EP0179824A1 - Device for stirring or pumping. - Google Patents

Device for stirring or pumping.

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EP0179824A1
EP0179824A1 EP85901951A EP85901951A EP0179824A1 EP 0179824 A1 EP0179824 A1 EP 0179824A1 EP 85901951 A EP85901951 A EP 85901951A EP 85901951 A EP85901951 A EP 85901951A EP 0179824 A1 EP0179824 A1 EP 0179824A1
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EP
European Patent Office
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stirring
electromagnetic drive
drive device
rotor
pumping
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EP85901951A
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Dieter Alex Rufer
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Individual
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Publication date
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Publication of EP0179824A1 publication Critical patent/EP0179824A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0179824B1 publication Critical patent/EP0179824B1/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/452—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using independent floating stirring elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S366/00—Agitating
    • Y10S366/601—Motor control

Definitions

  • the present invention relates to a device for stirring or pumping, in which a magnetic rotor which is freely rotatable and suitably shaped in a vessel or tube is driven by a rotating magnetic field.
  • the liquid or gas When pumping, the liquid or gas primarily receives a directional linear movement, which is usually used to transport the medium from one vessel to another. In some cases, such as the Loop reactor in chemical engineering, pumps are also used to achieve the effects mentioned during stirring, in which the medium is returned from the pump outlet to the inlet.
  • a universal device which can set the medium to be treated in a universal movement, so that various functions such as stirring and pumping or other functions such as e.g. Fumigation of the medium. Furthermore, it is important to be able to use this movement of the medium in various vessel shapes or at any point in a chemical apparatus, that is, to achieve universal applicability.
  • Agitators in which a permanent magnetic stirrer body is driven by a rotating magnetic field, are particularly widespread in chemical laboratories where only small amounts of liquid have to be stirred.
  • the rotating magnetic field is fastened by rotating a centered on the axis of an electric motor Permanent magnets generated.
  • the object of the present invention is therefore to overcome these previous disadvantages and to provide a universal device for stirring and general movement of a medium which is universally applicable, can be produced compactly and inexpensively and has a high magnetic efficiency.
  • This object is achieved according to the invention in that a device for stirring or pumping a medium is provided with a feed device, an electromagnetic drive device and a freely rotatable magnetic rotor located in the medium, which exerts a stirring or pumping effect when rotating, the feed device delivers phase-shifted alternating currents and thus excites the electromagnetic drive device, which has an annular core made of ferromagnetic material, which is wound with at least two fixed magnet coil segments in the manner of a ring core, whereby the electromagnetic drive device generates a rotating magnetic field which sets the rotor in rotation.
  • Figures 1 and 2 the principle of a first and a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows the cross section of a wound core together with a vessel with a lower outlet
  • Figure 4 shows a third embodiment of a electromagnetic drive device, which can be opened
  • Figure 5 shows the longitudinal section of a further embodiment as a pump
  • Figure 6 shows a variant of the bearing bracket
  • FIG. 1 shows a feed device 1, which supplies three alternating currents 7, 7 ', 7 ", each phase-shifted by 120 ° to one another, and which are conducted via a feed line 9 to three magnet coil segments 5, 5', 5" of the electromagnetic drive device.
  • a ring-shaped core 4 made of soft magnetic material is wound with these magnet coil segments in the manner of a ring core.
  • a rotating magnetic field is created in the vicinity of the axis of the annular core, which rotates a freely rotatable magnetic rotor 3, here in the form of a permanent magnetic stirring body.
  • Soft magnetic ring cores are commercially available products and are, with a different wiring of the winding or Windings, used in low stray chokes, transformers and transformers.
  • FIG. 2 schematically shows a particularly simple and effective embodiment with four magnet coil segments 6, 6 ', 6 ", 6" *, which, however, are controlled with only two alternating currents 8, 8' which are phase-shifted by approximately 90 °.
  • the ring-shaped core has no discrete ferromagnetic poles.
  • the four windings are arranged as symmetrically as possible on the core 4 and the core material has soft magnetic properties and permeability that is as independent of the field strength as possible.
  • the rotor 3 is located with the liquid or medium 12 to be stirred in a vessel 11.
  • This vessel can also be equipped with a central lower outlet 13 which, for. B. is closed with a tap 15.
  • the windings of the magnetic coil segments 6.6 “, 6", 6 "'and the core 4 are made with suitable plastic materials, such as;
  • Suitable for a water bath Suitable for a water bath.
  • various suitable coatings, protective layers or coverings can be applied to protect against
  • FIG. 4 shows a further embodiment, the electromagnetic drive device 2 consisting of two parts 19 and 19 ′, which can be opened around a joint 16 located on a holder 18.
  • the drive device will facilitate installation in many cases.
  • the ring is shown in the closed form for use, the two ring parts are held together by a locking device 17, which can consist, for example, of two holding magnets or a bolt.
  • the core and the winding are also impregnated and coated in a corrosion-resistant manner and connected to the feed device 1 by the feed line 9.
  • FIG. 5 shows the longitudinal section of a further embodiment of the invention serving as a pump.
  • the wound and coated core 4 surrounds a tube 23 which guides the medium in the direction indicated by the arrow A.
  • a specially shaped magnetic rotor 3 'in the interior of the tube has a pumping effect due to the action of vanes when rotating.
  • Two bearing elements 20 of the rotor are received by the bearing brackets 21. The latter are fixed in the interior of the tube by elastic clamping elements 22.
  • the invention can also be used to increase the rate of mass transfer when gassing liquids or extracting.
  • the magnetic rotor 3 ' designed as a suitable gassing or extraction body, preferably with a vertical axis, is driven by a rotating magnetic field generated according to the invention.
  • the rotor can be supported, for example, by one or two of the bearing brackets 21 shown in FIGS. 5 or 6.
  • the two alternating voltages of the supply device which are phase-shifted by 90 °, for controlling an annular core with four windings can be synthesized, for example, together with other electronic components using a commercially available integrated function generator.
  • the sine output is one phase.
  • a triangle voltage that is 90 ° out of phase is generated from the signal of the triangle output.
  • a suitable triangle-sine converter delivers the second phase.
  • the alternating voltages can also be generated digitally and with a DA converter can be converted into an analog signal.
  • this starting process is carried out automatically by operating the switch.
  • the corresponding electrical circuit becomes particularly simple if a voltage-controlled oscillator is used as the frequency-giving element.
  • the average drive speed of the frequency can be selected as a parameter, for example, on a variable resistor, via which a capacitor is charged.
  • the automatic start can be implemented in software by means of a feed program for the flow of the feed currents and thus the movement of the rotor. Sometimes reversing the stirring direction after a certain time or even a shaking of the stirring body is desired during stirring. This too
  • Embodiments are easy to implement.
  • the drive device 2 can additionally be combined with a heating or cooling device.
  • the wound annular core is installed in a heating cap 14, a version which is particularly suitable for distilling and carrying out chemical reactions in round-bottom flasks.
  • the demanding scope of the invention is not limited to the examples described here.
  • practically useful devices can also be built with phase shifts, curve shapes or arrangements of the coils on the annular core other than those described.
  • the coil segments in FIGS. 1 and 2 are symbolic representations and do not provide any information about the number of turns per coil segment.
  • the number of turns of the magnet coils result from the required magnetic flux and the current amplitude of the feed device.
  • the ring-shaped ferromagnetic core can be made of solid or, to reduce eddy currents, divided material.
  • the segmentation of the core can be used to produce the electromagnetic inexpensive Contribute drive device.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

Abstract

PCT No. PCT/CH85/00067 Sec. 371 Date Feb. 7, 1986 Sec. 102(e) Date Feb. 7, 1986 PCT Filed Apr. 30, 1985 PCT Pub. No. WO85/05046 PCT Pub. Date Nov. 21, 1985.A magnetic rotor (3) of suitable configuration is supported so that it is free to rotate in a vessel or tube, whereby the rotor is in direct contact with the stirred or pumped medium and is rotated by the rotary magnetic field of an electromagnetic drive system (2). The rotary magnetic field is generated by a number of coil segments (6,6',6'',6''') controlled by phase-shifted alternating currents (8,8'), whereby the coil segments are arranged on an annular core (4) of ferromagnetic material. With the appropriate arrangement and control of the coil segments, the rotor located near the ring axis turns very smoothly, since the presence of individual magnetic poles can be dispensed with. The annular design of the core also allows stirring to be performed in a vessel with a central outlet at the bottom. The electromagnetic drive device (1) together with its core and winding, which require only one cable lead connection to the power source arrangement (1), can be of compact, leakproof and chemically resistant design.

Description

GERAET ZUM RUEHREN ODER PUMPEN DEVICE FOR STIRRING OR PUMPING
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Rühren oder Pumpen, wobei ein in einem Gefäss oder Rohr frei drehbar und geeignet geformter magnetischer Rotor von einem drehenden Magnetfeld angetrieben wird.The present invention relates to a device for stirring or pumping, in which a magnetic rotor which is freely rotatable and suitably shaped in a vessel or tube is driven by a rotating magnetic field.
Durch Rühren werden Flüssigkeits- oder Gasteilchen in zirkulierende Bewegung versetzt, wodurch vor allem Konzentrations- und Temperaturunterschiede rascher ausgeglichen werden. Rühren beschleunigt den Lösevorgang von Feststoffen und Gasen, wie auch den Stofftransport bei Extraktionen und hat bei der Durchführung von chemischen Reaktionen eine sehr grosse Bedeutung: Durch ungenügendes Rühren kann die Produktezusammensetzung und die Ausbeute verschlechtert werden oder es können sich sogar Explosionen ereignen.By stirring, liquid or gas particles are set in circulating motion, which means that differences in concentration and temperature in particular are more quickly compensated for. Stirring accelerates the dissolving process of solids and gases, as well as the mass transfer in the case of extractions, and is very important when carrying out chemical reactions: Inadequate stirring can deteriorate the product composition and the yield, or even cause explosions.
Beim Pumpen erhält die Flüssigkeit oder das Gas vor allem eine gerichtete lineare Bewegung, was meist zum Transport des Mediums von einem Gefäss in ein anderes Gefäss ausgenützt wird. In einigen Fällen, so zum Beispiel beim Schlaufenreaktor in der chemischen Technik, werden Pumpen auch eingesetzt, um die beim Rühren erwähnten Effekte zu erreichen, in dem das Medium vom Ausgang der Pumpe wieder zum Eingang zurückgeführt wird.When pumping, the liquid or gas primarily receives a directional linear movement, which is usually used to transport the medium from one vessel to another. In some cases, such as the Loop reactor in chemical engineering, pumps are also used to achieve the effects mentioned during stirring, in which the medium is returned from the pump outlet to the inlet.
Schon lange ist deshalb ein universelles Gerät gesucht, welches das zu behandelnde Medium in universelle Bewegung versetzen kann, so, dass mittels geeignet geformter Rotoren verschiedene Funktionen ausgeführt werden können wie Rühren und Pumpen, bzw. weitere Funktionen wie z.B. Begasen des Mediums. Weiter ist es wichtig, diese Bewegung des Mediums in verschiedenen Gefässformen bzw. an beliebigen Stellen einer chemischen Apparatur einsetzen zu können, dass heisst also eine universelle Anwendbarkeit zu erreichen.For a long time, therefore, a universal device has been sought, which can set the medium to be treated in a universal movement, so that various functions such as stirring and pumping or other functions such as e.g. Fumigation of the medium. Furthermore, it is important to be able to use this movement of the medium in various vessel shapes or at any point in a chemical apparatus, that is, to achieve universal applicability.
Rühfer, bei denen ein permanentmagnetiεcher Rührkörper von einem drehenden Magnetfeld angetrieben wird, sind vor allen in chemischen Laboratorien, wo nur kleine Flüssigkeitsmengen gerührt werden müssen, weit verbreitet. Bei den bisher üblichen Rührern dieser Art wird das drehende Magnetfeld durch Rotation eines auf der Achse eines Elektromotors zentriert befestigten Permanentmagneten erzeugt.Agitators, in which a permanent magnetic stirrer body is driven by a rotating magnetic field, are particularly widespread in chemical laboratories where only small amounts of liquid have to be stirred. In the stirrers of this type which have been customary hitherto, the rotating magnetic field is fastened by rotating a centered on the axis of an electric motor Permanent magnets generated.
Bei diesen herkömmlichen Antriebsgeräten wirkt sich das Vorhandensein von mechanisch bewegten Teilen vor allem im Dauerbetrieb, wo nicht eine ständige Ueberwachung stattfinden kann, nachteilig auf die Betriebssicherheit aus. Diese Geräte sind im allgemeinen aus konstruktiven Gründen voluminös und schwer, was für den Einsatz bei empfindlichen und kompliziertem Glasapparaturen und für die Anwendung bei engen Platzverhältnissen, wie sie etwa in optischen Messgeräten vorkommen, nachteilig ist. Die Regelung der Drehzahl des antreibenden Motors ist aufwendig, wie auch die Konstruktion eines wasserdichten und korrosionsfesten Gerätes zum Einsatz in thermostatierten Bädern. Zudem ist die Anwendung der herkömmlichen Geräte zum Rühren in Gefässen mit einem zentralen unteren Auslass höchstens durch exzentrische Anordnung möglich, was die Rührkraft stark herabsetzt.With these conventional drive devices, the presence of mechanically moving parts, particularly in continuous operation, where continuous monitoring cannot take place, has a disadvantageous effect on operational safety. These devices are generally voluminous and heavy for design reasons, which is disadvantageous for use in sensitive and complicated glass apparatus and for use in tight spaces, such as occur in optical measuring devices. Controlling the speed of the driving motor is complex, as is the construction of a watertight and corrosion-resistant device for use in thermostatted baths. In addition, the use of conventional devices for stirring in vessels with a central lower outlet is at most possible through an eccentric arrangement, which greatly reduces the stirring force.
Es sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden (z.B. in Patentschrift CH 501 429), um einige dieser Nachteile dadurch zu eliminieren, dass das drehende Magnetfeld durch feststehende Elektromagnete erzeugt wird. Bei einigen dieser vorgeschlagenen Konstruktionen neigt aber der Rührkörper zu einem ungleichmässigen Lauf und zum Springen, selbst dann, wenn die Spulen nicht mit impulsför igem Wechselstrom, sondern mit sinusförmigen Wechselstrom gespiesen werden. Diese Erscheinungen setzen die maximal erreichbare Drehzahl und die Drehkraft herab, sie sind besonders bei wechselnden Lastverhältnissen, wie sie bei Ablauf von chemischen Reaktionen im Rührgut vorkommen können, für die Betriebssicherheit sehr nachteilig.Various proposals have become known (for example in patent specification CH 501 429) in order to eliminate some of these disadvantages in that the rotating magnetic field is generated by fixed electromagnets. In some of these proposed designs, however, the stirrer body tends to run unevenly and jump, even if the coils are fed with sinusoidal alternating current rather than with pulsed alternating current. These phenomena reduce the maximum achievable speed and torque, they are very disadvantageous for operational safety, especially under changing load conditions, such as can occur when chemical reactions occur in the agitated material.
Eine weitere bekanntgewordene Konstruktion (Patentschrift CH 671 360 A5) versucht den unruhigen Lauf dadurch zu verhindern, dass auf der gedachten Drehachse des Rührkörpers und in dessen Nähe eine feststehende Platte aus weichmagnetischem Material, wie z.B. Mu-Metall, angebracht wird. Bei diesem Vorschlag werden aber wünschbare Eigenschaften auf Kosten der Wirksamkeit erziehlt, da ja die ' weichmagnetische Platte den Permanentmagneten des Rührkörpers abschirmt. Zudem muss der Abstand zwischen der weichmagnetischen Platte und dem Rührkörper klein gehalten werden, um eine deutliche Wirkung zu erzielen und die Konstruktion eignet sich nicht zum Rühren in einem Gefäss mit einem zentralen unteren Auslass.Another construction which has become known (patent specification CH 671 360 A5) tries to prevent the restless running by attaching a fixed plate made of soft magnetic material, such as mu-metal, to the imaginary axis of rotation of the stirring body and in the vicinity thereof. In this proposal, but wünschbare qualities are achieved at the expense of effectiveness, since the 'soft magnetic plate shields the permanent magnet of the stirring body. In addition, the distance between the soft magnetic plate and the stirring body must be kept small in order to achieve a clear effect and the construction is suitable not for stirring in a vessel with a central lower outlet.
Die Wirksamkeit der bisherigen Konstruktionen leidet oft auch darunter, dass die Elektromagnete nahe beieinander angeordnete Schenkel, Kerne oder Polschuhe aufweisen und dadurch ein wesentlicher Teil der magnetischen Feldlinien nicht zum gewünschten Wirkungsraum gelangt.The effectiveness of previous designs often suffers from the fact that the electromagnets have legs, cores or pole pieces arranged close to one another, and as a result a substantial part of the magnetic field lines does not reach the desired effective range.
Die bisherigen Konstruktionen leiden also unter beschränkter Anwendbarkeit, unter schlechtem bzw. unregelmassigem Lauf oder unter hohem magnetischen Verlusten, sie erfordern oft einen voluminösen, aufwendigen und kostspieligen Aufbau.The previous designs therefore suffer from limited applicability, from poor or irregular running or from high magnetic losses, and often require a voluminous, complex and costly structure.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese bisherigen Nachteile zu überwinden und ein universelles Gerät zum Rühren und generellen Bewegen eines Mediums zu schaffen, welches universell anwendbar ist, kompakt und kostengünstig hergestellt werden kann und einen hohen magnetischen Wirkungsgrad aufweist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Gerät zum Rühren oder Pumpen eines Mediums mit einer Speiseeinrichtung, einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung und einem im Medium befindlichen, frei drehbarem magnetischen Rotor, der beim Drehen eine rührende oder pumpende Wirkung ausübt, vorgesehen ist, wobei die Speiseeinrichtung phasenverschobene Wechselströme liefert und damit die elektromagnetische Antriebsvorrichtung erregt, welche einen ringförmigen Kern aus ferromagnetischem Material aufweist, der mit mindestens zwei feststehenden Magnetspulensegmenten in der Art eines Ringkerns bewickelt ist, wodurch die elektromagnetische Antriebsvorrichtung ein Drehmagnetfeld erzeugt, welches den Rotor in Drehung versetzt.The object of the present invention is therefore to overcome these previous disadvantages and to provide a universal device for stirring and general movement of a medium which is universally applicable, can be produced compactly and inexpensively and has a high magnetic efficiency. This object is achieved according to the invention in that a device for stirring or pumping a medium is provided with a feed device, an electromagnetic drive device and a freely rotatable magnetic rotor located in the medium, which exerts a stirring or pumping effect when rotating, the feed device delivers phase-shifted alternating currents and thus excites the electromagnetic drive device, which has an annular core made of ferromagnetic material, which is wound with at least two fixed magnet coil segments in the manner of a ring core, whereby the electromagnetic drive device generates a rotating magnetic field which sets the rotor in rotation.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Dabei zeigen:In the following the invention is explained for example with reference to the drawing. Show:
Figuren 1 und 2 das Prinzip einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.Figures 1 and 2 the principle of a first and a second embodiment of the invention.
Figur 3 den Querschnitt eines gewickelten Kerns zusammen mit einem Gefäss mit unterem Auslass,FIG. 3 shows the cross section of a wound core together with a vessel with a lower outlet,
Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung, welches sich öffnen lässt, Figur 5 den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform als Pumpe, Figur 6 eine Variante der Lagerhalterung derFigure 4 shows a third embodiment of a electromagnetic drive device, which can be opened, Figure 5 shows the longitudinal section of a further embodiment as a pump, Figure 6 shows a variant of the bearing bracket
Ausführungsform von Figur 5.Embodiment of Figure 5.
Das Ausführungsbeispiel in Figur 1 zeigt eine Speiseeinrichtung 1, welche drei je 120° zueinander phasenverschobene Wechselströme 7, 7', 7" liefert und welche über eine Zuleitung 9 auf drei Magnetspulensegmente 5, 5 ',5" der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung geführt werden. Ein ringförmiger Kern 4 aus weichmagnetischem Material ist in der Art eines Ringkerns mit diesen Magnetspulensegmenten bewickelt. Durch Erregung der Spulensegmente mittels der phasenverschobenen Wechselströme entsteht in der Umgebung der Achse des ringförmigen Kerns ein drehendes Magnetfeld, welches einen frei drehbaren magnetischen Rotor 3, hier in Form eines permanentmagnetischen Rührkörpers, in Drehung versetzt. Weichmagnetische Ringkerne sind handelsübliche Produkte und werden, mit einer anderen Beschaltung der Wicklung oder der Wicklungen, in streufeidarmen Drosseln, Uebertragern und Transformatoren verwendet.The exemplary embodiment in FIG. 1 shows a feed device 1, which supplies three alternating currents 7, 7 ', 7 ", each phase-shifted by 120 ° to one another, and which are conducted via a feed line 9 to three magnet coil segments 5, 5', 5" of the electromagnetic drive device. A ring-shaped core 4 made of soft magnetic material is wound with these magnet coil segments in the manner of a ring core. By excitation of the coil segments by means of the phase-shifted alternating currents, a rotating magnetic field is created in the vicinity of the axis of the annular core, which rotates a freely rotatable magnetic rotor 3, here in the form of a permanent magnetic stirring body. Soft magnetic ring cores are commercially available products and are, with a different wiring of the winding or Windings, used in low stray chokes, transformers and transformers.
Figur 2 zeigt schematisch eine besonders einfache und wirkungsvolle Ausführungsform mit vier Magnetspulensegmenten 6,6' , 6",6" * , welche aber mit nur zwei um zirka 90° phasenverschobenen Wechselströmen 8,8' angesteuert werden. Der ringförmige Kern hat, wie auch bei der - ersten Ausführungsform von Figur 1, keine diskreten ferromagnetischen Pole. Die vier Wicklungen sind möglichst symmetrisch auf dem Kern 4 angeordnet und das Kernmaterial hat weichmagnetische Eigenschaften und möglichst feldstärkenunabhängige Permeabilität. Es ergibt sich dann bei Ansteuerung mit sinusförmigen, 90° phaεenverschobene Wechselströme ein sehr gleichmässiges Drehmagnetfeld. Da der sich in der Nähe der Achse des ringförmigen Kerns befindlichen Rührkörper bzw. Rotor 3 nicht an diskreten ferromagnetischen Polen hängenbleiben kann, wird er in gleichmässige Drehung versetzt. Diese Gleichmässigkeit der Drehung ist für eine gute Uebertragung der Rührkraft und für eine hohe maximale Drehzahl sehr wesentlich. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den bewickeltenFIG. 2 schematically shows a particularly simple and effective embodiment with four magnet coil segments 6, 6 ', 6 ", 6" *, which, however, are controlled with only two alternating currents 8, 8' which are phase-shifted by approximately 90 °. As in the first embodiment of FIG. 1, the ring-shaped core has no discrete ferromagnetic poles. The four windings are arranged as symmetrically as possible on the core 4 and the core material has soft magnetic properties and permeability that is as independent of the field strength as possible. When actuated with sinusoidal, 90 ° phase-shifted alternating currents, a very uniform rotating magnetic field is obtained. Since the stirring body or rotor 3 located in the vicinity of the axis of the ring-shaped core cannot get caught on discrete ferromagnetic poles, it is set in uniform rotation. This uniformity of rotation is very important for a good transmission of the stirring force and for a high maximum speed. Figure 3 shows a cross section through the wound
Kern dieser zweiten Ausführungsform. Der Rührkörper bzw.The core of this second embodiment. The stirring body or
Rotor 3 befindet sich mit der zu rührenden Flüssigkeit bzw. Medium 12 in einem Gefäss 11. Dieses Gefäss kann auch mit einem zentralen unteren Auslass 13 ausgerüstet sein, der z. B. mit einem Hahnen 15 verschlossen ist.The rotor 3 is located with the liquid or medium 12 to be stirred in a vessel 11. This vessel can also be equipped with a central lower outlet 13 which, for. B. is closed with a tap 15.
Solche Gefässe werden in chemischen Laboratorien vielfach gebraucht. Die Speiseeinrichtung 1, welche dieSuch vessels are widely used in chemical laboratories. The feed device 1, which the
Wechselströme liefert, ist mit einem mehradrigen Kabel als Zuleitung 9 mit der Bewicklung des Kerns verbunden.Supplies alternating currents, is connected to the winding of the core with a multi-core cable as feed line 9.
Die Wicklungen der Magnetspulensegmente 6,6" ,6", 6"' und der Kern 4 sind mit geeigneten Kunststoffmassen, wie z.B;The windings of the magnetic coil segments 6.6 ", 6", 6 "'and the core 4 are made with suitable plastic materials, such as;
Epoxyharz, imprägniert und beschichtet 10. Dadurch wird dieser Teil des Gerätes z.B. auch zur Anwendung in einemEpoxy resin, impregnated and coated 10. This makes this part of the device e.g. also for use in one
Wasserbad geeignet. Je nach Medium und Anwendung können verschiedenen geeignete Beschichtungen, Schutzschichten oder Umhüllungen angebracht werden zum Schütze gegenSuitable for a water bath. Depending on the medium and application, various suitable coatings, protective layers or coverings can be applied to protect against
Korrosion oder Funktionsbeeinträchtigung.Corrosion or impairment of function.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 2 aus zwei Teilen 19 und 19' besteht, welche sich um ein an einer Halterung 18 befindliches Gelenk 16 öffnen lassen. Durch die Möglichkeit des Oeffnens der Antriebsvorrichtung wird die Installation in vielen Fällen erleichtert. In Figur 4 ist der Ring in der zum Gebrauch geschlossenen Form gezeigt, die beiden Ringteile werden durch eine Schliessvorrichtung 17 zusammengehalten, welche beispielsweise aus zwei Haftmagneten oder aus einem Riegel bestehen kann. Der Kern und die Bewicklung sind auch hier korrosionsfest imprägniert und beschichtet und durch die Zuleitung 9 mit der Speiseeinrichtung 1 verbunden.FIG. 4 shows a further embodiment, the electromagnetic drive device 2 consisting of two parts 19 and 19 ′, which can be opened around a joint 16 located on a holder 18. Through the Possibility of opening the drive device will facilitate installation in many cases. In Figure 4, the ring is shown in the closed form for use, the two ring parts are held together by a locking device 17, which can consist, for example, of two holding magnets or a bolt. The core and the winding are also impregnated and coated in a corrosion-resistant manner and connected to the feed device 1 by the feed line 9.
Figur 5 zeigt den Längsschnitt einer weiteren, als Pumpe dienenden Ausführungsform der Erfindung. Hier umgibt der bewickelte und beschichtete Kern 4 ein Rohr 23, welches das Medium in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung führt. Ein speziell geformter magnetischer Rotor 3' im Innern des Rohres entfaltet dabei durch die Wirkung von Flügeln beim Drehen eine pumpende Wirkung. Zwei Lagerelemente 20 des Rotors werden dabei von den Lagerhalterungen 21 aufgenommen. Letztere sind durch elastische Einspannelemente 22 im Innern des Rohres fixiert. Die Erfindung kann auch zur Erhöhung der Stoffaustauschgeschwindigkeit beim Begasen von Flüssigkeiten oder beim Extrahieren nutzbringend angewendet werden. Dabei wird der magnetische Rotor 3', als geeigneter Begasungs- oder Extraktionskörper ausgebildet, vorzugsweise mit senkrechter Achse, durch ein erfindungsmässig erzeugtes Drehmagnetfeld angetrieben. Der Rotor kann dabei beispielsweise durch ein oder zwei der in den Figuren 5 oder 6 gezeigten Lagerhalterungen 21 gestützt werden.FIG. 5 shows the longitudinal section of a further embodiment of the invention serving as a pump. Here the wound and coated core 4 surrounds a tube 23 which guides the medium in the direction indicated by the arrow A. A specially shaped magnetic rotor 3 'in the interior of the tube has a pumping effect due to the action of vanes when rotating. Two bearing elements 20 of the rotor are received by the bearing brackets 21. The latter are fixed in the interior of the tube by elastic clamping elements 22. The invention can also be used to increase the rate of mass transfer when gassing liquids or extracting. The magnetic rotor 3 ', designed as a suitable gassing or extraction body, preferably with a vertical axis, is driven by a rotating magnetic field generated according to the invention. The rotor can be supported, for example, by one or two of the bearing brackets 21 shown in FIGS. 5 or 6.
Die zwei um 90° phasenverschobene Wechselspannung der Speiseeinrichtung zur Ansteuerung eines ringförmigen Kerns mit vier Wicklungen können beispielsweise mit einem handelsüblichen integrierten Funktionsgenerator, zusammen mit anderen elektronischen Bauelementen, synthetisiert werden. Der Sinus-Ausgang ist die eine Phase. Mit vier Analog-Rechenschaltungen und einem vierfach Analog-Multiplexer wird aus dem Signal des Dreieck-Ausgangs eine 90° phaεenverschobene Dreieckspannung erzeugt. Ein geeigneter Dreieck-Sinus-Wandler liefert daraus die zweite Phase. Die Wechεelεpannungen können auch digital erzeugt und mit einem DA-Wandler in ein analog Signal umgewandelt werden.The two alternating voltages of the supply device, which are phase-shifted by 90 °, for controlling an annular core with four windings can be synthesized, for example, together with other electronic components using a commercially available integrated function generator. The sine output is one phase. With four analog arithmetic circuits and a quadruple analog multiplexer, a triangle voltage that is 90 ° out of phase is generated from the signal of the triangle output. A suitable triangle-sine converter delivers the second phase. The alternating voltages can also be generated digitally and with a DA converter can be converted into an analog signal.
Oft ist es nötig, beim Starten die Drehzahl an der Speiseeinrichtung langsam auf den gewünschten Wert zu steigern, damit der Rotor nicht aus dem Takt fällt. Bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird dieser Startvorgang durch Schalterbetätigung automatisch ausgeführt. Die entsprechende elektrische Schaltung wird besonders einfach, wenn ein spannungεgeε euerter Oεzillator als frequenzgebendes Elemente verwendet wird. Die mittlere Antriebεgeεchwindigkeit der Frequenz kann als Parameter beispielεweiεe an einem variablen Widerεtand, über den ein Kondensator aufgeladen wird, gewählt werden. Bei digitaler Erzeugung der Wechselspannung lässt sich die Startautomatik softwaremässig verwirklichen durch ein Speiεeprogramm für den Ablauf der Speiεeströme und damit der Bewegung des Rotors. Manchmal wird beim Rühren die Umkehr der Rührrichtung nach einer gewissen Zeit oder auch nur ein Rütteln des Rührkörpers gewünscht. Auch dieseIt is often necessary to slowly increase the speed at the feed device to the desired value when starting so that the rotor does not fall out of cycle. In a fifth embodiment of the invention, this starting process is carried out automatically by operating the switch. The corresponding electrical circuit becomes particularly simple if a voltage-controlled oscillator is used as the frequency-giving element. The average drive speed of the frequency can be selected as a parameter, for example, on a variable resistor, via which a capacitor is charged. When the AC voltage is generated digitally, the automatic start can be implemented in software by means of a feed program for the flow of the feed currents and thus the movement of the rotor. Sometimes reversing the stirring direction after a certain time or even a shaking of the stirring body is desired during stirring. This too
Ausführungsformen lassen sich unschwer verwirklichen. Als weitere vorteilhafte Ausführungsform kann die Antriebsvorrichtung 2 zusätzlich mit einer Heiz- oder Kühleinrichtung kombiniert werden. In Figur 3 ist der bewickelte ringförmige Kern in eine Heizkalotte 14 eingebaut, eine vor allem zum Destillieren und Durchführen von chemischen Reaktionen in Rundkolben geeignete Version.Embodiments are easy to implement. As a further advantageous embodiment, the drive device 2 can additionally be combined with a heating or cooling device. In FIG. 3, the wound annular core is installed in a heating cap 14, a version which is particularly suitable for distilling and carrying out chemical reactions in round-bottom flasks.
Der anspruchsrnäsεige Umfang der Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Beispiele begrenzt. So können beispielsweise praktisch nützliche Geräte auch mit anderen als den beschriebenen Phasenverschiebungen, Kurvenformen oder Anordnungen der Spulen auf dem ringförmigen Kern gebaut werden. Die Spulensegmente in den Figuren 1 und 2 sind symbolische Darstellungen und machen keine Angaben über die Anzahl der Windungen pro Spulensegment. Die Windungszahlen der Magnetspulen ergeben sich aus der benötigten magnetischen Durchflutung und der Stromstärkeamplitude der Speiseeinrichtung. Der ringförmige ferromagnetische Kern kann aus massivem oder, zur Verminderung von Wirbelströmen, unterteiltem Material gefertigt sein. Die Segmentierung des Kerns kann zur kostengünstigen Herstellung der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung beitragen.The demanding scope of the invention is not limited to the examples described here. For example, practically useful devices can also be built with phase shifts, curve shapes or arrangements of the coils on the annular core other than those described. The coil segments in FIGS. 1 and 2 are symbolic representations and do not provide any information about the number of turns per coil segment. The number of turns of the magnet coils result from the required magnetic flux and the current amplitude of the feed device. The ring-shaped ferromagnetic core can be made of solid or, to reduce eddy currents, divided material. The segmentation of the core can be used to produce the electromagnetic inexpensive Contribute drive device.
Es gab schon früher einen Vorschlag (Patentschrift CH 612 855 A5) für eine Anordnung von feststehenden Magnetspulen, welche es gestatten würde, z.B. in einem Gefäεs mit einem zentralen unteren Auslasε zu rühren. Dabei wurden einzelne Spulen mit ihren Kernen im Inneren eineε Ringes radial angeordnet. Der Ring diente bei diesem Vorschlag nur alε magneticheε Joch und nicht als Spulenkern. Die wesentliche Verbeεεerung durch die vorliegende . Erfindung iεt die Verwendung eineε ringförmigen Kerns, womit auf diskrete ferromagnetische Pole verzichtet werden kann. Obεchon diskrete ferromagnetische Pole im allgemeinen εchädlich und daher nicht wünschenswert sind, schlieεεt die vorliegende Erfindung die zuεätzliche Anwendung εolcher Pole in einem εpeziellen Bedarεfall nicht aus.There has previously been a proposal (patent specification CH 612 855 A5) for an arrangement of fixed magnetic coils which would allow it, e.g. to stir in a vessel with a central lower outlet. Individual coils with their cores were arranged radially inside a ring. In this proposal, the ring only served as a magnetic yoke and not as a coil core. The essential improvement by the present. The invention is the use of a ring-shaped core, with which discrete ferromagnetic poles can be dispensed with. Although discrete ferromagnetic poles are generally harmful and are therefore not desirable, the present invention does not preclude the additional use of such poles in a special case.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, alε auch in geeigneten Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Auεführungsformen wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the above description, in the drawings and in the claims can be essential both individually and also in suitable combinations for realizing the invention in its various embodiments.

Claims

PATENTANSPRUECHE PATENT CLAIMS
1. Gerät zum Rühren oder Pumpen eineε Mediumε mit einer Speiεeeinrichtung (1), einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (2) und einem ganz oder teilweise im Medium befindlichen, frei drehbaren magnetischen Rotor (3), der beim Drehen einer rührende oder pumpende Wirkung ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseeinrichtung (1) phasenverschobene Wechselströme liefert und damit die elektromagnetische Antriebsvorrichtung (2) erregt, welche einen ringförmigen Kern (4) aus ferromagnetischem Material aufweist, der mit mindestens zwei feststehenden Magnetspulensegmenten (5, 5',5") in der Art eines Ringkerns bewickelt ist, wodurch die elektromagneti_che Antriebsvorrichtung ein Drehmagnetfeld erzeugt, welcheε den Rotor (3) in Drehung versetzt.1. Apparatus for stirring or pumping a medium with a feed device (1), an electromagnetic drive device (2) and a completely or partly in the medium, freely rotatable magnetic rotor (3), which exerts a stirring or pumping effect when rotating characterized in that the feed device (1) supplies phase-shifted alternating currents and thus excites the electromagnetic drive device (2), which has an annular core (4) made of ferromagnetic material, which with at least two fixed magnet coil segments (5, 5 ', 5 ") in the Kind of a toroidal core is wound, whereby the electromagnetic drive device generates a rotating magnetic field which sets the rotor (3) in rotation.
2. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (4) keine diskrete ferromagnetischen Pole aufweist. 2. Device for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the annular core (4) has no discrete ferromagnetic poles.
3. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseeinrichtung (1) mindestens zwei phasenverschobene Wechselεtröme liefert.3. Device for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the feed device (1) delivers at least two phase-shifted alternating currents.
4. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Antriebsvorrichtung (2) vier Spulensegmente (6,6* , 6" , " ' ) in im wesentlichen symmetrischer Anordnung aufweist, welche paarweise zusammengeschaltet sind und dasε εie von zwei phasenverschobenen Wechselströme (8,8') angesteuert werden.4. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive device (2) has four coil segments (6,6 *, 6 "," ') in an essentially symmetrical arrangement, which are interconnected in pairs and dasε εie von two phase-shifted alternating currents (8,8 ') can be controlled.
5. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Antriebsvorrichtung (2) aus mindestens zwei bezüglich einander trenn- oder schwenkbar miteinander verbundenen Teilen (19 und 19') besteht, wobei jeder Teil nur ganze Magnetspulenεegmente enthält.5. A device for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive device (2) consists of at least two parts (19 and 19 ') which are connected to one another so as to be separable or pivotable, each part containing only entire magnetic coil segments.
6. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Antriebsvorrichtung (2) durch eine Beschichtung oder Umhüllung geschützt ist und dass die elektromagnetische Antriebsvorrichtung (2) auch im Medium selber eingesetzt werden kann.6. Device for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic Drive device (2) is protected by a coating or casing and that the electromagnetic drive device (2) can also be used in the medium itself.
7. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasε die Speiεeeinrichtung (1) eine programmierte Speisefolge abgibt, welche Veränderungen der Frequenz, der Amplitude oder des Drehsinns ermöglicht wobei die Parameter des Programms wählbar sind.7. A device for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the feed device (1) emits a programmed feed sequence which enables changes in frequency, amplitude or direction of rotation, the parameters of the program being selectable.
8. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasε auf mindeεtens einer Seite des Rotors (3') ein Lager (20,21) angbracht ist, welches von elastischen Elementen (22) im Innern eines Gefässeε oder Rohres (23) fixiert iεt.8. A device for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that a bearing (20, 21) is attached to at least one side of the rotor (3 '), which is provided by elastic elements (22) inside a vessel or pipe (23 ) is fixed.
9. Gerät zum Rühren oder Pumpen nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Antriebsvorrichtung (2) zusätzlich mit einer Heiz¬ oder Kühleinrichtung (14) versehen ist. 9. Device for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive device (2) is additionally provided with a heating or cooling device (14).
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