CH617360A5

CH617360A5 -

Info

Publication number: CH617360A5
Application number: CH256677A
Authority: CH
Inventors: Gunnar Wik
Original assignee: Wik G
Priority date: 1976-03-09
Filing date: 1977-03-01
Publication date: 1980-05-30
Also published as: FR2343501B1; DE2709365A1; US4080663A; SE397637B; GB1522782A; SE7603119L; FR2343501A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetrührer mit einem in einem Gefäss mit dem umzurührenden Fluidum leichtbeweglich gelagerten Rührläufer in Form eines Permanentmagnetstabs, der angeordnet ist, um von einem von aussen angelegten, rotierenden Magnetfeld mittels zumindest eines Paares unter dem Gefäss angebrachte parallelorientierter und mit zueinander phasenverschobenen Wechselströmen gespeister Magnetspule 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 Auf-schlämmung 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 Permanentmagneten mit elektrischem Motorantrieb erzeugt worden, 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 angewandt, noch weniger in befindliche Fotometer oder in ähnliche Apparatur einmontiert werden könnte.

Man hat deshalb vorgeschlagen, dass das Magnetdrehfeld mit Hilfe eines Kreuzspulensystems 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 Rührers für naheligende 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 dem 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 Nähe des gemeinsamen Mittelpunktes der Spulen liegt, eine Platte aus einem Mu-Metall, weichmagnetischen Material, z. B. das Abschirmungseigenschaften aufzeigt, am Boden des Gefässes angeordnet ist.

Der Erfindung wird unten mit Hinweis auf beigefügte Zeichnungen näher beschrieben, in denen Fig. 1 bis 3 Prinzipschemen 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 über die mechanische Ausführung eines Rührers gemäss der dritten Ausführungsform 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 fj und f2, die zu jeweils einer der beiden parallelgestellten Magnetspulen Si bzw. S2 mit einem 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 als 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 fa und f2 sind 90° 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 abstossenden 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 dem Fluss von dem Läufer eine so starke Zentrierung desselben gibt, dass die Läuferbewegung nicht einmal von sehr naheligenden fremden Magnetfeldern gestört wird.

Die Ausführung hat jedoch ihre Mängel, indem die Bewegungsrichtung nicht gesteuert werden kann, und die vorkommenden toten Punkte können den Läufer zum Stehen bringen oder den Anlauf erschweren.

Durch Ergänzung des einen Spulenpaares Sa und S2 mit einem zweiten Spulenpaar S3 und S4 in Quadratformation und

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mit denselben Phasen fj und f2 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 5 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 symmetrisch 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 15 von einem Halter mit Bezugsproben und anderseits 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, 20 welche Vereinfachung selbstverständlich zu grossem Vorteil vom sowohl Raum- als auch Kostengesichtspunkt ist.

Diese Ersparnis von zwei Spulen geschieht dadurch, dass ein Spulenpaar Ss und S6 noch eine Quadratformation zusammen mit den Spulen S3 und S4 mit einer Mu-Platte P2 im Zen- 25 trumgebiet bildet, und mit derselben Phase f2 wie eines der übrigen Paare, in dem gezeigten Fall das hintere Spulenpaar St und S2, gespeist wird. Insbesondere bei dieser Ausführungsform — aber gewissermassen auch bei dem Doppelrührer nach Fig. 2 - hat es sich erwiesen, dass eine weitere Verbesserung 30 der Betriebssicherheit durch Anbringen flussabschirmender Scheiben A aus Mu-Metall nahe oder auf der Spulenoberseite herbeigeführt werden kann. Diese Scheiben sollen nicht nennenswert grösser als der Spulenquerschnitt sein, um den Ma-gnetfluss nicht ungehörig abzuschirmen. 35

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. Da findet man die sechs Spulen Sj-S6 einschliesslich aufgelegter Mu-Metallschei-ben in einem Block B eingeräumt, der einen Distanzhalter D aus Kunststoff oder anderem unmagnetischem Material zum Tragen der Mu-Metallplatten Pi und P2 trägt. Bei 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 H2 mit darin liegenden Läufern Ri und R2 angedeutet, welche auf übliche Weise einen gewölbten Mittelteil für die Lagerung gegen den Boden des Probehalters haben.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur beabsichtigt, um als Beispiel möglicher Ausführungen zu dienen. Die Erfindung ist deshalb nicht auf das oben Gezeigte und Beschriebene begrenzt, sondern verschiedene Modifikationen 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 werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Magnetrührer mit einem in einem Gefäss (H) mit dem umzurührenden Fluidum leichtbeweglich gelagerten Rührläufer (R) in Form eines Permanentmagnetstabes, der angeordnet ist, um von einem von aussen angelegten, rotierenden Magnetfeld mittels zumindest eines Paares unter dem Gefäss (H) angebrachter, parallelorientierter Spulen (Sl5 S2) 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 gemeinsamen Mittelpunktes der Spule liegt, eine Platte (P) aus weichmagnetischem Material, das Abschirmungseigenschaften aufweist, am Boden des Gefässes angeordnet ist.

2. Magnetrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (P) aus Mu-Metall besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Magnetrührer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei Paar im wesentlichen in quadratischer Formation plazierte und paarweise mit derselben Phase (fx; f2) von einer Wechselspannungsquelle (O) gespeiste Spulen (Si bis S4), in deren gemeinsamen Zentrumbereich die Platte (P) nahe am Boden des Gefässes angeordnet ist.

4. Magnetrührer nach Anspruch 3, an zwei Gefässen mit je einem Rührläufer, gekennzeichnet durch ein drittes Paar Spulen (S5, S6), das zusammen mit dem einen (S3, S4) der beiden übrigen Paare eine quadratische Formation bildet und mit dem zweiten (Sa, S2) dieser Paare eine gemeinsame Phasenspeisung hat, woneben eine zweite Platte (P2) aus einem weichmagnetischen Material in dem Zentrumbereich des neuen Quadrates zur Beeinflussung des Läufers (R2) in einem zweiten, oberhalb liegenden Gefäss (H2) plaziert ist.

5. Magnetrührer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Scheiben (A) aus einem weichmagnetischen Material, z. B. Mu-Metall, auch über jeder der Spulen (Sa bis S4; Si bis S6) deckend plaziert sind.