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Durch ein bewegtes äußeres Magnetfeld betriebene Rühreinrichtung für
insbesondere geschlossene, unter Druck stehende Gefäße Die Erfindung betrifft eine
durch ein bewegtes äußeres Magnetfeld betriebene Rühreinrichtung für insbesondere
geschlossene, unter Druck stehende Ge-Eåße' bei welcher das konstant bleibende,
auf den Anker einwirkende Feld des Magnetkörpers außerhalb und der die Rührwirkung
hervorbringende Anker innerhalb eines von unmagnetischen Wandungen aus z. B. Glas,
Keramik oder austenitischem Chromnickelstahl umschlossenen Gefäßteils angeordnet
ist, und beschäftigt sich mit der Aufgabe, bei einer solchen Rühreinrichtung die
magnetische Feldstärke optimal für die Rührwirkung auszunutzen.
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Mittels Elektro- oder Permanentmagnetkörper, d. h. ohne mechanische
Verbindungselemente angetriebene Rühreinrichtungen für den flüssigen oder viskosen
Inhalt von Reaktionsgefäßen, Autoklaven usw. sind seit langem bekannt. Die Rührbewegung
wird dabei nach zwei verschiedenen Prinzipien durchgeführt. Das erste Prinzip besteht
darin, daß bei Elektromagneten durch elektrische Schaltmittel das magnetische Feld
periodisch erzeugt und wiederaufgehoben wird oder daß eine aus magnetischem Material
bestehende Blende periodisch mit Hilfe eines mechanischen Antriebs in den Zwischenraum
zwischen dem konstant bleibenden, auf den Anker einwirkenden Feld des Magnetkörpers
mit Elektro- oder Permanentmagnet und dem die Rührwirkung erzeugenden Anker eingebracht
und damit der magnetische Kraftllnienfluß rhythmisch kurzgeschlossen wird. Das zweite
Prinzip besteht darin, daß das Magnetfeld selbst mechanisch gegenüber dem Gefäß
verlagert, z. B. auf und ab bewegt wird und der ständig von dem unverändert bleibenden
magnetischen Kraftfeld beeinflußte Anker dieser Bewegung im Gefäßinnern folgt. Die
Erfindung beschäftigt sich mit der zweckmäßigen Ausgestaltung dieses zweiten magnetischen
Rührwerkprinzips.
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Es gibt zwar bereits eine Magnetkupplung, bei der ein feststehendes
Magnetfeld seine magnetischen Kräfte über bewegte Pol schuhe durch eine Trennwand
hindurch auf einen beweglichen Teil überträgt, wodurch dieser von den Polschuhen
bei ihrer Bewegung mitgenommen wird. Bei dieser Anordnung ergeben sich aber für
den magnetischen Fluß über das Ständereisen und über die beiden Läufer vier hintereinandergeschaltete
Luftspalte, so daß ein sehr starker Streufluß entsteht, der für die Übertragung
des Drehmoments von einen Läufer auf den anderen verlorengeht. Ferner ist ein starker
Schlupf zwischen den beiden Läufern durch den Streufluß unvermeidlich, so daß sich
ein asynchroner Anlauf ergibt, der nicht das für den vorliegenden Zweck der Bewegung
von Rühreinrichtungen gewünschte harte Anfahren ergibt.
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Weiterhin ist eine homopolare Synchronkupplung, insbesondere für
Fahrzeuge, bekannt, bei der ein magnetisches Drehmoment durch die Zähne eines rotierenden
Hilfsläufers übertragen wird. Homopolare Synchronkupplungen haben jedoch die Eigenschaft,
daß sie ein sehr elastisches Zwischenglied zwischen treibender und getriebener Welle
darstellen und damit ein weiches Anfahren und Anhalten gewährleisten, was bei Anwendung
auf Rühreinrichtungen der einganges erläuterten Art der Erzielung des gewünschten
Mischeffekts entgegenwirkt.
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Diese Nachteile werden bei einer durch ein bewegtes äußeres Magnetfeld
betriebenen Rühreinrichtung für insbesondere geschlossene, unter Druck stehende
Gefäße mit vorzugsweise hochviskosem Inhalt, bei welcher der Anker außerhalb des
Rührraumes am Rührelementträger befestigt ist, erfindungsgemäß dadurch vennieden,
daß das konstant bleibende, auf den Anker einwirkende Feld des Magnetkörpers mit
Elektro- oder Permanentmagnet stationär angeordnet ist und Polschuhe besitzt, die
in fester Lagenbeziehung zueinander stehen und durch mechanische Mittel gemeinsam
in Rührrichtung auf und ab bewegbar sind.
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Vorzugsweise besitzen diese Polschuhe einen Spaltabstand, der praktisch
gleich der Länge des Ankers ist.
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Gegenüber den bekannten Rühreinrichtungen mit bewegtem Magnetkörper
besitzt die Erfindung den Vorteil, daß keine schweren Massen bewegt zu werden brauchen,
und gegenüber den mit direkter Abschaltung
oder Kurzschließung
des Magnetfeldes arbeitenden Einrichtungen besteht der große betriebliche Vorteil,
daß der Anker und ein gegebenenfalls mit ihm bewegungsgekuppelter Rührer in jeder
Bewegungsphase, also auch bei der Abwärtsbewegung, der vollen Halte- bzw. Zugkraft
des Magnetfeldes unterworfen ist. Dies ist besonders bei zähflüssigem Gefäßinhalt
von wesentlicher Bedeutung, von dem ein nur unter dem Eigengewicht absinkender Anker
praktisch wirkungslos gemacht wird.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt,
die jedoch die Erfindung lediglich erläutern und nicht schutzbegrenzend wirken sollen.
Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer
Rühreinrichtung mit einem Magnet anker in unterer Umkehrstellung, Fig. 2 einen Längsschnitt
gemäß Fig. 1 mit dem Magnetanker in oberer Umkehrstellung, Fig. 3 einen teilweise
weggebrochenen Längsschnitt durch eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform einer
Rühreinrichtung mit einem Magnetanker in unterer Umkehrstellung, Fig. 4 einen teilweise
weggebrochenen Längsschnitt gemäß Fig. 3 mit dem Magnetanker in oberer Umkehrstellung,
Fig. 5 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße
Ausführungsform einer Rühreinrichtung mit einem Magnetanker in unterer Umkehrstellung,
Fig. 6 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt gemäß Fig. 5 mit dem Magnetanker
in oberer Umkehrstellung, Fig. 7 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Rühreinrichtung mit einem Magnetanker
in unterer Umkehrstellung, Fig. 8 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt gemäß
Fig. 7 mit dem Magnetanker in oberer Umkehrstellung, Fig. 9 einen teilweise weggebrochenen
Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Rühreinrichtung
mit einem Magnetanker in unterer Umkehrstellung und Fig. 10 einen teilweise weggebrochenen
Längsschnitt gemäß Fig. 9 mit dem Magnetanker in oberer Umkehrstellung.
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In allen Figuren sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen und erfindungsgemäß gleichwirkende Bauelemente durch vorgesetzte Ziffern
voneinander unterschieden.
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Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen besitzt die eigentliche
Rührvorrichtung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, den üblichen Aufbau.
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Der Schaft 1 des limrührers trägt an seinem unteren, in das Druckgefäß
2 hineinragenden Ende durchlochte Mischplatten 3, durchsetzt eine Öffnung im Gefäß
deckel 4 und eine Kühlzone 5 und ragt mit seinem Kopfende, an dem ein zylindrischer,
magnetisch beeinflußbarer Anker 6 befestigt ist, in ein enges Hüllrohr 7 aus nicht
magnetisierbarem Werkstoff, z. B.
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Glas, Keramik, austenitischem Chromnickelstahl od. dgl., hinein. Das
Hüllrohr 7 ist im Gebiet des Arbeitsweges des Ankers 6 von dem - allgemein mit 8
bezeichneten - Erzeuger eines Magnetfeldes umgeben, dessen freie Feldlinien längs
des Arbeitsweges des Ankers 6 zwischen N und S verlaufen. Die auf- und abwärts gehende
Bewegung des Ankers 6 wird durch
zwei periodisch spannende und entspannende Druckfedern
10, 11 begrenzt.
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Diese aus Anker 6 und Magnetfelderzeuger8 bestehende Magnetkupplung
ist bezüglich Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung in den Figuren in verschiedenen
Ausführungsformen und Betriebsstellungen dargestellt.
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Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen Magnetkupplung besteht
nach dem eingangs Gesagten aus einer verlagerbaren Polschuhanordnung, die aus zwei
Weicheisenzylindern 9, 9' und einem sie verbindenden Zwischenstück 12 aus nicht
magnetisierbarem Werkstoff besteht. Die Länge des Zwischenstückes 12 entspricht
praktisch der Länge des magnetisch beeinflußbaren Ankers 6. Die Polschuhanordnung
bildet ein materialeinheitliches Ganzes und wird durch einen nicht dargestellten
Antrieb auf und ab bewegt. Der Antrieb kann beispielsweise durch ein mechanisch
von Hand oder durch einen Motor angetriebenes Schubkurbelgetriebe oder einen elektrisch
gesteuerten Doppelhubmagnet erfolgen.
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In Fig. 1 wird das konstante Magnetfeld durch eine Spule 8 erzeugt,
deren Felderregung in üblicher Weise aus einem Wechselstromnetz über den Transformator
13 und ein Doppelweg-Gleichrichteraggregat 14 erfolgt, das die Spule 8 unter gleichzeitiger
Anwendung eines Entstörungskondensators 15 ständig mit Gleichstrom speist. Zur Verstärkung
der magnetischen Kraftwirkung ist der Spule 8 ein Weicheisenjoch 16 zugeordnet.
Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung der Polschuhe 9, 9' und des Weicheisenjoches
16 verlaufen die freien Feldlinien zwischen N und S in der gestrichelt dargestellten
Weise in der Achrichtung des Schaftes 1, durchsetzen also das Weicheisenjoch 16,
die Polschuhe 9,9' und den Weicheisenanker 6.
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Wird die Polschuhanordnung mit dem nicht magnetisierbaren Zwischenstück
12 auf und ab bewegt, so folgt der magnetisch gekuppelte Weicheisenanker 6 und damit
auch der Schaft 1 des Hubrührers zwang läufig dieser Bewegung. Die magnetische Kupplung
zwischen den Polschuhen 9, 9' und dem Weicheisenanker 6 ist verhältnismäßig stark,
da der Anker 6 vom Feld der vom Strom durchflossenen Spule stark magnetisiert wird.
In Fig. 1 sind Anker 6 und Rührer 3 in unterer und in Fig. 2 in oberer Umkehrstellung
dargestellt.
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Fig. 3 und 4 entsprechen Fig. 1 und 2 bis auf die Besonderheit, daß
die Spule 8 durch einen Permanentmagnet 18 ersetzt ist. Die erfindungsgemäße Wirkung
bleibt ersichtlicherweise die gleiche.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine etwas abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Rührvorrichtung, bei welcher der Permanentmagnet 18 als Flachring ausgebildet und
mit besonders geformten, verhältnismäßig ausgedehnten, gerätefesten Weicheisenpolen
16 versehen ist. Die Anordnung ist insbesondere für größere Magnetkupplungen mit
langen Hubwegen vorteilhaft, weil die beweglichen Teile, d. h. Polschuhe 9, 9' und
Zwischenstück 12, kleiner und gewichtsmäßig leichter ausgeführt werden können und
dementsprechend auch der die mechanische Auf- und Abbewegung vermittelnde Motor
od. dgl. kleiner dimensioniert werden kann. Es ist selbstverständlich, daß an Stelle
des Permanentmagnets 18 auch eine von Gleichstrom durchflossene Spule verwendet
werden kann.
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Fig. 7 und 8 stellen eine weitere Abwandlung der Ausführungsform
der Erfindung nach Fig. 1 und 2
dar. Die Spule 8 ist dabei nicht
gleichmittig, sondern seitlich zum Hüllrohr 7 und Anker 6 angeordnet.
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Diese Anordnung hat sich in den Fällen als besonders zweckmäßig erwiesen,
in denen heiße Gemische gerührt werden müssen, da hierdurch der ungünstige Einfluß
des erhitzten Schaftes 1 auf den Magnetfelderzeuger leichter verringert oder beseitigt
werden kann. An Stelle einer in Fig. 7 und 8 gezeigten Spule 8 können bei dieser
Ausführungsform ersichtlicherweise auch mehrere Spulen in gleicher Höhe um das Hüllrohr
7 herum angeordnet sein.
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Die in Fig. 9 und 10 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Rühreinrichtung unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, daß der Schaftkopf
einen Permanentmagnet 19 als Anker trägt, dessen Magnetfeld im gleichen Sinne wirkt
wie das äußere Magnetfeld 18. Durch den Permanentmagnet 19 wird die magnetische
Kupplung zu - dem äußeren Magnet 18 weitgehend verstärkt, so daß der Schaft 1 und
die daran befestigten Mischplatten 3 selbst bei hochviskosen Flüssigkeiten den die
Auf-und Abbewegung steuernden Polschuhen gut zu folgen vermögen und damit eine gute
Durchmischung gewährleisten. Der gerätefeste Permanentmagnet 18 kann ersichtlicherweise
mit gleicher Wirkung durch eine mit Gleichstrom gespeiste Wicklung 8 ersetzt werden.
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PATENTANSPRÜCHB: 1. Durch ein bewegtes äußeres Magnetfeld betriebene
Rühreinrichtung für insbesodnere geschlossene, unter Druck stehende Gefäße mit vorzugsweise
hochviskosem Inhalt, bei welcher der
Anker außerhalb des Rührraumes am Rührelementträger
befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das konstant bleibende, auf den Anker
einwirkende Feld des Magnetkörpers mit Elektro-oder Permanentmagnet stationär angeordnet
ist und Polschuhe besitzt, die in fester Lagenbeziehung zueinander stehen und durch
mechanische Mittel gemeinsam in Rührrichtung auf und ab bewegbar sind.