DE2709365A1

DE2709365A1 - Magnetruehrer

Info

Publication number: DE2709365A1
Application number: DE19772709365
Authority: DE
Inventors: Gunnar Wik
Original assignee: WIK G
Current assignee: WIK G
Priority date: 1976-03-09
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1977-09-15
Also published as: CH617360A5; US4080663A; SE7603119L; SE397637B; FR2343501A1; GB1522782A; FR2343501B1

Description

»ITENifÄNWXUT E DR.-ING. WOLFF. H. BARTELS

Gunnar Wik, Vällingby / Schweden ^'PL-CHEU. DR. RER. MAT. DRANDES

DR-INa HELD. DIPL.-PHYS. WOLFF q 7 STUTTGART L LANGE STRASSE

MAGNETRt)HRER

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetrührer mit einem im Gefäß mit dem umzurührenden Fluidum leichtbeweglich gelagerten Rührläufer in Form eines Permanentmagnetstabs, der angeordnet ist, um von einem von außen aufgelegten, rotierenden Magnetfeld mittels zumindest eines Paares Unter dem Gefäß angebrachte parallelorientierter und mit zueinander phasenverschobenen Wechselströmen gespeister Magnetspulen mit gegengerichteten magnetomotorischen Kräften in Drehung versetzt zu werden.

Solche Rührer werden auf verschiedenen Forschungsgebieten verwendet, wo man in einem Probehalter (Becher, Kolben) eine regelmäßige Konzentration oder eine gleichmäßig verteilte Temperatur (z. B. bei Heizen) in einer Flüssigkeit, eine schnelle Lösung von Substanzen und Mischung oder Aufschlämmung von Flüssigkeiten wünscht, - um bei längeren Messungen auch zu verhindern, daß die Schlammsubstanzen zu Boden sinken.

Bei den bisher üblichen Rührern ist das zum Antrieb des Läufers dienende Magnetdrehfeld von einem unter dem Gefäß placierten Permanentmagnet mit elektrischem Motorantrieb erzeugt v/orden, der mit dem Läufer zentriert ist, und der diesen magnetisch kuppelt, so daß er mit derselben Drehzahl rotiert. Diese Konstruktion wird durch das Vorkommen beweglicher mechanischer Teile einem Verschleiß ausgesetzt und wird weniger betriebssicher, kompliziert eine kontinuierliche Regelung der Drehzahl und ist so umfangreich, daß sie in z.B. der Spektrofotometrie und der Fluorometrie kaum annewandt, noch weniger in befindliche Fotometer oder in ähnliche Apparatur einmontiert werden könnte.

Rea -Nr 1'^5 269

709837/0783

Man hat deshalb vorgeschlagen, daß das Mapnetdrehfeld mit Hilfe von einem Kreuzspulesystem geschaffen wird, das von einer zweiphasigen Wechselstromquelle mit 90 Phasenverschiebung gespeist wird. Die vorgeschlagene Konstruktion hat aber die Erwartungen nicht erfüllt. Somit wurde sie sehr leicht von anderen Magnetfeldern in der Nähe, wie z. B. von Relais, anderen Elektromagneten oder Permanentmagneten, gestört. Der Läufer hatte eine Neigung, zu springen oder an einem Pol des Elektromagnets festgehalten zu werden. Bei Änderung der Drehgeschwindigkeit des Antriebsflusses zur Regelung der Drehzahl des Läufers wurde das Drehfeld beunruhigt, so daß der Läufer leicht aus der Magnetkupplung fiel. Aufgrund der Empfindlichkeit des Führers für naheliegende fremde Magnetfelder war es außerdem nicht möglich, die Idee zur Umfassung zweier oder mehrerer Rührer nebeneinander zu entwickeln, da die eigenen Magnetfelder der Läufer miteinander interferierten, so daß die Läufer einen ungleichmäßigen Lauf zeigten oder einander anzogen.

Diese Faktoren, die eine Verwirklichung eines funktionsfähigen Rührers nach den vorgeschlagenen Prinzip verhindern, werden von der Erfindung dadurch eliminiert, daß auf einer Stelle in Linie mit dem Zentrum des Läufers, die im oder in der Mähe des gemeinsamen Mittelpunktes der Spulen liegt, eine Platte aus Mu-Metall oder einem anderen weich-magnetischen Material, das im Zusammenhang ähnliche Abschlrmungseigenschaften aufzeigt, am Boden des Gefäßes angeordnet ist.

Die Erfindung wird unten mit Hinweis auf beigefügte Zeichnungen näher beschrieben, in denen Fig. 1-3 Prinzipscher.en für eine erste, bzw. eine zweite und eine dritte Ausführungsform des Magnetrührers gemäß der Erfindung, und Fig. 4 und 5 eine schematische Ansicht von oben bzw. eine Seitenansicht Ober die mechanische Ausführung eines Rührers gemäß der

709837/0783

dritten AusfiJhrungsform zeigen, wobei die Seitenansicht auch die Placierung der Probehalter mit entsprechenden Läufern andeutet.

Die prinzipielle Anordnung nach Fig. 1 umfaßt einen konventionellen Oszillator (einschließlich Verstärker) O mit zwei Triebphasenwicklungen f^ und fp, die zu jeweils einer der beiden parallelgestellten Magnetspulen S₁ bzw. S_ mit einen gemeinsamen Rück- oder Null-Leiter führen. Symbolisch ist markiert worden, daß die Spulen gegengerichtete magnetomotorische Kräfte haben. Zwischen den Spulen und vorzugsweise auf einem geringfügig höheren Niveau air, die Oberseite derselben ist eine Platte aus Mu-Metall angebracht (eine Legierung von Nickel und Eisen), über dem Zentrum der Platte und nahe derselben wird der betreffende Probehalter (H in Fig. 5) mit dem als Rührläufer dienenden Permanentmagnetstab, hier bei R angedeutet, placiert. Die Ströme in den Phasen f₁ und fp sind gegeneinander phasenverschoben. Dies in Kombination mit den gegengesetzten magnetomotorischen Kräften der Spulen resultiert in so wechselnde magnetische Polaritäten der Spulen, daß diese die Läuferpole abwechselnd anziehenden und abstoPen- den Magnetflüssen zur Bildung eines den Läufer R mitbringenden, wandernden oder rotierenden Magnetfeldes aussetzen. Seine Frequenz, d. h. die Drehzahl des Läufers, kann von dem Oszillator O geregelt werden.

Die Aufgabe der Mu-Platte ist von größter Bedeutung, da sie durch Konzentrierung der longitudinalen Strömungslinien der Spulen in Zusammenspiel mit den Fluß von dem Läufer eine so starke Zentrierung desselben gibt, daß die Lluferbewegung nicht einmal von sehr naheliegenden fremden Magnetfeldern gestört wird.

Die Ausführung hat jedoch ihre Mängel, indem die, Bewegungs-

709837/0713

richtung nicht gesteuert werden kann, und die vorkommenden toten Punkte können den Läufer zum Stehen bringen oder den Anlauf erschweren.

Durch Ergänzung des einen Spulenpaares S₁ und S₂ mit einem zweiten Spulenpaar S, und S₁. in Quadrat format ion und mit denselben Phasen f* und fp wie das erste Paar, wie aus der Ausführung in Fig. 2 hervorgeht, erhält man ein Magnetdrehfeld mit totpunktsfreiem Umschließen. Hierbei wird der Läufer R wesentlich in dem gemeinsamen Zentrum der vier Spulen placiert. Die zentrierende Wirkung der Mu-Platte P auf dem Läufer wird jedoch durch das erhöhte Magnetfeldumschließen so verstärkt, daß die Platte je nach Bedürfnis recht wesentlich von dem geometrischen Mittelpunkt der Spule (mit gestrichelten Linien angedeutet) verschoben werden kann; alternativ braucht die Spulenformation nicht streng symme-trisch zu sein. Diese Flexibilität kann vom Raumgesichtspunkt eine große Rolle spielen.

Die beiden oben beschriebenen Ausführungsformen haben einfache Rührer betroffen. Sehr oft hat man jedoch Verwendung von doppelten Rührern nahe einander, z. B» einerseits von einem Halter mit Bezugsproben und andererseits von einem Halter mit Untersuchungsproben. Statt doppelte Spulensätze nach Fig. 1 zu verwenden, d. h. insgesamt acht Spulen, kann man sich durch das in Fig. 3 gezeigte Arrangement ohne Verschlechterung der Funktion mit nur sechs Spulen behelfen, welche Vereinfachung selbstverständlich zu großem Vorteil vom sowohl Raum- als auch Kostengesichtspunkt ist.

Diese Ersparnis von zwei Spulen geschieht dadurch, daß ein Spulenpaar S- und Sg noch eine Quadratformation zusammen mit den Spulen S, und Sj. mit einer Mu-Platte Pp im Zentrumgebiet bildet, und mit derselben Phase fp wie eines der übrigen Paare

709837/0783

-1 -

in dem Gezeigten Fall das hintere Spulenpaar 1 und 2, gespeist wird. Insbesondere bei dieser Aus führungs form - aber gev/is η ermaßen auch bei dem Doppelriihrer nach Fig. 2 - hat es sich erwiesen, daß eine weitere Verbesserung der Betriebssicherheit durch Anbringen flußabschirmender Scheiben A aus Mu-Metall nahe oder auf der Spulenoberseite herbeigeführt werden kann. Diese Scheiben sollen nicht nennensv/ert größer als der Spulenquerschnitt sein, um den Magnetfluß nicht ungehörig abzuschirmen.

Bezüglich der Größe der Mu-Platten P gilt, daß je kleiner die Platte ist, desto feiner wird die Zentrierung des Läufers, aber desto schwächer die Zentrierungskraft und umgekehrt. Der Bestwert wird somit von den übrigen magnetischen Parametern des Rührers abhängig.

Der Doppelrührer in Fig. 3 kann nach dem dort gezeigten Prinzip mit zusätzlichen Spulenpaaren zum Erhalten von drei oder mehreren Rührern erweitert werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Beispiele der mechanischen Ausführung des Doppelrührers nach Fig. 3· Ba findet man die sechs Spulen S₁-Sg einschließlich aufgelegter Mu-Metallscheiben in einen Block B eingeräumt, der einen Distanzhalter D aus Kunststoff oder anderem unmagnetischen Material zum Tragen der Mu-Metallplatten P^ und P₂ trägt.Bel L sind die beiden ankommenden Triebphasen und der Rückleiter angedeutet. In der Seitenansicht in Fig. 5 wird auch der untere Teil der Probenhalter H und Η- mit darin liegenden Läufern R₁ und P_? angedeutet, welche auf übliche Weise einen gewölbten Mittelteil für die Lagerung gegen den Boden des Probehalters haben.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur beabsichtigt,

709837/0783

als Beispiel möglicher Ausführungen zu dienen. Die Erfindung ist deshalb nicht auf das oben Gezeigte und Beschriebene begrenzt,sondern verschiedene Mofifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung dürften dem Fachmann offenbar sein. Insbesondere muß jedoch hervorgehoben werden, daß die Phasenverschiebung zwischen den beiden Strömen der Triebphasen eine andere als 90° sein kann. Ferner kann der Rührer eine pumpende Wirkung dadurch erhalten, daß der Magnetstab als Propeller ausgebildet ist, oder daß ein solcher an dem Magnetstab befestigt ist. Eine auf diese Weise hergestellte Pumpe kann vorteilhaft im Zusammenhang, wo nur verhältnismäßig geringe Ansprüche an die Pumpleistung gestellt werden, z. B. bei Aquarien, verwendet v/erden.

709837/0783

i .

Leerseite

Claims

Magnetrührer mit einem in dem Gefäß (H in Fig. 5) mit dem umzurührenden Fluidum leichtbeweglich gelagerten Rührläufer (R) in Form eines Permanentmagnetstabes, der angeordnet ist, um von einem von außen aufgelegten, rotierenden Magnetfeld mittels zumindest eines Paares unter dem Gefäß (H) angebrachter, parallelorientierter Spulen (S₁ und Sp) mit gegengerichteten magnetomotorischen Kräften in Drehung versetzt zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle in Linie mit dem Zentrum des Läufers (R), die im oder in der Nähe des geneinsamen Mittelpunktes der Spulen liegt, eine Platte (P) aus Mu-Metall oder einem anderen, weich-magnetischen Material, das im Zusammenhang ähnliche Abschirmungseigenschaften aufweist, am Boden des Gefäßes angeordnet ist.
2. Magnetrührer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Paar im wesentlichen in quadratischer Formation placierte und paarweise mit derselben Phase (f* bzw. fp) von einer Wechselspannungsquelle (O) gespeiste Spulen (S₁-S₁₁ in Fig.2), in deren gemeinsamen Zentrumbereich die Platte (P) aus Mu-Metall nahe am Boden des Gefäßes angeordnet ist.
3. Magnetrührer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch noch ein Paar Spulen (s,- und Sg in Fig. 3), das zusammen mit dem einen (S- und S₁.) der beiden übrigen Paare eine quadratische Formation bildet und mit dem zweiten (S₁ und S₂) dieser Paare eine gemeinsame Phasenspeisung hat, woneben eine zweite Mu-Metallplatte (P₂) in dem Zentrumbereich des neuen Quadrates zur Beeinflussung des Läufers (Rp in Fig. 5) in einem zweiten oberhalb liegenden Gefäß (Hp) placiert ist.
4. Magnetrührer nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Scheiben (A) aus Mu-Metall auch über jede der Spulen (P^-Ρκ bzw. P₁ ^-Pg) deckend placiert sind.

709837/0783