DE3322409A1 - Vorrichtung zur ueberwachung der magnetischen koppelung bei einem magnetruehrer - Google Patents

Vorrichtung zur ueberwachung der magnetischen koppelung bei einem magnetruehrer

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Description

Janke & Kunkel GmbH & Co. KG
IKA-»Verk
Neumagenstraße 27 7813 Staufen
UNSKBE ΛΙΤΙ ■ ItITTK BTKTS ANOKBKNl
M 83 272
Vorrichtung zur Überwachung der magnetischen Koppelung bei einem Magnetrührer
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der magnetischen Koppelung zwischen einem rotierenden Magneten od.dgl. und einem magnetischen Rührstab bei einem Magnetrührer, der eine ggfs. heizbare Aufstellplatte für ein Rührgefäß oberhalb des rotierenden Magneten hat und wobei eine auf Magnetfeldänderungen od.dgl. ansprechende Sonde im Bereich der magnetischen Feldlinien der Magneten angeordnet und mit einer darauf abgestimmten Überwacher-Einheit verbunden ist.
Aus der DE-OS 31 02 661 ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt. Dabei soll im Rührgefäß oder unmittelbar daneben die Sonde angeordnet sein, die auf das Ausbleiben oder Unregelmäßig werden von Magnetfeldänderungen ansprechen soll. Einerseits ist eine im Rührgefäß befindliche Sonde sehr ungünstig, weil sie den Rührvorgang beeinflussen kann und im Rührgefäß zu beengten Verhältnissen führen kann. Vor allem kann der Rührfluß durch einen solchen Fremdkörper ungünstig beeinflußt werden. Darüber hinaus kann bei manchen Rührgefäßen, vor allem bei nach oben verjüngten oder gar geschlossenen Gefäßen die Sonde nicht
/2
in diese Position gebracht werden. Eine außerhalb aber neben dem Rührgefäß angeordnete Sonde verbraucht Platz auf der Aufstellplatte und behindert auch das Aufstellen und Handhaben des Rührgefäßes. Darüber hinaus ist die Fixierung der Sonde schwierig, die sich ja nach wechselnden Größen der Rührgefäße richten können muß.
Ferner ist es ungünstig, wenn die Sonde selbst in der Lage sein muß, das Ausbleiben oder Unregelmäßig-werden von Magnetfeldänderungen festzustellen. .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der eine Überwachung der magnetischen Koppelung der beiden Magnete möglich ist, ohne daß im Rührgefäß oder unmittelbar daneben eine Sonde erforderlich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht im wesentlichen darin, daß die Sonde und ihre höchste Stelle auf der Höhe der Oberfläche der Aufstellplatte oder darunter angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, daß Sondenteile die Aufstellfläche beaufschlagen und verkleinern. Darüber hinaus ist bei einer solchen Anordnung ein Eindringen der Sonde in das Rührgefäß in jedem Falle ausgeschlossen. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß der Benutzer seinen Magnetrührer genauso ungestört benutzen und bestücken kann, wie dies mit einem Magnetrührer ohne eine solche Überwachungsvorrichtung möglich ist, daß aber dennoch diese Überwachung durchgeführt werden kann.
Die Sonde kann unterhalb der Aufstellplatte, jedoch höher als der rotierende Magnet innerhalb des magnetischen Kreises zwischen dem rotierenden Magneten und dem Rührstäbchen angeordnet sein. Auf diese Weise ergibt sich eine günstige Lage der Sonde außerhalb des Bedienungsbereiches des Rührgerätes,
• >* ♦ *
wobei jedoch die Sonde unmittelbar im magnetischen Kreis gut ansprechen kann.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn dem Sensor der Sonde von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld eine Spannung induzierbar ist. Dadurch ergibt sich ein einfacher aufgebauter Sensor, als wenn gemäß der DE-OS 31 02 661 der Sensor nur auf Änderungen, nämlich das Ausbleiben oder Unregelmäßigwerden von Magnetfeldänderungen anspricht. Beispielsweise kann der Sensor als Hallgenerator oder als Induktionsschleife, insbesondere als Spule ausgebildet und mit einer Auswerte-Elektronik verbunden sein. Dadurch ist dieser Sensor selbst sehr robust und enthält im Gegensatz beispielsweise zu einem Reed-Schalter keine beweglichen Teile.
Darüber hinaus ergibt sich dadurch eine Ausgestaltung der Erfindung vor allem für Magnetrührer mit heizbarer Aufstellplatte. Dabei kann der Sensor als vorzugsweise mäanderförmige Induktionsschleife auf der Aufstellplatte an deren Oberfläche innerhalb des magnetischen Kreises zwischen dem rotierenden Magneten und dem Rührstäbchen angeordnet sein. Diese Anordnung kann allerdings bei nicht beheizter Aufstellplatte auch vorteilhaft sein, weil der Sensor auf diese Weise in günstiger Position angebracht werden kann, ohne in irgend einer Form hinderlich zu sein.
Eine andere Lösung kann darin bestehen, daß als Sensor seitlich der Aufstellplatte insbesondere an deren Stirnfläche eine Induktionsspule innerhalb des magnetischen Streuflusses des rotierdenden Magneten und des magnetischen Rührstäbchens angeordnet ist. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die einem solchen Sensor induzierte sinusförmige Spannung zusätzlich zur Messung der Rührdrehzahl und im Falle eines Kontaktes mit einer beheizten Aufstellfläche sogar zur Messung
der Heizplattentemperatur ausnutzen läßt. Ferner kann mit dieser Lösung ein bisher nicht kontrollierter Magnetrührer ggfs. nachträglich ausgerüstet werden.
Eine weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß eine Meßvorrichtung für den Motorstrom des Antriebsmotors des rotierenden Permanentmagneten vorgesehen und mit einer Überwachungsvorrichtung gekoppelt ist. Speziell in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn als Sensor ein Hall-Generator od.dgl. vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker auf eine Anzeige- und Schaltbaugruppe mit einer Anzeige und/oder einem Schalter zum Re'gulieren des Antriebsmotors wirkt. Die von dem Sensor bei rotierendem Magneten gemessene Amplitude der magnetischen Flußdichte ist nämlich drehzahlunabhängig und am größten, wenn vom Rührstäbchen kein Drehmoment abgegeben wird. Mit wachsendem Drehmoment sinkt also die Flußdichte, d.h. der magnetische Kreiswiderstand wird größer. Die gemessene Amplitude der magnetischen Flußdichte erreicht ihren kleinsten Wert, wenn die magnetische Koppelung des Rührstäbchens abreißt. In diesem Augenblick fällt die Verstärkung der Flußdichte durch das Rührstäbchen wege, weil beide Magneten nicht mehr "in Serie geschaltet" sind. Die Anzeige- und Schaltbaugruppe wird dabei dazu verwendet, den Minimalwert der Flußdichte mit üblichen elektronischen Hilfsmitteln zu erkennen, anzuzeigen und in Schaltvorgänge umzusetzen.
Die bereits erwähnte mäanderförmige Induktionsschleife kann mit einem Lock-In-Verstärker verbunden sein, der mit einer Impulsfolge eines Reglers der Motordrehzahl synchronisiert sein kann. Dadurch kann eine gleichzeitige Drehzahlregelung des Antriebsmotors erfolgen. Beispielsweise kann der Regler des Motors einen optoelektronischen Sensor, z.B. eine Reflexlichtschranke und einen damit verbundenen Drehzahlregler
aufweisen. Da bei zunehmendem Rührwiderstand in irgend einer Form auch die Motordrehzahl berührt sein kann, ergibt sich so eine besonders günstige und zweckmäßige Kombination der Vorrichtung zum Überwachen mit der Regelung der Motordrehzahl.
Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen ergibt sich eine Vorrichtung zur Überwachung der magnetischen Koppelung bei einem Magnetrührer, ohne daß dessen Bedienbarkeit oder die Platzverhältnisse oder gar der Rührvorgang selbst beeinträchtigt werden. Darüber hinaus eröffnet sich die Möglichkeit, weitere Meßsignale in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment oder bezüglich der Heizplattentemperatur als Parameter zu erhalten und auszuwerten.
Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung in drei Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben.
Es zeigt in schematisierter Darstellung:
Fig. 1 einen Magnetrührer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der magnetischen Koppelung zwischen einem rotierenden angetriebenen Magnet und einem Rührstab, wobei eine Sonde unterhalb der Aufstellplatte, jedoch oberhalb des rotierenden Magneten angeordnet ist,
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Magnetrührers, bei welchem ein Sensor einer Sonde auf der Aufstellplatte an deren Oberfläche angeordnet ist, wobei gleichzeitig eine Drehzahlüberwachung und/oder -regelung des Antriebsmotors vorgesehen ist, sowie
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Fig. 3 einen Magnetrührer, bei welchem als Sensor eine Spule im Bereich der Stirnseite der Aufstellplatte angeordnet ist.
Ein in allen drei Ausführungsbeispielen im ganzen mit 1 bezeichneter Magnetrührer hat einen magnetischen Rührstab 2, der innerhalb eines Rührgefäßes 3 und darin enthaltenem Medium dadurch in Drehung versetzt wird, daß unterhalb einer Aufstellplatte 4 für das Rührgefäß 3 ein von einem Antriebsmotor 5 in Rotation versetzter weiterer Magnet 6 vorgesehen ist. Durch die Rotation des Magneten 6 und die magnetische Koppelung mit dem magnetischen Rührstab 2 wird also auch dieser magnetische Rührstab 2 in entsprechende Drehbewegung versetzt.
Die drei dargestellten Ausführungsformen von Magnetrührern 1 weisen nun jeweils eine im folgenden näher zu beschreibende Vorrichtung zur Überwachung der magnetischen Koppelung zwischen dem rotierenden Magneten 6 und dem magnetischen Rühr stab 2 auf. Gemeinsam ist dabei diesen Vorrichtungen, daß eine Sonde 7 mit jeweils abgewandeltem Sensor bzw. die höchste Stelle dieser Sonde 7 auf der Höhe der Oberfläche der Aufstellplatte 4 oder darunter angeordnet ist, sich also nicht etwa oberhalb der Aufstellplatte 4 oder gar im Inneren des Rührgefäßes 3 befinden muß.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erkennt man, daß die Sonde 7 unterhalb der Aufstellplatte 4 jedoch höher als der rotierende Magnet 6 innerhalb des magnetischen Kreises zwischen dem rotierenden Magneten 6 und dem Rührstab 2 angeordnet ist. Wie' auch bei den folgenden Ausführungsbeispielen ist dabei dem Sensor der Sonde 7 von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld eine Spannung induzierbar, d.h. bei einer Änderung der Bewegung des magnetischen Rührstabes 2 entsteht ein entsprechendes
/7 COPY
Ausgangssignal der Sonde 7, welches über einen Verstärker 8 auf eine Schaltbaugruppe 9 übertragen wird. Die vom Sensor der Sonde 7 bei rotierendem Magneten 6 gemessene Amplitude der magnetischen Flußdichte ist dabei drehzahlunabhängig und am größten, wenn vom Rührstab 2 kein Drehmoment abgegeben wird.
Mit wachsendem Drehmoment am Rührstab 2 sinkt die Flußdichte mit größer werdendem magnetischem Kreiswiderstand. Die gemessene Amplitude der magnetischen Flußdichte erreicht ihren kleinsten Wert (ca. 50 % der Maximalamplitude), wenn die magnetische Koppelung zwischen Rührstab 2 und Magnet 6 abreißt. In diesem Augenblick fällt die Verstärkung der Flußdichte durch den Rührstab 2 weg, weil beide Magneten dann nicht mehr in Serie geschaltet sind. Die Anzeige- und Schaltbaugruppe 9 kann nun dazu verwendet werden, den Minimalwert der Flußdichte mit üblichen elektronischen Hilfsmitteln zu erkennen, anzuzeigen und in Schaltvorgänge umzusetzen. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Sensor der Sonde 7 ein Hall-Generator ist, der entsprechend wenig Platz beansprucht.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Aufstellplatte 4 heizbar. Als Sensor einer Sonde 7 ist dabei eine Induktionsschleife, zweckmäßigerweise eine mäanderförmige Induktionsschleife 10 auf der Aufstellplatte an deren Oberfläche innerhalb des magnetischen Kreises zwischen dem rotierenden Magneten 6 und dem Rührstab 2 angeordnet. Die Aufstellplatte 4 ist dabei temperaturfest.
Der Magnetrührer 1 selbst ist ähnlich dem in Fig. 1 aufgebaut, jedoch wird der Motor 5 in diesenyFalle zusätzlich dreh-zahlgeregelt. Ein Regler 12 des Motors 5 weist dazu einen optoelektronischen Sensor 11, z.B. eine Reflexlichtschranke auf und ist mit diesem verbunden.
Die schon erwähnte Induktionsschleife 10 ist mit einem Lock-In-Verstärker 13 verbunden, der von einer geeignet heruntergeteilten Impulsfolge des Drehzahlreglers 12 synchronisiert wird. Einer Anzeige- und Schaltbaugruppe 14 stehen in diesem Falle sowohl das Ausgangsmeßsignal des Lock-In-Verstärkers 13 als auch die Ist-Drehzahl von dem Drehzahlregler 12 zur Verfügung. Zusätzlich kann auch noctydie Heizplattentemperatur eingegeben werden.
In der Induktionsschleife 10 wird nach dem Induktionsgesetz eine sinusförmige Spannung induziert, die eine Funktion der Drehzahl und der magnetischen Flußdichte zwischen den Magneten 2 und 6 ist. Ein Abreißen der magnetischen Koppelung zwischen den beiden Magneten 2 und 6 führt bei konstanter Drehzahl zu einer geringfügigen Verkleinerung der in die Induktionsschleife 10 der Sonde 7 induzierten Spannungsamplitude. Diese kleine Signaländerung kann in vorteilhafter Weise mit Hilfe des erwähnten Lock-In-Verstärkers 13 nachgewiesen werden.
Setzt man in der Anzeige- und Schaltbaugruppe 14 ein intelligentes Datenerfassungssystem ein, ist es möglich, für die eingestellte und zu überwachende Drehzahl einen Kalibrierablauf durchzuführen, der Drehzahl, Heizplattentemperatur und induzierte Spannungsamplitude speichert. Während der später folgenden Überwachung wird dann die induzierte Spannung gemessen, rechnerisch temperaturkompensiert und im Falle eines Spannungsabfalles durch Abreißen der Koppelung der beiden Magnete 2 und 6 zu Anzeige- und Schaltvorgängen ausgenutzt.
Dabei besteht auch die Möglichkeit, den Motorstrom dieses Magnetrührers 1 und dessen Regelabweichung zu messen und in geeigneter Weise auf das abgegebene Drehmoment bzw. die magnetische Koppelung zwischen Permanentmagnet 6 und Rührstab 2 zu schließen.
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Fig. 3 zeigt wiederum einen ähnlichen Magnetrührer 1, bei welchem die Aufstellplatte 4 beheizt oder unbeheizt sein kann
und ein drehzahlgeregelter oder ein nicht geregelter Motor 5 zum Einsatz kommen kann.
Als Sensor ist in diesem Falle eine Induktionsspule 15 seitlich der Aufstellplatte 4 an" deren Stirnseite innerhalb des
magnetischen Streuflusses des rotierenden Magneten 6 und des magnetischen Rührstäbchens 2 angeordnet. Somit kann die magnetische Streuflußdichte des magnetischen Kreises zwischen
den beiden Magneten 2 und 6 gemessen werden.
In der Spule 15 wird nach dem Induktionsgesetz eine sinusförmige Spannung induziert, die wiederum eine Funktion der
Drehzahl und der genannten magnetischen Streuflußdichte ist. Ein Abreißen der magnetischen Koppelung zwischen den beiden
Magneten 2 und 6 führt bei konstanter Drehzahl zu einer Vergrößerung der induzierten Spannungsamplitude. Bei geeigneter Dimensionierung der Spule 15 läßt sich diese Amplitudenvergrößerung mit geringem elektrpnischem Aufwand in einem Bauteil 16 erkennen und zu Anzeige- und Schaltvorgängen ausnutzen.
Als besonderer Vorteil der Induktionsspule 15 ist dabei anzusehen, daß die in diesem Sensor induzierte sinusförmige
Spannung zusätzlich zur Messung der Drehzahl des Rührers und der Heizplattentemperatur ausgenutzt werden kann, wobei die
Temperatur dann erfasst werden kann, wenn die Spule 15 in
thermischen Kontakt mit einer beheizten Aufstellfläche 4 gebracht wird.
Zusammenfassend ergibt sich für alle drei dargestellten und
beschriebenen Magnetrührer 1 eine Vorrichtung, die das
Abreißen der magnetischen Koppelung zwischen dem rotierenden Permanentmagneten 6 und dem Rührstäbchen 2 erkennt, ohne daß
COPY
eine Sonde in das zu rührende Medium eingebracht werden muß oder oberhalb der Aufstellfläche Platz wegnimmt. Die Überwachung und Erkennung eines Abreißens geschieht mit Hilfe von Sensoren zur Messung der Flußdichte und des magnetischen Kreises bzw. der zugehörigen Streuflußdichte. Dabei ist der beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 vorgeschlagene Hall-Generator vor allem für unbeheizte Aufstellflächen 4 günstig, weil er nur für begrenzte Temperaturbereiche geeignet ist, während die anhand der Figuren 2 und 3 erwähnten Induktionsschleifen oder -spulen auch bei handelsüblichen Heizplatten zum Einsatz kommen können. Λ"- Alle Ausführungsbeispiele eignen sich auch zur Nachrüstung handelsüblicher und schon vorhandener Magnetrührer 1.
Da die Sonde 7 allenfalls auf der Höhe der Oberfläche der Aufstellplatte 4 bzw. darunter angeordnet ist, können auch alle zu ihr gehörigen Leitungen, Verbindungen und Halterungen außerhalb des Bereiches der Aufstellplatte 4 angeordnet sein, so daß die Zugänglichkeit der Aufstellplatte 4 trotz dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung in keiner Weise behindert oder beeinträchtigt wird.
Alle in der Beschreibung, der Zusammenfassung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander wesentliche Bedeutung haben.
- Zusammenfassung -
- 11 -COPY ^

Claims (1)

  1. ANSPRÜCHE
    Vorrichtung zur Überwachung der magnetischen Koppelung zwischen einem rotierenden Magneten od.dgl. und einem magnetischen Rührstab bei einem Magnetrührer, der eine ggfs. heizbare Aufstellplatte für ein Rührgefäß oberhalb des rotierenden Magneten hat und wobei eine auf riagnetfeldänderungen od.dgl. ansprechende Sonde im Bereich der magnetischen Feldlinien der Magneten angeordnet und mit einer darauf abgestimmten überwacher-Einheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (7) und ihre höchste Stelle auf der Höhe der Oberfläche der Abstellplatte (4) oder darunter angeordnet ist.
    Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (7) unterhalb der Aufstellplatte (4) jedoch höher als der rotierende Magnet (6) innerhalb des magnetischen Kreises zwischen dem rotierenden Magneten (6) und dem Rührstab (2) angeordnet ist.
    /2
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor der Sonde von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld eine Spannung induzierbar ist.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Hall-Generator oder als Induktionsschleife, insbesondere als Spule ausgebildet und mit einer Auswerte-Elektronik verbunden ist.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als vzw. mäanderförmige Induktionsschleife (10) auf der Aufstellplatte (4) an deren Oberfläche innerhalb des magnetischen Kreises zwischen dem rotierenden Magneten (6) und dem Rührstab (2) angeordnet ist.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor seitlich der Aufstellplatte (4) insbesondere an deren Stirnfläche eine Induktionsspule (15) innerhalb des magnetischen Streuflusses des rotierenden Magneten (6) und des magnetischen Rührstabes (2) angeordnet ist.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung für den Motorstrom des Antriebsmotors (5) des rotierenden Permanentmagneten (6) vorgesehen und mit einer Überwachungsvorrichtung gekoppelt ist.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein Hall-Generator od.dgl. vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker (8) auf eine Anzeige- und Schaltbaugruppe ( 9, 14)
    /3
    mit einer Anzeige und/oder ggfs. einem Schalter zum Regulieren des Antriebsmotors (5) wirkt.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmige Induktionsschleife mit einem Lock-In-Verstärker (13) verbunden ist, der mit einer Impulsfolge eines Reglers (12) der Motordrehzahl synchronisiert ist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (12) des Motors (5) einen optoelektronischen Sensor (11), z.B. eine Reflexlichtschranke und einen damit verbundenen Drehzahlregler aufweist.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der als Induktionsspule (15) im magnetischen Streufluß angeordnete Sensor gleichzeitig zur Messung der Rührdrehzahl und/oder bei thermischem Kontakt der Spule mit der beheizten Aufstellplatte (4) zur Messung der Heizplattentemperatur dient.
    - Beschreibung -
DE3322409A 1983-06-22 1983-06-22 Vorrichtung zur Überwachung der magnetischen Koppelung bei einem Magnetrührer Expired DE3322409C2 (de)

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