DE202004008470U1 - Vorrichtung zum Durchmischen von Flüssigkeiten und/oder Feststoffen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Durchmischen von Flüssigkeiten und/oder Feststoffen gekennzeichnet durch eine automatische Regelung auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen des zu mischenden Gutes durch Erfassen der Schwingungen des Mischgutes mit einem Sensor und Rückkopplung des Sensorsignals auf den Schwingungserzeuger.

Description

• Zum Mischen, Rühren und Extrahieren werden in chemischen und biochemischen Laboratorien neben Rührern verschiedenster Ausführungsformen häufig Schüttelvorrichtungen eingesetzt. Bei den letzteren werden die Reaktions- oder Kulturgefäße auf einem Vibrator befestigt, der je nach Anforderung verschiedene periodische Bewegungen, von einfachen Schaukelbewegungen, bis zu komplizierten Überkopfbewegungen ausführt. Die Frequenz der periodischen Bewegungen kann dabei in einem weiten Bereich von 0.1 bis 100 Hz variiert werden. Während die Bewegungsabläufe der Schüttelmaschine durch die Konstruktion des Vibrators gegeben sind, werden die Bewegungsabläufe im Rührgut selbst in meist unübersichtlicher Weise von der Geometrie der Gefäße, der Art des Rührguts und besonders der Anregungsfrequenz bestimmt. So können schon kleine Frequenzänderungen große Veränderungen der Rühreffekte hervorrufen.
• Die für einen hohen Mischungsgrad erforderliche Einstellung der Anregungsfrequenz erfolgt dabei empirisch und erfordert einen beträchtlichen Bedienungsaufwand. Analog sind die Verhältnisse bei Rühreinrichtungen.
• Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der ein gleichbleibend hoher Durchmischungsgrad von Mischungen von Flüssigkeiten und/oder Feststoffen bei geringem Energieaufwand erzielt werden kann.
• Dieser Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch einen Schwingungserzeuger, der die Schwingungen des zu mischenden Gutes automatisch geregelt auf ihre Resonanzfrequenz einstellt. Die automatische Einstellung und Aufrechterhaltung der Resonanzfrequenz wird erreicht durch Erfassen der Schwingungen des Mischgutes mit einem Sensor und Rückkopplung des Sensorsignals auf den Schwingungserzeuger. Durch Aufrechterhalten der Resonanzfrequenz wird eine hohe Amplitude verbunden mit einer guten Mischwirkung bei einem geringen Energieeintrag erreicht.
• Zur Erzeugung der Schwingungen im Mischgut eignen sich pneumatische, elektromagnetische und piezoelektrische Aktoren. Die Schwingungen können durch eine Bewegung des das Mischgut enthaltenden Behältnisses oder durch ein Rührelement im Mischgut bewirkt werden.
• Als Sensoren für die Erfassung der Flüssigkeitsbewegung können beispielsweise kapazitive, induktive, optische oder akustische Sensoren eingesetzt werden.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich ein mit einem Füllstandssensor versehenes, zylinderförmiges Behältnis, in dem das Mischgut zur Anregung von rotierenden Oberflächenwellen enthalten ist, in oder auf einer Rüttelvorrichtung, die pneumatisch oder elektromagnetisch angetrieben wird.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird durch phasenrichtige Kopplung des Sensorsignals an den elektromechanischen oder pneumatischen Antrieb der Rüttelvorrichtung die Anordnung zu einem selbsterregenden Oszillator.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Antrieb des das Mischgut enthaltenden Behältnisses durch einen Motor mit Excenter, der mit einer durch das Signal des Füllstandssensors gesteuerten Phasenregelschleife verbunden ist, die den Antrieb auf die Resonanzfrequenz einstellt. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Antrieb durch einen Elektromotor erfolgt, weil die Drehzahlregelung aus der Phasendifferenz Sensorsignal und dem Winkel der Motorwelle einfach ableitbar ist.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Schwingungsenergie nicht durch die Bewegung des Behälters selbst, sondern durch ein Rührelement, das sich im Mischgut befindet, übertragen. Entsprechend dem Wesen der Erfindung wird auch hier die Bewegung der Flüssigkeit mit einem Sensor erfasst und zur Steuerung des Antriebs verwendet.
• Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt einen selbsterregenden Schwinger zur Erzeugung resonanter Flüssigkeitsschwingungen in einem zylindrischen Behältnis, das sich in einer Rüttelvorrichtung befindet.
• 2 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung resonanter Schwingungen in einem zylindrischen Behältnis, das sich auf einer mittels eines Excenters angetriebenen Rütteleinrichtung befindet, und Regelung der Drehzahl des Antriebes der Rüttelvorrichtung aus der Phasendifferenz.
• 3 zeigt einen Antrieb zur Erzeugung resonanter Schwingungen mittels eines Rührelementes und Regelung der Drehzahl des Antriebes für das Rührelement.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Durchmischen von Flüssigkeiten und/oder Feststoffen gekennzeichnet durch eine automatische Regelung auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen des zu mischenden Gutes durch Erfassen der Schwingungen des Mischgutes mit einem Sensor und Rückkopplung des Sensorsignals auf den Schwingungserzeuger.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen durch Bewegung des das Mischgut enthaltenden Behältnisses oder durch ein Rührelement im Mischgut bzw. in einem Mischbehältnis erzeugt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch pneumatische, elektromagnetische und piezoelektrische Aktoren zur Erzeugung der Schwingungen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein mit einem Füllstandssensor versehenes, zylinderförmiges Behältnis, in dem das Mischgut enthalten ist, in oder auf einer pneumatisch oder elektromagnetisch angetriebenen Rüttelvorrichtung zur Anregung von rotierenden Oberflächenwellen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch phasenrichtige Kopplung des Sensorsignals an den elektromechanischen oder pneumatischen Antrieb der Rüttelvorrichtung oder des Rührelementes.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Antrieb der Rüttelvorrichtung für das das Mischgut enthaltende Behältnis oder das sich im Mischgut befindliche Rührelement durch einen Motor mit Excenter, der mit einer durch das Signal des Füllstandssensors gesteuerten Phasenregelschleife verbunden ist, die den Antrieb auf die Resonanzfrequenz einstellt.