DE10232886A1

DE10232886A1 - Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern

Info

Publication number: DE10232886A1
Application number: DE10232886A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. Kathe; Holger Struthoff
Original assignee: MANFRED SCHMELZER GmbH
Current assignee: MANFRED SCHMELZER GmbH
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-20
Also published as: DE10232886B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern. Diese signalisiert sicher den Abriß der magnetischen Koppelung zwischen Rührstab und dem rotierenden Magnetfeld, ohne irgendeine magnetische Abhängigkeit. Es wird die Zuverlässigkeit des Ansprechens des einen Magnetrührers überwachenden Sensors erhöht und ein Aufwand für seine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen vermieden. Die Vorrichtung enthält einen in der Nähe des Rührstabes (2) angeordneten, die Geräusche des Rührstabes aufnehmenden Schallsensor (7) und eine Auswerteeinheit (8). Für die Auswerteeinheit sind verschiedene Ausführungen möglich, z. B. ein Verstärker (9), ein Frequenzanalysator (10) und ein Schwellwertdetektor (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebes von Magnetrührern.

Magnetrührer werden vorzugsweise zum Rühren niedrigviskoser Flüssigkeiten und Lösungen eingesetzt. Für den zuverlässigen Betrieb und eine gute Durchmischung muß die Koppelung zwischen dem magnetischen Drehfeld und dem magnetischen Rührstab in dem das Rührmedium enthaltenden Gefäß stets gewährleistet sein. Bei verminderter oder ausfallender Rührwirkung, etwa bei einer chemischen Reaktion, bei Destillationen und beheizten Medien, aber auch in Fällen, wo ein Rührvorgang eine längere Zeit ablaufen soll, treten Sicherheitsrisiken und Gefahren auf sowie Nachteile durch Substanzverluste wegen Überhitzung, Verkohlung usw.. Um diesen zu begegnen, ist vorgeschlagen worden, die Koppelung bzw. Synchronität zwischen dem Rührstab und dem antreibenden Magnetfeld durch einen Sensor zu überwachen und bei signifikanten Signaländerungen desselben ein Abschalten aller auf das Rührmedium einwirkenden Funktionen oder eine Regelung des antreibenden Magnetfeldes auszulösen. Gemäß der DE 31 02 661 A1 ist als Sensor ein magnetisch sensibler Reedkontakt im Rührgefäß oder unmittelbar daneben angeordnet. Die Kontaktenden stehen galvanisch mit einer Überwachungseinheit in Verbindung. Ein im Gefäß angebrachter Sensor beeinflußt als Fremdkörper den Rührfluß ungünstig und durch sein eigenes Magnetfeld den Rundlauf des Rührstabes. Ein neben dem Rührgefäß angeordneter Sensor verbraucht Platz auf der Aufstellplatte, behindert das Aufstellen und Handhaben des Rührgefässes und ist regelmäßig nur für eine Gefäßgröße und -form geeignet. Bei der in der DE 33 22 409 A1 beschriebenen Vorrichtung ist der Sensor dicht unter dem Gefäßboden angeordnet und als Hall-Generator oder als Induktionsschleife ausgeführt. Der Sensor ist mit einer Auswerfe-Elektronik verbunden. Ein in der DE 42 01 693 C1 konzipierter Magnetrührer sieht schließlich einen Sensor vor, der durch eine von drei das magnetische Drehfeld erzeugenden Spulen gebildet ist. Diese Spule liefert die durch Induktion des Rührstabes erzeugte Spannung an eine Auswerteeinheit, der eine Steuereinheit für die drei Spulenströme angeschlossen ist.

Alle diese Sensoren beruhen auf dem magnetischen Kontakt mit dem rotierenden Rührstab. Dieser Kontakt ist Störgrößen wie dem störenden, antreibenden Magnetfeld, unbekannten, meist inkonstanten Fremdfeldern von benachbarten Elektrogeräten und variierenden Rühr bedingungen wie Stabgröße, Drehzahl, Feldstärke und Alter der Magneten, Gefäßwandstärke ausgesetzt. Aufgrund dessen ist ein gesichertes, definiertes Ansprechen dieser Sensoren im kritischen Fall – beim Koppelungsabriß zwischen Rührstab und Magnetfeld – nicht gewährleistet. Der Sensor muß sich ändernden Betriebsbedingungen angepaßt werden: Die Erfindung hat den Zweck, die Zuverlässigkeit des Ansprechens des einen Magnetrührer überwachenden Sensors im kritischen Betriebszustand zu erhöhen und einen Aufwand für seine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen zu vermeiden oder zumindestens einzuschränken.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustandes von Magnetrührern zu entwickeln, die einen Abriß der magnetischen Koppelung zwischen Rührstab und rotierenden Magnetfeld ohne irgendeine magnetische Abhängigkeit sicher signalisiert.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält die Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustandes erfindungsgemäß einen in der Nähe des Rührstabes angeordneten, die Geräusche des Rührstabes aufnehmenden Schallsensor und eine Auswerteinheit. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen fixiert.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1 die vereinfachte Schnittdarstellung eines Magnetrührers mit der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung
2 das Blockschaltbild des Rührerantriebs und der Überwachungsvorrichtung
3 die Frequenzspektren des Schallsensors für den normalen und den kritischen Betriebszustand.
Das Magnetrührgerät ist bis auf den Rührstab 2 in einem kastenförmigen Gehäuse 1 untergebracht. Das Gehäuse 1 ist mit einer oberen Deckplatte 3 abgeschlossen, auf der das Rührgefäß 4 abgesetzt ist. In diesem befindet sich von dem Rührmedium 5 umgeben in Bodennähe der Rührstab 2. Unterhalb der Deckplatte 3 sind im Gehäuse 1 zwei elektrische Spulen 6 so angeordnet, daß sie bei Speisung mit phasenverschobenen Wechselströmen ein magnetisches Drehfeld erzeugen. Dicht unter der Deckplatte 3 und mittig unter dem rotierenden Rührstab 2 ist der Schallsensor 7 angebracht (1). Der Schallsensor 7 steht mit einer Auswerteein heit 8 in Verbindung, die aus einem Verstärker 9, einem Frequenzanalysator 10, z.B. einem Frequenzfilter, und einem Schwellwertdetektor 11 besteht (2).
Der Schwellwertdetektor 11 ist ausgangsseitig mit einem akustischen oder optischen Alarmsignalgeber 12 und einer Steuereinheit 13 verbunden, die sich aus einer Vergleichsstufe 14, einer Drehfeldsynthese-Stufe 15 und einer Leistungsstufe 16 zusammensetzt. Die Ausgänge der Leistungsstufe 16 führen zu den Spulen 6. Ihr Leistungseingang ist mit einer Stromversorgung 17 gekoppelt.
Die beschriebene Anordnung weist folgende Funktionsweise auf:
Der Schallsensor 7 nimmt die durch das Drehen des Rührstabes 2 im Rührmedium 5 verursachten Geräusche auf und wandelt sie in ein elektrisches Signal um, das von dem Verstärker 9 verstärkt wird. Das Rührgeräusch und damit das elektrische Signal umfaßt ein breites Frequgenzspektrum von 0 bis über 7000 Hertz, von dem nur ein Teil für die Überwachung interessant ist. In diesem Bereich kommt es beim Koppelungsabriß des Rührstabes 2 vom Drehfeld der Spulen 6 zu signifikanten Erhöhungen, die von den nunmehr einsetzenden Klappergeräuschen des taumelnden Rührstabes 2 ausgehen (3). Die 3a zeigt das Frequenzspektrum im ungestörten Betriebszustand ohne Koppelungsabriß, die 3b das Frequenzspektrum bei eingetretenem Koppelungsabriß. Der Frequenzanalysator 10 ermittelt in diesem Bereich die Erhöhungen und leitet sie an den Schwellwertdetektor 11 weiter.
Bei Überschreiten eines eingestellten Schwellwertes erzeugt dieser ein Signal W, das an den optischen oder akustischen Alarmsignalgeber 12 oder im Ausführungsbeispiel an die Vergleichsstufe 14 weitergeleitet wird. Der Vergleichsstufe 14 werden außerdem ein von der Leistungsstufe 16 gebildeter Istwert I und vom Bedienfeld des Rührers ein Sollwert S zugeführt. Aus diesen Werten leitet sie eine Führungsgröße F ab, die sie an die Drehfeldsynthese-Stufe 15 weitergibt. Diese Stufe 15 erzeugt von der Führungsgröße F abhängige frequenzgleiche, aber phasenverschobene Steuerspannungen, mit deren Hilfe die Leistungsstufe 16 die Ströme für die Spulen 6 bildet. Das Signal W der Auswerteeinheit 8 veranlaßt über die Steuereinheit 13 eine den Koppelungsabriß behebende Änderung des magnetischen Drehfeldes, wodurch ein ordnungsgemäßes Rühren wieder hergestellt ist. Die Steuereinheit 13 selbst und der beschriebene Aufbau sind jedoch nicht integrativer Bestandteil der Überwachungsvorrichtung. Sie sind aber angezeigt in all den Fällen, wo eine automatische Fortsetzung des Rührvorganges nach Koppelungsabriß erfolgen soll.
Die Überwachung des Betriebszustandes des Magnetrühreres erfolgt somit unabhängig von einem magnetischen Einfluß auf den Überwachungssensor und den damit verbundenen Unsicherheiten für die Signalisierung eines Koppelungsabrisses und dessen Behebung. Eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen des Rührereinsatzes ist nicht erforderlich.

1: Gehäuse
2: Rührstab
3: Deckplatte
4: Rührgefäß
5: Rührmedium
6: Spulen
7: Schallsensor
8: Auswerteeinheit
9: Verstärker
10: Frequenzanalysator
11: Schwellwertdetektor
12: Alarmsignalgeber
13: Steuereinheit
14: Vergleichsstufe
15: Drehfeldsynthese-Stufe
16: Leistungsstufe
17: Stromversorgung
F: Führungsgröße
I: Istwert
S: Sollwert
U: Signalspannung Frequenzspektrum
f: Frequenz

Claims

Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern, gekennzeichnet durch einen in der Nähe des Rührstabes (2) angeordneten Schallsensor (7) und eine an ihn angeschlossene Auswerteeinheit (8).
Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallsensor (7) dicht unter der Deckplatte (3) des Rührergehäuses (1) mittig zum aufgesetzten Rührgefäß (4) befestigt ist.
Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern nach Anspruch 1, dadurch gegekennzeichnet, dass der Schallsensor (7) in Bodennähe an der Außenwand des Rührgefäßes (4) angebracht ist.
Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) aus einem Verstärker (9), einem Frequenzanalysator (10) und einem Schwellwertdetektor (11) aufgebaut ist.
Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) aus einem Verstärker, einem Integrator und einem Schwellwertdetektor besteht.
Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) eine Geräuscherkennungseinheit enthält.
Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuscherkennungseinheit eine Geräuscherfassungseinheit, eine Geräuschmerkmals-Klassifizierungseinheit und eine Geräuschmerkmals-Vergleichseinheit umfaßt.
Vorrichtung zur Überwachung von Magnetrührern nach Anspruch 1, 2 oder 3 und 4 oder 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Auswerteeinheit (8) eine aus einer Vergleichsstufe (14), einer Drehfeldsynthese-Stufe (15) und einer Leistungsstufe (16) bestehende Steuereinheit (13) für den magnetischen Antrieb des Rührstabes (2) angeschlossen ist.