DD275985A3

DD275985A3 - ARRANGEMENT FOR MOTORLESS MAGNETIC FIELD DRIVERS

Info

Publication number: DD275985A3
Application number: DD31299788A
Authority: DD
Inventors: Rainer Jung; Wolfgang Knittel; Thomas Steffen
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1988-02-18
Filing date: 1988-02-18
Publication date: 1990-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung fuer motorlose Magnetfeldruehrer, die bei entsprechender Erregung ein gleichmaessig rotierendes magnetisches Drehfeld mit hohem Durchgriff im Zentrum erzeugt. Typische Anwendungsgebiete sind die biotechnologische und chemische Forschung und Industrie, wo sowohl leistungsstarke Laborruehrer als auch Kleinst- und Foerderruehrer fuer Kuevetten, Spektrometer u. a. eingesetzt werden. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung fuer leistungsstarke motorlose Magnetfeldruehrer die auf kleinstem Raum und an schwer zugaenglichen Stellen vielseitige Ruehraufgaben erledigt. Die Aufgabe besteht darin, die mechanische Bauhoehe/Baugroesse der Anordnung entscheidend zu verringern, wobei das wirksame magnetische Feld einen hohen Zentrierungsgrad aufweist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem Polschuhe und ein kreisringfoermiger Kern aus Weicheisen so miteinander verbunden sind, dass die Polschuhe radial zum Mittelpunkt weisen und Magnetspulen aufnehmen. Je nach Aufgabenstellung - Ruehren oder Foerdern - liegen die Polschuh-Achsen in einer Ebene mit dem Kern oder sind zur Mitte um einen kleinen Winkel a angehoben.The invention relates to an arrangement for motorless Magnetfeldruehrer that generates a correspondingly rotating magnetic rotating field with high penetration in the center with appropriate excitation. Typical areas of application are the biotechnological and chemical research and industry, where both high-performance laboratory stirrers as well as micro and conveyor for cuvettes, spectrometers u. a. be used. The aim of the invention is to provide an arrangement for powerful motorless Magnetische Magnetrider done in a small space and hard to reach places versatile backlash. The object is to decisively reduce the mechanical height of the structure, the effective magnetic field having a high degree of centering. According to the invention, the object is achieved by connecting pole shoes and a circular ring-shaped core made of soft iron so that the pole shoes point radially to the center and receive magnetic coils. Depending on the task - stirring or feeding - the pole piece axes lie in a plane with the core or are raised to the center by a small angle a.

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für motorlose Magnetfeldrührer mit universellen Anwendungsmöglichkeiten in der biotechnologischen und chemischen Forschung, Routine und Industrie. Sie ist sowohl geeignet für leistungsstarke Laborrührer гит Rühren und Mischen niedrig viskoser Medien, als auch in abgesetzter Form für Kleinst- und Förderrührer bei Küvetten, Meßgeräten und Spektrometern.The invention relates to an arrangement for motorless magnetic stirrer with universal applications in biotechnological and chemical research, routine and industry. It is suitable both for high-performance laboratory stirrers with stirring and mixing of low-viscosity media, as well as in stepped form for miniature and conveying stirrers in cuvettes, measuring instruments and spectrometers.

Characteristic of the known technical solutions

Anordnungen für motorlose Magnetfeldrührer herkömmlicher Bauart bestehen meist aus zwei oder mehreren sich gegenüber liegenden Polpaaren, die sternförmig angeordnet sind (s. beispielsweise DE 3135961 und DE 3043335). Die Magnetspulen sind dabei so auf dem Kernmaterial angeordnet, daß ihre Achsen senkrecht zur Drehebene des Rührelementes zeigen.Arrangements for motorless magnetic field stirrers of conventional design usually consist of two or more mutually opposite pole pairs which are arranged in a star shape (see, for example, DE 3135961 and DE 3043335). The magnetic coils are arranged on the core material so that their axes are perpendicular to the plane of rotation of the stirring element.

Es gibt verschiedene Bauarten mit gemeinsamer unten liegender und geschlossener Jochplatte (s. auch DE 3043335 und DT 2709365), mit oben abgeteilten oder/und gekröpften Polschuhen (DE 3135961), oder auch zur Rührerachse abgewinkelten Spulenkernen wie zum Beispiel in der Patentschrift DD 234618 beschrieben.There are various types with common bottom and closed yoke plate (see also DE 3043335 and DT 2709365), with above split or / and cranked pole pieces (DE 3135961), or even to the stirrer axis angled coil cores as described for example in the patent DD 234618 ,

In der Mehrzahl der Fälle sind die Spulenkernenden (oder Polschuhe) einerseits auf einer Jochplatte bzw. in einem Jochzentrum und andererseits annähernd punktförmig, ohne sich zu berühren zusammengeführt.In the majority of cases, the coil core ends (or pole shoes) on the one hand on a yoke plate or in a yoke center and on the other hand almost punctiform, without touching combined.

In den Erfindungsbeschreibungen DT 2709365, DE 3135961 und DE 3400724 sind zusätzliche konstruktive Maßnahmen wie Hilfspolkerne, Füllstücke und Mu-Metallplatten angegeben um eine Verbesserung der Zentrierung des Magnetfeldes und Eindämmung seiner Streuwirkung zu erreichen.In the invention descriptions DT 2709365, DE 3135961 and DE 3400724 additional constructive measures such as auxiliary pole cores, patches and Mu metal plates are given to improve the centering of the magnetic field and to reduce its scattering effect.

Verschieden ausgebildete Polschuhe und Spulenanordnungen, Einkapselungen u.a. kennzeichnen die spezialisierten Ausführungsformen je nach Anwendungsfall.Various pole shoes and coil arrangements, encapsulations and the like characterize the specialized embodiments depending on the application.

Gemeinsame entscheidene Nachteile dieser Lösungen sind die unvermeidliche große Bauhöhe und der Herstellungsaufwand.Common decisive disadvantages of these solutions are the inevitable large height and the manufacturing cost.

Die konstruktionsbedingten Unterbrechungen der magnetischen Kreise bewirken eine ungünstige Feldverteilung und führen zu unnötiger Erwärmung des Rührers. Die vielfach erforderlichen Maßnahmen, um an der Rühreroberfläche (Stellfläche) ein wirksames magnetisches Feld mit hohem Durchgriff zu erzielen, sind kostenaufwendig und schränken die AnwendungsbreiteThe design-related interruptions of the magnetic circuits cause an unfavorable field distribution and lead to unnecessary heating of the stirrer. The often required measures to achieve an effective magnetic field with high penetration at the stirrer surface (floor space) are costly and restrict the scope of application

Es gibt auch spezielle Anordnungen für Mehrstellenrührer-Systeme (z. B. DE 3400724 und DE 3106175). Kennzeichnend sind hier Magnetwicklungen (Spulen), die aus mehreren parallelen und sich überkreuzenden Leiterbahnen oder Folien bestehen und lagenweise angeordnet sind.There are also special arrangements for multi-point stirrer systems (eg DE 3400724 and DE 3106175). Characteristic here are magnet windings (coils), which consist of several parallel and intersecting strip conductors or films and are arranged in layers.

Der zusätzliche Aufwand für die Ansteuerelektronik, eine geringe Rührleistung durch ungenügend ausgebildete Magnetfeldzentren und die unvermeidliche Baugröße begrenzen die Einsatzmöglichkeiten dieser Systeme.The additional effort for the control electronics, a low stirring power due to insufficiently formed magnetic field centers and the unavoidable size limit the possible uses of these systems.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung für leistungsstarke motorlose Magnetfeldrührer zu schaffen, die es ermöglicht, auch auf kleinstem Raum und an schwer zugänglichen Stellen von Geräten und Anlagen vielseitige Rühraufgaben zu erledigen.The object of the invention is to provide an arrangement for powerful motorless magnetic stirrer, which makes it possible to do even in the smallest space and hard to reach places of equipment and installations versatile mixing tasks.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe besteht darin, die Anordnungen für leistungsstarke motorlose Magnetfeldrührer so zu verbessern, daß die mechanische Bauhöhe gering ist und das wirksame magnetische Feld einen hohen Zentrierungsgrad aufweist. Vorausgesetzt werden bekannte Ansteuerelektroniken für motorlose Magnetfeldrührer mit mehreren Spulenpaaren sowie die Verwendung von verlustarmen Weicheisenmaterialien wie zum Beispiel Muniperm.The object is to improve the arrangements for powerful motorless magnetic field stirrer so that the mechanical height is low and the effective magnetic field has a high degree of centering. Provided are known control electronics for motorless magnetic stirrer with multiple coil pairs and the use of low-loss soft iron materials such as Muniperm.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst, indem ein Kern 1 und mehrere Polschuhe 2 aus Weicheisen so zueinander angeordnet werden, daß der Kern 1 ein geschlossenes Polygon oder einen Kreis bildet, von dem aus stabförmige Polschuhe 2 radial zum Mittelpunkt zeigen —Fig. 1 und Fig. 2. Je nach gewünschter Aufgabe- Rühren oder Fördern-liegen die Längsachsen der immer paarig angeordneten Polschuhe 2 erfindungsgemäß in einer Ebene mit dem Kern 1 - Fig. 1 — oder sind zur Mitte um einen kleinen Winkel α angehoben — Fig. 2.The object according to the invention is achieved by arranging a core 1 and a plurality of pole shoes 2 of soft iron relative to each other such that the core 1 forms a closed polygon or a circle from which rod-shaped pole shoes 2 point radially to the center. 1 and Fig. 2. Depending on the desired task- stirring or conveying-the longitudinal axes of the always paired pole pieces 2 are according to the invention in a plane with the core 1 - Fig. 1 - or are raised to the center by a small angle α - Fig. second

Vorzugsweise dienen die Polschuhe 2 zur Aufnahme der Magnetspulen 4 und sind einseitig fest mit dem Kern 1 verbunden. Ihre freien Enden berühren sich nicht und bilden die Führungsfläche für das Rührelement 3.Preferably, the pole pieces 2 serve to receive the magnetic coils 4 and are fixedly connected on one side to the core 1. Their free ends do not touch and form the guide surface for the stirring element 3.

Spitzwinklig abgeflachte Führungsflächen oder klauenartig stumpfe dienen einer besseren Zentrierung.Shallow angle flattened guide surfaces or claw-like blunt serve for better centering.

Der kleinste Winkel α zwischen der Längsachse der Polschuhe 2 und der Kernebene bestimmt die Bauhöhe der Anordnung und wird ausschließlich durch den benötigten Wickelraum für die Magnetspulen 4 festgelegt. Die Polschuhlänge und das verwendete Rührelement 3 begrenzen den Durchmesser.The smallest angle α between the longitudinal axis of the pole pieces 2 and the core plane determines the overall height of the arrangement and is determined exclusively by the required winding space for the magnetic coils 4. The pole length and the stirring element 3 used limit the diameter.

Die gesamte Anordnung ist in Silikonkautschuk o.a. eingebettet und von einem Deckblech 7 umgeben. Vorzugsweise ist das Rührelement 3 in Stab- oder Propellerform ausgeführt. Zur Vermeidung von Verlusten ist der Abstand zwischen dem Rührelement 3 und den freien Polschuhenden gering zu halten.The entire assembly is in silicone rubber o.a. embedded and surrounded by a cover plate 7. Preferably, the stirring element 3 is designed in rod or propeller form. To avoid losses, the distance between the stirring element 3 and the free ends of the pole piece has to be kept low.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung entsteht ein magnetischer Kreis mit guter Feldverteilung und einem homogenen Magnetfluß im Kernmaterial. Der kreisringförmige Kern 1 reduziert die Streufeldwirkung nach außen. Bei entsprechender Erregung von sich jeweils gegenüberliegenden Spulenpaaren entsteht ein gleichmäßig rotierendes magnetisches Drehfeld mit hohem Durchgriff im Zentrum. Die Eigenerwärmung ist dabei vernachlässigbar. Damit erhöht sich die Leistungsfähigkeit der Anordnung gegenüber dem bekannten Stand der Technik.The inventive arrangement produces a magnetic circuit with good field distribution and a homogeneous magnetic flux in the core material. The annular core 1 reduces the stray field effect to the outside. With appropriate excitation of each opposing coil pairs creates a uniformly rotating magnetic rotating field with high penetration in the center. The self-heating is negligible. This increases the performance of the arrangement over the prior art.

Die erfindungsgemäße geometrische Lage der Magnetspulen zur Kernebene gestattet eine wesentliche Reduzierung der Bauhöhe/Baugröße der Anordnung, die dann nur noch von der zu erzielenden Rührleistung abhängig ist und kleine Ausführungen favorisiert.The geometric position of the magnetic coils according to the invention to the core plane allows a significant reduction in the height / size of the arrangement, which then depends only on the stirring power to be achieved and favors small designs.

Durch den einfachen und robusten Aufbau ergeben sich niedrige Herstellungskosten.The simple and robust design results in low production costs.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich für labormäßige Rühr- und Förderaufgaben gleichermaßen und erweitert damit die Anwendungsbreite gegenüber den bekannten technischen Lösungen.The arrangement according to the invention is suitable for laboratory-like stirring and conveying tasks alike and thus extends the scope of application over the known technical solutions.

Ausführungsbeispielembodiment

Fig. 1 zeigt eine Anordnung für motorlose Magnetfeldrührer, die erfindungsgemäß einen kreisringförmigen äußeren Kern 1,drei Paare von radial zum Mittelpunkt zeigenden Polschuhen 2 mit aufgeschobenen Magnetspulen 4, ein Rührelement 3, eine Küvette 5 mit der Flüssigkeit 6 und ein Deckblech 7 aufweist. Das Ausführungsbeispiel ist als Förderrührer dargestellt. Die Polschuhe 2 sind mit dem Kern 1 fest verbunden und liegen mit dem Rührelement 3 in einer Ebene. Die freien Enden der Polschuhe 2 sind vorzugsweise klauenartig ausgeführt um eine sichere Zentrierung des Rührelementes 3 zu gewährleisten. Die Küvette 5 besitzt eine ringförmige innere Ausweitung zur Aufnahme des propellerartigen Rührelementes 3. Die Verwendung annähernd gleicher Querschnitte für die Polschuhe 4, den Kern 1 und das Rührelement 3 unterstützt einen homogenen magnetischen Feldlinienverlauf.1 shows an arrangement for motorless magnetic field stirrers, which according to the invention has an annular outer core 1, three pairs of pole shoes 2 pointing radially to the center with pushed-on magnetic coils 4, a stirring element 3, a cuvette 5 with the liquid 6 and a cover plate 7. The embodiment is shown as a delivery stirrer. The pole pieces 2 are firmly connected to the core 1 and lie with the stirring element 3 in a plane. The free ends of the pole pieces 2 are preferably designed claw-like to ensure a safe centering of the stirring element 3. The cuvette 5 has an annular inner extension for receiving the propeller-like stirring element 3. The use of approximately the same cross sections for the pole pieces 4, the core 1 and the stirring element 3 supports a homogeneous magnetic field line course.

Fig. 2 zeigt die gleiche erfindungsgemäße Anordnung für motorlose Magnetfeldrührer, wobei im Unterschied zur Fig. 1 die Polschuhe 2 mit den Magnetspulen 3 gegenüber dem Kern 1 zum Mittelpunkt hin um einen kleinen Winkel α angehoben sind und die freien Enden der Polschuhe 2, spitzwinklig abgeflacht und annähernd punktförmig zusammengeführt, die Führungsfläche für das Rührelement 3 bilden. Dieses Ausführungsbeispiel ist als Laborrührer dargestellt. Für extrem niedrige Bauhöhen sind die Magnetspulen 4 tonnenförmig ausgeführt. Das Rührelement 3 hat vorzugsweise Stabform; das Deckblech 7 besteht aus nichtmagnetischem Werkstoff und dient als Stellfläche.Fig. 2 shows the same arrangement according to the invention for motorless magnetic stirrer, wherein in contrast to Fig. 1, the pole pieces 2 are raised relative to the core 1 towards the center by a small angle α and the free ends of the pole pieces 2, flattened at an acute angle and brought together approximately point-like form the guide surface for the stirring element 3. This embodiment is shown as a laboratory stirrer. For extremely low heights, the magnetic coils 4 are barrel-shaped. The stirring element 3 preferably has a rod shape; the cover plate 7 is made of non-magnetic material and serves as a footprint.

Claims

1. Arrangement for motorless Magnetic magnetic stirrer, which generates a rotating magnetic rotating field when excited, several pairs of opposite magnet coils (4), a stirring element (3), a cover plate (7) and rod-shaped pole pieces (2) and a core (1) low-loss soft iron approximately the same cross-section, characterized in that the pole shoes (2) with the magnetic coils (4) are constructive designed so that on the one hand firmly with the annularly enclosing core (1) connected radially to the center point, their longitudinal axes to the core plane are in a height determining relationship and the stirring element (3) may have propeller shape.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the core (1) forms a closed polygon or a circle.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the longitudinal axes of the pole pieces (2) coincide with the core plane or form a small angle α with her.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that only the pole pieces (2) receive the magnetic coils (4).