DD278947A1

DD278947A1 - ELECTRONIC MAGNETIC MIXER

Info

Publication number: DD278947A1
Application number: DD88324360A
Authority: DD
Inventors: Frank Pietsch; Klaus Dittrich; Hans-Juergen Wittek
Original assignee: Mlw Pruefgeraete Werk Medingen
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-05-23
Also published as: DE3927045A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Magnetmischer, der in Labors zur Durchmischung von Fluessigkeiten in einem oder mehreren Gefaessen gleichzeitig eingesetzt werden kann. Ihr Anliegen ist es, eine Mischeinrichtung zu schaffen, die eine moeglichst grosse Anzahl von Ruehrstellen bei minimiertem Flaechenbedarf besitzt, an denen die gleichen physikalischen Bedingungen vorliegen und die eine homogene Durchmischung gewaehrleistet. Geloest wird diese Aufgabe dadurch, dass ueber eine Steuerelektronik vier Leistungsverstaerker, beschaltet mit gegenlaeufig parallel oder in Reihe geschalteten Spulen mit entsprechenden Polschuhen so angesteuert werden, das mit jedem magnetischen Teilkreis, auf dem jeweils vier Spulen angeordnet sind ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird und bei Ankopplung jeweils weiterer zwei Spulen unter der Beruecksichtigung des vorgesehenen Schaltregimes jeweils neue magnetische Teilkreise mit vier Spulen ausgebildet werden.The invention relates to an electronic magnetic mixer, which can be used simultaneously in laboratories for the mixing of liquids in one or more Gefaessen. Their aim is to create a mixing device that has the largest possible number of agitators with minimized surface area requirements, in which the same physical conditions prevail and ensures homogeneous mixing. This task is solved by controlling four power amplifiers, wired with oppositely connected in parallel or in series coils with corresponding pole pieces so that with each magnetic pitch circle, on each of which four coils are arranged a magnetic rotating field is generated and in coupling in each case a further two coils, taking into account the intended switching regime, respectively new magnetic partial circuits with four coils are formed.

Description

Field of application of the invention

Elektronische Magnetmischer finden Anwendung in chemischen, biochemischen, physikalischen oder medizinischen Labors. Sie dienen der Durchmischung von Flüssigkeiten in einem oder mehreren Gefäßen gleichzeitig. Insbesondere sind sie für das Mischen bzw. Rühren von Probenserien geeignet, für die reproduzierbare, gleiche Rührparameter gefordert sind.Electronic magnetic mixers are used in chemical, biochemical, physical or medical laboratories. They serve the mixing of liquids in one or more vessels simultaneously. In particular, they are suitable for mixing or stirring sample series for which reproducible, identical stirring parameters are required.

Characteristic of the known state of the art

Elektronische Magnetmischer basieren auf dem gemeinsamen Grundprinzip, daß mittels einer, von einem veränderlichen Stromfluß durchflossenen Spulenanordnung mit Polschuhen ein magentisches Drehfeld erzeugt wird, das ein permanentmagnetisches Rührelement in einer Flüssigkeit zur rotorischen Drehbewegung veranlaßt, um die Flüssigkeit zu durchmischen bzw. zu rühren.Electronic magnetic mixers are based on the common basic principle that a magnetic rotating field is produced by means of a coil arrangement with pole shoes through which a variable current flow causes a permanent-magnetic stirring element in a liquid to rotate in order to agitate or stir the liquid.

Zu diesem Grundprinzip sind verschiedene Ausführungovarianten bekannt, sowohl den Grundaufbau des Gerätes als auch die Verfahren zur Ansteuerung der Spulenanordnung betreffend.For this basic principle, various embodiments are known, both the basic structure of the device and the method for driving the coil assembly regarding.

In DE OS 3043335 ist eine Magnet-Rühreinrichtung beschrieben, die durch spezielle Formung der Polschuhe t'ie Zentrierung des Rührstabes und einen stabilen Betrieb in einem weiten Drehzahlbereich bei verschiedenen Rührstablängen ermöglichen soll und die die Vervielfachung der vorgeschlagenen Magnet-Rühreinrichtung zu rührplattenartigen Anordnungen umfaßt, welche bei synchrone' Ansteuerung der Magnetanordnungen der einzelnen Einrichtungen weitere Rührbereiche aufweisen soll.In DE OS 3043335 a magnetic stirring device is described, which is to enable by special shaping of the pole pieces t'ie centering of the stirring rod and a stable operation in a wide speed range at different Rührstablängen and which includes the multiplication of the proposed magnetic stirring device to stir plate-like arrangements, which should have further stirring ranges in the case of synchronous activation of the magnet arrangements of the individual devices.

Mit der dargelegten Erfindung ist jedoch im Zentrum der zusätzlich ausgebildeten Drehfelder eine definierte Zusammenführung der Magnetlinien durch die Geometrie der Polschuhe nicht gewährleistet, der im Luftspalt sich ausbildende magnetische Fluß ist unterschiedlich zu denen in der dargestellten Anordnung. Damit hat das zwischen den Anordnungen ausgebildete Drehfeld eine schwächere Intensität und gewährleistet nicht die angestrebten Wirkungen wie stabil der Betrieb und genaue Zentrierung des Rührelementes.With the invention set forth, however, a defined merging of the magnetic lines by the geometry of the pole shoes is not guaranteed in the center of the additionally formed rotating fields, the magnetic flux forming in the air gap is different from those in the illustrated arrangement. Thus, the rotating field formed between the arrangements has a weaker intensity and does not ensure the desired effects such as stable operation and accurate centering of the stirring element.

In DD OS 234618 sind ein motorloser Magnetfeldrührer und das Verfahren zu dessen Ansteuerung beschrieben. Diese Ausführung stellt eine Variante dar, die gute Rühreigenschaften verspricht, jedoch keine Reihung und Schaffung zusätzlicher Rührstellen zuläßt.In DD OS 234618 a motorless magnetic stirrer and the method for its control are described. This embodiment represents a variant which promises good stirring properties, but does not allow any ranking and creation of additional stirring points.

Ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Durchmischung von Fluiden mit rotorlosen Magnetfeldrührern sind in DD PS 249640 beschrieben. Damit ist beabsichtigt, insbesondere auf die zu mischenden Kultursuspensionen eine reproduzierbare Dreh- bzw. Schwenkbewegung auszuüben. Inder Patentschrift wird auf eine Mehrfachnutzung von Magnetspulen verwiesen. Aus der dargestellten Anordnung ist jedoch nicht zu erkennen, wie die angegebenen acht bis sechzehn Mischstellen eindeutig ausgebildet werden solion und oh gleiche (Rühren und Schwenken) oder vsrschiedone Mischbewegungen (Rühren und Schwenken) gleichzeitig auftreten. In der beschriebenen Anordnung werden mit 25 Spulen lediglich 4 Mischplätze ausgebildet. A method and a circuit arrangement for the mixing of fluids with rotorless magnetic field stirrers are described in DD PS 249640. This is intended to exert a reproducible rotation or pivoting movement, in particular on the culture suspensions to be mixed. In the patent reference is made to a multiple use of magnetic coils. From the illustrated arrangement, however, it can not be seen how the specified eight to sixteen mixing points are clearly formed, and oh same (stirring and panning) or different mixing movements (stirring and panning) occur simultaneously. In the described arrangement, only 4 mixing stations are formed with 25 coils.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit minimalem technischen Aufwand bei minimiertem Flächenbedarf zeitgleich oder bei seriellen Proben anfallende Mischaufgaben mit einem Gerät so zu lösen, daß unter gleichen, zum Teil extremen physikalischen Bedingungen gearbeitet werden kann.The object of the invention is to solve with minimal technical effort with minimized space requirement at the same time or in serial samples resulting mixing tasks with a device so that you can work under the same, sometimes extreme physical conditions.

Explanation of the essence of the invention

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete funktioneile Spulenanordnung und entsprechende elektronische Ansteuerung eine Einrichtung zu schaffen, die eine möglichst große Anzahl von Rührstellen bei minimiertem Flächenbedarf besitzt, an denen die gleichen physikalischen Bedingungen vorliegen ur.d die eine homogene Dmchmischung gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Steuerelek'ronik (3) mit vier Leistungsverstärkern (4.1. bis 4.4.) so verbunden ist, daß die an den Ausgängen der Steuerelektronik (3) bereitgestellten Takte eins bis vier den mit einer Betriebsspannung (6) versorgten Leistungsverstärkern (4.1. bis 4.4.) zeitlich nacheinander zugeordnet sind, die Ausgänge der Leistungsverstärker (4) mit gegenläufig parallel oder gegenläufig in Reihe geschalteten Spulen (5.1. bis 5.4.) so beschaltet sind, daß den Leistungsverstärkern (4.1.) und (4.3.) das Spulenpaar (5.1.) und (5.3.) bzw. den Leistungsverstärkern (4.2.) und (4.4.) das Spulenpaar (5.2.) und (5.4.) zugeordnet sind, die Spulen (5.1. bis 5.4.) mit entsprechenden Polschuhen sind jeweils zu viert auf einem gemeinsamen magnetischen Teilkreis angeordnet, der durch die Mitten aller beteiligten Spulen (5.1. bis 5.4.) verläuft und bei Ankopplung jeweils weiterer zwei Spulen (5) mit entsprechenden Polschuhen unter der Berücksichtigung des Schaltregimes der Leistungsverstärker (4.1. bis 4.4.) jeweils neue magnetische Teilkreise mit vier Spulen (5) ausbildet. Mit jedem magnetischen Teilkreis wird ein magnetisches Drehfeld erzeugt, dessen Wirkung über entsprechend ausgebildete Polschuhe auf Rührmagnete übertragen wird, mit denen der Mischvorgang im Mischgefäß abläuft.Dor invention is based on the object to provide by a suitable functional coil assembly and corresponding electronic control a device that has the largest possible number of stirring points with minimal space requirements, where the same physical conditions are present ur.d the guaranteed homogeneous mixing Dmchmischung. According to the invention the object is achieved in that a control electronics (3) with four power amplifiers (4.1 to 4.4.) Is connected so that the provided at the outputs of the control electronics (3) clocks one to four with an operating voltage (6 supplied power amplifiers (4.1 to 4.4.) are assigned sequentially in time, the outputs of the power amplifier (4) with counter-parallel or counter-series-connected coils (5.1 to 5.4.) Are connected so that the power amplifiers (4.1.) And (4.3.) The coil pair (5.1.) And (5.3.) Or the power amplifiers (4.2.) And (4.4.) The coil pair (5.2.) And (5.4.) Are assigned, the coils (5.1 to 5.4. ) with corresponding pole shoes are arranged in each case four on a common magnetic pitch circle, which passes through the centers of all coils involved (5.1 to 5.4.) And when coupling each two further coils (5) with corresponding pole pieces under Berück the switching regime of the power amplifiers (4.1. to 4.4.) each form new magnetic pitch circles with four coils (5). With each magnetic pitch, a magnetic rotating field is generated, the effect of which is transmitted via correspondingly shaped pole shoes on stirring magnets, with which the mixing process takes place in the mixing vessel.

Durch die Beschallung der Spulenpaare mittels jeweils zweier Leistungsverstärker besteht die Möglichkeit ein wechselndes Magnetfeld in den Spulen mit nur einer Versorgungsspannung für die Leistungsverstärker zu erzeugen. Die Funktion des elektronischen Magnetmischers sol! anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.By sonicating the coil pairs by means of two power amplifiers it is possible to generate an alternating magnetic field in the coils with only one supply voltage for the power amplifier. The function of the electronic magnetic mixer sol! be explained in more detail with reference to an embodiment.

embodiment

Zum Ausführungsbeispiel gehören:The embodiment includes:

Fig. 1: Prinzipschaltbild der elektronischen Ansteuerung und Fig. 2: Prinzipdarstellung der räumlichen Spulenanordnung.Fig. 1: Block diagram of the electronic control and Fig. 2: Schematic representation of the spatial coil arrangement.

Zur elektronischen Ansteuerung der Spulensysteme dienen, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Potentiometer 1 mit einem Frequenzgenerator 2, eine Steuerelektronik 3, Leistungsverstärker 4 und die Spulenpaare 5.1., 5.3. und 5.2., 5.4.Serve for electronic control of the coil systems, as shown in Fig. 1, a potentiometer 1 with a frequency generator 2, an electronic control unit 3, power amplifier 4 and the coil pairs 5.1., 5.3. and 5.2., 5.4.

Die mit einem Potentiometer 1 variabel einstellbare Rechteckfrequenz eines Generators 2 wird einer Steuerelektronik 3 zugeführt.The variably adjustable with a potentiometer 1 square wave frequency of a generator 2 is supplied to a control electronics 3.

Die Steuerelektronik 3 kann aus einem Zähler bestehen, der die vom Generator 2 zugeführte Frequenz als Impulsfolge an den Ausgängen 1 bis 4 zur zeitlich richtigen Ansteuerung der Leistungsverstärker 4.1. bis 4.4. bereitstellt. Für das sichere Schalten der Leistungsverstärker 4 wird deren invertierender Eingang mittels Spannungsteiler 7 auf halbes Ansteuerpotential der Steuerelektronik 3 gelegt. Damit kann ein Stromfluß in beiden Richtungen durch die Spulenpaare 5.1., 5.3. bzw. 5.2., 5.4. mit nur einer Betriebsspannung +U₅ 6 realisiert werden.The control electronics 3 may consist of a counter, the frequency supplied by the generator 2 as a pulse train at the outputs 1 to 4 for timely control of the power amplifier 4.1. to 4.4. provides. For the safe switching of the power amplifier 4 whose inverting input is set by means of voltage divider 7 to half drive potential of the control electronics 3. Thus, a current flow in both directions through the coil pairs 5.1., 5.3. or 5.2., 5.4. can be realized with only one operating voltage + U ₅ 6.

In Fig. 2 sind die Spulen so mit entsprechenden Polschuhen auf einer Jochplatte 7 angeordnet, daß sich jewpils 4 Spulen 5.1., 5.2., 5.3., 5.4., auf einem gemeinsamen, durch die Kernmitten verlaufenden Teilkreis befinden über dem bei Ansteuerung in zeitlich richtiger Reihenfolge 5.1., 5.3., 5.2., 5.4. ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird.In Fig. 2, the coils are arranged with corresponding pole pieces on a yoke plate 7, that jewpils 4 coils 5.1., 5.2., 5.3., 5.4., Are on a common, running through the core centers pitch circle over the case of control in time correct order 5.1., 5.3., 5.2., 5.4. a magnetic rotating field is generated.

Mit der Ankopplung jeweils weiterer 2 Spulen werden weitere Teilkreise gebildet, die unter Einhaltung der Ansteuerung in richtiger zeitlicher Reihenfolge 5.1 „ 5.3., 5.2., 5.4. weitere magnetische, dem benachbarten im Drehsinn entgegengesetzte, Drehfelder ausbilden. Untpr Beachtung der zum Mischen erforderlichen Drehmomente ist die Ausbildung von η ürehfeldern möglich. In der Anordnung gemäß Fig. 2 werden 9 Drehfelder erzeugt.With the coupling of each further 2 coils further subcircuits are formed, which in compliance with the control in the correct time sequence 5.1 "5.3., 5.2., 5.4. form further magnetic fields opposite to the neighboring rotation fields. If the torques required for mixing are observed, the formation of η rotation fields is possible. In the arrangement of FIG. 2 9 rotating fields are generated.

Die Drehfelder fungierer. Is magnetische Kupplung zu dem permanentmagnetischen Rührelemßnt, welches sich über das Zentrum des Teilkreises 8 in einem Gefäß befindet und den Mischvorgang realisiert.The rotating fields acter. Is magnetic coupling to the permanent magnetic Rührelemßnt which is located over the center of the pitch circle 8 in a vessel and realizes the mixing process.

Claims

Electronic magnetic mixer for mixing liquid media in one or more vessels simultaneously, consisting of electronically controlled coils arranged on a perforated yoke plate, characterized in that an electronic control unit (3) with four power amplifiers (4.1 to 4.4.) Is so connected in that the clocks 1 to 4 provided at the outputs of the control electronics (3) are chronologically one after the other with the power amplifiers (4.1 to 4.4.) supplied with an operating voltage (6), the outputs of the power amplifiers (4) having opposite directions in parallel or in opposite directions in Reihv. switched coils (5.1 to 5.4.) Are connected so that the power amplifiers (4.1.) And (4.3.) The coil pair (5.1.) And (5.3.) And the power amplifiers (4.2.) And (4.4.) The Coil pairs (5.2.) And (5.4.) Are assigned, the coils (5.1 to 5.4.) With corresponding pole shoes are arranged in each case four on a common magnetic pitch circle through the centers of all coils involved (5.1 to 5.4.) runs and when coupling each further two coils (5) with corresponding pole pieces taking into account the switching regime of the power amplifier (4.1 to 4.4.) Each new magnetic pitch circles with four coils (5) is formed.

For this

2 pages drawings