EP0626194B1 - Mixer with vibratory drive - Google Patents
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
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- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Mischer mit einem Schwingantrieb
für einen beweglich gelagerten Objektträger
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solcher Mischer ist
z.B. in der Schrift WO-A-91 16 127 offenbart.The invention relates to a mixer with a vibratory drive
for a movably mounted slide
according to the preamble of
Mischer sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Mischer mit einem Rührwerk haben den Nachteil, daß sie mechanisch auf die Mikrostruktur des zu rührenden Mediums einwirken und dadurch Zerstörungen, z. B. von biologischen Systeme hervorrufen können. Zu Mischern der eingangs beschriebenen Gattung, die mit Schwingantrieben arbeiten, gehören auch Schüttelbehälter, die in einer bzw., wie in WO-A-91 16 127, in zwei Richtung in eine schwingende Bewegung gesetzt werden, oder rotierende Behälter. Diese Mischer arbeiten bei Frequenzen bis zu ca. 20 Hz. Daneben gibt es Ultraschallmischer, die bei Frequenzen oberhalb von 20 Khz arbeiten.Mixers are known in various designs. mixer with an agitator have the disadvantage that they are mechanical on the microstructure of the medium to be stirred act and thereby destruction, z. B. of biological Systems can cause. To mixers of those described at the beginning Genus that work with vibratory drives also include shaker containers that are in one or, as in WO-A-91 16 127, in two Direction in a swinging movement can be set, or rotating Container. These mixers operate at frequencies up to approx. 20 Hz. There are also ultrasonic mixers, that work at frequencies above 20 kHz.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mischer der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der dreidimensionale Schwingbewegungen bei Frequenzen bis zu 20 Khz ausführen kann.The object of the invention is a mixer of the beginning Specify described genus, the three-dimensional Carry out oscillating movements at frequencies up to 20 kHz can.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost.
Ein derartiger Mischer eignet
sich insbesondere zum Einsatz in verschiedenen Labors für
die verschiedensten Mischzwecke. Da die nach dem Prinzip
eines Gleichstrom-Linearmotors ausgebildeten Schwingantriebe
jeweils nur in einer räumlichen Richtung arbeiten
und nach Frequenz und Amplitude angesteuert werden können,
lassen sich die Betriebsparameter des Mischers ohne
Schwierigkeiten den jeweiligen Erfordernissen anpassen.This object is achieved by the features of
Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der die Y-Federn und die X-Federn als Blattfedern ausgebildet sind. Insbesondere können der Y-Rahmen und der X-Rahmen einen rechteckigen bis quadratischen Grundriß aufweisen, wobei ihre zugeordneten Blattfedern jeweils an einander gegenüberliegende Seiten der Rahmen angeschlossen sind. Abgesehen von Federverlusten ist damit eine praktische reibungsfreie Lagerung bzw. Abstützung möglich. Es versteht sich, daß die Federn so ausgelegt seien sollten, daß sie die durch den permanentmagnetischen Fluß des betreffenden Schwingantriebes hervorgerufene Anziehungskraft aufnehmen können, ohne daß dadurch die gewünschte richtungsabhängige Federauslenkung beeinträchtigt wird. An embodiment is preferred in which the Y springs and the X-springs are designed as leaf springs. Especially the Y frame and the X frame can be rectangular to have a square floor plan, with their assigned Leaf springs each on opposite sides Sides of the frame are connected. Except for spring losses is a practical, frictionless storage or support possible. It is understood that the springs should be designed in such a way that the permanent magnetic Flow of the vibratory drive in question attraction can take up without thereby the desired direction-dependent spring deflection is affected.
Beim erfindungsgemäßen Mischer, bei dem der X-Rahmen auf zumindest einer in Z-Richtung auslenkbaren Z-Feder abgestützt ist, die an einen in Z-Richtung beweglichen Z-Rahmen angeschlossen ist, wobei am Z-Rahmen zumindest ein Schwingantrieb angreift ist zur Stabilisierung des Objektträgers der Objektträger über Scharniere mit sich in X-Richtung erstreckende Scharnierachse an eine in Z-Richtung auslenkbare, mit dem Y-Rahmen verbundene Federplatte angeschlossen, wobei an diese Scharniere auch der Z-Rahmen über in Y-Richtung auslenkbare Federbleche angeschlossen ist.In the mixer according to the invention, in which the X frame is at least a Z spring deflectable in the Z direction is supported, connected to a Z-frame that can move in the Z-direction is, at least one oscillating drive on the Z-frame attacks to stabilize the slide the slide over hinges with hinge axis extending in the X direction to a Spring plate deflectable in the Z direction and connected to the Y frame connected, being attached to these hinges the Z frame also has spring plates that can be deflected in the Y direction connected.
Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung kann zumindest eine Einrichtung zur Veränderung der Federkonstanten vorgesehen werden. Dabei kann es sich um eine Einrichtung zur zweidimensionalen Veränderung der Federkonstante aus einem einseitig eingespannten Federstab und einer längs des Federstabs verstellbaren Masse handeln, oder um eine Einrichtung zur eindimensionalen Veränderung der Federkonstante aus einem einseitig eingespannten Federstab oder aus einer einseitig eingespannten Blattfeder, der bzw. die in einer parallel dazu verstellbaren Gabel geführt ist, wobei die Gabel in einem neben dem Federstab bzw. der Blattfeder angeordneten Gehäuse geführt und mit einem Stelltrieb, insbesondere Spindeltrieb, verstellbar ist. Die genaue Einstellbarkeit des Resonanzpunktes über die Veränderung der Federkonstanten gestattet es, bei unterschiedlich bewegten Massen des auf dem Objektträgers angeordneten Mediums innerhalb eines bestimmten Bereiches immer mit optimalen Wirkungsgrad zu arbeiten.According to a preferred embodiment of the invention, at least a device for changing the spring constant is provided will. This can be a facility for two-dimensional change of the spring constant from one spring bar clamped on one side and one along the spring bar adjustable mass, or a device for one-dimensional change of the spring constant from a spring bar clamped on one side or from a leaf spring clamped on one side, the or is guided in a fork that can be adjusted parallel to it, the fork in a next to the spring bar or the Leaf spring arranged housing and with a Actuator, especially spindle drive, is adjustable. The exact adjustability of the resonance point over the Changing the spring constant allows it to be different moving masses of the arranged on the slide Medium within a certain range always to work with optimal efficiency.
Im einzelnen kann eine Einrichtung zur eindimensionalen Veränderung der Federkonstante zumindest an einer X-Feder des X-Rahmens angreifen. Bei anderen Ausführungen kann zwischen dem X-Rahmen bzw. dem Y-Rahmen und einer Grundplatte eine Einrichtung zur Veränderung der Federkonstante angeordnet sein, wobei der Federstab an der Grundplatte oder einem damit verbundenen Bauteil eingespannt und in einem Gelenklager des Y-Rahmens geführt ist.In particular, a device for one-dimensional Change the spring constant at least on an X spring of the X frame. With other versions can between the X frame or the Y frame and a base plate a device for changing the spring constant be arranged, the spring rod on the base plate or a connected component and clamped in a hinge bearing of the Y-frame is guided.
Eine Verstellung des Resonanzpunktes in Z-Richtung ist möglich, wenn zwischen dem Z-Rahmen und einer Grundplatte eine Einrichtung zur Veränderung der Federkonstante angeordnet ist, wobei der sich horizontal erstreckende Federstab an der Grundplatte oder einem damit verbundenen Bauteil eingespannt und in einem Gelenklager des Z-Rahmens geführt ist.There is an adjustment of the resonance point in the Z direction possible if between the Z-frame and a base plate arranged a device for changing the spring constant is, the horizontally extending spring rod on the base plate or a component connected to it clamped and in a spherical bearing of the Z-frame is led.
Die Schwingantriebe sollten unabhängig voneinander nach Frequenz, Amplitude und Phase steuer- und/oder regelbar sein. Durch Nachregeln können die richtungsabhängigen Schwingantriebe so eingestellt werden, daß sie immer mit optimalen Wirkungsgrad arbeiten.The vibratory drives should follow independently of each other Frequency, amplitude and phase can be controlled and / or regulated be. By adjusting the directional Vibratory drives can be set so that they are always with work at optimum efficiency.
Wenn ferner eine Einrichtung zum Erfassen der Betriebsparameter der einzelnen Schwingantriebe in Abhängigkeit von der Zeit vorgesehen wird, kann der Mischer auch für weitere Zwecke eingesetzt werden, z. B. zur Viskositätsbestimmung der zu behandelnden Medien. Zu dieser Einrichtung können in die Wicklungen der Schwingantriebe integrierte Meßschleifen oder dergl. und nachgeschaltete Regel- und Steuervorrichtungen gehören. Man kann auch die sich während des Mischens ändernde Viskosität eines Mediums über die Veränderung des Trägheitsmomentes und die sich damit einstellende Verschiebung des Resonanzpunktes erfassen. Der nachzustellende Betrag zumindest eines Betriebsparameters des oder der Schwingantriebe bis zum Auffinden des neuen Resonanzpunktes ist dann ein Maß für die Viskositätsänderung.If further a means for detecting the operating parameters of the individual vibratory drives depending on the time is provided, the mixer can also be used for others Purposes are used, e.g. B. for viscosity determination the media to be treated. About this facility can be integrated in the windings of the vibratory drives Measuring loops or the like. And downstream control and Control devices include. You can also see the while of mixing changing viscosity of a medium about the change in the moment of inertia and the itself thus detecting the shifting of the resonance point. The amount to be adjusted at least one operating parameter the or the vibratory drives until they can be found the new resonance point is then a measure of the change in viscosity.
Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:
- Fig. 1
- zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung für dreidimensionale Schwingbewegungen schematisch und teilweise sowie in perspektivischer Darstellung einen nicht erfindungsgemäßen Mischer für zweidimensionale Schwingbewegungen,
- Fig. 2
- schematisch und teilweise einen Schnitt durch einen Mischer für dreidimensionale Schwingbewegungen,
- Fig. 3
- einen Schnitt in Richtung III-III durch den Gegenstand nach Fig. 2,
- Fig. 4
- schematisch die Seitenansicht einer Einrichtung zur eindimensionalen Veränderung der Federkonstante eines Federstabes oder einer Blattfeder,
- Fig. 5
- den Gegenstand nach Fig. 4 in anderer Projektion.
- Fig. 1
- for a better understanding of the device according to the invention for three-dimensional oscillating movements schematically and partially and in perspective, a mixer for two-dimensional oscillating movements not according to the invention,
- Fig. 2
- schematically and partially a section through a mixer for three-dimensional swinging movements,
- Fig. 3
- 3 shows a section in the direction III-III through the object according to FIG. 2,
- Fig. 4
- schematically the side view of a device for one-dimensional change in the spring constant of a spring bar or a leaf spring,
- Fig. 5
- 4 in a different projection.
Zu dem in Fig. 1 wiedergegebenen
nicht erfindungsgemäße
Mischer gehört eine feste
Grundplatte 1, die mit gegenseitigem Abstand zwei zueinander
parallele Befestigungswinkel 2 trägt. An den Befestigungswinkeln
2 sind jeweils sich vertikal nach unten
erstreckende, in X-Richtung auslenkbare und als Blattfedern
ausgebildete X-Federn 3 angebracht, deren untere Enden
an die gegenüberliegenden Seiten eines X-Rahmens aus
einer X-Rahmenplatte 4 mit seitlichen Randversteifungen 5
angeschlossen sind.To that shown in Fig. 1
not according to the invention
Mixer belongs to a fixed one
An die Randversteifungen 5 sind sich vertikal nach oben
erstreckende, in Y-Richtung auslenkbare, als Blattfedern
ausgebildete Y-Federn 6 angeschlossen, deren obere Enden
mit einander gegenüberliegenden Seiten eines rechteckigen
Y-Rahmens aus einer Y-Rahmenplatte 7 mit seitlichen Randversteifungen
5 verbunden sind.At the
Auf der Y-Rahmenplatte 7 ist ein bei dieser Ausführung
nicht dargestellter Objektträger für das zu untersuchende
Medium angeordnet. An der X-Rahmenplatte 4 und an der
Y-Rahmenplatte 7 greifen nicht dargestellte Schwingantriebe
an, die aus Permanentmagneten und diesen gegenüberliegend
angeordneten Antriebswicklungen bestehen. Insoweit
wird auf die in den Figuren 2 und 3 wiedergegebene Ausführung
verwiesen. Mit Hilfe der am X-Rahmen angreifenden
Schwingantriebe wird dieser X-Rahmen zusammen mit den an
ihm angeschlossenen Bauteilen, also auch dem Y-Rahmen und
dem Objektträger in X-Richtung in Schwingung versetzt. Zusätzlich
wird der Y-Rahmen und auch der Objektträger mit
Hilfe des zugeordneten Schwingantriebs in Y-Richtung in
Schwingbewegungen versetzt.On the Y-frame plate 7 is one in this version
Slide, not shown, for the object to be examined
Medium arranged. On the
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist mit gestrichelten Linien
eine Einrichtung zur zweidimensionalen Veränderung
der Federkonstanten der X-Federn 3 und der Y-Federn 6 wiedergegeben.
Diese Einrichtung besteht aus einem Federstab
8, dessen unteres Ende in einem an der Grundplatte 1
befestigten Flansch 9 angeordnet und dadurch an der
X-Rahmenplatte 4 eingespannt ist, und dessen oberes Ende
in einem Gelenklager 10 der Y-Rahmenplatte 7 geführt
ist. Das untere Ende des Federstabes 8 ist von einer Gewindebuchse
11 umgeben, die eine darauf verstellbare Mutter
12 trägt. Die Mutter 12 weist eine Führung 13 mit geringem
Spiel für den Federstab 8 auf.1 is with dashed lines
a device for two-dimensional change
the spring constants of the
Während des Betriebes addiert sich die Federkonstante des
Federstabes 8 zu den Federkonstanten der X-Federn 3 bzw.
der Y-Federn 4. Die gesamten Federkonstanten für X-Richtung
bzw. Y-Richtung können zur Einstellung eines Resonanzpunktes
durch Verstellen der Mutter 12 verändert werden.During operation, the spring constant of the
Der in den Figuren 2 und 3 wiedergegebene
erfindungsgemäße
Mischer ist für
dreidimensionale Schwingbewegungen ausgelegt. Die X-Rahmenplatte
4 des X-Rahmens ist unterseitig über eine Abstandsleiste
14 mittig an eine als Blattfeder ausgebildete
2-Feder 15 angeschlossen, deren Enden über sich vertikal
nach oben erstreckende und in Y-Richtung auslenkbare Federbleche
16 in Gelenken 17 mit sich in X-Richtung erstreckender
Gelenkachse schwenkbar gelagert sind. Die Gelenke
17 sind unterseitig an einem Objektträger 18 angebracht
und tragen auch eine in Z-Richtung auslenkbare Federplatte
19, die mittig über eine sich in X-Richtung erstreckende
Abstandsleiste 20 mit der Oberseite der Y-Rahmenplatte
7 verbunden ist.The one shown in Figures 2 and 3
according to the invention
Mixer is for
three-dimensional vibratory movements. The
Zu den Schwingantrieben für die verschiedenen Richtungen
gehört jeweils eine Permanentmagnetanordnung 21, die über
einen hochpermeablen Rückschluß 22 an der Oberseite der
X-Rahmenplatte 4 bzw. an der Unterseite der Y-Rahmenplatte
7 sowie an der Außenseite von den Enden der Z-Feder 15 mit
einem Z-Rahmen 23 verbindenden Stegen 24 angeordnet sind.To the swing drives for the different directions
belongs in each case to a
Zu den Schwingantrieben gehören außerdem Antriebswicklungen
25, die jeweils über einen elektrisch nicht leitenden,
hochpermeablen Rückfluß 26 mit zugeordneten Statorträgern
27 verbunden sind, wobei diese Statorträger 27
fest mit einem Gehäuse 28 verbunden sind.The vibratory drives also include
Bei der in den Figuren 4 und 5 wiedergegebenen Ausführung
ist eine Einrichtung zur Veränderung der Federkonstante in
Y-Richtung vorgesehen. Zu der Einrichtung gehört ein mit
der X-Rahmenplatte 4 verbundenes Gehäuse 28, welches am unteren
Ende einen seitlichen Flansch 29 aufweist, in den
der Federstab 8 eingespannt ist, dessen oberes Ende im Gelenklager
10 der Y-Rahmenplatte 7 geführt ist. Im Gehäuse
28 ist eine Spindel 30 gelagert, die mit einem Drehknopf
31 verdreht werden kann. Auf der Spindel 30 ist eine Spindelmutter
32 geführt, die eine sich durch eine Gehäuseöffnung
33 erstreckende Gabel 34 aufweist, in deren Gabelschlitz
35 der Federstab 8 geführt ist. Wie bereits im Zusammenhang
mit der Ausführung nach Fig. 1 erläutert, addiert
sich die Federkonstante des Federstabs 8 zur Federkonstante
der Y-Federn 6 und die gesamte Federkonstante
kann durch Verstellen der Gabel 34 verändert werden.In the embodiment shown in Figures 4 and 5
is a device for changing the spring constant in
Y direction provided. The facility includes a with
the
Bei der in den Figuren 2 und 3 wiedergegebenen Ausführung
kann auch die Federkonstante in Z-Richtung verändert werden.
Dazu ist die in bezug auf die Figuren 4 und 5 beschriebene
Einrichtung horizontal ausgerichtet, wobei das
Gehäuse 28 auf dem zugeordneten Statorträger 27 für den
Z-Antrieb angeordnet ist, während das freie Ende des Federstabes
8 in einem Gelenklager 10 des Steges 24 geführt
ist.In the embodiment shown in Figures 2 and 3
the spring constant can also be changed in the Z direction.
For this is the one described with reference to FIGS. 4 and 5
Facing horizontally, the
Nicht dargestellt ist, daß die Schwingantriebe unabhängig voneinander nach Frequenz, Amplitude und Phase steuer- und/oder regelbar sind. Ferner ist nicht dargestellt, daß eine Einrichtung zum Erfassen der Betriebsparameter der einzelnen Schwingantriebe in Abhängigkeit von der Zeit vorgesehen werden kann.It is not shown that the vibratory drives are independent from each other according to frequency, amplitude and phase control and / or are adjustable. Furthermore, it is not shown that a device for detecting the operating parameters of the individual vibratory drives depending on the time can be provided.
Der dargestellte Mischer ermöglicht eine berührungslose, gezielte, regelbare und zeitlich beeinflußte Energieeingabe in flüssige, viskose, pastenförmige oder auch granulare Medien und kann zum Dispergierren, Mischen, Entmischen, Sedimentieren und Stofftrennen eingesetzt werden.The mixer shown enables a non-contact, targeted, controllable and temporally influenced energy input in liquid, viscous, pasty or granular Media and can be used for dispersing, mixing, demixing, Sedimentation and material separations are used.
Claims (10)
- Mixer, having an oscillatory drive for a displaceably mounted object support (18), which is mounted on a "Y" frame (7, 5), which is horizontally displaceable in the Y direction, which Y frame (7, 5) is supported on an "X" frame (4, 5), which is horizontally displaceable in the X direction, by at least one Y spring (6), which is deflectable in the Y direction, which X frame (4, 5) is suspended from at least one X spring (3), which is deflectable in the X direction and is supported on a base plate (1), characterised in that the object support (18) communicates with a resilient plate (19), which is deflectable in the "Z" direction and is connected to the Y frame (7), via hinges (17) with hinge axes extending in the X direction, in that the hinges (17) are additionally connected to at least one Z spring (15), which is deflectable in the Z direction, via resilient sheets (16) which are deflectable in the Y direction, in that the Z spring (15) is connected to the X frame (4) and additionally communicates with a Z frame (23), which is displaceable in the Z direction, and in that oscillatory drives co-operate with the Y frame (7), with the X frame (4) and with the Z frame (23), which drives comprise permanent magnets (21) and drive windings (25), which are disposed opposite said magnets.
- Mixer according to claim (1) [1?], characterised in that the Y springs (6) and the X springs (3) are configured as leaf springs.
- Mixer according to claim 2, characterised in that the Y frame (7, 5) and the X frame (4, 5) have a rectangular to square configuration, and in that their associated leaf springs each communicate with sides of the frames lying opposite one another.
- Mixer according to one of claims 1 to 3, characterised by at least one means for two-dimensionally changing the resilience constant formed from a unilaterally clamped-in resilient rod (8) and a mass (12), which is displaceable longitudinally of the resilient rod (8).
- Mixer according to one of claims 1 to 3, characterised by at least one means for one-dimensionally changing the resilience constant formed from a unilaterally clamped-in resilient rod (8) or from a unilaterally clamped-in leaf spring, which rod or spring is guided in a fork (34), which is displaceable parallel to the resilient rod (8), or respectively relative to the leaf spring, the fork (34) being guided in a housing (28), which is disposed adjacent the resilient rod (8), or respectively adjacent the leaf spring, and being displaceable with a setting drive, more especially spindle drive (30, 32).
- Mixer according to claim 5, characterised in that the means for one-dimensionally changing the resilience constant co-operates with at least one X spring (3) of the X frame (4, 5).
- Mixer according to one of claims 4 or 5, characterised in that a means for changing the resilience constant is disposed between the X frame (4, 5), or respectively between the Y frame (7, 5), and the base plate (1), the resilient rod (8) being guided in a pivotal bearing (10) of the Y frame (7, 5).
- Mixer according to one of claims 4 or 5, characterised in that a means for changing the resilience constant is disposed between the Z frame (23) and the base plate (1), the horizontally extending resilient rod (8) being clamped in position on the base plate (1) or on a component part connected thereto and being guided in a pivotal bearing (10) of the Z frame (23).
- Mixer according to one of claims 1 to 8, characterised in that the oscillatory drives can be controlled and/or regulated independently on one another in respect of frequency, amplitude and phase.
- Mixer according to one of claims 1 to 9, characterised in that a means is provided for detecting the operational parameters of the individual oscillatory drives in dependence on the time.
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