DE102019208738A1

DE102019208738A1 - Rührer zur drahtlosen und/oder batterielosen Messung von Prozessparametern

Info

Publication number: DE102019208738A1
Application number: DE102019208738.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Weder; Andreas Heinig
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2020-12-17
Also published as: EP3983120A1; WO2020249766A1; US20220097013A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rührer (100), wobei der Rührer (100) ausgelegt ist, um sich in einem Gefäß (200) zu bewegen, um zumindest einen Stoff (300) umzuwälzen, und wobei der Rührer (100) zumindest einen Sensor (110, 120) aufweist, der ausgelegt ist, um Parameter des Umwälzvorgangs und/oder Parameter des Stoffs (300) und/oder Parameter einer Reaktion und/oder Parameter des Rührers zu erfassen, und wobei der Rührer (100) ausgelegt ist, um zumindest einen Sensor (110, 120) drahtlos mit Energie zu versorgen und Sensorsignale zu einer Auswertevorrichtung (400) zu übertragen. Ferner betrifft die Erfindung ein Rührsystem (1000) mit einem solchen Rührer (100) sowie ein Verfahren zum drahtlosen und/oder batterielosen Erfassen bzw. Messen von Prozessparametern.

Description

Technisches Gebiet
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen einen Rührer zur drahtlosen und/oder batterielosen Messung von Prozessparametern sowie ein Rührsystem mit einem solchen Rührer und ein Verfahren zum Einsatz eines solchen Rührers in einem Rührsystem.
Hintergrund
Rührer für die Herstellung bzw. Umsetzung von Stoffen durch Umwälzen oder Mischen der Stoffe sind seit längerem bekannt. Sie werden beispielsweise bei der Herstellung von Polymeren in chemischen Reaktoren bzw. Gefäßen zum Rühren eingesetzt. Bei der Produktion und in Laborversuchsständen ist eine genaue Kontrolle von Prozessparametern - vorrangig Temperatur - wünschenswert, um eine bestimmte Qualität und Quantität zu erreichen bzw. zu optimieren. Eine Verwendung von Funksystemen wie beispielsweise Bluetooth, WiFi oder ZigBee für eine Übermittlung von Funksignalen eines Sensors ist dabei nicht möglich, da eine Energieversorgung im abgeschlossenen Reaktor aufgrund von hohen Prozesstemperaturen nicht über Batterien sichergestellt werden kann und das Funksignal den Reaktor aufgrund eines metallischen Aufbaus nicht durchdringen kann. Weiterhin werden oft Stoffe verwendet, die in wässriger Lösung reagieren und die das Funksignal so stark dämpfen, dass beispielsweise keine Signale von einem Boden des chemischen Reaktors übertragen werden können. Gegenwärtig werden Temperaturmessstäbe - Thermoelemente - kabelgebunden in den chemischen Reaktor eingebracht, um damit während des laufenden Betriebes eine Temperatur der Stoffe bzw. des Prozesses zu erfassen. Solche Thermoelemente stören oft den Prozess und erschweren die Handhabung sowie die Reinigung der Rührer und chemischen Reaktoren. Darüber hinaus beeinflussen oder behindern die Temperaturmessungsstäbe die zu überprüfende Reaktion und/oder verschmutzen die Ausgangsstoffe im Gefäß des Reaktors durch alte Anhaftungen.
Es ist demnach wünschenswert, einen Rührer bzw. ein Rührsystem vorzusehen, der bzw. das einen flexiblen Einsatz sowie eine einfache Handhabung in chemischen Reaktoren zur Umsetzung und gleichzeitigen Erfassen von Parametern von Stoffen sowie deren Reaktion ermöglicht. Darüber hinaus sollte der Rührer auch in der Lage sein, alternativ oder zusätzlich dazu Parameter des Rührers bzw. des Rührsystems selbst zu erfassen und/oder zu übertragen.
Zur Lösung wird ein Rührer mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Rührsystem mit den Merkmalen von Anspruch 10 sowie ein Verfahren zum Rühren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 vorgeschlagen.
Dabei ist der vorgeschlagene Rührer ausgelegt, um sich in einem Gefäß zu bewegen, um zumindest einen Stoff umzuwälzen, wobei der Rührer zumindest einen Sensor aufweist, der ausgelegt ist, um Parameter des Umwälzvorgangs und/oder Parameter des Stoffs und/oder Parameter einer Reaktion und/oder Parameter des Rührers, beispielsweise zur Überwachung der Apparatur, zu erfassen, und wobei der Rührer ausgelegt ist, um Sensorsignale des zumindest einen Sensors drahtlos zu einer Auswertevorrichtung zu übertragen. Ein besonderer Vorteil dieses Rührers besteht darin, dass sein Aufbau weniger komplex ist im Vergleich zu herkömmlichen Rührern oder Rührern mit Sensoren. Dadurch kann Bauraum eingespart werden und ein mit einem solchen Rührer versehener chemischer Reaktor effizienter genutzt werden. Durch die Möglichkeit, den Rührer mit mehreren Sensoren zu versehen, können Messungen besonders präzise vorgenommen werden. Ein vorteilhafter Gesichtspunkt der Messung mit unterschiedlichen Sensoren ist, dass auch eine Plausibilitätskontrolle der einzelnen Messungen untereinander bzw. miteinander durchgeführt werden kann. Dabei ist es zweckmäßig, die einzelnen Sensoren an unterschiedlichen Stellen des Rührers anzuordnen. So empfiehlt es sich beispielsweise Sensoren, die Parameter des Rührers selbst erfassen, dort anzuordnen, wo beispielsweise hohe mechanische Belastungen auftreten. Dadurch kann der Rührer unterhalb seiner mechanischen Belastbarkeit optimal betrieben werden. Temperaturfühler oder solche, die Parameter einer Konzentration der umzuwälzenden Stoffe erfassen können, sollten beispielsweise in der Nähe von Extremitäten eines rotierenden Umwälzers des Rührers angeordnet werden, da die durch den Rührer bewegten Stoffe aufgrund ihrer Trägheit durch eine Zentrifugalkraft des rotierenden Umwälzers in Randbereiche eines sie aufnehmenden Gefäßes getrieben werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Rührsystem, das umfasst: einen Rührer, wie vorstehend genannt und nachstehend in weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben; ein Gefäß, das ausgelegt ist, den Rührer und die von dem Rührer umzuwälzenden Stoffe aufzunehmen; einen Antrieb, der ausgelegt ist, den Rührer anzutreiben.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rühren bzw. Umwälzen zumindest eines Stoffes, wobei ein Rührer, wie vorstehend genannt und nachstehend in weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben, in einem Gefäß bewegt, beispielsweise rotiert wird, um zumindest einen Stoff umzuwälzenden, und wobei während der Bewegung des Rührers ein durch einen in oder an dem Rührer angeordneten Sensor aufgenommenes Sensorsignal drahtlos zu einer Auswertevorrichtung übertragen wird.
Die auf den Rührer gemäß seiner unterschiedlichen Ausführungsbeispiele zutreffenden Vorteile bzw. technischen Effekte sind ebenso auf das mit einem solchen Rührer versehene Rührsystem zu beziehen, sowie auf das Verfahren für einen Betrieb zur Erfassung von Parametern mit einem solchen Rührer bzw. Rührsystem und vice versa.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Rührer ausgelegt, um eine für einen Betrieb des zumindest einen Sensors benötigte Energie drahtlos zu empfangen. Aufgrund des drahtlosen Aufbaus ist die Bewegungsfreiheit des Rührers im Vergleich zu einem herkömmlichen drahtgebundenen Aufbau größer. Darüber hinaus kann ein Rührer, dessen Sensor die Energie drahtlos aufnehmen kann, auch kompakter hergestellt werden als herkömmliche Rührer. Besonders vorteilhaft ist es, den Sensor induktiv bzw. induktiv resonant mit Energie in einem Nahfeld zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor auch mittels eines elektrischen Feldes im UHF-Bereich betrieben werden. Die kontaktlose Übertragung der Parameter des Sensors erfolgt über elektromagnetische Wellen im Nahfeld und/oder Fernfeld.
Zusätzlich oder alternativ zur drahtlosen Speisung des Sensors mit Energie umfasst der Rührer gemäß noch einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Übertragungsvorrichtung, die ausgelegt ist, die erfassten Parameter drahtlos auszugeben und/oder zu übertragen. Eine kontaktlose Übertragung der Parameter des Sensors ist beispielsweise über elektromagnetische Wellen in einem Nahfeld und/oder Fernfeld möglich. Durch eine kontaktlose bzw. kabellose Integration einer Übertragungsvorrichtung in den Rührer kann zusätzlich Bauraum eingespart werden, der eine Bewegungsfreiheit des Rührers außerordentlich erhöht. Durch ein solches Ausführungsbeispiel lässt sich der Grad der Kompaktheit des Rührers maximieren und eine Komplexität zu verschaltender Sensoren und Bauelemente des Rührers minimieren.
Zweckmäßigerweise ist der zumindest eine Sensor ausgelegt, die Parameter kontinuierlich oder intermittierend zu erfassen. Eine kontinuierliche Erfassung der Parameter ist besonders dann von Vorteil, wenn die mit dem Rührer umgewälzten bzw. vermischten Stoffe schnell reagieren, mit anderen Worten gesagt, eine Reaktionsgeschwindigkeit der umgewälzten Stoffe hoch ist. Eine intermittierende Erfassung von Parametern ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit der umgewälzten Stoffe niedrig ist. Dadurch kann der Umfang von gemessenen Daten minimiert werden und dadurch auch ein erforderlicher Energieaufwand zum Erfassen bzw. Übertragen der Daten der Parameter reduziert werden. Darüber hinaus ist es möglich, in einem intermittierenden Betrieb des Rührers abwechselnd den Sensor mit Energie zu versorgen und/oder mit dem Sensor Parameter zu erfassen und/oder zu übertragen.
Bei einem besonders vielseitigen Ausführungsbeispiel des Rührers ist der zumindest eine Sensor ausgelegt, einen oder mehrere der folgenden Parameter wie: Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Magnet-Feldstärke/Fluss, pH-Wert, Beschleunigung, Konzentration eines Stoffes oder Stroffgemisches, ... und dergleichen zu erfassen/sensieren. Dadurch kann eine Flexibilität beim Einsatz des Sensors optimiert bzw. erhöht werden.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Rührers ist dieser ausgelegt, kontaktlos angetrieben zu werden. Ein solcher Antrieb kann beispielsweise induktiv oder magnetisch mittels eines Wechselfeldes erfolgen. Dieses Ausführungsbeispiel ist wiederum besonders vorteilhaft, wenn der Rührer besonders kompakt und raumsparend gestaltet werden kann. Darüber hinaus erlaubt er im Zusammenhang mit vorherstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eine vollständige kontaktlose Integration in ein Gefäß eines Reaktors bzw. in den umzuwälzenden bzw. zu mischenden Stoff. Dadurch wird eine Wirkung äußerer Einflüsse auf die Reaktion bzw. die umzuwälzenden Stoffe minimiert.
Bei einem besonders kompakten Ausführungsbeispiel umfasst der Rührer einen Umwälzer, zum Umwälzen der Stoffe sowie eine Kopplungsvorrichtung, die in einem ersten Bereich davon mit dem Umwälzer verbunden ist, und die einen von dem ersten Bereich beabstandeten zweiten Bereich der Kopplungsvorrichtung aufweist, der ausgelegt ist, mit einer Antenne zur Übertragung von Sensorsignalen und/oder Energie, und/oder einem mechanischen Antrieb gekoppelt zu werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Antrieb des Umwälzers beispielsweise über eine Achse erfolgen, die mit dem Umwälzer gekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt dabei in einem zweiten Bereich des Umwälzers, wobei der zweite Bereich mit dem ersten Bereich des Umwälzers verbunden ist. Darüber hinaus kann der zweite Bereich eingerichtet sein, mit einer Antenne zur Übertragung von Sensorsignalen und/oder Energie gekoppelt zu werden. Dadurch werden zwei dedizierte Bereiche der Kopplungsvorrichtung des Rührers für unterschiedliche spezifische Aufgaben bereitgestellt. Dies ist besonders vorteilhaft, da bei der Konstruktion des Rührers unter Berücksichtigung seiner speziellen Aufgaben bzw. Aufgabenbereiche unterschiedliche geeignete Werkstoffe ausgewählt werden kann. Dabei werden beispielsweise korrosionsbeständige und mechanisch belastbare Materialien für den ersten Bereich verwendet, der mit dem Umwälzer verbunden ist, da der Umwälzer in direktem Kontakt mit den umzuwälzenden Stoffen steht. Für die Übertragung von Energie bzw. Sensorsignalen können Materialien verwendet werden, die elektromagnetische Signale besonders gut leiten und/oder übertragen können.
Bei noch einem bevorzugteren Ausführungsbeispiel ist nur der erste Bereich der Kopplungsvorrichtung des Rührers ausgelegt in einen zu rührenden Stoff einzutauchen. Aufgrund einer starken Dämpfung von zu übertragenden Sensorsignalen bei bestimmten Stoffzusammensetzungen ist es notwendig, die vom Rührer bzw. dessen Umwälzer erfassten Parameter möglichst verlustlos zu übertragen, damit eine möglichst zuverlässige Messung gewährleistet werden kann. Dazu sollte der zweite Bereich der Kopplungsvorrichtung, der für die Übertragung der Sensorsignale und/oder der Energie für die Sensoren zugeordnet ist, möglichst von negativen Einflüssen - Signal-Dämpfung - der umzuwälzenden Stoffe ferngehalten werden. Es hat sich gezeigt, dass bei stark wässrigen Lösungen lediglich der zweite Bereich noch zufriedenstellende Übertragungsleistungen für die von dem Sensor übertragenen Signalen des Kopplungsbereichs des Rührers liefern.
Zweckmäßiger Weise ist die Antenne zur Übertragung von Sensorsignalen näher bei dem zweiten Bereich der Kopplungsvorrichtung mit dem mechanischen Antrieb als der zumindest eine Sensor angeordnet. Eine solche Anordnung ist dann vorteilhaft, wenn sich der Sensor unterhalb eines Stoff-Spiegels befindet. Würde sich eine Antenne unterhalb des Stoff-Spiegels des umzuwälzenden Stoffes befinden, dann würde eine Übertragung der Sensorsignale nicht mehr zuverlässig ablaufen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst das Rührsystem eine Übertragungsvorrichtung mit einer stationären Antenne, die mit einer Auswertevorrichtung gekoppelt ist. Mit der stationären Antenne kann eine drahtlose Kopplung der Sensoren des Rührers mit einer Auswertevorrichtung sichergestellt werden. Beispielsweise ist eine stationäre Antenne dann bei einem Rührer erforderlich, wenn sich der Rührer innerhalb eines Gefäßes aus einem elektrisch leitfähigen Material befindet - Faraday'scher-Käfig. Insbesondere stellt eine Anordnung der stationären Antenne in dem zweiten Bereich der Kopplungsvorrichtung, der sich außerhalb der umzuwälzenden Stoffe befindet, sicher, dass keine Beeinflussung der zu übertragenden Sensorsignale erfolgt. Darüber hinaus kann durch die Anordnung der stationären Antenne in dem zweiten Bereich der Kopplungsvorrichtung auch eine Beeinflussung der Eigenschaften der umzuwälzenden bzw. reagierenden Stoffe seitens der Antenne vermieden werden. Die Antenne kann gleichzeitig zur Übertragung der Sensorsignale sowie zur Energieübertragung an die Sensoren in dem Rührer genutzt werden. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, den Rührer mit Energiespeichern, beispielsweise Batterien zu versehen, die zur Speisung der Sensoren in dem Rührer notwendig wären. Dadurch kann der Rührer kompakter gestaltet werden, wobei die Komplexität seiner Bestandteile abnimmt und damit auch die Fehleranfälligkeit des Rührers bzw. des Rührsystems reduziert wird; schließlich versagen die in Rührern untergebrachten Batterien bei hohen Temperaturen ihren Dienst, wobei an Erfassen von Parametern des Sensors sowie ein übertragen von Signalen dann nicht mehr möglich ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Rührsystems ist die stationäre Antenne um eine mechanische Kopplungsvorrichtung beispielsweise konzentrisch herum angeordnet. Alternativ oder zusätzlich weist die stationäre Antenne eine um die mechanische Kopplungsvorrichtung herum angeordnete Wicklung auf. Dadurch lässt sich auf einfachste Weise eine Antenne zur Übertragung von Signalen und/oder von Energie der Sensoren des Rührers realisieren.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform des Rührsystems weist der Rührer eine um die mechanische Kopplungsvorrichtung herum angeordnete Antenne zum Übertragen der Sensorsignale zu der stationären Antenne auf. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die Kopplungsvorrichtung als eine Antriebsachse des Umwälzers ausgestaltet ist. Dabei lässt sich eine Antenne zur Übertragung von Signalen und/oder von Energie der Sensoren des Rührers auf einfachste Weise dadurch realisieren, dass die Antenne eine um die mechanische Kopplungsvorrichtung herum angeordnete Wicklung aufweist.
Zweckmäßigerweise sind eine Antenne des Rührers und eine mit der Auswertevorrichtung gekoppelte Antenne derart angeordnet, dass sich ein elektrisch nicht-leitender Bereich des Gefäßes zwischen den Antennen befindet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine Übertragung ohne eine Kabeldurchführung bzw. Kontaktierung möglich ist. Beispielsweise kann bei einem entsprechenden Sichtfenster in einem den Rührer aufnehmenden Gefäß das Sichtfenster zwischen stationärem Sender/Empfänger bzw. dem Sensor und der Antenne der Auswertevorrichtung liegen.
Dadurch ist eine sichere hermetische Trennung zwischen dem Gefäß-Inneren und einem äußeren Umfeld um das Gefäß herum ohne Kabeldurchführungen möglich. Darüber hinaus kann die stationäre Antenne des Sensors auch außerhalb des Gefäßes liegen, wenn eine Übertragung des Sensors zu der stationären Antenne des Sensors über ein Sichtfenster möglich ist.
Um eine gegenseitige Beeinflussung des Rührers und/oder dessen Übertragungsvorrichtung mit den umzuwälzenden Stoffen zu vermeiden, sind die Antenne des Rührers und/oder die Antenne der Auswertevorrichtung mit einer Ummantelung umgeben, die aus einem mechanischen und/oder chemisch beständigen Material - in Relation zu dem zumindest einen umzuwälzenden Stoff - hergestellt ist. Durch eine Verkapselung mit einem chemisch beständigen Material, zum Beispiel Teflon, kann die Antenne der Auswertevorrichtung bzw. Antenne der Sensorik vor reagierenden Stoffen geschützt werden und dadurch eine zuverlässige Übertragung von Signalen bzw. Parametern des Sensors gewährleistet werden.
Zur effektiven Überprüfung und Auswertung von Parametern des Rührers bzw. der umgewälzten Stoffe und deren Reaktion umfasst das Rührsystem eine Auswertevorrichtung, die eingerichtet ist, die von dem zumindest einen Sensor erfassten Parameter auszuwerten. Dadurch ist es nicht nur möglich die Parameter der Reaktion zu erfassen, sondern darüber hinaus auch das Rührsystem selbst bzw. den Rührer zu steuern, indem beispielsweise der Rührer langsamer bewegt wird, um dadurch die Reaktion selbst beeinflussen zu können. In Abhängigkeit der ermittelten Parameter lässt sich somit der ganze Reaktionsprozess, der vom Rührer umgewälzten Stoffe, gezielt verfolgen und/oder gleichzeitig steuern. Zum Beispiel ließe sich eine Prozesstemperatur in einem mit dem Rührer versehenen chemischen Reaktor mittels einer Heizvorrichtung des Reaktors steuern.
Um die Flexibilität beim Einsatz des Rührsystems zu erhöhen, ist die Auswertevorrichtung ausgelegt, die von der Übertragungsvorrichtung des Rührers übertragenen Parameter kontaktlos zu empfangen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Antrieb des Rührers ausgelegt, den Rührer kontaktlos anzutreiben. Dadurch kann der Freiheitsgrad der Bewegung und die Flexibilität beim Einsatz des Rührers erhöht werden. Der Rührer selbst kann kompakter gebaut werden. Geeignete Antriebe dafür können magnetischer und elektrisch-induktiver Art sein. Diese sind besonders robust und pflegeleicht und darüber hinaus kostensparend. Auch eine Wartung des Rührers selbst ist einfacher. Ferner kann ein kontaktloser Antrieb für eine Vielzahl von unterschiedlichen Rührer verwendet werden, was die Effizienz beim Einsatz eines solchen Antriebs erhöht.
Damit eine möglichst zuverlässige Übertragung von Sensorsignalen beim Umwälzen von Stoffen sichergestellt werden kann, wobei während der Bewegung des Rührers der in oder an dem Rührer angeordnete Sensor sich in einem von dem zumindest einen umzuwälzenden Stoff umgebenen Bereich des Rührers befindet, ist zumindest während der Bewegung des Rührers, ggfs. aber auch im Ruhezustand, eine Antenne, über die die Sensorsignale drahtlos zu der Auswertevorrichtung übertragen werden, zumindest teilweise außerhalb eines von dem zumindest einen umzuwälzenden Stoffes umgebenen Bereichs, beispielsweise oberhalb eines Stoffspiegels des umzuwälzenden Stoffes.
Mittels des vorstehend beschriebenen Rührers bzw. Rührsystems lassen sich Parameter der umzuwälzenden Stoffe sowie deren Reaktion miteinander besonders vorteilhaft erfassen und auszuwerten.
Figurenliste
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Rührers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine perspektivische Ansicht eines Rührsystems mit einem Rührer gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
In 1 ist ein stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Rührers 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Rührer 100 umfasst zwei Sensoren 110, 120 die an/in Flügeln bzw. Schaufeln des Rührers 100 angeordnet sind. Die Flügel bzw. Schaufeln bilden einen Umwälzer 130 des Rührers 100 für den zumindest einen umzuwälzenden Stoff. Die Anzahl der Sensoren 110, 120 ist nicht auf zwei reduziert, sondern kann an die Bedürfnisse zum Erfassen und Auswerten von erforderlichen Parametern erhöht oder vermindert werden. Die beiden Sensoren 110 bzw. 120 können Sensoren gleicher oder unterschiedlicher Art sein. Bei gleichartigen Sensoren 110, 120 kann beispielsweise eine Plausibilitätsüberprüfung während dem Erfassen und Auswerten der von den Sensoren 110, 120 erfassten Parameter erfolgen. Eine Plausibilitätsüberprüfung ist auch dann möglich, wenn die Parameter der jeweiligen Sensoren 110, 120 in einem kausalen Zusammenhang stehen. Der in 1 dargestellte Rührer 100 verfügt über eine Kopplungsvorrichtung 150 mit der Rührer beispielsweise an einen mechanischen Antrieb angeschlossen werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 kann der Rührer 100 beispielsweise über einen magnetischen oder elektrisch-induktiven Antrieb 500 angetrieben werden, ohne dabei über eine mechanische Verbindung an einen Antrieb gekoppelt werden zu müssen. Der Antrieb 500 ist in der 1 stark vereinfacht als Platte dargestellt. Ein kontaktloser Antrieb 500 ist besonders dann von Vorteil, wenn es aufgrund von Berührung eines umzuwälzenden Stoffes mit dem Rührer 100 bzw. dessen Antrieb zu einer ungewünschten Wechselwirkung kommt, die von den Sensoren 110, 120 erfasste Parameter beeinflussen könnten. Darüber hinaus lässt sich der Rührer 100 gemäß Ausführungsbeispiel aus 1 besonders kompakt gestalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 verfügt der Rührer 100 des Weiteren über eine Übertragungsvorrichtung 160, mit der eine kontaktlose Übertragung von Signalen bzw. der von den Sensoren 110, 120 erfassten Parametern möglich ist. Die Kopplungsvorrichtung 150 ist zusätzlich oder alternativ ausgelegt, Energie für die Sensoren 110, 120 und/oder die Übertragungsvorrichtung 160 zu empfangen. Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch auf Batterien in dem Rührer 100 verzichtet werden kann, die bei hohen Temperaturen zerstört würden. Die Übertragungsvorrichtung 160 ist ausgelegt, die erfassten Parameter der Sensoren 110, 120 an eine Auswertevorrichtung 400 zur weiteren Verarbeitung zu übertragen - beispielsweise über eine Antenne 450. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 ist die Übertragungsvorrichtung 160 als kabelloser Sender oder Sender-Empfänger ausgebildet.
Bei einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsform ist die Kopplungsvorrichtung 150 und die Übertragungsvorrichtung 160 eine einzige Vorrichtung. Bei einem intermittierenden Betrieb kann dann diese einzige Vorrichtung beispielsweise Energieübertragung und Parameterübertragung gleichzeitig erfolgen. Dadurch kann erneut Bauraum eingespart werden der beispielsweise für weitere in dem Rührer 100 unterbringbare Sensoren zur Verfügung steht. Alternativ kann der Rührer 100 noch kompakter und kleiner gegenüber solchen Rührern gestaltet werden, die von einer Batterie betrieben werden.
Ferner kann bei noch einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsform ein aufgrund fehlender Batterien eingesparter Bauraum für das Vorhalten einer Rechenlogik vorgesehen werden, wobei die erfassten Parameter der Sensoren 110, 120 von der in dem Rührer 100 integrierten Rechenlogik bereits ausgewertet werden und direkt an eine Auswertevorrichtung 400 übertragen werden können.
In 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rührers 100 veranschaulicht, der in einem Rührsystem 1000 integriert ist. Das Rührsystem umfasst des Weiteren ein Gefäß 200, das ausgelegt ist, den Rührer 100 und die von dem Rührer 100 umzuwälzenden Stoffe 300 aufzunehmen. Ferner umfasst das Rührsystem 1000 einen Antrieb 500, der in der 2 als durchbrochen Achse - mit vorgegebenem Drehsinn - angedeutet ist. Beim Antrieb 500 kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor handeln, der die Achse des Rührers 100 antreibt. Des Weiteren verfügt das Rührsystem 1000 über eine Auswertevorrichtung 400, die über eine stationäre Antenne 450 als Kopplungsvorrichtung, die mit einer stationären Antenne 155 der Kopplungsvorrichtung 150 des Rührers 100 koppelbar ist. Im vorliegenden Fall ist die Antenne 450 der Auswertevorrichtung 400 bzw. die Antenne 155 des Rührers 100 stationär und koaxial bzw. konzentrisch um die Antriebsachse des Rührers 100 angeordnet. Eine solche Anordnung ist dann von Vorteil, wenn sich der Rührer 100 bzw. dessen Sensoren 110, 120 in einem elektrisch leitfähigen Gefäß 200, beispielsweise Metallgefäß befindet. Zur kontaktlosen bzw. kabellosen Übertragung dürfte zwischen der Übertragungsvorrichtung 160 und der Auswertevorrichtung 400 keine elektrisch leitende Wand liegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 2 ist das Gefäß 200 ein metallischer Zylinder, in dem zumindest einen Stoff 300 von den Flügeln bzw. Schaufeln des Rührers 100 umgewälzt wird. Der Rührer 100 weist dabei einen Umwälzer 130 mit zwei Flügeln auf und eine an dem Rührer 100 anschließende Achse, die mit dem Antrieb 500 mechanisch verbindbar ist. Die Sensoren 110, 120 sind dabei in einem Bereich 151 der Achse des Antriebs 500 angeordnet, der unterhalb eines Spiegels des zumindest einen umzuwälzenden Stoffes 300 liegt. Mit anderen Worten gesagt, ist ein Bereich 151 des Rührers 100, der zum Erfassen der Parameter des Stoffs 300 mittels der Sensoren 110, 120 verwendet wird, in dem Stoff 300 eingetaucht. Die Kopplungsvorrichtung 150 bzw. Antenne 160 zur Übertragung der Sensorsignale und/oder Energie ist in einem Bereich 152 oberhalb des Stoff-Spiegels angeordnet, so dass die Antenne 160 nicht mit dem Stoff 300 in Berührung kommt bzw. steht.
Die Kopplungsvorrichtung 150 des Rührers 100 ist dazu ausgelegt, Energie für die Sensoren 110, 120 aufzunehmen und sie an diese weiterzuleiten. Demnach ist es nicht erforderlich in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 Batterien in der Nähe der Sensoren 110, 120 vorzusehen. Wie bereits vorstehend beschrieben, können Batterien besonders bei hohen Temperaturen der umzuwälzenden Stoffe 300, die beispielsweise bei einer exothermen Reaktion auftreten können, zerstört werden, wobei ein Erfassen und Übertragen von Parametern, die von den Sensoren 110, 120 erfasst werden, nicht mehr möglich ist.
Die von der Auswertevorrichtung 400 empfangenen Signale bzw. Parameter der Stoffe 300 können für eine weitere Verwendung ausgewertet werden und/oder für eine Steuerung des Umwälzvorgangs in dem Gefäß 200 des Rührsystems 1000 dienen. So kann beispielsweise gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in Realtime Einfluss auf eine in dem Gefäß 200 ablaufende Reaktion eines oder mehrerer Stoffe 300 genommen werden, indem die Auswertevorrichtung 400 den Antrieb 500 des Rührers 100 oder eine Heizvorrichtung des Gefäßes 200 über eine Schnittstelle steuert - hier nicht gezeigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können der Rührer 100, die Kopplungsvorrichtung 150 bzw. die Antenne 155 des Rührers 100 und/oder die Antenne 450 der Auswertevorrichtung 400 durch Verkapselung mit einem chemisch und/oder mechanisch widerstandsfähigen Material vor reaktiven Stoffen 300 geschützt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien des vorliegenden Konzepts dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass das Konzept lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

100: Rührer
110: Sensor
120: Sensor
130: Umwälzer
150: Kopplungsvorrichtung (Übertragungsvorrichtung bzw. Antenne zur Energieübertragung, Datenübertragung)
151: Erster Bereich der Kopplungsvorrichtung
152: Zweiter Bereich der Kopplungsvorrichtung
155: Stationäre Antenne der Kopplungsvorrichtung
160: Übertragungsvorrichtung
200: Gefäß
300: Stoff bzw. Stoffgemisch
400: Auswertevorrichtung bzw. Steuerung
450: Kopplungsvorrichtung bzw. Antenne der Auswertevorrichtung
500: Antrieb
1000: Rührsystem

Claims

Ein Rührer (100), wobei der Rührer (100) ausgelegt ist, um sich in einem Gefäß (200) zu bewegen, um zumindest einen Stoff (300) umzuwälzen, wobei der Rührer (100) zumindest einen Sensor (110, 120) aufweist, der ausgelegt ist, um Parameter des Umwälzvorgangs und/oder Parameter des Stoffs (300) und/oder Parameter einer Reaktion und/oder Parameter des Rührers zu erfassen, und wobei der Rührer (100) ausgelegt ist, um Sensorsignale des zumindest einen Sensors (110, 120) drahtlos zu einer Auswertevorrichtung (400) zu übertragen.
Rührer (100) nach Anspruch 1, wobei der Rührer (100) ausgelegt ist, um eine für einen Betrieb des zumindest einen Sensors (110, 120) benötigte Energie drahtlos zu empfangen.
Rührer (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rührer (100) eine Übertragungsvorrichtung (150, 155, 160) umfasst, die ausgelegt ist, die erfassten Parameter drahtlos auszugeben und/oder zu übertragen.
Rührer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Sensor (110, 120) ausgelegt ist, die Parameter kontinuierlich oder intermittierend zu erfassen.
Rührer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Sensor (110, 120) ausgelegt ist, einen oder mehrerer der folgenden Parameter wie: Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, MagnetFeldstärke/Fluss, pH-Wert, Beschleunigung, Konzentration eines Stoffes oder Stroffgemisches und dergleichen zu erfassen.
Rührer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rührer (100) ausgelegt ist, kontaktlos angetrieben zu werden.
Rührer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: - einem Umwälzer (130); - einer Kopplungsvorrichtung (150), die in einem ersten Bereich (151) davon mit dem Umwälzer (130) verbunden ist, und die einen von dem ersten Bereich (151) beabstandeten zweiten Bereich (152) der Kopplungsvorrichtung (150) aufweist, der ausgelegt ist, mit einer Antenne (150, 160) zur Übertragung von Sensorsignalen und/oder Energie, und/oder einem mechanischen Antrieb (500) gekoppelt zu werden.
Rührer nach Anspruch 7, wobei nur der erste Bereich (151) der Kopplungsvorrichtung (150) ausgelegt ist, in einen zu rührenden Stoff (300) einzutauchen.
Rührer nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Antenne (160) zur Übertragung von Sensorsignalen näher bei dem zweiten Bereich (152) der Kopplungsvorrichtung (150) mit dem mechanischen Antrieb (500) als der zumindest eine Sensor (110, 120) angeordnet ist.
Ein Rührsystem (1000) das umfasst: - einen Rührer (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; - ein Gefäß (200), das ausgelegt ist, den Rührer (100) und die von dem Rührer (100) umzuwälzenden Stoffe (300) aufzunehmen; - einen Antrieb (500), der ausgelegt ist, den Rührer (100) anzutreiben.
Rührsystem (1000) gemäß Anspruch 10, wobei das Rührsystem (1000) eine Übertragungsvorrichtung (160) mit einer stationären Antenne (450) umfasst, die mit einer Auswertevorrichtung (400) gekoppelt ist.
Rührsystem (1000) gemäß Anspruch 11, wobei die stationäre Antenne (450) um eine mechanische Kopplungsvorrichtung (150) herum angeordnet ist, und/oder wobei die stationäre Antenne (450) eine um die mechanische Kopplungsvorrichtung (150) herum angeordnete Wicklung aufweist.
Rührsystem (1000) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der Rührer (100) eine um die mechanische Kopplungsvorrichtung (150) herum angeordnete Antenne (155, 160) zum Übertragen der Sensorsignale zu der stationären Antenne (450) aufweist; und/oder wobei der Rührer (100) eine Antenne (155,160) zum Übertragen der Sensorsignale zu der stationären Antenne (450) aufweist, die eine um die mechanische Kopplungsvorrichtung (150) herum angeordnete Wicklung aufweist.
Rührsystem (1000) gemäß Anspruch 11, wobei eine Antenne (155, 160) des Rührers (100) und eine mit der Auswertevorrichtung (400) gekoppelte Antenne (450) derart angeordnet sind, dass sich ein elektrisch nicht-leitender Bereich des Gefäßes (200) zwischen den Antennen (150, 160, 450) befindet.
Rührsystem (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, wobei die Antenne (155, 160) des Rührers und/oder die Antenne (450) der Auswertevorrichtung (400) mit einer Ummantelung umgeben sind, die aus einem mechanisch und/oder chemisch beständigen Material hergestellt ist.
Rührsystem (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, wobei des Rührsystem (1000) eine Auswertevorrichtung (400) umfasst, die eingerichtet ist, die von dem zumindest einen Sensor (110, 120) erfassten Parameter auszuwerten.
Rührsystem (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, wobei die Auswertevorrichtung (400) ausgelegt ist, die von der Übertragungsvorrichtung (155, 160) des Rührers übertragenen Parameter kontaktlos zu empfangen.
Rührsystem (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 17, wobei der Antrieb (500) ausgelegt ist, den Rührer (100) kontaktlos anzutreiben.
Verfahren zum Rühren zumindest eines Stoffes (300), wobei ein Rührer (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 des 10 in einem Gefäß (200) bewegt wird, um zumindest einen Stoff (300) umzuwälzen, und wobei während der Bewegung des Rührers (100) ein durch einen in oder an dem Rührer (100) angeordneten Sensor (110, 120) aufgenommenes Sensorsignal drahtlos zu einer Auswertevorrichtung (400) übertragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei während der Bewegung des Rührers (100) der in oder an dem Rührer (100) angeordnete Sensor (110, 120) in einem von dem zumindest einen umzuwälzenden Stoff (300) umgebenen Bereich (151) des Rührers (100) ist, und wobei zumindest während der Bewegung des Rührers (100) eine Antenne (150, 155, 160), über die die Sensorsignale drahtlos zu der Auswertevorrichtung (400) übertragen werden, zumindest teilweise außerhalb eines von dem zumindest einen umzuwälzenden Stoffes (300) umgebenen Bereichs (152) ist.