DE60219906T2

DE60219906T2 - Rührvorrichtung und verfahren zur messung eines parameters einer zu rührenden substanz

Info

Publication number: DE60219906T2
Application number: DE60219906T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey John Nesbitt; Emilio Rene Bodenstaff
Original assignee: Mettler Toledo AG
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Germany
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2022-03-23
Also published as: EP1381450A1; WO2002076595A1; DE60219906D1; US7338198B2; EP1381450B1; ATE361142T1; US20040165474A1; EP1243315A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rührer zum Rühren einer Substanz, wobei der Rührer eine Rührvorrichtung und eine Antriebsvorrichtung umfasst, wobei die Rührvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie in die Substanz getaucht wird, um eine Rührbewegung auszuführen, wobei die Antriebsvorrichtung ohne Kontakt durch ein erstes Feld Kraft auf die Rührvorrichtung zum Antrieb der Rührbewegung der Rührvorrichtung ausübt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Rührvorrichtung zur Verwendung in einem Rührer. Weiter betrifft die Erfindung einen Rührapparat. Und weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Parameters einer Substanz, die durch eine Rührvorrichtung gerührt wird, die in die Substanz eintaucht und eine Rührbewegung ausführt, wobei die Rührbewegung der Rührvorrichtung kontaktlos durch Ausübung einer Kraft auf die Rührvorrichtung durch ein erstes Feld angetrieben wird.
Rührer zum Rühren einer Substanz, wie etwa ein Fluid oder körniges Material, das sich in einem Gefäß befindet, werden in einem weiten Anwendungsgebiet eingesetzt. Diese Anwendungen umfassen die Ausführung von chemischen oder biochemischen Tests und Versuchen in der Forschung, in Labors, Krankenhäusern und so weiter. Die Rührer umfassen eine Rührvorrichtung, die in die Substanz eintaucht und die alle möglichen Formen aufweisen kann, je nach den Eigenschaften der Substanz. In herkömmlicher Art wird weithin eine kapselförmige oder bohnenförmige Rührvorrichtung verwendet, doch es gibt viele neue Formen zur Verbesserung von Rührdrehmoment und Effizienz. Der Rührer umfasst üblicherweise eine Antriebsvorrichtung für den kontaktlosen, zum Beispiel magnetischen, Antrieb der Rührvorrichtung.
Bei einer Rühranwendung besteht häufig der Bedarf einen oder mehrere Parameter zu messen, die sich auf die Substanz beziehen, die gerührt werden muss. Diese Parameter können alle Arten von Größenangaben, wie physikalische oder chemische Größenangaben, umfassen. Ganz allgemeine Beispiele solcher Parameter sind Temperatur oder Acidität.
Als Lösung ist es bekannt, diese Parameter unter Verwendung eines oder mehrerer Messinstrumente zu messen. Das Instrument ist mit einem separaten oder eingebauten Messfühler ausgestattet, der in der Substanz angeordnet ist. Ein Nachteil ist hier, dass mechanische Kollisionen in der Substanz zwischen der Rührvorrichtung, die eine Rührbewegung ausführt, und dem Messfühler oder einem anderen Teil des Messinstruments auftreten können. Ein weiterer großer Nachteil ist es, dass die Anwesenheit des Fühlers Einfluss auf den Prozess oder die Prozesse, die in der Substanz ablaufen, haben wird. Die physische Anwesenheit des Fühlers kann, beispielsweise in dem Fall, dass der Parameter eine Temperatur ist durch die Masse und Temperatur des Fühlers direkt Einfluss auf die Temperatur der Substanz selbst nehmen, oder einen indirekten Einfluss haben, wie die Störung einer temperaturabhängigen, chemischen Reaktion durch eine lokale oder globale Temperaturänderung der Temperatur der Substanz aufgrund der Anwesenheit des Fühlers.
Eine bekannte Lösung zur Überwindung der obigen Nachteile bei der Verwendung eines Messinstruments sieht vor, den Fühler außerhalb der Substanz zu positionieren. Das wiederum hat den Nachteil einer geringeren Messgenauigkeit wegen des physischen Abstandes zwischen dem Fühler und der Substanz. Ein weiterer Nachteil ist es, dass er nicht in der Lage ist, Prozesse, die innerhalb der Substanz ablaufen, zu erfassen. Auch wenn wiederum der Parameter beispielsweise eine Temperatur ist, umfassen chemische Reaktionen sogenannte endotherme und exotherme Reaktionen. Durch die Messung der Temperatur einer Substanz unter Verwendung eines Fühlers, der sich außerhalb der Substanz befindet, können lokale Temperaturveränderungen innerhalb der Substanz kaum entdeckt werden, was es schwierig macht, von außerhalb der Substanz zu überwachen, ob und in welchem Ausmaß Reaktionen ablaufen.
Die oben erwähnten Nachteile treten besonders bei Hochgeschwindigkeits-Versuchsaustattungen auf, die beispielsweise in der petrochemischen und pharmazeutischen Industrie verwendet werden. Hochgeschwindigkeits-Versuchsaustattungen beinhalten eine Anzahl von Einheiten, in denen Reaktionen stattfinden können. Durch Variation der Anfangsbedingungen für diese Reaktionen, können die optimalen Bedingungen schnell durch Durchführung einer Anzahl von Parallel-Versuchen bestimmt werden. Um eine hohe Zeiteffizienz bei der Durchführung dieser Versuche zu erhalten, sind sogenannte Blöcke bekannt, die eine große Anzahl von ähnlichen oder gleichen Einheiten umfassen, von denen jede mit einer Vielzahl von Funktionen versehen ist, wie Rühren, Heizen und Kühlen. Wegen der Anforderung eine große Anzahl von Reaktionen sowohl schnell als auch genau durchzuführen und gleichzeitig einen oder mehrere Parameter zur Bewertung und Auswahl zu messen, sind die Anforderungen an genaue und verlässliche Messungen hoch, und können bei der Anwendung der oben genannten Lösungen kaum eingehalten werden.
Die DE 44 40 250 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung von Messdaten, die einen Behälter zur Aufnahme des Fühlers, der untersucht werden soll, und eine Rührvorrichtung zur Betätigung eines Rührelements über ein elektrisches und/oder magnetisches Feld, das durch die Rührvorrichtung erzeugt wird, aufweist. Das Rührelement kann Messelektronik und einen Empfänger aufweisen. Da das Rührelement von einem Strom der Substanz des Gefäßes umgeben ist, wird die Güte der Messergebnisse ausdrücklich beeinflusst.
Es ist ein Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Genauigkeit einer Messung eines Parameters zu steigern. Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Anwendung und Bedienung zu vereinfachen, und so die Effizienz bei der Durchführung von Versuchen oder Tests zu steigern.
Um diese und andere Ziele zu erreichen, umfasst die Rührvorrichtung gemäß der Erfindung einen Fühler zur Messung von zumindest einem Parameter der Substanz. Wenn der Fühler ein Teil der Rührvorrichtung ist, muss kein weiterer Messfühler oder andere Teile eines Messinstruments in die Substanz eingebracht werden. Aus diesem Grund können keine störenden Effekte auf Grund der Anwesenheit eines Teils eines Messinstruments auftreten. Auch wird die Gefahr einer mechanischen Kollision der Rührvorrichtung mit einem Messfühler oder einem anderen Teil des Messinstruments vermieden. Weiterhin erlaubt es dieses Merkmal den Fühler so nah wie möglich an der Substanz zu platzieren, und insbesondere an dem Teil der Substanz, der in diesem Augenblick gerührt wird, so dass sich ein Optimum an Genauigkeit und direkter Erfassung jeder, auch der geringsten Änderung im Parameter ergibt, da sich der Fühler in der Nähe der Stellen in der Substanz befindet, an denen die chemischen und/oder physikalischen Änderungen stattfinden.
Dieser mindestens eine Parameter der Substanz kann eine Temperatur umfassen, und der Fühler kann einen Temperaturfühler aufweisen wie einen integrierten Silizium-Schaltkreis_Sensor, einen Widerstand, der einen temperaturabhängigen Widerstand enthält, oder eine Resonanzvorrichtung, die zumindest einen temperaturabhängigen Resonanzparameter aufweist. Auch kann der mindestens eine Parameter der Substanz eine Acidität, eine Viskosität oder irgendeinen anderen Parameter umfassen. Auch kann die Rührvorrichtung mehrere, möglicherweise verschiedene Parameter messen, oder denselben oder verschiedene Parameter an verschiedenen Teilen der Rührvorrichtung.
Vorteilhafterweise ist das erste Feld ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld, während die Rührvorrichtung eine Magnetvorrichtung umfasst. In diesem Fall umfasst die Antriebsvorrichtung einen rotierenden Magneten, und das erste Feld ist ein rotierendes Feld. Auch kann die Antriebsvorrichtung vorteilhafterweise eine Vielzahl von Elektromagneten umfassen, die mit elektrischem Strom versorgt werden, um ein Rührmoment der Rührvorrichtung zu erzeugen, das heißt, um ein nicht-statisches Magnetfeld zu erzeugen. Der Einsatz eines Magnetfelds und einer Antriebsvorrichtung, die ein rotierendes Magnetfeld oder eine Vielzahl von Elektromagneten umfasst, bietet eine einfache, bewährte Lösung mit einem Minimum an Störungen des Prozesses, der in der Substanz abläuft. Die Vielzahl der Elektromagneten können sequentiell in jedem beliebigen passenden Muster mit elektrischem Strom versorgt werden, einschließlich Muster, bei denen eine Vielzahl von Elektromagneten gleichzeitig mit Strom von gleichem oder unterschiedlichem Wert versorgt werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Rührvorrichtung eine Empfangsvorrichtung gekoppelt mit dem Fühler zur Ferneinkopplung von Energie in die Empfangsvorrichtung. So kann die Energiezufuhr zur Empfangsvorrichtung von Ferne und somit kontaktlos und somit ohne Störungen der in der Substanz ablaufenden chemischen oder physikalischen Prozesse geschehen. Auch wird so vermieden, dass in bestimmten Zeitabständen eine Energiequelle wie eine Batterie, die von der Rührvorrichtung umfasst ist, ausgetauscht oder geladen werden muss. Das würde geplante Zeitpläne stören, für den Fall, dass Tests ausgeführt werden müssen, während die Batterien anscheinend leer sind und ausgewechselt oder aufgeladen werden müssen. Weiterhin haben Batterien einen eingeschränkten Temperaturbereich, was den Temperaturbereich einer Rührvorrichtung mit Batterieantrieb einschränkt.
Vorteilhafterweise wird die Ferneinkopplung von Energie durch ein zweites Feld bereitgestellt, das ein elektromagnetisches Feld sein kann, während die Kopplung vorzugsweise eine induktive Kopplung ist. Der Einsatz eines elektromagnetischen Feldes macht eine kontaktlose und zuverlässige Energieübertragung möglich, die normalerweise die in der Substanz ablaufenden Prozesse nicht stört. Da, wie oben beschrieben, das erste Feld vorzugsweise auch ein elektromagnetisches Feld umfasst, können Synergieeffekte auftreten, die, abgesehen von den Vorteilen eines elektromagnetischen Feldes an sich, vielseitige Einsatzmöglichkeiten der Komponenten in beiden Feldern sowieniedrige Herstellungskosten zur Folge haben. Es sind auch andere Lösungen möglich, wie etwa eine kapazitive Energieeinkopplung.
Es ist vorteilhaft, wenn die Empfangsvorrichtung eine Empfangsspule umfasst. Diese Empfangsspule kann vorzugsweise um eine Längs- oder Querachse der Rührvorrichtung gewickelt sein. So wird eine einfache, kostengünstige Möglichkeit geschaffen, Energie, die vom zweiten Feld bereitgestellt wird, aufzunehmen, welches eine hohe Krafteffizienz hat. Wegen der Entfernung zwischen der Rührvorrichtung und einer Übertragungsvorrichtung, die das Feld überträgt, wegen der Schwächung, die von der Substanz selber und von einem Behälter oder Gefäß, das die Substanz enthält, verursacht wird, und wegen der geometrisch ungenauen Position der Rührvorrichtung, die eine Rühr- und oft eine Drehbewegung ausführt, ist die Gesamt-Abschwächung des elektromagnetischen Feldes hoch. Eine Empfangsspule, die vorzugsweise um eine Längs- oder Querachse der Rührvorrichtung gewickelt ist, bietet hohe Effizienz, da eine genügende Menge an Energie trotz der hohen Abschwächung aufgenommen werden kann, während ein kleines Volumen und eine geringe Masse der Rührvorrichtung beibehalten werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn das elektromagnetische Feld eine Frequenz im Bereich von 1 bis 100 kHz aufweist. So können sich widersprechende Anforderungen erfüllt werden, wie die zulässige Abschwächung des elektromagnetischen Feldes aufgrund einer Wand eines Behälters oder Gefäßes, in dem sich die Substanz befindet, die maximalen Ausmaße und die Masse der Rührvorrichtung und die Größe der elektronischen Komponenten, insbesondere die Größe eines elektrischen Kondensators zum Filtern und Speichen der elektromagnetischen Energie und/oder des in der Rührvorrichtung empfangenen Signals.
Es ist vorteilhaft, wenn die Rührvorrichtung eine Übertragungsvorrichtung umfasst, die mit dem Fühler zur Übertragung zumindest einer Messung (von Daten, die sich auf die Messung beziehen) von der Rührvorrichtung zu einem Empfänger, der außerhalb der Substanz, die gerührt werden soll, angeordnet ist, gekoppelt ist. Durch die Übertragung einer oder mehrerer Messungen (von Daten, die sich auf die Messungen beziehen) von der Rührvorrichtung zu einem Empfänger ist es möglich, das Messergebnis sofort abzulesen. Auch andere Lösungen sind möglich. Die mindestens eine Messung und die entsprechenden Daten können in einem von der Rührvorrichtung umfassten Speicher gespeichert werden. In diesem Falle kann der Speicher später abgelesen werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Übertragungsvorrichtung eine Übertragungsspule umfasst, wobei insbesondere die Übertragungsspule die Empfangsspule ist. So ist ein extrem einfacher, effektiver und mechanisch kompakter Aufbau möglich, der die Spule wiederverwendet, die eine kritische Komponente darstellt, da sie größtenteils die Größe und Masse der Rührvorrichtung bestimmt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Übertragungsvorrichtung eine Impedanz der Empfangsspule moduliert, oder die Empfangsvorrichtung eine Nachweisvorrichtung zum Nachweis, ob im Augenblick Strom empfangen wird, umfasst und die Übertragungsvorrichtung in der Lage ist zumindest eine Messung (Daten, die sich auf die Messung beziehen) zu übertragen, wenn die Nachweisvorrichtung nachweist, dass im Moment keine Energie empfangen wird. Eine Modulierung der Impedanz der Spule kann auf der Übertragungsseite nachgewiesen werden, so dass das zweite Feld eine Doppelfunktion ausführen kann: es überträgt nicht nur Energie zur Rührvorrichtung, sondern überträgt auch Informationen zurück, vorzugsweise durch Modulieren einer Impedanz der Empfangsspule. Alternativ können die Messungen auch während Zeitfenster übertragen werden, in denen die Spule keine Energie empfängt. Jede andere, anwendbare Modulierung oder Multiplexmethode kann ebenfalls bei der Datenübertragung angewendet werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Messung des mindestens einen Parameters wiederholt durchgeführt wird, vorzugsweise mit einem essenziell oder substantiell konstanten Zeitintervall zwischen den aufeinanderfolgenden Messungen. Durch das wiederholte oder vorzugsweise periodische Durchführen einer Messung des Parameters der Substanz, ist es möglich, den Prozess, der in der Substanz abläuft, genau zu überwachen. Insbesondere in Kombination mit den oben erwähnten Vorteilen der Genauigkeit und der geringen Störung des in der Substanz ablaufenden Prozesses, wird ein vielseitiges und einfach anzuwendendes Messgerät zur Verfügung gestellt, das die Veränderung eines Parameters während eines Prozesses, wie eine chemische Reaktion, unter minimaler Beeinträchtigung des ablaufenden Prozesses überwachen kann. Es ist auch möglich, kontinuierliche Messungen oder nur eine einzelne Messung durchzuführen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Rührvorrichtung eine maximale Abmessung von 10 mm aufweist, jedoch sind andere Abmessungen auch möglich. Es ist vorteilhaft, wenn die Rührvorrichtung scheiben- oder kapselförmig oder länglich ist.
Die Rührvorrichtung kann eine Einkapselung umfassen, die entweder Glas, Epoxydharz oder PTFE umfasst. Diese Materialien sind besonders vorteilhaft, da sie eine hohe chemische Stabilität bieten bei einem geringen Abschwächungsfaktor für alle beteiligten magnetischen und elektromagnetischen Felder.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Rührvorrichtung zur Verwendung in einem Rührer, wie oben beschrieben, wobei die Rührvorrichtung einen Fühler zur Messung mindestens eines Parameters der Substanz umfasst.
Weiterhin umfasst die Erfindung einen Rührapparat, der einen Rührer wie oben beschrieben, und ein Gefäß zur Aufnahme der Substanz umfasst.
Es ist vorteilhaft, wenn der Rührapparat eine Empfangsvorrichtung, die eine Empfangseinrichtung enthält zum Empfang der Messdaten, die von der Rührvorrichtung übertragen werden, und Ablesemittel zur Übertragung der Messdaten zu einer Ablesevorrichtung, die eine benutzerfreundliche Ablesung ermöglicht, umfasst.
Weiterhin wird ein Modul zur Messung eines Parameters einer Substanz, die das Modul umgibt, offenbart, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsspule die Empfangsspule ist, wobei die Empfangsvorrichtung eine Nachweisvorrichtung zum Nachweis, ob momentan Energie empfangen wird, umfasst und die Übertragungsvorrichtung so angepasst wird, dass sie die mindestens eine Messung überträgt, wenn die Nachweisvorrichtung nachweist, dass im Augenblick keine Energie empfangen wird. Dies ermöglicht, dass eine Spule im Modul für zwei Zwecke verwendet wird, sie wird zum Energieempfang verwendet, und während der Zeitabschnitte, in denen kein Energieübertragendes Feld übertragen wird, wird dieselbe Spule verwendet, um Informationen vom Modul zu einem entfernten Empfänger zu übertragen.
Auch wird ein Modul zur Messung eines Parameters einer Substanz, die das Modul umgibt, offenbart, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsspule die Empfangsspule ist, und die Übertragungsspule an einen Impedanzmodulator zur Modulierung einer Impedanz der Übertragungsspule gekoppelt ist. Dieses Modul erlaubt es auch, eine kompakte Einheit zu realisieren, welche die Spule zum Empfang von Energie und die Spule zur Übertragung von Informationen an einen entfernten Empfänger in einer einzigen Spule kombiniert, so dass eine kompakte Einheit realisiert wird.
Die Module können von einer Rührvorrichtung umfasst sein. Jedoch können die Module auch in vielen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Messungen mit einer Einheit ausgeführt werden müssen, die kleine Abmessungen aufweist, den ablaufenden Prozesse minimal beeinflusst, und/oder es ermöglicht, dass die Messung eines Parameters mit einem Modul geringer Größe durchgeführt wird, das von der Ferne abgelesen werden kann. Es sind Anwendungen in der Medizin, Industrie, Tiermedizin, Automobilindustrie und viele andere Einsatzmöglichkeiten mit verschiedenen Größen der Module möglich.
Vorteilhafterweise kann das Modul zur Temperaturmessung verwendet werden, wenn der Fühler einen Temperatursensor umfasst. Der Temperatursensor kann einen integrierten Silizium-Schaltkreis-Sensor, einen Widerstand, der einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist, oder eine Resonanzvorrichtung umfassen, die zumindest einen temperaturabhängigen Resonanzparameter aufweist.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Verwendung einer Rührvorrichtung gemäß der Erfindung zum Rühren einer Substanz, und eine Verwendung einer Rührvorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung eines Parameters der Substanz.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Parameters einer Substanz, die den Schritt des Messens des Parameters mit einem Fühler einschließt, der Bestandteil der Rührvorrichtung ist.
Es ist von Vorteil, wenn das Verfahren den Schritt zum Antrieb des Fühlers mit einem zweiten Feld einschließt, und vorteilhafterweise das Verfahren den Schritt der kontaktlosen Übertragung zumindest einer Messung von der Rührvorrichtung zu einem Empfänger umfasst.
Gemäß der Erfindung umfasst die Rührvorrichtung eine elektromagnetische Vorrichtung, und die Empfangsvorrichtung umfasst zumindest eine Generatorspule oder einen Teil derselben zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei die Generatorspule oder ein Teil davon asymmetrisch in Bezug auf eine Mitte zwischen einem ersten Magnetpol und einem entgegengesetzten zweiten Magnetpol der Magnetvorrichtung angeordnet ist. So kann elektrische Energie wie eine Spannung oder ein Strom in der Rührvorrichtung unter Verwendung der ersten Felds erzeugt werden, so dass das gleiche Feld wie für den Antrieb der Rührbewegung der Rührvorrichtung eingesetzt wird. Beides, die Rührvorrichtung und das erste Feld, bewirken eine Rührbewegung, etwa eine Drehbewegung, was die Position der Rührvorrichtung im Wesentlichen in Synchronlauf mit dem ersten Feld bringt. Für den Fall, dass das erste Feld ein gleichförmig rotierendes Feld ist (so wie von einem Drehmagneten erzeugt), wird die Rührvorrichtung im Wesentlichen synchron mit dem Feld rotieren. Für den Fall, dass das erste Feld ein sich schrittweise änderndes Feld ist (wie etwa von einer Mehrzahl von Elektromagneten erzeugt, die durch eine Mehrzahl von elektrischen Strömen im Wesentlichen sequentiell angetrieben werden), wird die Rührvorrichtung im Durchschnitt dem Feld folgen, allerdings existiert ein zeit- und positionsabhängiger Unterschied, da die im Wesentlichen gleichförmig rotierende Rührvorrichtung einem ersten Feld folgt, das sich sequentiell oder schrittweise ändert. Da die Rührvorrichtung im Wesentlichen der schrittweisen oder einförmigen Drehbewegung des ersten Feldes „folgt", wird erwartet, dass die Rührvorrichtung wenig Änderungen im Feld erfährt. Nun wird, für den Fall, dass die Generatorspule asymmetrisch zur Magnetvorrichtung, die sich in der Rührvorrichtung befindet, positioniert ist, die Generatorspule einem alternierenden magnetischem oder elektrischem Feld unterworfen. Um das zu erreichen, muss die mindestens eine Generatorspule in Bezug auf die Magnetvorrichtung, die sich in der Rührvorrichtung befindet, auf asymmetrische Weise angeordnet werden, das heißt, die Generatorspule sollte asymmetrisch in Bezug zu einer Mitte zwischen dem ersten Magnetpol und dem zweiten, entgegengesetzten Magnetpol der Magnetvorrichtung positioniert sein. Da die Mitte zwischen dem ersten und zweiten Magnetpol der Magnetvorrichtung im Wesentlichen eine Rotationsachse für die Rührvorrichtung festlegt, wenn diese eine Rührbewegung ausführt, wird die Generatorspule, die asymmetrisch in Bezug zu dieser Mitte angeordnet ist, einem Feld unterworfen, das sich aus der Erzeugung von elektrischer Energie durch die Generatorspule ergibt. Da nach den physikalischen Gesetzen ein Magnetfeld von einem elektrischem Feld begleitet wird, das senkrecht zum Magnetfeld steht, steht das erzeugte elektrische Feld, hauptsächlich wegen des elektrischen Feldes, rechtwinklig zum Magnetfeld. Die Generatorspule kann eine asymmetrische angeordnete Generatorspule oder deren asymmetrisch angeordnetes Teil sein. Der Teil der Generatorspule umfasst eine oder mehrere Wicklungen von einem ersten Abgriff, das heißt einem ersten elektrischen Pol des Generatorspulenteils, zu einem zweiten Abgriff, das heißt einem zweiten elektrischen Pol des Generatorspulenteils. Im Falle eines Teils der Generatorspule, der in Bezug auf die Mitte symmetrisch angeordnet ist, ist es natürlich möglich, wenn auch nicht erforderlich, dass die Generatorspule als Ganzes symmetrisch in Bezug zur Mitte angeordnet ist.
So ist es möglich Energie in die Empfangsvorrichtung durch das erste Feld einzukoppeln.
Durch den Einsatz von zwei oder mehr Generatorspulen ist es möglich die Effizienz zu steigern, da die zwei oder mehr Generatorspulen, von denen jede zum Beispiel ein alternierendes elektrisches Ausgangssignal bereitstellt, zum Beispiel mit einer Gleichrichterschaltung auf wechselseitig, phaseninvertierte oder phasenverschobene Art verbunden werden können, was eine alternierende Bereitstellung von elektrischer Energie von den beiden Generatorspulen zur Gleichrichterschaltung bewirkt.
Es ist von Vorteil, wenn die mindestens eine Generatorspule oder ein Teil davon mit einer Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung der erzeugten elektrischen Energie verbunden wird. Vorteilhafterweise umfasst die Generatorspule eine Vielzahl von Wicklungen, die um eine Achse, die sich vom ersten zum zweiten Pol der Magnetvorrichtung erstreckt, gewickelt sind. Dieses führt dann dazu, dass die Generatorspule und, falls vorhanden, die zweite Generatorspule, nur ein geringes zusätzliches Volumen erfordert.
Eine weitere mögliche Bauweise ist die Anordnung von zumindest einer feststehenden Generatorspule im ersten Feld, zum Beispiel in einer Unterlage, die unter dem Gefäß, das die zu rührende Substanz enthält, platziert wird. So führt die mindestens eine feststehende Generatorspule keine Rührbewegung aus, wenn das erste Feld aktiv ist, sondern die feststehende Generatorspule bleibt anstatt dessen ortsfest in Bezug auf das Gefäß. Da die mindestens eine Generatorspule dem ersten Feld unterworfen ist, wird elektrische Energie von der Generatorspule erzeugt. Wenn das erste Feld für eine schrittweise oder permanente Drehbewegung der Rührvorrichtung sorgt, kann die mindestens eine feststehende Generatorspule asymmetrisch in Bezug auf ein Rotationszentrum der Drehbewegung des ersten Feldes angeordnet sein, was eine hohe Effizienz bei der Energieübertragung zur Folge hat. Jedoch ist auch eine Anordnung der feststehenden Generatorspule symmetrisch zum ersten Feld möglich. Die mindestens eine, feststehende Generatorspule wird, möglicherweise über einen Gleichrichter-, Stabilisations- oder einen anderen Konditionierschaltkreis, an einen Schaltkreis, der ein zweites Feld erzeugt, gekoppelt. Der Schaltkreis, der ein zweites Feld erzeugt, ist ebenfalls ortsfest und erzeugt ein zweites Feld, wie etwa ein Hochfrequenz-RF-Feld. Die Rührvorrichtung umfasst eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von Energie, wobei die Energie vom zweiten Feld bereitgestellt wird. Als Ergebnis kann die Empfangsvorrichtung geringe Abmessungen aufweisen, da das zweite Feld ein Hochfrequenzfeld sein kann, so dass verschiedene Technologien bei der Empfangsvorrichtung eingesetzt werden können, wobei die Technologien an sich bekannt sind. Die Empfangsvorrichtung kann zum Beispiel eine kleine RF-Antenne umfassen, einen Kristall wie einen piezo-elektrischen Kristall, der aufgrund der Anwesenheit eines zweiten Feldes mitschwingt, oder einen Chip, der zum Beispiel eine Resonanzvorrichtung oder einen Resonanzschaltkreis zum Empfang von Energie vom zweiten Feld umfasst. Die elektrische Energie, die von der Empfangsvorrichtung aufgrund des zweiten Feldes erzeugt wird, kann in einer elektrischen Speichereinrichtung, wie einem Kondensator, gespeichert werden und zum Antrieb des Fühlers in der Rührvorrichtung eingesetzt werden. Die Rührvorrichtung kann weiterhin eine Puffervorrichtung zum Puffern (das heißt speichern) von Messergebnissen, die vom Fühler erhalten werden, umfassen. Es ist auch möglich, dass die Messergebnisse drahtlos durch eine Übermittlungsvorrichtung in der Rührvorrichtung (in einer Weise, wie oben beschrieben) zu einem Empfänger, der sich außerhalb der zu rührenden Substanz befindet, übermittelt werden. Vorzugsweise kann der Empfänger mit Hilfe der mindestens einen feststehenden Generatorspule betrieben werden, die einen separaten Antrieb überflüssig macht und sich vorzugsweise in einer Einheit wie einer Unterlage befindet, in der die mindestens eine Generatorspule angeordnet ist. Auch ist es möglich, dass sich ein Messwerterfasser zur Erfassung der Messergebnisse, die vom Empfänger erfasst wurden, in der Einheit, etwa einer Unterlage, befindet, in der die mindestens eine feststehende Generatorspule angeordnet ist. Beides, sowohl der Empfänger als auch der Messwerterfasser, können sich in der Einheit befinden. So erfordern das Messsystem mit dem Fühler (in der Rührvorrichtung) und die Einheit mit der mindestens einen feststehenden Generatorspule und der Schaltkreis, der das zweite Feld erzeugt, keinerlei separaten Antriebseinrichtungen, da die gesamte erforderliche elektrische Energie vom ersten Feld, das für den Antrieb der Rührbewegung vorhanden ist, bereitgestellt wird. Das System kann auch in Kombination mit Antriebsvorrichtungen nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, wenn man die Einheit (wie die Unterlage) im ersten Feld in der Nähe des Gefäßes unterbringt, und die Rührvorrichtung gemäß der Erfindung zum Rühren der Substanz gebraucht. Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Energie auch durch das zweite Feld zur Empfangsvorrichtung in der Rührvorrichtung übertragen werden kann, wenn die Rührvorrichtung keine Rührbewegung ausführt, da die Übertragung von Energie zur Rührvorrichtung allein vom zweiten Feld abhängt und nicht von einer lokalen Stärke des ersten Felds in der augenblicklichen Stellung der Rührvorrichtung. So können Messungen noch weitergehen, auch wenn die Rührvorrichtung aus ihrer erwarteten Rührbewegung gebracht wird, beispielsweise wegen einer Kollision der Rührvorrichtung mit einem Gegenstand im Gefäß oder wegen anderer Fehlerquellen, die eine Abnahme der lokalen Stärke des ersten Feldes in der augenblicklichen Stellung der Rührvorrichtung verursachen, da Energie immer noch durch das zweite Feld zur Rührvorrichtung übertragen werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung sind aus der anhängenden Zeichnung ersichtlich, die eine nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung zeigen. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines Rührers gemäß der Erfindung;
2a und 2b jeweils eine schematische Querschnittsdarstellung einer Rührvorrichtung gemäß der Erfindung;
3 ein Blockdiagramm einer Schaltung einer Rührvorrichtung gemäß der Erfindung;
4 eine sehr schematische Querschnitts-darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Rührvorrichtung gemäß der Erfindung;
5 eine sehr schematische Darstellung eines Rührers, der eine Rührvorrichtung gemäß 4 umfasst;
6a und 6b grafische Darstellungen der magnetischen und elektrischen Felder, die in einer Rührvorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt werden;
7 eine sehr schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Rührvorrichtung gemäß der Erfindung; und
8 eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Rührers gemäß der Erfindung.
In den verschiedenen Figuren beziehen sich gleiche Bezugsnummern auf gleiche Bestandteile oder Bestandteile mit ähnlichen Funktionen.
1 zeigt ein Gefäß 1 zur Aufnahme einer Substanz, die nicht gezeigt ist, und eine Rührvorrichtung 2, die kapselförmig oder bohnenförmig ist. Die Rührbewegung der Rührvorrichtung wird von einer Antriebsvorrichtung, die eine Anzahl von Spulen umfasst, angetrieben. Von diesen sind in 1 zwei Spulen 3a, 3b gezeigt. Angetrieben werden die Spulen 3a, 3b von elektrischem Strom durch eine elektronische Antriebseinheit 5, die die Polarität der Spulen in Phase dreht wie für einen Elektromotor, so dass sich ein rotierendes Magnetfeld ergibt, das durch Pfeil 4 schematisch angedeutet ist. Zusätzliche Spulen, ähnlich den Spulen 3a, 3b können um das Gefäß 1 herum in einem Kreis oder in anderer geeigneter Weise positioniert werden, und tragen zum rotierenden Feld, das durch Pfeil 4 angedeutet ist, bei. Die Rührvorrichtung 2 umfasst einen Fühler, in diesem Fall einen Temperatursensor, der nicht in 1 gezeigt ist, aber unten genauer beschrieben wird.
Weiterhin zeigt die 1 eine Übertragungsvorrichtung 6, die die Spulen 3a, 3b mit einem zweiten Signal antreibt, wobei ein zweites elektromagnetisches Feld entsteht, das eingesetzt wird, um den Fühler der Rührvorrichtung 2 und andere Bestandteile innerhalb der Rührvorrichtung 2 mit Energie zu versorgen. Beides, die Antriebseinheit 5 und die Übertragungseinheit 6 sind mit denselben Spulen 3a, 3b gekoppelt, was nicht nur den Vorteil hat, dass nur ein Satz Spulen 3a, 3b erforderlich ist, sondern auch, dass die Antriebseinheit 5 und die Übertragungseinheit 6 leicht synchronisiert werden können. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Übertragungseinheit 6 alternativ mit einer oder mehreren verschiedenen Spulen oder anderen Elementen, die Felder emittieren, und nicht im Detail in 1 aufgeführt sind, gekoppelt sein kann. Durch das Koppeln der Antriebseinheit 5 und der Übertragungseinheit 6 an dieselben Spulen 3a, 3b und das Synchronisieren der Antriebseinheit 5 und der Übertragungseinheit 6 ist es möglich, das zweite Feld so anzupassen, dass ein wesentlicher Anteil der Energie des zweiten Feldes von der jeweiligen Spule 3a, 3b, die geometrisch in der optimalen Lage relativ zur momentanen Lage der Rührvorrichtung 2 im Gefäß 1 ist, geliefert wird. Da die Lage der Rührvorrichtung 2 im Großen und Ganzen von den jeweiligen Polaritäten der Spulen 3a, 3b bestimmt wird, kann dieser Effekt leicht durch eine Synchronisierung der Antriebsvorrichtung 5 und der Übertragungseinheit 6 erreicht werden, was den Wert steigert und von einem Fachmann leicht vorgenommen werden kann.
Die Rührvorrichtung 2, die zum Beispiel die Temperaturmessungen ausführt, umfasst eine Spule 20, die um eine Längsachse der Rührvorrichtung 2 gewickelt ist, wie in 2a dargestellt. Alternativ ist es möglich, dass die Rührvorrichtung 2 eine Spule 21 umfasst, die um eine Querachse der Rührvorrichtung 2 gewickelt ist, wie in 2b dargestellt.
Wie weiterhin in 3 dargestellt, umfasst die Rührvorrichtung einen Fühler 30, in diesem Beispiel bestehend aus einem integriertem (IC) Silizium-Schaltkreis-Temperaturfühler, einer Empfangsvorrichtung 31 und einer Übertragungsvorrichtung 32. Die Empfangsvorrichtung 31 ist mit der Spule 20 gekoppelt, und wandelt die elektrische Energie, die von der Spule 20, die vom zweiten Feld induziert ist, empfangen wurde unter Verwendung von Gleichrichtereinrichtungen, wie einer Siliziumdiode 33, und Filtereinrichtungen, wie einem Kondensator 34, in Gleichstromspannung (DC). Die DC-Spannung wird als Versorgungsspannung zur Versorgung des Fühlers 30 ebenso wie der Übertragungsvorrichtung 32 mit elektrischer Energie eingesetzt, wobei die Empfangsvorrichtung 31 sowohl an den Fühler 30 als auch an die Übertragungsvorrichtung 32 gekoppelt ist. Der Fühler 30 ist mit der Übertragungsvorrichtung 32 zur Übertragung der Messergebnisse gekoppelt. Deshalb ist die Übertragungsvorrichtung 32 wiederum an die Spule 20 gekoppelt, zum Beispiel zur Modulierung der Impedanz einer Stromschleife, in der die Spule 20 enthalten ist, was einem Fachmann bekannt ist. Die Veränderungen in der Impedanz werden in der Übertragungsvorrichtung 6, gezeigt in 1, nachgewiesen, und von einer Empfangseinrichtung ausgewertet, die darin enthalten ist. Die erhaltenen Messdaten werden von der Übertragungseinheit 6 an eine Ablesevorrichtung 7 gesendet, die mit einer äußeren Schnittstelle 8 zur Anzeige der Messdaten beispielsweise auf einer elektronischen Anzeige, oder zur Speicherung und Verarbeitung der Messdaten in einem Computer ausgestattet ist.
Die 4 zeigt eine Aufsicht oder eine Seitenansicht einer weitere Ausführungsform einer Rührvorrichtung 2. Die Rührvorrichtung 2 umfasst eine Magnetvorrichtung 41, wie etwa einen Permanentmagneten, der einen ersten Magnetpol 42 und einen zweiten, entgegengesetzten Magnetpol 43 umfasst. Zur Erzeugung der elektrischen Energie, wie Spannung oder Strom, in der Rührvorrichtung 2, umfasst die Rührvorrichtung 2 eine Generatorspule 44, die um die Magnetvorrichtung 41 gewickelt ist. Die Generatorspule 44 ist asymmetrisch in Bezug auf eine Mitte 45 der Magnetvorrichtung angeordnet, wobei sich die Mitte zwischen dem ersten Magnetpol 42 und dem zweiten Magnetpol 43 befindet. Alternativ zu dieser Anordnung der Generatorspule 44, die in 4 gezeigt ist, ist es natürlich auch möglich, dass die Generatorspule an einer anderen Stelle angeordnet ist, wie es zum Beispiel durch die Generatorspule 46, die mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist, angedeutet ist. Weiterhin ist es selbstverständlich möglich, dass die Generatorspule 44 oder die Generatorspule 46 (oder der Teil der Generatorspule), der von der Empfangsvorrichtung umfasst wird, mit einem weiteren Stromkreis wie etwa einer Gleichrichter-, Filter- oder Stabilisierungsschaltung verbunden ist.
Wie in 5 erklärt, führt die Rührvorrichtung 2 eine Rührbewegung aus, die von einer Vielzahl von Elektromagneten angetrieben wird. Von diesen Elektromagneten sind jeweils die Spulen 3a, 3b, 3c, 3d gezeigt. Durch gleichzeitiges oder aufeinanderfolgendes Antreiben der Spulen 3a, 3b, 3c, 3d sequentiell oder wiederholt mit positiven und/oder negativen Stromflüssen wird ein alternierendes, elektromagnetisches Feld erzeugt, das die Rührvorrichtung 2 zu einer Rührbewegung anregt, wie eine Rührbewegung, die durch den Pfeil 50 angedeutet ist. Die Begriffe positive und negative Stromflüsse sind so zu verstehen, dass sie sich auf Stromflüsse beziehen, die in den Spulen 3a, 3b, 3c, 3d fließen und die vorwärts oder rückwärts polarisiert sein können, was sich in Magnetfeldern mit alternierenden Polaritäten äußert, wie in der 5 durch die Zeichen +, beziehungsweise – dargestellt. Dabei dreht sich die Rührvorrichtung 2 um eine Drehachse, die mit 51 bezeichnet ist. Normalerweise fällt die Achse 51 im Wesentlichen mit der Mitte 45 zusammen, so dass eine runde, im Wesentlichen schwingungsfreie Drehung der Rührvorrichtung entsteht. Deshalb erfährt das erste Ende 44a der Generatorspule 44, da die Generatorspule 44 asymmetrisch in Bezug auf eine Achse, die in 5 mit 51 bezeichnet ist, angeordnet ist, virtuell keine Änderungen im ersten Feld während der Drehung der Rührvorrichtung 2, da das erste Ende 44a ziemlich nahe am Rotationszentrum, bezeichnet mit 51, angeordnet ist. Ein zweites Ende 44b der Generatorspule 44 ist relativ weit weg vom Drehmittelpunkt 51 angeordnet. Deshalb wird das zweite Ende 44b der Generatorspule 44 während der Drehung eine größere Änderung im Feld erfahren als das erste Ende 44a der Generatorspule 44.
Das erste Feld ist ein elektromagnetisches Feld, das ein Magnetfeld ebenso wie ein elektrisches Feld umfasst, das senkrecht zum Magnetfeld steht. Wie in 6a, beziehungsweise 6b angedeutet, die jeweils eine Graphen des Feldes (F) und der Position (P) auf der senkrechten Achse gegen die Zeit (t) auf der waagrechten Achse zeigen, führen das Magnetfeld 60 und das elektrische Feld 61 eine Drehbewegung im Falle eines rotierenden Feldes, wie in 6a dargestellt, aus, oder sie führen eine alternierende Bewegung aus, wie etwa eine „verschobene" Bewegung, wie in 6b angedeutet. In jedem Fall führt die Rührvorrichtung, angetrieben durch das Magnetfeld, eine Drehbewegung aus, die dem Magnetfeld 60 folgt und die in den 6a und 6b mit 62 bezeichnet ist. In der Generatorspule 44 wird nun eine elektrische Größe, wie eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom als Ergebnis der Fluktuationen im elektrischen und magnetischen Feld erzeugt, denen die Generatorspule 44 und insbesondere deren zweites Ende 44b unterworfen ist. Es wird vermutet, dass die Erzeugung der elektrischen Größe in der Generatorspule 44 durch das erste Feld insbesondere durch die Änderungen im elektrischen Feld bedingt ist, die auftreten, wenn die Rührvorrichtung 2 die drehende Rührbewegung ausführt, die durch das erste Feld angetrieben ist.
Die elektrische Größe, die erwartungsgemäß eine alternierende Magnitude aufweist, kann gleichgerichtet sein um DC-Spannung (Gleichspannung) zu erzeugen, wie etwa zum Antrieb des Fühlers (nicht gezeigt in 4 und 5), der von der Rührvorrichtung 2 umfasst wird. Um die Effizienz zu verbessern ist es auch möglich, eine zweite Generatorspule in die Rührvorrichtung 2 einzubauen, die ebenfalls asymmetrisch bezüglich einer Mitte 45 angeordnet ist, so dass die Effizienz verbessert werden kann, da die Generatorspule 44 und die zweite Generatorspule mit einer Gleichrichtereinrichtung phasenversetzt verbunden werden kann, was eine alternierende Verteilung von elektrischer Energie von der Generatorspule 44 und der zweiten Generatorspule in einer dem Fachmann bekannten Weise bewirkt. Die Generatorspule 44 und die zweite Generatorspule können beide auf derselben Seite der Magnetvorrichtung angeordnet sein, das heißt, sie können beide zwischen der Mitte 45 und dem zweiten Pol 43 angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, dass die zweite Generatorspule auf einer gegenüberliegenden Seite der Mitte 45 angeordnet ist, also zwischen der Mitte 45 und dem ersten Magnetpol 42. Zur optimalen Platzausnutzung kann die Generatorspule 44 um die Magnetvorrichtung 41 herum angeordnet sein, so dass Wicklungen der Generatorspule 44 letztlich um die Magnetvorrichtung 41 herum gewickelt sind. Der Begriff „gewickelt" ist so zu verstehen, dass er nicht nur so ausgelegt werden darf, dass er andeutet, dass die Generatorspule 44 durch Wickeln ihrer Wicklungen um die Magnetvorrichtung 41 herum hergestellt ist, sondern dass es auch möglich ist, dass die Generatorspule 44 so hergestellt wird, dass die Wicklungen der Generatorspule 44 zuerst gewickelt werden, und danach die Generatorspule 44 in einer Position um die Magnetvorrichtung 41 herum eingebaut wird, wie in den 4 und 5 beschrieben und gezeigt.
Alternativ zu den Rührern, die in den 4 und 5 gezeigt werden, sind viele Variationen mit einer asymmetrisch positionierter Spule oder einem Teil davon möglich. Beispielsweise zeigt die 7 eine Rührvorrichtung 2, die eine Magnetvorrichtung 41 und eine Generatorspule 70 umfasst. Die Generatorspule 70 ist im Wesentlichen in Bezug zur Mitte 45 zwischen den entgegengesetzten Magnetpolen 42, 43 der Magnetvorrichtung angeordnet. Die Generatorspule 70 umfasst ein Generatorspulenteil 71 mit den Anschlüsse 72a und 72b, wobei die Generatorspule asymmetrisch in Bezug zur Mitte 45 angeordnet ist.
So ist es möglich mit dem Aufbau, der in den 4–6 gezeigt wird, eine elektrische Größe in der Rührvorrichtung zu erzeugen, ohne dass ein zusätzliches Feld im Rührer erzeugt werden muss, da das erste Feld, das bereits zum Antrieb der Rührbewegung der Rührvorrichtung erzeugt wurde, zur Erzeugung der elektrischen Größe unter Verwendung der Erzeugerspule eingesetzt wird.
8 zeigt ein Gefäß 1, eine Rührvorrichtung 2, Spulen 3a und 3b, einen Pfeil 4, der eine Rührbewegung darstellt, und eine elektronische Antriebsvorrichtung 5, deren Funktionsweise oben erklärt wurde. Weiterhin zeigt die 8 eine Einheit wie eine Unterlage 80, die unter dem Gefäß 1 angeordnet werden kann. Die Unterlage kann eine flache Form aufweisen, damit sie unter dem Gefäß angeordnet werden kann, doch in der Zeichnung ist sie aus Klarheits- und Erkennbarkeitsgründen dicker dargestellt. Die Unterlage 80 umfasst eine ortsfeste Generatorspule 81 zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels des ersten Felds. Die ortsfeste Generatorspule 81 führt keine Rührbewegung aus, wenn das erste Feld aktiv ist, stattdessen bleibt die ortsfeste Generatorspule ortsfest in Bezug auf das Gefäß 1. Das erste Feld sorgt für eine schrittweise oder kontinuierliche Drehbewegung der Rührvorrichtung 2, die mit dem Pfeil 4 angedeutet ist, und die mindestens eine Generatorspule 81 ist asymmetrisch in Bezug auf einen Rotationszentrum der Drehbewegung des ersten Felds angeordnet, was eine hohe Effizienz der Energieübertragung zur Folge hat. Jedoch ist auch eine Anordnung der ortsfesten Generatorspule 81 möglich, die symmetrisch in Bezug auf das erste Feld ist. Die ortsfeste Generatorspule 81 ist mit einer Gleichrichtereinheit 82 gekoppelt, um eine DC-Versorgungsspannung zu erzeugen. Weiterhin umfasst die Unterlage 80 eine Schaltung 83 zur Erzeugung eines zweiten Feldes, die mit der Gleichrichtereinrichtung 82 gekoppelt ist, um ein zweites Feld, bezeichnet mit 84, zu erzeugen, welches ein RF-Feld ist. Das zweite Feld wird von einer Empfangsvorrichtung im Rührer 2 empfangen und in elektrische Energie umgewandelt. Die Empfangsvorrichtung in diesem Beispiel umfasst eine RF-Spule, die als RF-Antenne wirkt, doch alternativ ist auch ein Kristall, wie etwa ein piezoelektrischer Kristall, der als Ergebnis des vorliegenden zweiten Feldes mitschwingt, oder ein Chip, der zum Beispiel eine Resonanzvorrichtung oder eine Resonanzschaltung zum Empfang von Energie vom zweiten Feld umfasst, möglich. Die Rührvorrichtung 2 umfasst weiter eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung der elektrischen Energie, die von der Empfangsvorrichtung empfangen wird, und einen Fühler, der mit der Gleichrichterschaltung verbunden ist und von dieser elektrische Energie empfängt. Die elektrische Energie, die von der Empfangsvorrichtung wegen des zweiten Feldes erzeugt wird, wird in einem elektrischen Speichermedium gespeichert, in diesem Fall ein Kondensator (nicht gezeigt), und wird für den Antrieb des Fühlers eingesetzt. Die Rührvorrichtung umfasst weiter eine Puffervorrichtung (nicht gezeigt), die mit dem Fühler gekoppelt ist, zur Pufferung der Messergebnisse, die mit dem Fühler ermittelt werden, und eine Übertragungsvorrichtung, die mit dem Fühler und/oder der Puffervorrichtung gekoppelt ist, zur Übertragung der Messergebnisse zu einem Empfänger 85, der sich in der Unterlage 80 befindet. Der Empfänger 85 wird von der Gleichrichterschaltung 82 in der Unterlage 80 angetrieben, so dass ein separater Antrieb nicht notwendig ist. Weiterhin ist in der Unterlage 80 ein Messwerterfasser 86 zur Erfassung der Messergebnisse enthalten, die vom Empfänger empfangen werden. So brauchen die Unterlage 80 und die Rührvorrichtung 2 keinerlei separate Antriebsmittel, da die gesamte benötigte elektrische Energie vom ersten Feld stammt, das zum Antrieb der Rührbewegung vorhanden ist.

Claims

Rührer zum Rühren einer Substanz, wobei der Rührer aus einer Rührvorrichtung (2) und einer Antriebsvorrichtung besteht, wobei die Rührvorrichtung (2) so ausgebildet ist, dass sie in die Substanz getaucht wird, um eine Rührbewegung auszuführen, wobei die Antriebsvorrichtung (3a, 3b) ohne Kontakt durch ein erstes Feld Kraft für den Antrieb und die Rührbewegung der Rührvorrichtung auf die Rührvorrichtung ausübt, wobei die Rührvorrichtung einen Fühler (30) zur Messung zumindest eines Parameters der Substanz, eine Empfangsvorrichtung (31), die mit dem Fühler gekoppelt ist zur Ferneinkopplung von Energie in die Empfangsvorrichtung und eine Magnetvorrichtung (41) umfasst, und wobei die Empfangsvorrichtung zumindest eine Generatorspule (44) oder deren Teil zur Erzeugung von elektrischer Energie umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspule oder deren Teil, die jeweiligen Anschlüsse einschließt, asymmetrisch mit Bezug auf eine Mitte (45) zwischen einem ersten Magnetpol (42) und einem gegenüberliegenden, zweiten Magnetpol (43) der Magnetvorrichtung (41) angeordnet ist.
Rührer nach Anspruch 1, wobei die Energie in die Empfangsvorrichtung durch das erste Feld eingekoppelt wird.
Rührer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Generatorspule mit einer Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung der erzeugten elektrischen Energie verbunden ist.
Rührer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest eine Generatorspule (41) oder ein Teil von ihr eine Anzahl von Wicklungen umfasst, die um eine Achse gewickelt sind, die sich vom ersten (42) zum zweiten Pol (43) der Magnetvorrichtung erstreckt.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Parameter der Substanz die Temperatur umfasst, und der Fühler einen Temperatursensor umfasst.
Rührer nach Anspruch 5, wobei der Temperatursensor einen integrierten Schaltsensor umfasst.
Rührer nach Anspruch 5, wobei der Temperatursensor einen Widerstand umfasst, der eine temperaturabhängige Widerstandsfähigkeit aufweist.
Rührer nach Anspruch 5, wobei der Temperatursensor eine Resonanzvorrichtung umfasst, die zumindest einen temperaturabhängigen Resonanzparameter aufweist.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Parameter der Substanz Säuregehalt oder Viskosität umfasst.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Feld ein Magnet- oder Elektromagnetfeld ist, und die Rührvorrichtung eine Magnetvorrichtung (41) umfasst.
Rührer nach Anspruch 10, wobei die Antriebsvorrichtung einen rotierenden Magneten umfasst, und das erste Feld ein rotierendes Feld ist.
Rührer nach Anspruch 10, wobei die Antriebsvorrichtung eine Vielzahl von Elektromagneten (3a, 3b) umfasst, die mit Strom versorgt werden, um eine Rührbewegung in der Rührvorrichtung zu erzeugen.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ferneinkopplung von Energie von einem zweiten Feld vorgesehen wird.
Rührer nach Anspruch 13, wobei das zweite Feld ein Elektromagnetfeld ist, und die Kopplung eine induktive Kopplung.
Rührer nach Anspruch 14, wobei die Empfangsvorrichtung eine Empfangsspule umfasst.
Rührer nach Anspruch 15, wobei die Spule um eine Längs- oder Querachse der Rührvorrichtung gewickelt ist.
Rührer nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Elektromagnetfeld eine Frequenz im Bereich von 1 bis 100 kHz aufweist.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rührvorrichtung (2) eine Übertragungsvorrichtung umfasst, die mit dem Fühler zur Übertragung mindestens einer Messung von der Rührvorrichtung zu einem Empfänger gekoppelt ist, der sich außerhalb der zu rührenden Substanz befindet.
Rührer nach Anspruch 18, wobei die Übertragungsvorrichtung eine Übertragungsspule umfasst.
Rührer nach Anspruch 15 und 19, wobei die Übertragungsspule die Empfangsspule ist.
Rührer nach Anspruch 20, wobei die Übertragungsvorrichtung eine Impedanz der Übertragungsspule moduliert.
Rührer nach Anspruch 20, wobei die Empfangsvorrichtung eine Erkennungsvorrichtung zum Erkennen, ob im Augenblick Strom empfangen wird, umfasst, und die Übertragungsvorrichtung in der Lage ist, zumindest eine Messung zu übertragen, wenn die Erkennungsvorrichtung erkennt, dass im Augenblick keine Energie empfangen wird.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung von zumindest einem Parameter wiederholt ausgeführt wird.
Rührer nach Anspruch 23, wobei das Zeitintervall zwischen den aufeinanderfolgenden Messungen im Wesentlichen konstant ist.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rührvorrichtung (2) eine maximale Größe von 10 mm auf weist.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rührvorrichtung scheiben- oder kapselförmig oder länglich geformt ist.
Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rührvorrichtung eine Einkapselung umfasst, die entweder Glas, Epoxydharz oder PTFE besteht.
Rührvorrichtung (2) zur Verwendung in einem Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rührvorrichtung einen Fühler zur Messung zumindest eines Parameters der Substanz, eine Empfangsvorrichtung, die mit dem Fühler gekoppelt ist, zur Ferneinkopplung von Energie in die Empfangsvorrichtung und eine Magnetvorrichtung (41) umfasst, und wobei die Empfangsvorrichtung zumindest eine Generatorspule (44) oder deren Teil zur Erzeugung von elektrischer Energie umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspule oder deren Teil asymmetrisch mit Bezug auf eine Mitte zwischen einem ersten Magnetpol (42) und einem gegenüberliegenden zweiten Magnetpol (43) der Magnetvorrichtung angeordnet ist.
Rührapparat bestehend aus einem Rührer nach einem der Ansprüche 1 bis 27, und einem Behälter oder Gefäß zur Aufnahme der Substanz.
Rührapparat nach Anspruch 29, der eine Empfangsvorrichtung umfasst, die Empfangsmittel aufweist zum Empfang von Messdaten, die von der Rührvorrichtung übermittelt werden, und Auslesemitteln zur Übermittlung der Messdaten zu einer Auslesevorrichtung.
Verfahren zur Messung eines Parameters einer Substanz, die von eine Rührvorrichtung gerührt wird, die in die Substanz eingetaucht ist und eine Rührbewegung vollführt, wobei die Rührbewegung der Rührvorrichtung kontaktlos angetrieben ist durch das Anwenden einer Kraft für die Rührvorrichtung durch ein erstes Feld, wobei das Verfahren den Schritt des Messens des Parameters mit einem Fühler einschließt, der Bestandteil der Rührvorrichtung ist, wobei die Rührvorrichtung eine Empfangsvorrichtung zur Ferneinkopplung von Energie in die Empfangsvorrichtung und eine Magnetvorrichtung umfasst, und wobei die Empfangsvorrichtung zumindest eine Generatorspule oder deren Teil zur Stromerzeugung umfasst, wobei die Generatorspule (44) oder deren Teil, das jeweiligen Anschlüsse einschließt, asymmetrisch mit Bezug auf eine Mitte zwischen einem ersten Magnetpol (42) und einem gegenüber liegenden zweiten Magnetpol (43) der Magnetvorrichtung (41) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch den Schritt, dass der Fühler durch ein zweites Feld angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, gekennzeichnet durch den Schritt, dass zumindest eine Messung kontaktlos von der Rührvorrichtung zum Empfänger übermittelt wird.