DE102008034512A1

DE102008034512A1 - Magnet-Rühreinrichtung

Info

Publication number: DE102008034512A1
Application number: DE102008034512A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kaufmann; Michael Fischer; Kai Kress
Original assignee: 2MAG AG
Current assignee: 2MAG AG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: DE102008034512B4

Abstract

Es wird eine Magnet-Rühreinrichtung mit einer mehrere Elektromagnetspulen und zugehörige magnetische Schließungskreise enthaltenden Basis, auf die jeweils einen magnetischen Rührstab und die zu rührende Flüssigkeit enthaltende Gefäße aus nicht magnetischen Werkstoff aufsetzbar sind, vorgeschlagen, wobei die Elektromagnetspulen mit auf ein gemeinsames Zentrum hin orientieren, radial langgestreckten Polschuhen verbunden sind und die magnetischen Schließungskreise eine aus magnetisierbaren Material bestehende Basisplatte, von dieser aufragende Kernteile der Elektromagnetspulen sowie die genannten radial langgestreckten Polschuhe enthalten. Eine wesentliche Verminderung von elektrischen Wirbelströmen in den magnetischen Schließungskreisen und dadurch eine nur verminderte Erwärmung der gesamten Basis für die Behandlung thermisch labiler Substanzen wird dadurch erreicht, dass in der Basisplatte und/oder den Kernteilen und/oder den Polschuhen parallel zu den magnetischen Feldlinien des jeweiligen Nutzflusses in den magnetischen Schließungskreisen orientierte, wirbelstromunterbrechende Spalträume oder Schlitze vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnet-Rühreinrichtung mit einer mehrere Elektromagnetspulen und zugehörige magnetische Schließungskreise enthaltenden Basis, auf die jeweils einen magnetischen Rührstab und die zu rührende Flüssigkeit enthaltende Gefäße aus nicht-magnetischem Werkstoff aufsetzbar sind, wobei die Elektromagnetspulen mit auf ein gemeinsames Zentrum hin orientierten, radial langgestreckten Polschuhen verbunden sind und die magnetischen Schließungskreise eine aus magnetisierbarer Material bestehende Basisplatte, von dieser aufragende Kernteile der Elektromagnetspulen sowie die genannten radial langgestreckten Polschuhe enthalten.
Magnet-Rühreinrichtungen dieser Art sind aus der deutschen Patentschrift DE 31 35 961 C2 bekannt.
Zur Erzeugung von intensiven magnetischen Drehfeldern oberhalb der Stellfläche der Basis sowie in die Gefäße hineinreichend werden die Elektromagnetspulen von einem Steuergerät aus phasengerecht mit Rechteck-Spannungswellen beaufschlagt, deren Pulswiederholungsfrequenz entsprechend der gewünschten Rührstabdrehzahl eingestellt wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass thermisch labile Verbindungen, etwa organischer oder anorganischer Art, sowie biologische Probenflüssigkeiten nachteilig beeinflusst werden, wenn über längere Behandlungsdauern hin die Basis der Magnet-Rühreinrichtung sich so erwärmt, dass sich diese Wärme über die Basis auf die daraufgestellten, die zu rührende Flüssigkeit enthaltenden Gefäße und auf die Probenflüssigkeit selbst überträgt.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Magnet-Rühreinrichtung der eingangs beschriebenen, bekannten Art so auszugestalten, dass die Erwärmung der Basis der Magnet-Rühreinrichtung wesentlich vermindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des anliegenden Anspruchs 1 gelöst.
Es wurde nämlich gefunden, dass eine wesentliche Ursache der zu vermeidenden Erwärmung Wirbelströme in den magnetischen Schließungskreisen der Basis sind, welche durch die von Rechteckwellen oder in anderer Weise angesteuerten Elektromagnetspulen, teilweise auch durch Streufelder, in den magnetisch aktiven Teilen der magnetischen Schließungskreise induziert werden.
Es versteht sich, dass die hier angegebenen Gedanken ebenso wie bei dem Gegenstand nach dem Stand der Technik gemäß der deutschen Patentschrift DE 31 35 961 C2 auf Magnet-Rühreinrichtungen mit einer einzigen Rührstelle und auch auf Magnet-Rühreinrichtungen mit einer Rasteranordnung von einer Vielzahl von Rührstellen anwendbar sind.
Im Übrigen sind Gegenstand von weiteren Ausgestaltungen und Fortbildungen in den anliegenden, dem Anspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen festgehalten.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In diesen stellen dar:
1 eine Magnet-Rühreinrichtung nach dem Stand der Technik zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus;
2 eine perspektivische Darstellung der Basis einer Magnet-Rühreinrichtung der hier vorgeschlagenen Art;
3 eine perspektivische Ansicht der Basisplatte einer Basis mit den von der Basisplatte aufragenden Kernteilen der Elektromagnetspulen gemäß der hier vorgeschlagenen Konstruktion in einer anderen Ausführungsform; und
4 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes aus der Basisplatte und eines davon aufragenden Kernteiles in einer besonderen Ausführungsform mit strichpunktierter Darstellung des mit dem Kernteil verbundenen radial langgestreckten Polschuhs.
Eine Magnet-Rühreinrichtung nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Die Basis, auf welche den magnetischen Rührstab 1 und die zu rührende Flüssigkeit enthaltende Gefäße 2 aufgestellt werden, enthält eine als geschlossene Platte aus magnetisierbaren Material bestehende Basisplatte 3 und von dieser aufragend Kernteile mit den umgebenden Elektromagnetspulen 4 sowie mit den Kernteilen der Elektromagnetspulen verbundene, radial nach einwärts reichende langgestreckte Polschuhe 5, welche nach aufwärts abgekröpft sein können, wie bei 6 gezeigt ist, so dass die aufeinander hin gerichteten Polschuhenden in der Ebene der Stellfläche der Gerätebasis oder sehr nahe derselben liegen. Die Elektromagnetspulen 4 werden durch eine Steuereinrichtung 7 durch Rechteckwellen-Spannungskurven angesteuert, wobei diese Rechteckwellen-Spannungskurven derart phasenverschoben sind, dass sich zwischen den Polschuhen ein resultierendes magnetisches Drehfeld ausbildet, welches auf den magnetischen Rührstab 1 einwirkt und diesen innerhalb des Probengefäßes 2 je nach Pulsfrequenz der Rechteckwellen zur Umdrehung innerhalb der zu rührenden Flüssigkeit veranlasst.
Es hat sich nun gezeigt, dass durch die von den Magnetspulen 4 erzeugten, vergleichsweise sehr starken magnetischen Felder in Teilen der Basis der Magnet-Rühreinrichtung und der magnetischen Schließungskreise elektrische Wirbelströme induziert werden, welche nicht zu dem den Polschuhenden zugeführten magnetischen Nutzfluss beitragen, sondern lediglich Wärme erzeugen, welche die Basis aufheizt, was bei der Behandlung thermisch labiler Flüssigkeiten äußerst unerwünscht ist.
Der hier angegebene Grundgedanke ist es daher, in der Basisplatte 3 und/oder den Kernteilen der Elektromagnetspulen 4 und/oder den Polschuhen 5 parallel zu den magnetischen Feldlinien des jeweiligen Nutzflusses, der für die Erzeugung des auf den Rührstab 1 wirkenden magnetischen Drehfeldes verantwortlich ist, in den magnetischen Schließungskreisen wirbelstromunterbrechende Spalträume oder Schlitze oder Aussparungen vorzusehen.
Bei der in 2 gezeigten, sich bezüglich des vorstehend angegebenen Gedankens von der Einrichtung nach 1 unterscheidenden Anordnung ist die Basisplatte durch einen flächigen Rahmen 8 verwirklicht, wobei die Rahmenholme zur Weiterleitung des magnetischen Nutzflusses der magnetischen Schließungskreise einen ausreichenden Querschnitt aufweisen. Die Rahmenholme enthalten in Holmlängsrichtung verlaufende, die Holmdicke jeweils durchdringende vertikale Längsschlitze 9. Die Kernteile 10, welche von den Elektromagnetspulen 4 umgeben sind, sind mit radial gerichteten, vertikalen Schlitzen 11 ausgebildet, welche sich, wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich ist, nicht vollständig über dem Durchmesser der Kernteile 10 erstrecken, derart, dass die strukturelle Einheit der Kernteile 10 für Handhabung und Montage gewahrt ist.
Auch die Polschuhe 5 sind mit dem Verlauf des durch sie geführten Nutzflusses folgenden Schlitzen 12 versehen, wie aus 2 erkennbar ist. Auch hier haben die radial einwärts gerichteten Schlitze 12 eine solche Länge, dass die strukturelle Einheit der Polschuhe 5 für Handhabung und Montage gewahrt ist.
Die Ausführungsform nach 2 weist die weitere Besonderheit auf, dass die radial langgestreckten Polschuhe 5 von ihren radial inneren, in Zusammenwirkung das magnetische Drehfeld für die Bewegung des Rührstabs bildenden Teilen aus derart ausgekehlt zu den jeweiligen Verbindungsstellen zu den Elektromagnetspulen 4 verlaufen, dass magnetische Streufelder vermindert werden. Diese Auskehlungen sind in 2 und in der weiter unten erläuterten 4 mit 13 bezeichnet.
Hinsichtlich der in den Bestandteilen der magnetischen Schließungskreise vorgesehenen wirbelstromunterbrechenden Spalträume oder Schlitze, etwa den in 2 mit 9 und 11 bezeichneten Schlitzen ist noch zu bemerken, dass auch in dem flächigen Rahmen 8 oder dem flächigen Gitterrahmen von dem Anschlusspunkt der Zentren der Kernteile der Elektromagnetspulen ausgehende Schlitze vorgesehen sein können, die in 2 in der linken vorderen, dem Betrachter zugewandten Ecke des flächigen Rahmens bei 14 angedeutet sind. Solche Schlitze 14 in dem flächigen Rahmen oder in dem flächigen Gitterrahmen der Basisplatte sind in Horizontalrichtung so angelegt, dass sie die strukturelle Festigkeit des jeweiligen Basisplattenteils nicht unterbrechen und auch kein Hindernis für den jeweiligen Nutzfluss des betreffenden Schließungskreises darstellen, jedoch in effektiver Weise wirbelstromunterbrechend in dem betreffenden Teil des flächigen Rahmens oder des flächigen Gitterrahmens der Basisplatte wirksam sind.
Die Ausführungsform nach 3 zeigt unter Weglassung der radial langgestreckten Polschuhe an den oberen Enden der Elektromagnetspulen bzw. der von diesen umgebenen Kernteilen die magnetische Schließungskreise bei einer gitterrahmenförmigen Ausbildung der Basisplatte.
Die einzelnen Verbindungsholme des Gitterrahmens, der hier mit 15 bezeichnet ist, enthalten mehrere längs der Verbindungsholme verlaufende Vertikalschlitze 9. An den Treffpunkten der Verbindungsholme des Gitterrahmens ragen die Kernteile 10 auf, welche, ebenso wie bei der Ausführungsform nach 2, mit axial verlaufenden Radialschlitzen 11 versehen sind, welche jedoch die Kernteile nicht vollständig durchmessen, um deren strukturelle Einheitlichkeit zu bewahren.
Ebenso wie bei der Ausführungsform nach 2 sind in dem Gitterrahmen 15 von den Befestigungsstellen der Kernteile 10 ausgehende Schlitze 14 vorgesehen, für welche dasselbe gilt wie zuvor hinsichtlich der Ausführungsform nach 2 für diese Einzelheit ausgeführt wurde.
Hinsichtlich der vertikal durch die Holme des flächigen Rahmens 8 der Basisplatte nach 2 oder des Gitterrahmens 15 der Basisplatte 3 reichenden Längsschlitze 9 ist zu sagen, dass diese, wie etwa in 2 und in 4 für eine später noch zu beschreibende Ausführungsform angedeutet, unter die Verbindungsfläche zu den aufragenden Kernteilen 10 hineinreichen können, wobei jedoch jedenfalls dafür Sorge getragen ist, dass diese Schlitze vor den Befestigungsstellen der Kernteile enden und nicht die jeweilige strukturelle Einheit der Basisplatte für deren einheitliche Handhabung bei der Herstellung zerstören.
4 schließlich zeigt eine Ausführungsform einer Basisplatte und eines aufragenden Kernteils sowie in strichpunktierten Linien angedeutet einen damit verbundenen radial langgestreckten Polschuh unter Weglassung der das aufragende Kernteil umgebenden Elektromagnetspule. Statt einer axialen und in Radialrichtung orientierten Schlitzung nach der Art der Schlitze 11 der Kernteile der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist das Kernteil 10 bei der Ausführungsform nach 4 aus einem magnetisierbaren, vergleichsweise dünnen Blech spiralig gewickelt, wodurch ebenfalls durch Streuflüsse außerhalb des magnetischen Nutzflusses induzierte Wirbelströme in den Kernteilen unterbunden werden.
Außerdem ist bei der ausschnittsweisen Darstellung nach 4 erkennbar, dass die Basisplatte aus magnetisierbaren Blechen laminiert ausgeführt ist. Eine solche laminierte Ausführung kann auch an den radial langgestreckten Polschuhen vorgesehen sein, wie jedoch in 4 nicht im Einzelnen dargestellt ist.
Die Elektromagnetspulen 4 werden durch eine Steuereinrichtung, welche für die Ausführungsform nach den 2 bis 4 nicht dargestellt ist, welche jedoch in ihrer Funktion im Wesentlich der Steuereinrichtung 7 der bekannten Einrichtung nach 1 entspricht, vorzugsweise durch Spannungskurven in Treppenform und in jeweils phasengerechter Lage der jeweils benachbarten Elektromagnetspulen derart angesteuert, dass Sinus- bzw. Kosinuskurven angenähert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Oberwellenhaltigkeit der Erregerstromkurven geringer ist und dass eine Kreisform des Ortsvektors des resultierenden, sich drehenden Magnetfeldes besser angenähert wird.
Die vorbeschriebenen Maßnahmen dienen sämtlich dem Zwecke, unter Beibehaltung der guten Anlauf- und Hochlaufeigenschaften des in der zu behandelnden Flüssigkeit befindlichen Rührstabes gemäß der bekannten Magnet-Rühreinrichtungen, wie sie eingangs kurz beschrieben wurden, die Wirbelstromerwärmung der Basis und damit auch die unerwünschte Wärmeübertragung von der Basis über die Rührgefäße auf die zu behandelnde Flüssigkeit herabzusetzen, damit auch sehr empfindliche thermisch labile Substanzen zuverlässig und reproduzierbar durch Rühren behandelt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3135961 C2 [0002, 0008]

Claims

Magnet-Rühreinrichtung mit einer mehrere Elektromagnetspulen (4) und zugehörige magnetische Schließungskreise (8, 10, 5) enthaltenden Basis, auf die jeweils einen magnetischen Rührstab (1) und die zu rührende Flüssigkeit enthaltende Gefäße aus nicht-magnetischem Werkstoff aufsetzbar sind, wobei die Elektromagnetspulen mit auf ein gemeinsames Zentrum hin orientierten radial langgestreckten Polschuhen (5) verbunden sind und die magnetischen Schließungskreise eine aus magnetisierbaren Material bestehende Basisplatte (8), von dieser aufragende Kernteile (10) der Elektromagnetspulen (4) sowie die genannten radial langgestreckten Polschuhe (5) enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass in der Basisplatte (8) und/oder den Kernteilen (10) und/oder den Polschuhen (5) parallel zu den magnetischen Feldlinien des jeweiligen Nutzflusses in den magnetischen Schließungskreisen orientierte, wirbelstromunterbrechende Spalträume oder Schlitze (9, 11, 12) vorgesehen sind.
Magnet-Rühreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte die Gestalt eines flächigen Rahmens (8) oder eines flächigen Gitterrahmens (15) hat, dessen Rahmenholme jeweils mit den wirbelstromunterbrechenden Spalträumen oder Schlitzen (9) versehen sind.
Magnet-Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernteile (10) der Elektromagnetspulen mit radial orientierten, zu ihren Achsen parallel verlaufenden, die Kernteile jedoch nicht teilenden Schlitzen (11) versehen sind.
Magnet-Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernteile (10) der Elektromagnetspulen aus magnetisierbarem Blech spiralig gewickelt sind (4)
Magnet-Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckten Polschuhe (5) mit über ihre Verbindungsstelle mit den Elektromagnetspulen (4) hinweggeführten, vor ihren radial inneren Teilen endenden, sie vertikal durchdringenden Schlitzen (12) versehen sind.
Magnet-Rühreinrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (8; 15) und/oder die magnetischen Polschuhe (5) aus magnetisierbaren Blechen laminiert ist bzw. sind.
Magnet-Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radial langgestreckten Polschuhe (5) von ihren radial inneren, in Zusammenwirkung das magnetische Drehfeld für die Bewegung des Rührstabs (1) bildenden Teilen aus derart ausgekehlt (13) zu den jeweiligen Verbindungsstellen zu den Elektromagnetspulen (4) verlaufen, dass magnetische Streufelder vermindert werden.
Magnet-Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetspulen (4) von einer Steuereinrichtung durch getreppte Spannungskurven angesteuert werden, welche in ihrer Treppenform Sinus- bzw. Kosinuskurven annähern.