzeugen eines aktiven Bremsmoments in der Form eines zum Antrieb entgegengesetzten Moments an der Asynchronmaschine erzielt werden.
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Aufgrund regulatorischer Vorgaben ist ein Stromlosschalten bzw. ein Setzen des Ausgangsdrehmoments der elektrischen Antriebsmaschine auf null nicht ausreichend zum Erzielen des stationären Zustands in der Mischtrommel. Zur Erfüllung regulatorische Vorgaben ist gemäß den vorstehenden Ausführungsformen die mit der Mischtrommel gekoppelte Bremseinrichtung vorgesehen, die unabhängig von der Bauform der elektrischen Antriebsmaschine den stationären Zustand der Mischtrommel erzielen kann.
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Kurze Beschreibung der Figur
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- 1 zeigt einen Fahrmischer, bei dem eine Antriebseinrichtung in einer Ausführungsform angewendet ist.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen Fahrmischer 1, der als LKW mit einem Fahrgestell, Rädern und einem Führerhaus ausgestaltet ist. Auf dem Fahrgestell ist hinter dem Führerhaus eine Mischtrommel 2 drehbar an einem Gestell gelagert. Die Mischtrommel 2 weist eine Längsachse auf, die relativ zur Horizontalen leicht gekippt ist.
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Innerhalb der Mischtrommel 2 kann Mischgut, wie z. B. Beton, Zementmörtel oder ähnliches aufgenommen werden. Die Mischtrommel 2 ist um die Längsachse drehbar ausgestaltet. Zu diesem Zweck ist die Mischtrommel 2 an dem hinteren axialen Ende am Gestell des Fahrmischers 1 gelagert. Ferner ist die Mischtrommel 2 am vorderen axialen Ende ebenfalls am Gestell drehbar gelagert.
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Zum Antrieb der Mischtrommel 2 in Drehrichtung ist eine elektrische Antriebsmaschine 3 vorgesehen, wie in 1 gezeigt ist. Die elektrische Antriebsmaschine 3 ist an dem Gestell des Fahrmischers 1 abgestützt, um eine Reaktionskraft aufnehmen zu können. Zwischen einem Antriebselement der Mischtrommel 2, in die ein Drehmoment zum Drehen der Mischtrommel 2 eingeleitet wird, und der elektrischen Antriebsmaschine 3 ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform ein Getriebe vorgesehen. Das Getriebe weist ein Übersetzungsverhältnis auf, so dass die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 3 höher ist als die Drehzahl der rotierenden Mischtrommel 2.
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Die elektrische Antriebsmaschine 3 ist in der vorliegenden Ausführungsform als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet. Die permanenterregte Synchronmaschine weist in der vorliegenden Ausführungsform einen permanenterregten Rotor auf, der sich innerhalb eines fremderregten Stators dreht. Die elektrische Antriebsmaschine 3 ist elektrisch mit einem elektrischen Wandler 4 verbunden, der an dem Fahrmischer 1 vorgesehen ist. Der elektrische Wandler 4 ist eingangsseitig mit einer elektrischen Energiequelle verbunden, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Traktionsbatterie des Fahrmischers 1 ist. Ausgangsseitig ist der elektrische Wandler 4 mit der elektrischen Antriebsmasche 3 so verbunden, dass durch eine vorbestimmte Steuerung der elektrische Wandler 4 der elektrischen Antriebsmaschine 3 elektrische Leistung derart zuführt, dass der vorbestimmte Betriebszustand, insbesondere die vorbestimmte Drehzahl und das vorbestimmte Drehmoment erzielt wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist der Fahrmischer 1 ferner eine Bremseinrichtung 5 auf, die in der vorliegenden Ausführungsform koaxial zu der elektrischen Antriebsmaschine 3 an dem vorderen axialen Ende der Mischtrommel 2 vorgesehen ist. Die Bremseinrichtung 5 ist einerseits mit der Mischtrommel 2 verbunden und stützt sich andererseits an dem Gestell des Fahrmischers 1 ab, um ein Reaktionsmoment aufgrund der Bremsfunktion von der Mischtrommel 2 auf das Gestell des Fahrmischers 1 zu übertragen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bremseinrichtung 5 als Scheibenbremse ausgebildet, wobei die Bremsscheibe drehfest an der Mischtrommel 2 gekoppelt ist. Ferner ist ein Bremssattel vorgesehen, der Bremsbeläge aufweist, die gegen Flächen der Bremsscheibe der Bremseinrichtung 5 gepresst werden können. Der Bremssattel stützt sich gegenüber dem Gestell des Fahrmischers 1 ab, so dass beim Anpressen der Bremsbeläge aufgrund der Reibkraft zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe sowie aufgrund der Abstützung des Bremssattels an dem Gestell des Fahrmischers 1 die Rotation des Fahrmischers 1 abgebremst werden kann.
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In 1 ist am axialen Ende des E-Motors ergänzend ein Drehzahlsensor 6 vorgesehen. Der Drehzahlsensor 6 dient dazu, die Drehzahl der elektrischen Maschine, also indirekt auch derMischtrommel 2, zu erfassen und das Signal an eine Steuerungseinrichtung des Fahrmischers 1 abzugeben.
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Die Steuerungseinrichtung des Fahrmischers 1 ist eingerichtet, um zahlreiche Steuerungsfunktionen zu erfüllen. Die Steuerungseinrichtung des Fahrmischers 1 ist unter anderem mit dem elektrischen Wandler 4 und der Bremseinrichtung 5 gekoppelt, um den Betrieb des elektrischen Wandlers 4 und somit der elektrischen Antriebsmaschine 3 und der Bremseinrichtung 5 zu steuern.
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Zu diesem Zweck ist die Bremseinrichtung 5 mit einem Aktuator bzw. Stellglied ausgestattet, der über eine elektrische Ansteuerung die Bremseinrichtung 5 in einen Bremszustand versetzen kann.
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Im Folgenden wird die Betriebsweise der Antriebseinrichtung zum Antreiben der Mischtrommel des Fahrmischers 1 beschrieben. Zur Aufrechterhaltung eines Mischzustands von Mischgut in der Mischtrommel 2 wird die Mischtrommel 2 durch die elektrische Antriebsmaschine 3 gedreht. Hierzu wird über den Drehsensor 6 die Drehzahl der Mischtrommel 2 erfasst und wird die erfasste Drehzahl der Steuerungseinrichtung zur Verfügung gestellt. Die Steuerungseinrichtung steuert den elektrischen Wandler 4, so dass dieser die elektrische Antriebsmaschine 3 derart steuert, dass die vorgegebene Drehzahl der Mischtrommel 2 erzielt werden kann.
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Die Steuerungseinrichtung ist eingerichtet, um ein Steuersignal abzugeben, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt. Hierzu sind mit der Steuerungseinrichtung Bedienelemente sowie weitere Vorrichtungen verbunden, mit denen eine Anweisung zum Anhalten der Mischtrommel 2 abgegeben werden kann.
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Insbesondere können dies sicherheitstechnische Einrichtungen sein, die aufgrund der Erfassung von sicherheitskritischen Betriebszuständen die Steuerungseinrichtung zum Erzeugen des Steuersignals anweisen, das einen stationären Zustand der Mischtrommel 2 vorgibt. Ferner kann aufgrund der Bedienung eines Bedienelements von dem Fahrer die Steuerungseinrichtung veranlasst werden, das Steuersignal zu erzeugen, das den stationären Zustand der Mischtrommel 2 vorgibt.
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In dieser Ausführungsform wird zum einen die Bremseinrichtung 5 unmittelbar in den Bremszustand versetzt. Zeitgleich wird die als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine 3 über den elektrischen Wandler in einen Kurzschlussbetriebszustand versetzt, während der elektrische Wandler 4 eingangsseitig von der elektrischen Energiequelle getrennt wird. Die im Kurzschlusszustand der elektrischen Antriebsmaschine 3 erzeugte elektrische Leistung wird dabei über einen Verbraucher, der beispielweise ein wärmeerzeugendes Element sein kann, oder über den elektrischen Wandler 4 der Traktionsbatterie zugeführt.
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In dieser Situation wird die Mischtrommel 2 zum einen durch das von der Bremseinrichtung 5 erzeugte Bremsmoment und zum anderen durch die im Kurzschlussbetriebszustand befindliche elektrische Antriebsmaschine 3 abgebremst.
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Zur Erfüllung von regulatorischen Vorgaben ist der Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 3 zum Abbremsen der Mischtrommel 2 allein nicht ausreichend. Zu diesem Zweck wird in der vorliegenden Ausführungsform die Bremseinrichtung 5, die als mechanische Bremseinrichtung ausgestaltet ist, zugeschaltet, so dass die Mischtrommel 2 sicher in den stationären Zustand versetzt werden kann und insbesondere ein Nachpendeln der Mischtrommel 2 aufgrund von möglicherweise ungleich verteiltem Mischgut unterbunden wird.
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Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Antriebseinrichtung zum Antreiben der Mischtrommel 2 des Fahrmischers 1 beschrieben. Abweichend von der vorstehenden Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung eine als Asynchronmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine 3 auf. In ähnlicher Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform wird die als Asynchronmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine 3 durch den elektrischen Wandler 4 unter Verwendung von elektrischer Leistung einer elektrischen Energiequelle, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie des Fahrmischers 1 angetrieben. In ähnlicher Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform wird bei Vorliegen des Steuersignals, das einen stationären Zustand der Mischtrommel 2 vorgibt, der elektrische Wandler 4 eingangsseitig von der elektrischen Energiequelle getrennt. Gleichzeitig wird die Bremseinrichtung in den Bremszustand versetzt, so dass die Mischtrommel 2 des Fahrmischers in den stationären Zustand versetzt werden kann. In diesem Fall wird das Ausgangsmoment der als Asynchronmaschine ausgebildeten elektrischen Antriebsmaschine 3 auf null gesetzt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird, abweichend von der vorstehenden Ausführungsform, das Ausgangsdrehmoment der als Asynchronmaschine ausgebildeten elektrischen Antriebsmaschine 3 nicht auf null gesetzt, sobald die Steuereinrichtung das Steuersignal erzeugt, das einen stationären Zustand der Mischtrommel vorgibt. Abweichend wird in diesem Fall die elektrische Antriebsmaschine 3 in einen aktiven Bremszustand versetzt, in welchem die als Asynchronmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine 3 ein entgegen der Antriebsrichtung der Mischtrommel 2 wirkendes aktives Bremsmoment erzeugt. Zu diesem Zweck wird der elektrische Wandler 4 entsprechend betrieben und nimmt elektrische Leistung von der elektrischen Energiequelle auf, um die elektrische Antriebsmaschine 3 in den aktiven Bremszustand zu versetzen.
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In dieser Ausführungsform wird somit bei Vorliegen des Steuersignals, das einen stationären Zustand der Mischtrommel 2 vorgibt, die Mischtrommel 2 durch das aktive Bremsmoment der elektrischen Antriebsmaschine 3 und durch die Bremskraft der Bremseinrichtung 5 herbeigeführt.
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Bezugszeichen
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- 1
- Fahrmischer
- 2
- Mischtrommel
- 3
- elektrische Antriebsmaschine
- 4
- elektrischer Wandler
- 5
- Bremseinrichtung
- 6
- Drehzahlsensor
