DE19709237A1 - Einrichtung zum Rühren, Durchmischen oder Bewegen von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Rühren, Durchmischen oder Bewegen von Flüssigkeiten innerhalb eines zu einer Mittelachse im wesentlichen symmetrischen Behand­ lungsgefäßes, mit einer ein bewegtes magnetisches Antriebs­ feld erzeugenden Gerätebasis, einer an das Behandlungsgefäß angekuppelten, mit dem bewegten magnetischen Antriebsfeld der Gerätebasis in Wechselwirkung tretenden magnetisch harten oder weichen Antriebsteilanordnung und mit einer das Behandlungsgefäß zur Drehung um eine im wesentlichen verti­ kale Achse und seine Mittelachse abstützenden Lagervorrich­ tung.

Allgemein bekannt sind Einrichtungen zum Rühren von Flüssigkeiten, bei denen auf die Oberfläche einer ein Ma­ gnetfelderzeugungssystem enthaltenden Gerätebasis ein Rühr­ gefäß aufgesetzt wird, in das die zu behandelnde Flüssig­ keit eingefüllt und ein magnetischer Rührstab eingesetzt wird, der mit einem von dem Magnetfelderzeugungssystem der Gerätebasis erzeugten rotierenden magnetischen Antriebsfeld in Wechselwirkung tritt und die Flüssigkeit durchrührt.

In bestimmten Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein, die sich durch die gesonderte Handhabung des Rührstabs und durch dessen Benetzung durch die zu behandelnde Flüssigkeit ergebenden Schwierigkeiten zu vermeiden.

Es wurden daher Einrichtungen der eingangs kurz be­ schriebenen Art vorgeschlagen, bei denen beispielsweise Reagenzgläser als Behandlungsgefäße mit einem Halterungsan­ satz verbunden sind, der an seinem unteren Ende als Lager­ spitze ausgebildet ist, die sich gegen eine unmittelbar oberhalb der Gerätebasis vorgesehene Lagerpfanne abstützt. Ein mit Durchbrüchen versehenes Gestell gewährt der aus dem Behandlungsgefäß und dem Halterungsansatz gebildeten Ein­ heit nahe dem oberen Ende des Behandlungsgefäßes eine seit­ liche Abstützung und bildet zusammen mit der erwähnten La­ gerspitze und der Lagerpfanne eine Drehlagerung für das Be­ handlungsgefäß. Ein zwischen der Lagerspitze und der Ver­ bindung des Halterungsansatzes mit dem Behandlungsgefäß in dem Halterungsansatz befindlicher Dauermagnetkörper tritt mit dem rotierenden magnetischen Antriebsfeld im Bereich oberhalb der Oberfläche der Gerätebasis in Wechselwirkung und bewirkt eine Drehung des Behandlungsgefäßes um seine Längsachse, wobei in dem Behandlungsgefäß befindliche Flüs­ sigkeit in den an der Gefäßinnenwand haftenden Schichten mitgenommen wird, während die achsennäheren Teile des Flüs­ sigkeitsvolumens bei der Drehung zurückbleiben. In der Flüssigkeit bewirkt die Scherung zwischen den Flüssigkeits­ schichten eine intensive Durchmischung.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Kopplung zwischen dem vom Magnetfelderzeugungssystem der Gerätebasis erzeugten rotierenden magnetischen Antriebsfeld und der im Halterungsansatz des Behandlungsgefäßes vorgese­ henen Antriebsteilanordnung zu verbessern und damit den Wirkungsgrad des Antriebs zu erhöhen, wobei gleichzeitig eine zuverlässige Drehlagerung für den Betrieb in einem weiten Drehzahlbereich ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent­ anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Patentansprü­ che, auf deren Inhalt hier ausdrücklich hingewiesen wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Dadurch, daß die das Magnetfelderzeugungssystem enthal­ tende Gerätebasis mindestens einen Durchbruch aufweist, durch welchen der die Antriebsteilanordnung enthaltende Halterungsansatz vom Behandlungsgefäß nach abwärts reicht, kann die Antriebsteilanordnung, insbesondere also ein Dau­ ermagnetkörper, unmittelbar zwischen die einander gegen­ überstehenden Pole des Magnetfelderzeugungssystems gebracht werden und ist hier einem besonders intensiven Antriebsfeld ausgesetzt, derart, daß bei entsprechender Steuerung des Magnetfelderzeugungssystems der Gerätebasis die aus dem Be­ handlungsgefäß und dem Halterungsansatz gebildete Bauein­ heit dem rotierenden magnetischen Antriebsfeld zuverlässig folgt.

Das auf den Dauermagnetkörper des Halterungsansatzes einwirkende Magnetfeld kann eine zusätzliche Stützwirkung mit Bezug auf eine Abstützung des Behandlungsgefäßes in vertikaler Stellung ausüben.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnah­ me auf die Zeichnung erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Sei­ tenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrich­ tung zum Rühren oder Mischen oder Bewegen von Flüssigkeiten der hier angegebenen Art,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht der Kerne, Polschuhe und magnetischen Rückleitungen des Ma­ gnetfelderzeugungssystems für eine Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische, im Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten weiteren Ausführungsform einer Einrichtung der hier angegebenen Art, und

Fig. 4 eine schematische, im Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer wiederum anderen Ausführungsform.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung enthält eine Grund­ platte 1, auf welcher eine Gerätebasis über Füße 3 abge­ stützt ist. In der Gerätebasis 2 befindet sich ein Magnet­ felderzeugungssystem 4, dessen Erregerspulen 5 über ein Ka­ bel 6 mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, mittels welcher die Erregerspulen 5 in solcher Weise mit elektri­ schem Strom beaufschlagt werden können, daß das Magnetfel­ derzeugungssystem in einem bestimmten Bereich der Geräteba­ sis 2 ein intensives rotierendes magnetisches Antriebsfeld zu erzeugen vermag, dessen Drehzahl und Drehrichtung will­ kürlich einstellbar bzw. veränderbar ist.

Das Magnetfelderzeugungssystem 4 ist innerhalb der Ge­ rätebasis 2 beispielsweise in Kunststoff eingegossen und enthält die von den Erregerspulen 5 umgebenen Kerne 7, eine mit einem Durchbruch 8 versehene magnetische Rückschluß­ platte 9 sowie an den oberen Enden der Kerne 7 befestigte, um einen mit dem Durchbruch 8 vertikal fluchtenden Durch­ bruch 10 gruppierte Polstücke 11, wie dies im einzelnen aus Fig. 2 zu erkennen ist.

Den Öffnungen oder Durchbrüchen 8 und 10 des Magnetfel­ derzeugungssystems 4 entspricht ein durchgehender Durch­ bruch 12 in dem Gesamtkörper der Gerätebasis 2, wobei nahe der oberen Ausmündung des Durchbruches 12 sich innerhalb der Kunststoff-Vergußmasse hinter der Innenfläche des Durchbruches die radial inneren Enden der Polstücke 11 be­ finden. Demgemäß wird das intensive rotierende magnetische Antriebsfeld gerade in diesem Bereich des Durchbruches 12 erzeugt.

Aus Fig. 1 ist weiter zu erkennen, daß auf die Geräte­ basis 2 eine Abdeckplatte 13 aufgelegt ist, die eine dem Durchbruch 12 entsprechende Öffnung 14 aufweist, längs de­ ren Rand einstückig eine Hülse 15 angesetzt ist, die als Auskleidung durch den Durchbruch 12 nach abwärts reicht. Die mit der Hülse 15 versehene Abdeckplatte 13 kann zu Rei­ nigungszwecken von der Gerätebasis abgenommen werden und schützt die Gerätebasis vor Verunreinigung durch aus Be­ handlungsgefäßen heraustropfende Flüssigkeit.

Die Abdeckplatte 13 ist mit Vertiefungen 16 versehen, in welche Füße 17 eines Gestells 18 zu dessen genauer Posi­ tionierung einsetzbar sind. Das Gestell 18 enthält von Stützen 19 auf Abstand gehaltene, mit Durchbrüchen verse­ hene Platten 20 und 21.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß gemäß einer in der Zeichnung nicht gezeigten Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 das Gestell 18 auch so ausgebildet sein kann, daß die Stützen 19 sich nicht gegen die Abdeckplatte 13 und die Gerätebasis 2 abstützen sondern mit an der Gerätebasis 2 vorbeigeführten, verlängerten Füßen zu der Grundplatte 1 reichen. Eine solche abgewandelte Ausführungsform kann be­ sonders dann von Vorteil sein, wenn die gesamte Einrichtung zur gleichzeitigen Handhabung einer Vielzahl von Behand­ lungsgefäßen in Verbindung mit einer ein Vielfach-Magnet­ felderzeugungssystem enthaltenden Gerätebasis ausgebildet ist.

Von der Grundplatte 1 ragt ein Lagerstift 22 mit einer Lagerspitze 23 auf.

Über die obere Öffnung 24 der Platte 21 und die Öffnung 25 der Platte 20 und schließlich durch die Öffnung 14 der Abdeckplatte 13 und den Durchbruch 12 der Gerätebasis 2 ist in die bisher beschriebene Anordnung eine aus einem etwa zylindrischen Behandlungsgefäß 26 und einem mit diesem ge­ kuppelten Halterungsansatz 27 bestehende Baueinheit einge­ setzt. Der Halterungsansatz 27 weist in der aus Fig. 1 zu ersehenden Weise nach aufwärts reichende Arme auf, die auf ihrer Innenseite so profiliert sind, daß sie das Behand­ lungsgefäß 26 sicher greifen und abstützen. Die Haltearme des Halterungsansatzes 27 lassen sich durch mittels strich­ punktierter Linien angedeuteter Ausschnitte der Öffnung 24 der Platte 21 hindurchschieben.

Ein zylindrischer unterer Teil des Halterungsansatzes ist mit einer von seinem unteren Ende nach aufwärts rei­ chenden Sackbohrung 28 versehen, dessen oberes Ende eine mit der Lagerspitze 23 des Lagerstiftes 22 zusammenwirkende Lagerpfanne für eine Spitzenlagerung der aus dem Halte­ rungsansatz 27 und dem Behandlungsgefäß 26 bestehenden Bau­ einheit bildet.

Oberhalb des Endes der Sackbohrung 28 ist in den zylin­ drischen Teil des Halterungsansatzes 27 ein Magnetstab 29 eingegossen, welcher sich in der in Fig. 1 gezeigten Ge­ brauchslage der Anordnung auf dem Niveau der Polstücke 11 innerhalb der Gerätebasis 2 befindet und damit dem inten­ sivsten Teil des von dem Magnetfelderzeugungssystem 4 er­ zeugten rotierenden magnetischen Antriebsfeldes ausgesetzt ist.

Die konisch ausgebildete Öffnung 25 der Platte 20 um­ gibt einen entsprechend konisch ausgebildeten Abschnitt des Halterungsansatzes 27 mit ausreichendem Spiel, ist aber so bemessen, daß beim Abheben des Gestells 18 von der Abdeck­ platte 13 das Behandlungsgefäß 26 und der Halterungsansatz 27 ebenfalls von der Gerätebasis 2 und dem Lagerstift 22 abgehoben werden.

Die Öffnung 24 der Platte 21 hat ebenfalls ausreichend Spiel gegenüber der Außenwand des Behandlungsgefäßes 26, da bei ausreichender Drehzahl des Behandlungsgefäßes und sei­ nes Inhaltes Kreiselkräfte die aus dem Halterungsansatz 27 und dem Behandlungsgefäß 26 bestehende Baueinheit abstüt­ zen. Es kann zweckmäßig sein, daß nur am Umfang verteilte kurze Umfangsabschnitte des Innenrandes der Öffnung 24 bis nahe an die Wand des Behandlungsgefäßes 26 reichen, um ein Rattern zu vermeiden.

Wird das Magnetfelderzeugungssystem 4 der Gerätebasis so gesteuert, daß das Behandlungsgefäß 26 mit seiner Flüs­ sigkeitsfüllung 30 vom Stillstand rasch bis zu einer Dreh­ zahl von beispielsweise 2000 Umdrehungen/Minute hochläuft, so haften Flüssigkeitsschichten an der Behandlungsgefäß-In­ nenwand und es findet eine Scherung der hohlzylinderförmi­ gen Flüssigkeitsschichten aufeinanderfolgend bis zur Mit­ tellängsachse des Behandlungsgefäßes statt. Wird dann die rotierende Anordnung abgebremst, so behalten die radial in­ neren hohlzylindrischen Flüssigkeitsschichten länger ihre einmal erreichte Drehzahl, während die wandnahen Flüssig­ keitsschichten rascher abgebremst werden, so daß wiederum eine Scherung und damit Durchmischung der Flüssigkeitsfül­ lung des Behandlungsgefäßes stattfindet.

Durch mehrmaliges, gegebenenfalls periodisches Be­ schleunigen, Abbremsen und Beschleunigen in entgegengesetz­ ter Drehrichtung erreicht man einen intensiven Rühr- oder Durchmischungseffekt. Diese Wirkung kann noch verstärkt werden, wenn das Behandlungsgefäß 26 mit inneren Wandvor­ sprüngen oder axial verlaufenden Rippen oder Einstülpungen oder mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt versehen wird.

Die Ausführungsform einer Einrichtung der hier angege­ benen Art, welche in Fig. 3 nur in ihrem unteren Teil und schematisch angegeben ist, unterscheidet sich von derjeni­ gen nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß innerhalb der Gerätebasis 2 das Magnetfelderzeugungssystem 4 gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 umgekehrt eingebaut ist, derart, daß sich die Polstücke 11 auf der Unterseite der Gerätebasis 2 befinden und sich die radial inneren Enden der Polstücke im Bereich der unteren Öffnung des Durchbru­ ches 12 der Gerätebasis gegenüberstehen. Demgemäß ist der Dauermagnetkörper, welcher die Antriebsteilanordnung des Halterungsansatzes 27 bildet, am unteren Ende des zylindri­ schen Abschnittes des Halterungsansatzes 27 befestigt und hat hier die Gestalt eines diametral magnetisierten Dauer­ magnetringes 31, dessen Bohrung dem Durchmesser der im zy­ lindrischen Abschnitt des Halterungsansatzes nach aufwärts reichenden Sackbohrung 28 entspricht. In die Sackbohrung 28 reicht wiederum in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 1 der von der Grundplatte 1 hochstehende La­ gerungsstift 22 bis zu dem als Lagerpfanne dienenden Boh­ rungsende.

Im oberen Teil des Halterungsansatzes 27 an diesen an­ geformte seitliche Arme stellen durch Einclipsen in eine Umfangsnut am unteren Ende des Behandlungsgefäßes 26 die Verbindung zum Behandlungsgefäß her, von dem in Fig. 3 nur der untere Abschnitt gezeigt ist. Auch bei der Einrichtung nach Fig. 3 kann ein zur weiteren Abstützung des Behandlungsgefäßes dienendes Gestell nach Art des Gestells 18 der Ausführungsform nach Fig. 1 vorgesehen sein.

Die in Fig. 4 nur bereichsweise im Schnitt und in Sei­ tenansicht gezeichnete Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 in erster Linie dadurch, daß der Halterungsansatz 27 bei der Einrichtung nach Fig. 4 nicht mit einer Sackbohrung 28 sondern mit einer Lagerspitze 33 versehen ist, welche in eine als Lagerpfanne dienende kegelförmige Ansenkung 34 der Grundplatte 1 eingesetzt ist, wobei die Ansenkung 34 koa­ xial zu dem Durchbruch 12 der Gerätebasis 2 positioniert ist. Der Dauermagnetkörper 29 bei der Ausführungsform nach Fig. 4 befindet sich ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 im Bereich der oberen Ausmündung des Durchbru­ ches 12 der Gerätebasis 2 und liegt hier in dem Raum zwi­ schen den einander gegenüberstehenden Polstücken 11.

Am oberen Ende des Behandlungsgefäßes 26 ist dieses durch die Öffnung 24 der Platte 21 des in Fig. 4 nicht ein­ gezeichneten Gestells 18 geführt, wobei in die Öffnung 21 von deren Berandung aus dünne Kunststoffdrähte radial nach einwärts reichen, die sich mit ihren inneren Enden gegen die Außenwand des Behandlungsgefäßes 26 abstützen und die­ sem eine ausreichende Führung für die Drehung der aus dem Behandlungsgefäß 26 und dem Halterungsansatz 27 gebildeten Baueinheit um deren Längsachse gewähren.

Wie zuvor schon angedeutet können Einrichtungen der hier vorgeschlagenen Art so ausgebildet sein, daß eine Mehrzahl von Behandlungsgefäßen oberhalb einer Gerätebasis drehbar gelagert ist, die eine entsprechende Anzahl von be­ wegten magnetischen Antriebsfeldern zu erzeugen vermag, die jeweils in Wechselwirkung mit den einzelnen Behandlungsge­ fäßen zugeordneten Antriebsteilanordnungen treten. Jedes der Behandlungsgefäße und der daran vorgesehenen Halte­ rungsansätze ist einer Lagervorrichtung zur drehbaren Lage­ rung von Behandlungsgefäß und Halterungsansatz zugeordnet.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Rühren, Durchmischen oder Bewegen von Flüssigkeiten innerhalb eines zu einer Mittelachse im wesentlichen symmetrischen Behandlungsgefäßes (26), mit einer ein bewegtes magnetisches Antriebsfeld erzeugen­ den Gerätebasis (2), einer an das Behandlungsgefäß (26) angekuppelten, mit dem bewegten magnetischen Antriebs­ feld der Gerätebasis in Wechselwirkung tretenden magne­ tisch harten oder weichen Antriebsteilanordnung (29; 31) und mit einer das Behandlungsgefäß zur Drehung um eine im wesentlichen vertikale Achse und seine Mittel­ achse abstützenden Lagervorrichtung (22, 23, 28; 33, 34), welche einen am unteren Ende des Behandlungsgefä­ ßes (26) sich längs dessen Längsachse nach abwärts er­ streckenden Halterungsansatz (27) enthält, der ein La­ gerungsteil der aus einer Lagerspitze und einer Lager­ pfanne bestehenden Lagervorrichtung und die Antriebs­ teilanordnung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsansatz (27) durch einen Durchbruch (12) der Gerätebasis (2) hindurchreicht, die im Bereich dieses Durchbruchs entweder nahe ihrer Oberseite oder nahe ih­ rer Unterseite die das rotierende magnetische Antriebs­ feld erzeugenden Pole (11) des Magnetfelderzeugungssy­ stems (4) enthält, daß sich die Antriebsteilanordnung (29; 31) im wesentlichen auf dem vertikalen Niveau die­ ser Pole (11) befindet, und daß unterhalb der Geräteba­ sis (2) eine Grundplatte (1) vorgesehen ist, die entwe­ der die Lagerpfanne (34) für die Lagerspitze (33) des Halterungsansatzes (27) oder die Lagerspitze (22, 23) für die Lagerpfanne (28) des Halterungsansatzes trägt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Gerätebasis (2) eine Abdeckplatte (13) auf­ gesetzt ist, welche eine dem Durchbruch (12) der Gerä­ tebasis (2) entsprechende Öffnung (14) und eine sich an deren Rand einstückig anschließende Hülse (15) zur Aus­ kleidung des Gerätebasisdurchbruchs aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf die Gerätebasis (2) bzw. die Abdeck­ platte (13), gegebenenfalls unter Abstützung gegen den Untergrund, ein Gestell (18) aufsetzbar ist, das auf einem Niveau nahe dem oberen Ende des Behandlungsgefä­ ßes (26) eine Platte (21) mit einer Öffnung (24) auf­ weist, die vertikal mit dem Durchbruch (12) der Geräte­ basis (2) koaxial ist und mindestens mit Teilen ihres Innenrandes an der Außenwand des Behandlungsgefäßes (26) ansteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rand der Öffnung (24) der Platte (21) des Ge­ stells (18) elastisch nachgiebige Abstützmittel, insbe­ sondere Kunststoffdrähte, an der Außenwand des Behand­ lungsgefäßes (26) anstehen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsansatz (27) mit dem Behandlungsgefäß (26) lösbar verbunden, insbesondere durch Einrasten kuppelbar ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer dem genannten Behand­ lungsgefäß (26) eine Reihe weiterer, gleich ausgebilde­ ter Behandlungsgefäße, zugehöriger Halterungsansätze (27) sowie zu der genannten Lagervorrichtung gleiche, den Behandlungsgefäßen jeweils zugeordnete weitere La­ gervorrichtungen (22, 23, 28; 33, 34) enthält und daß mittels der Gerätebasis (2) außer dem genannten magne­ tischen Antriebsfeld weitere, den einzelnen Behand­ lungsgefäßen (26) zugeordnete magnetische Antriebsfel­ der erzeugbar sind.