DE3942646A1 - Mischvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssig­ keiten und/oder Dispergieren von Gasen oder Feststoffen in Flüssig­ keiten und/oder zum Mahlen von Feststoffen, wobei die zu mischenden Stoffe zusammen mit Sekundärelementen eines Linearmotors und gegebenen­ falls mit Füllkörpern in einen Mischbehälter eingebracht sind und die Sekundärelemente durch den Linearmotor berührungslos angetrieben und dadurch die zu mischenden Stoffe durcheinandergewirbelt und gemischt werden.

Linearmotoren sind seit langem bekannt, und sie werden auf einigen Gebieten der Technik angewendet.

Zum Mischen von Flüssigkeiten oder zum Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeiten sind sie jedoch bisher in der Praxis nicht einge­ setzt worden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Mischvorrichtungen zu schaffen, die für den Antrieb durch Linearmotore geeignet sind.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Primärteil des Linearmotors, der den Induktorkamm mit eingelegter Wicklung enthält, sich teilweise oder vollständig um die insbesondere zylin­ drische Wand des Mischbehälters erstreckt.

Auf diese Weise kann der Behälterfüllung eine rotierende oder auch eine vertikale Bewegung erteilt werden.

Zusätzlich kann sich der Linearmotor auch längs der Bodenfläche des Mischbehälters erstrecken, wodurch der Behälterfüllung eine hin- und hergehende Bewegung erteilt werden kann.

Die Sekundärelemente können aus einem magnetischen Metall, aus einem magnetischen Kunststoff, einem Reaktionsmetall wie Aluminium oder Kupfer, einem Verbund-Reaktionsmetall aus Eisen und Aluminium oder Eisen und Kupfer oder aus einem Magnetgummi bestehen.

Bei einem Verbund-Reaktionsmetall kann der Kern aus Eisen und der Mantel aus Aluminium oder Kupfer bestehen oder die Verbundmetalle können sich abwechselnd in Sandwich-Bauweise aufgebaut und bei­ spielsweise durch Klebstoff miteinander verbunden sein. Die Se­ kundärelemente und die Füllkörper können eine runde, ovale oder auch eine unregelmäßige Gestalt bzw. Außenform haben, und sie können vorteilhafterweise an ihrer äußeren Oberfläche mit Vor­ sprüngen, Rippen oder dergleichen versehen sein, wodurch der Strömungswiderstand vergrößert und damit die Mischwirkung ver­ bessert werden.

Mit Hilfe des Linearmotors können aber auch Flüssigkeiten ge­ mischt werden, die selbstmagnetisch und/oder elektrisch leitfähig sind.

Auch können die Sekundärelemente und/oder die Füllkörper so umhüllt oder gestaltet sein, daß sie vorgegebene Schwebeeigenschaften in den zu mi­ schenden Flüssigkeiten haben.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Linear­ motor, das heißt sein Primärteil, rohrförmig ausgebildet und im Inneren des Mischbehälters innerhalb der zu mischenden Stoffe selbst angeordnet. Die Mittelachse des rohrförmigen Linearmotors kann dabei im wesentlichen horizontal oder vertikal verlaufen.

In weiterer Ausgestaltung kann der Linearmotor im Querschnitt auch als flaches Oval ausgebildet sein.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Linearmotor am Boden des Mischbehälters angeordnet und in Form einer ringförmigen nach oben offenen Schale ausgebildet, wodurch eine besonders günstige Strömung in Umfangsrichtung erzielt wird.

Der Linearmotor, das heißt sein Primärteil, kann aber auch in Form einer zentralen nach oben offenen Schale ausgebildet sein.

Nach noch einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mischbehälter z. B. Teil einer Rohrleitung, wobei der Linearmotor zylindrisch ausgebildet und um den Außenumfang dieses Teils der Rohrleitung angeordnet ist.

Der Mischbehälter kann hierbei vorteilhaft in zwei oder mehrere in Strömungsrichtung verlaufende Kanäle unterteilt sein und jeder Ka­ nal kann an seiner Außenseite von dem zylindrischen Primärteil des Linearmotors umgeben sein.

Schließlich kann der Primärteil des Linearmotors mit geeigneten Kühlrippen und/oder von einem Kühlmittel durchströmten Kühlrohren ausgerüstet sein.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch im Schnitt einen Mischbehälter mit Linearmotor und Sekundärelementen und Füllkörpern zeigt.

Fig. 2 und 3 zeigen im Querschnitt bzw. in Seitenansicht einen Mischbehälter mit einem rohrförmigen Linearmotor mit horizontaler Achse, der innerhalb der zu mi­ schenden Flüssigkeiten angeordnet ist.

Fig. 4 und 5 zeigen ähnlich wie Fig. 2 und 3 einen Linear­ motor mit etwa ovalen Querschnitt, der ebenfalls im Mischbehälter und eingetaucht in die zu mi­ schenden Flüssigkeiten eingebaut ist.

Fig. 6 zeigt einen etwa ringförmigen Mischbehälter, an dessen Boden ein Linearmotor eingebaut ist, der die Form einer ringförmigen nach oben offenen Schale hat.

Fig. 7 zeigt einen Mischbehälter, an dessen Boden ein Linearmotor in Form einer zentralen nach oben offenen Schale eingebaut ist.

Fig. 8 zeigt schematisch im Schnitt einen Mischbehälter mit einem Linearmotor mit vertikaler Achse, der im Misch­ behälter und eingetaucht in die zu mischenden Flüssig­ keiten eingebaut ist.

Fig. 9 zeigt schematisch im Schnitt einen Mischbehälter als Teil einer Rohrleitung mit einem rohrförmigen Linearmotor, der die Außenwand des Mischbehälters umgibt.

Fig. 10 zeigt eine Abwandlung des Mischbehälters nach Fig. 9, wobei hier der Mischbehälter, der ebenfalls Teil einer Rohrleitung ist, in mehrere parallele in Strömungsrichtung verlaufende Kanäle unterteilt ist und jedem Kanal ein Linearmotor zugeordnet ist.

Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt einen Mischbehälter 10 mit ei­ nem Boden 12 und einer z. B. zylindrischen Wand 14.

Am Boden des Mischbehälters ist ein Linearmotor 16, der gegen die Behälterfüllung 30 durch eine Abdeckplatte 20 dicht abgedeckt und da­ mit von der Behälterfüllung getrennt ist, angeordnet.

Der Linearmotor 16 kann aber auch direkt unterhalb des Bodens 12 an­ gebaut sein.

Die zylindrische Wand 14 des Behälters ist ebenfalls von einem in die­ sem Fall rohrförmigen Linearmotor 18 wenigstens teilweise vorzugsweise aber vollständig umschlossen.

Wenn hier von dem Linearmotor z. B. 16 oder 18 die Rede ist, so ist damit stets der Primärteil des Motors, das heißt der Induktorkamm (oder die Induktorkämme) mit eingelegter Wicklung gemeint.

Der Sekundärteil des jeweiligen Linearmotors wird durch Sekundärele­ mente 22 gebildet, die in der Behälterfüllung 30 verteilt sind. Die Sekundärelemente 22 können aus magnetisierbaren Metallen, wie z. B. Eisen oder Nickel, magnetisierbaren Kunststoffen, Reaktionsme­ tallen wie Aluminium oder Kupfer, Verbund-Reaktionsmetallen aus Eisen mit Aluminium oder Eisen mit Kupfer oder auch aus Magnetgummi bestehen. Bei den Verbund-Reaktionsmetallen kann ein Kern aus Eisen und ein Mantel aus Aluminium bzw. Kupfer vorgesehen sein oder sie können in Sandwich-Bauweise aufgebaut und beispielswei­ se mittels Klebstoff miteinander verbunden sein.

Die Sekundärelemente 22 sind vorteilhafterweise, wie dargestellt, mit einer unmagnetischen Umhüllung 24 z. B. aus Kunststoff ver­ sehen.

Die Umhüllung hat zweckmäßigerweise eine unregelmäßige äußere Gestalt und sie ist an ihrer Außenseite zweckmäßigerweise mit Vorsprüngen oder Rippen 25 versehen, wodurch im Betrieb der Strömungswiderstand vergrößert und damit die Mischwirkung ver­ bessert wird.

Außer den Sekundärelementen 22 können weiterhin unmagnetische Füllkörper 26 in der Behälterfüllung verteilt sein, die zweck­ mäßigerweise ebenfalls eine unregelmäßige Gestalt haben und außen mit Vorsprüngen oder Rippen versehen sein können.

Auch hierdurch wird im Betrieb die Scherwirkung vergrößert und damit die Mischwirkung verbessert.

Im Behälter 10 sind ferner eine oder mehrere Ablenkplatten 28 eingebaut zur Ablenkung oder Umlenkung der Sekundärelemente 22. Wenn im Betrieb die Linearmotoren 16 und/oder 14 eingeschaltet werden, wird den Sekundärelementen 22 eine mehr oder weniger vertikale und/oder rotierende Bewegung erteilt, wodurch die Behälterfüllung 30 in Bewegung gebracht und durchmischt wird, wobei diese Mischwirkung durch die mitgerissenen unmagnetischen Füllkörper 26 unterstützt wird.

Mit Linearmotoren, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt sind, können auch magnetische Flüssigkeiten, z. B. bestimmte Me­ tallschmelzen, direkt, das heißt ohne Füllkörper gemischt werden, wobei in diesem Fall Teile der Flüssigkeiten selbst den Sekundär­ teil des Linearmotors bilden.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt einen Linearmotor 32, dessen Primärteil (Induktorkamm mit eingelegter Wicklung) rohrförmig ge­ bogen ist, wobei der Induktorkamm durch eine Abdeckwand 34 gegen die Behälterfüllung 30 dicht abgedeckt und geschützt ist.

Der Linearmotor ist hier innerhalb des Behälters 10 und eingetaucht in die Behälterfüllung 30 angeordnet mit bei diesem Beispiel hori­ zontaler Achse.

Fig. 3 zeigt schematisch den rohrförmigen Linearmotor nach Fig. 2 in Seitenansicht. Die Stirnflächen des rohrförmigen Linearmotors sind hierbei, wie Fig. 3 zeigt, schräg nach unten sich erweiternd ausgebildet, wobei die Stirnseiten an den Innenwänden des Mischbe­ hälters 1 hochgezogen sein können, insbesondere um die Strömungsei­ genschaften zu verbessern.

In Betrieb werden die Sekundärelemente 22 und gegebenenfalls auch vorhandene unmagnetische Füllkörper durch den Linearmotor angetrie­ ben und umgewälzt, wie durch die Pfeile angedeutet, sie werden auf der einen Seite des Motors in dessen Bohrung oder in den Kanal 36 hereingezogen und auf der anderen Stirnseite aus dem Kanal 36 wieder ausgetragen und dadurch im Mischbehälter 10 umgewälzt, wodurch die Behälterfüllung 30 gemischt wird.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Abwandlung der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3, wobei hier der Linearmotor 32 im Prinzip ebenfalls rohrförmig ausgebildet ist, jedoch mit flachgedrücktem etwa ovalem Querschnitt.

Der Primärteil des Motors ist ebenfalls im Innern des Mischbehälters 10 und eingetaucht in die Behälterfüllung 30 eingebaut, wobei wiederum die magnetischen Füllkörper 22 den Sekundärteil des Motors bilden.

Fig. 6 zeigt schematisch im Schnitt einen etwa ringförmigen Mischbe­ hälter 10, dessen zentraler Bereich von einem z. B, etwa kegelförmigen Einsatz 38 ausgefüllt ist, so daß ein ringförmiger Innenraum entsteht. Der Linearmotor 32 ist im Innern des Behälters 10 an seinem Boden ein­ gebaut und sein Induktorkamm mit den eingelegten Wicklungen ist gegen die Behälterfüllung 30 durch die Abdeckwand 34 dicht abgedeckt und geschützt. Der Linearmotor 32 hat hier die Form einer ringförmigen längs des Bodens und eines Teils der Wand des Mischbehälters 10 ver­ laufenden nach oben offenen Schale. Die Sekundärelemente 22 werden durch den Motor im Betrieb angetrieben und durch die zu mischende Flüssigkeit und um den Einsatz 38 herumbewegt, so daß der Behälter­ füllung 30 eine rotierende Bewegung um den Einsatz 38 herum erteilt wird.

Fig. 7 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 6, wobei hier der Linearmotor 32 in Form einer zentralen nach oben offenen Schale ausgebildet ist. Der Induktorkamm und die Wicklung des Linear­ motors 32 ist wiederum kreisförmig ausgebildet, so daß den Sekundär­ elementen 22 und damit der Behälterfüllung 30 in Betrieb eine ro­ tierende Bewegung erteilt wird.

Fig. 8 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 2, wobei hier der rohrförmige Linearmotor 34, das heißt der Primärteil mit Induktorkamm und eingelegter Wicklung mit vertikaler Mittelachse im Behälter 10 und eingetaucht in die Behälterfüllung 30 eingebaut ist. In Betrieb werden die Sekundärelemente 22 und gegebenenfalls vorgesehene unmagnetische Füllkörper z. B. oben in den Innenkanal 36 des Linearmotors 32 hereingezogen und am unteren Ende des Motors wieder ausgetragen, wie durch Pfeile dargestellt, oder auch umgekehrt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen Ausführungsformen, bei denen der Mischbe­ hälter 10 Teil einer Rohrleitung ist.

Wie Fig. 9 zeigt, ist der zylindrische Mischbehälter 10 in eine Rohrleitung 40 eingebaut, wobei zwischen der Leitung und dem eigent­ lichen Mischbehälter mit Durchgangsbohrungen 44 versehene Zwischenwände 42 vorgesehen sind. Diese Zwischenwände 42 bilden die beiden Stirn­ wände des Mischbehälters 10 die geeignet mit den Teilen der Rohrleitung 40 verbunden z. B. in üblicher Weise verschraubt sind. Die Bohrungen 44 bilden die Durchströmöffnungen für die in der Rohrleitung 40 strömende Flüssigkeit. In der Mischkammer 10 wird die Flüssigkeit, das heißt die Behälterfüllung, gemischt, wobei der Linearmotor 32, 34 zylindrisch ausgebildet und längs der Innenwand des Mischbehälters 10 eingebaut ist. Die Abdeckwand 34 des Linearmotors bildet hierbei die Innenwand der Rohrleitung im Bereich des Mischbehälters 10.

Durch die Abdeckwand 34 und die beiden Stirnwände 42 wird der eigent­ liche Mischraum des Mischbehälters 10 gebildet, in welchem Sekundär­ elemente 22 und gegebenenfalls auch unmagnetische Füllkörper einge­ bracht sind, die durch den Linearmotor 32 in Betrieb in eine rotierende Bewegung versetzt werden, wodurch die durch die Rohrleitung 40 strömende Flüssigkeit in diesem vorgenannten Bereich während des Durchströmens gemischt wird.

Fig. 10 zeigt, wie bereits erwähnt, eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 9, wobei hier die Mischkammer 10, die ebenfalls Teil einer nicht dargestellten Rohrleitung bilden kann, in ihrem Innern unter­ teilt ist in mehrere, z. B. zwei axial in Strömungsrichtung der Flüssig­ keit verlaufende Kanäle 46 und 48 . Jedem Kanal 46 bzw. 48 ist ein eigener Linearmotor 32, 34 zugeordnet, der, wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 9, rohrförmig ausgebildet ist und längs der Innen­ wand des jeweiligen Kanals eingebaut ist.

In dem Bereich zwischen den Stirnwänden 42 und der die innere Begrenzung jedes Kanals bildenden Abdeckwand 34 sind Sekundärelemente 22 und gegebenenfalls auch unmagnetische Füllkörper eingegeben, die in Betrieb durch den jeweiligen Linearmotor angetrieben werden, wodurch die Flüssigkeit beim Durchströmen der Kanäle 46, 48 gemischt wird.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 9 und 10 eignen sich auch sehr gut für den Laborbetrieb, wobei in diesem Fall die Durch­ flußöffnungen 44 in den Stirnwänden 42 geschlossen werden.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und/oder zum Dispergieren von Gasen oder Feststoffen in Flüssigkeiten und/oder zum Mahlen von Feststoffen, wobei die zu mischenden Stoffe zusammen mit Sekun­ därelementen eines Linearmotors und gegebenenfalls mit Füllkörpern in einen Mischbehälter eingebracht sind und die Sekundärelemente durch den Linearmotor berührungslos angetrieben und dadurch die zu mischenden Stoffe durcheinandergewirbelt und gemischt werden, da­ durch gekennzeichnet, daß der Primärteil des Linear­ motors (16, 18, 32) sich teilweise oder vollständig um die insbe­ sondere zylindrische Wand (14) des Mischbehälters (10) erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor (16) sich auch längs der Bodenfläche (12) des Mischbehälters (10) erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sekundärelemente (22) aus einem magnetisierbaren Metall, einem magnetisierbaren Kunststoff, aus einem Reaktionsmetall wie z. B. Aluminium oder Kupfer, aus einem Verbund-Reaktionsmetall z. B. Eisen/Aluminium oder Eisen/Kupfer oder aus einem Magnetgummi be­ stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbund-Reaktionsmetalle einen Eisenkern und einen Mantel aus Aluminium oder Kupfer haben oder daß sie aus Eisen und Aluminium oder aus Eisen und Kupfer in Sandwich-Bau­ weise aufgebaut z. B. mittels Klebstoff miteinander ver­ bunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sekundärelemente (22) mit einem unmagnetischen Material (24) z. B. Kunststoff umhüllt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sekundärelemente (22) und/oder die Füllkörper (26) eine gleichmäßige, z. B. runde, oder eine unregelmäßige Außenform haben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sekundärelemente (22) und/oder die Füllkörper (26) an ihrer Außenfläche mit Vorsprüngen oder Rippen (25) versehen sind zur Vergrößerung des Strömungswiderstandes und damit zur Verbesserung der Mischwirkung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eine der zu mischenden Flüssigkeiten selbst magnetisch ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Linearmotor (32) rohrförmig ausgebildet und im Innern des Mischbehälters (10) innerhalb der zu mischenden Flüssigkeiten selbst angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittelachse des rohrförmigen Linearmotors (32) im wesentlichen horizontal oder vertikal verläuft.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Linearmotor (32) im Querschnitt kreisförmig oder als im wesentlichen flaches Oval ausgebil­ det ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der rohrförmige Linearmotor (32) an seinen Stirnseiten schräg nach unten sich verbreiternd ausgebildet und/oder an den Wänden des Mischbehälters (10) etwas hochgezogen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Linearmotor (32) am Boden des Mischbehälters (10) in Form einer ringförmigen nach oben offenen Schale aus­ gebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Linearmotor (32) am Boden des Mischbehälters (10) in Form einer zentralen nach oben offenen Schale ausge­ bildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mischbehälter (10) einen Teil einer Rohrlei­ tung (40) bildet, daß ferner der Linearmotor (32) zylindrisch ausgebildet und längs des Innenumfanges dieses Teils der Rohrleitung angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der einen Teil einer Rohrleitung bildende Misch­ behälter (10) in mehrere in Strömungsrichtung verlaufende Kanäle (44, 46) unterteilt ist und jedem Kanal (44, 46) ein rohrförmiger insbesondere zylindrischer Linearmotor (32) zugeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sekundärelemente (22) und/ oder die Füllkörper (26) so umhüllt oder gestaltet sind, daß sie vorgegebene Schwebeeigenschaften in den zu mischenden Flüssigkeiten haben.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Primärteil des Linearmotors (16, 18, 32) mit Kühlrippen oder von einem Kühlmittel durchströmten Kühlrohren ausgestattet ist.