Die Erfindung betrifft eine Rühreinrichtung, bei der in einer an sich bekannten Art und Weise in ein Gefäß mit einem zu rührenden Medium ein Rührstab eingelegt wird, der von einem im Außenraum des Gefäßes erzeugten Magnet-Drehfeld in drehende Bewegung gesetzt wird, wodurch das Medium im Gefäß gerührt wird.The invention relates to a stirring device, in which in a manner known per se in a vessel with a medium to be stirred, a stirring rod is inserted, which is set by a magnetic rotating field generated in the outer space of the vessel in rotary motion, whereby the medium in Vessel is stirred.
Derartige Magnetrührer sind im Stand der Technik in vielfältiger Form bekannt.Such magnetic stirrers are known in many forms in the prior art.
Typische Magnetrührer haben üblicherweise ein stabiles, standfestes, i. a. zur Erhöhung der Rutschfestigkeit mit Füßen versehenes, relativ schweres Gerätegehäuse mit Zusätzen, z. B. eine Heizplatte, eine Wiegevorrichtung, Temperaturmessvorrichtung, usw. Zur Erhöhung der Standfestigkeit ist eine möglichst flache Form von Vorteil.Typical magnetic stirrers usually have a stable, stable, i. a. To increase the slip resistance with feet provided, relatively heavy equipment housing with additives, eg. As a hot plate, a weighing device, temperature measuring device, etc. To increase the stability of a flat as possible form of advantage.
Ein Motor im Gerät, dessen Drehzahl i. a. durch eine Bedieneingabe mit elektronischer Steuerung festgelegt oder mittels einer elektronischen Regelung geregelt wird, setzt einen Magneten in Rotation. Das damit oder mit einer geeigneten Spulenanordnung erzeugte magnetische Drehfeld wiederum übt eine Mitnahmekraft bzw. ein Drehmoment auf den Magnetrührstab aus, der in das Gefäß eingelegt ist und der – dadurch ebenfalls in eine rotierende Bewegung versetzt – das Medium im Gefäß rührt.A motor in the device whose speed i. a. is set by an operator input with electronic control or regulated by means of an electronic control, sets a magnet in rotation. The magnetic rotating field generated thereby or with a suitable coil arrangement in turn exerts a driving force or a torque on the magnetic stir bar, which is inserted into the vessel and which - thereby likewise set into a rotating movement - stirs the medium in the vessel.
Zum Beispiel in der DE2515634A1 ist ein Magnetrührer der oben genannten Art beschrieben, bei dem das magnetische Feld eines starken Magneten, der von einem Motor in rotierende Bewegung versetzt wird, ein drehveränderliches magnetisches Feld erzeugt. In ein aufgestelltes Gefäß mit einem zu rührenden Medium wird ein starker Stabmagnet (als Rührelement) eingelegt, der von dem drehveränderlichen Feld angetrieben, in eine ebenfalls rotierende Bewegung versetzt wird und dadurch das Medium rührt. Die Bewegung des Rührmagneten wird durch die magnetische Kraftfeldkopplung zwischen Antriebsmagnet und Rührmagnet erzeugt. Die Rotationsebenen von Antriebsmagnet und Rührmagnet liegen bei dieser Konstruktion (im Wesentlichen) parallel zueinander.For example in the DE2515634A1 a magnetic stirrer of the above type is described in which the magnetic field of a strong magnet, which is set by a motor in rotating motion, generates a rotationally variable magnetic field. In a set up vessel with a medium to be stirred, a strong bar magnet (as a stirring element) is inserted, which is driven by the rotating variable field, is set in a likewise rotating movement and thereby stirs the medium. The movement of the stirring magnet is generated by the magnetic force field coupling between the drive magnet and the stirring magnet. The rotation planes of drive magnet and stirring magnet are in this construction (essentially) parallel to each other.
Die eigentliche Zielbewegung ist also die Bewegung des Rührstabs im jeweiligen Medium, für die i. a. nur die Kraft zur Aufrechterhaltung der Bewegung des Stabes gegen den Widerstand des Mediums aufzubringen ist. Die in diese Magnetstab-Bewegung hineinzusteckende Kraft bzw. Leistung ist i. a. relativ gering; könnte man den Magnetstab direkt mit einem Motor antreiben, dann wäre normalerweise nur ein sehr kleiner Motor nötig.The actual target movement is thus the movement of the stirring rod in the respective medium for which i. a. only the force to maintain the movement of the rod against the resistance of the medium is applied. The force or power to be injected into this magnetic bar movement is i. a. relatively low; If you could drive the magnetic rod directly with a motor, then normally only a very small motor would be needed.
Auch für die Bewegung der Magnetscheibe ist nicht wirklich viel Energie nötig: Ohne eine (Kraft-)Rückkopplung vom Magnet-Rührstab auf die Magnetscheibe, wäre an sich nur die Lagerreibung und eine durch Wirbelstromverluste verursachte Bremswirkung zu überwinden. Letztendlich ist aber auch dafür nur ein relativ kleiner Motor bzw. wenig Energie notwendig.Also for the movement of the magnetic disk is not really much energy needed: Without a (force) feedback from the magnetic stir bar on the magnetic disk, only the bearing friction and a braking effect caused by eddy current losses would be to overcome. Ultimately, however, only a relatively small engine or little energy is necessary for it.
Allerdings ist der Motor evtl. auch so auszulegen, dass die jeweils benötigte Drehbeschleunigung und Rotationsabbremsung für die gegebene Drehscheibenmasse erzielt werden kann. Aber von solch speziellen Wünschen (wie eine möglichst große Beschleunigungsreserve zu haben, um z. B. die Drehzahl schnell und ohne spürbare Totzeiten einstellen zu können, usw.) einmal abgesehen, erscheint das aufzubringende Drehmoment nicht unbedingt groß zu sein.However, the engine may also be designed so that the respectively required rotational acceleration and rotational braking for the given turntable mass can be achieved. But apart from such special wishes (as having as much acceleration reserve as possible, for example, to be able to adjust the speed quickly and without noticeable dead times, etc.), the torque applied does not necessarily appear to be great.
Vom Rührstab aus betrachtet muss – bei gegebener Länge und Dicke des Stabs – eine definierte Mindestdrehkraft sichergestellt sein, damit der Stab in einem Medium überhaupt mit der jeweils gewünschten Umdrehungszahl rotieren kann. Diese Kraft muss zu jedem Zeitpunkt ausreichen, um das in Drehrichtung vor dem Rührstab liegende Medium nach vorn zu schieben oder seitlich zu verdrängen, muss also gegen den (sich nicht linear verhaltenden) Widerstand des Mediums arbeiten. Die vom Magnetfeld des Antriebsmagneten auf den Rührstab jeweils wirkende Kraft, die Dimensionen (Länge und Dicke) des Rührelements (z. B. Rührstab), die Viskosität des Mediums und die gewünschte Drehzahl sind jeweils nur in einem Kompromissverhältnis wähl- und einstellbar.From the stir bar, it must be ensured - given the length and thickness of the rod - a defined minimum torque, so that the rod can rotate in a medium at the respective desired number of revolutions. This force must be sufficient at any time to push the medium lying in front of the stirring rod in the direction of rotation to the front or to displace laterally, so must work against the (non-linear behavior) resistance of the medium. The force acting on the stirring rod by the magnetic field of the drive magnet, the dimensions (length and thickness) of the stirring element (eg stirring rod), the viscosity of the medium and the desired speed are each selectable and adjustable only in a compromise ratio.
In dieser Kette von Kraft- bzw. Drehmoment-Kopplungen, bei der ein (relativ leistungsstarker) Motor zunächst nur die Rotation der Magnetscheibe sichert, diese Magnetscheibe wiederum über die Magnetfeldkopplung den Magnetrührstab mitnimmt und erst dieser rotierende Magnetstab das Medium rührt, steckt Optimierungspotential.In this chain of force or torque couplings, in which a (relatively powerful) motor initially only secures the rotation of the magnetic disk, this magnetic disk in turn takes over the magnetic stir bar via the magnetic field coupling and only this rotating magnetic rod stirs the medium, there is potential for optimization.
Für dieses Ziel sind Kraft, Drehgeschwindigkeit und das jeweilige Drehmoment des im Gefäß liegenden Rührstabs zu bestimmen. Die zur Drehung des Rührstabs im Medium benötigte Kraft muss letztendlich durch das auf den Rührstab wirkende Magnetfeld aufgebracht werden. Die parallel zum Gefäßboden und in Drehrichtung (also senkrecht zur Rühr-Stabachse) wirkende Kraftkomponente der Kraft, die das magnetische Feldes ausübt, ist Ursache für die Drehung des Rührstabes und für das vom Stab erzeugte Drehmoment im Medium im Gefäß.For this purpose, determine the force, rotational speed and the respective torque of the stirring rod in the vessel. The force required to rotate the stir bar in the medium must ultimately be applied by the magnetic field acting on the stir bar. The force component of the force which exerts the magnetic field parallel to the bottom of the vessel and in the direction of rotation (ie perpendicular to the stirring bar axis) is the cause of the rotation of the stirring bar and the torque generated by the bar in the medium in the vessel.
Damit die Kraftkopplung zwischen dem im Medium liegenden Rührstab und dem erzeugten Magnetfeld möglichst groß wird, enthält der Rührstab einen kräftigen Magneten oder ist selbst als ein solcher ausgelegt (Stabmagnet).So that the power coupling between the medium in the stirring rod and the generated magnetic field is as large as possible, contains the stirring rod a strong magnet or is itself designed as such (bar magnet).
Auf dem Stand der Technik kann für eine Rotationsbewegung ein Elektromotor eingesetzt werden, der einen starken Magneten in Rotation versetzt und auf diesem Weg ein bezüglich der Magnetfeldstärke und Drehgeschwindigkeit geeignet ausgelegtes Dreh-Magnetfeld zu erzeugen.In the prior art can be used for a rotary motion, an electric motor, which sets a strong magnet in rotation and to generate in this way a suitable with respect to the magnetic field strength and rotational speed designed rotary magnetic field.
Auf dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass magnetische Drehfelder an sich auch durch stromdurchflossene Spulenanordnungen erzeugt werden können. Da dann keine bewegten Teile mehr im Gerät vorlegen, würden sich niedrigere Norm-Anforderungen und ein geringerer Verschleiß ergeben (außer dem außen liegenden Magnetrührstab und dem Medium würde sich dann ja nichts mehr bewegen).It is also known in the prior art that magnetic rotating fields can also be generated by current-carrying coil arrangements. Since no more moving parts present in the device, lower standard requirements and less wear would result (except the outside Magnetic stir bar and the medium would move then nothing more).
Allerdings wäre dafür ein relativ hoher technischer Aufwand nötig, weil mittels Spulen die Feldwirkung moderner Dauermagneten kaum oder nur mit hohem Aufwand zu erreichen sind. Der mit dem Motor angetriebene und rotierende Dauermagnet mit großer Feldstärke, dessen magnetisches Feld den im Medium im Gefäß liegenden Rührmagneten antreibt, scheint also bezüglich der Kraftkopplung an den Rührstab sowohl energetisch als auch konzeptionell eine recht gute (und über viele Jahrzehnte bewährte) Lösung darzustellen; und das vor allem deshalb, weil mit einer reinen Spulenanordnung eine vergleichbare Feldstärke am Rührmagneten nicht oder nur mit großem Aufwand erreicht werden kann.However, this would require a relatively high level of technical complexity because the field effect of modern permanent magnets can be achieved only with great effort by means of coils. The motor-driven and rotating permanent magnet with high field strength, the magnetic field drives the medium in the vessel lying stirring magnet, so in terms of power coupling to the stirring bar both energetically and conceptually a fairly good (and proven over many decades) solution to represent; and that's mainly because with a pure coil arrangement a comparable field strength on the magnetic stirring can not be achieved or only with great effort.
Für eine kraftübertragende Interaktion zwischen Magnetstab und dem rotierenden, treibenden Magneten über eine (Magnet-)Feldkopplung sollte also die Nutzung kräftiger Dauermagnete beibehalten bleiben.For a force-transmitting interaction between the magnetic rod and the rotating, driving magnet via a (magnetic) field coupling so the use of strong permanent magnets should remain maintained.
Unter diesen Bedingungen ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, mit der ein Magnetrührer flacher und effizienter ausgelegt werden kann und damit eine verbesserte Rühreinrichtung bereitzustellen.Under these conditions, it is the object of this invention to provide an arrangement with which a magnetic stirrer can be made flatter and more efficient and thus provide an improved stirring device.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.
Danach bleibt eine kraftübertragende (Magnet-)Feldkopplung zwischen Rührmagnet und dem rotierenden, die Bewegung des Rührmagneten antreibenden Antriebsmagneten mittels kräftiger Dauermagnete beibehalten, aber die Primärbewegung des Antriebsmagneten erfolgt nicht mehr – wie derzeit auf dem Stand der Technik – durch einen im Wesentlichen in der Längsachse magnetisierten Magneten (d. h. das Magnetfeld tritt bei diesem Magnettyp – bezogen auf diese Längsachse bzw. Rotationsachse – im Wesentlichen an den Stirnflächen senkrecht aus dem Antriebsmagneten aus) mit einer Rotation dieses Antriebsmagneten, die auf dem Stand der Technik in einer Ebene erfolgt, die parallel zur Rotationsebene des Rührmagneten liegt.Thereafter, a force-transmitting (magnetic) field coupling between the stirring magnet and the rotating, the movement of the stirring magnet driving drive magnet is maintained by means of strong permanent magnets, but the primary movement of the drive magnet is no longer - as in the current state of the art - by a substantially in the longitudinal axis magnetized magnet (ie the magnetic field occurs in this type of magnet - with respect to this longitudinal axis or axis of rotation - substantially at the end faces perpendicular from the drive magnet) with a rotation of this drive magnet, which takes place in the prior art in a plane parallel to Rotation level of the stirring magnet is located.
(Auf dem Stand der Technik liegen die Rotationsachse des Rührmagneten und die Rotationsachse des Antriebsmagneten im Wesentlichen parallel zueinander oder stimmen sogar überein; dadurch liegen beide Ebenen, in denen diese Rotationsbewegungen stattfinden (Rotationsebenenn), im Wesentlichen parallel zueinander).(In the prior art, the axis of rotation of the stirring magnet and the axis of rotation of the driving magnet are substantially parallel or even coincident with each other, thereby both planes in which these rotational movements take place (rotational planes) are substantially parallel to each other).
Erfindungsgemäß werden stattdessen Antriebsmagnete genutzt, die quer zu ihrer Längsachse bzw. zur Rotationsachse magnetisiert sind (d. h. das Magnetfeld tritt – bezogen auf die Längsachse bzw. Rotationsachse – im Wesentlichen senkrecht aus einer Fläche aus dem Antriebsmagneten aus, die längs dieser Achse angeordnet zu denken ist) und deren Rotationsebene im Wesentlichen nicht parallel zur Rotationsebene des Rührmagneten steht, sondern die – sogar bevorzugt – im Wesentlichen senkrecht dazu steht.According to the invention drive magnets are used instead, which are magnetized transversely to its longitudinal axis or to the axis of rotation (ie the magnetic field occurs - relative to the longitudinal axis or axis of rotation - substantially perpendicular from a surface of the drive magnet, which is to be thought along this axis ) and whose plane of rotation is substantially not parallel to the plane of rotation of the stirring magnet, but which - even more preferably - is substantially perpendicular thereto.
Diese derart geometrisch definierten Lagen und Relationen z. B. der jeweiligen Rotationsachsen zueinander sind als „im Wesentlichen” zu verstehen, das heißt, Drehachsen der Antriebsmagnete, die z. B. als „senkrecht auf der Drehachse des Rührmagneten stehend” beschrieben werden, erfüllen diese Bedingung funktionell auch dann noch, wenn der Winkel nicht 90°, sondern nur „in etwa 90°„ beträgt, und u. U. sogar dann noch, wenn dieser Winkel nur 45° beträgt, aber immer noch eine Komponente einer Projektion dieser Achsen auf diese – funktionell beschriebene – Achse die beschriebene Eigenschaft beisteuern kann. Wichtig ist also nur, dass in einer tatsächlichen Anordnung eine beschriebene, „senkrecht stehende Achse” mit der beschriebenen Funktionalität das noch bietet, weil eine wesentliche Komponente der tatsächlichen Lage dies erfüllt.These geometrically defined layers and relations z. B. the respective axes of rotation to one another are to be understood as "substantially", that is, axes of rotation of the drive magnets, the z. B. as "perpendicular to the axis of rotation of the Rührmagneten standing" described fulfill this condition functionally even if the angle is not 90 °, but only "about 90 °", and u. Even if this angle is only 45 °, but still a component of a projection of these axes on this - functionally described - axis can contribute the described property. So important is only that in an actual arrangement a described, "vertical axis" with the functionality described still offers, because an essential component of the actual situation fulfills this.
Gleiches gilt für andere, geometrisch geprägten Aussagen, wie z. B. die, dass eine Achse in einer Ebene liegt. Anhand der wird dazu unten gezeigt, dass z. B. auch die Projektionen der Drehachsen von schräg liegenden Antriebsmagneten auf eine zur Rotationsebene des Rührstabes parallel liegende Ebene dies u. U. noch erfüllen kann.The same applies to other, geometrically coined statements, such. For example, the one axis lies in a plane. Based on is shown below that z. As well as the projections of the axes of rotation of oblique drive magnets on a plane parallel to the plane of rotation of the stirring rod this u. U. can still meet.
Da zudem – wie oben schon angeführt – für die Bewegung der Magnete nur die Lagerreibung und Wirbelstromverluste zu überwinden sind (wofür ohnehin nicht wirklich viel Energie nötig war und in der erfindungsgemäßen Anordnung noch weniger nötig ist) kann für die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Rotationsbewegung dieser Antriebsmagnete um ihre jeweilige Längsachse eine wesentlich einfacher zu gestaltende Kopplung zwischen einer Spulenanordnung und diesem Antriebsmagneten genutzt werden.Since, in addition - as already stated above - for the movement of the magnets only the bearing friction and eddy current losses are to overcome (for which anyway not really much energy was needed and in the inventive arrangement even less necessary) can for the generation and maintenance of the rotational movement of these drive magnets to their respective longitudinal axis a much easier too gestaltende coupling between a coil assembly and this drive magnet can be used.
Die Interaktion zwischen dem Rührstab-Magneten (Rührmagnet) und dem die Rührbewegung antreibenden, das Drehfeld erzeugenden Magneten (Antriebsmagnet) ist so also im Wesentlichen immer noch eine kraftaustauschende Interaktion zwischen zwei starken Dauermagneten; aber zur Erzeugung der Rotationsbewegung wird nur eine einfache Spulenanordnung genutzt, deren Felder aber nicht mit dem Rührmagnetstab über eine große Luftstrecke interagieren müssen (wofür viel zu viel Energie benötigt werden würde), sondern die nur in enger Verbindung zum Antriebsmagneten stehen und mit diesem interagieren und die damit eine Rotation der quer zu dieser Längs- und Rotations-Richtung magnetisierten Dauermagnete um ihre Längsachse erzeugen.The interaction between the stirring rod magnet (stirring magnet) and the magnet which drives the stirring motion and generates the rotating field (drive magnet) is thus essentially still a force-exchanging interaction between two strong permanent magnets; but to generate the rotational movement, only a simple coil arrangement is used, but their fields do not have to interact with the Rührmagnetstab over a large air gap (which much too much energy would be needed), but are only in close connection to the drive magnet and interact with this and thus generating a rotation of the transverse magnets magnetized transversely to this longitudinal and rotational direction about their longitudinal axis.
Alternative Antriebs- und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Auslegungen werden in den Unteransprüchen angeführt.Alternative drive and embodiments of the inventive designs are given in the dependent claims.
Eine in diesem erfindungsgemäßen Aufbau evtl. notwendige Heizung kann durch eine Heizplatte, wie auch auf dem Stand der Technik üblich, beigestellt werden oder in das Produkt als Einheit eingebaut werden. Auch alle anderen Konstruktionsmerkmale eines Magnetrührers können so, wie das auf dem Stand der Technik heute der Fall ist, beibehalten werden. Äußerlich muss sich am gewohnten Bild eines Magnetrührers nichts ändern, es sei denn, man möchte mit einem veränderten Design das neue der Antriebstechnik hervorheben.A heater which may be necessary in this construction according to the invention may be provided by a hot plate, as is common in the prior art, or may be incorporated into the product as a unit. All other design features of a magnetic stirrer can be maintained as is the case in the prior art today. Externally, the usual picture of a magnetic stirrer does not have to change, unless you want to emphasize the new drive technology with a different design.
Wie auch heute auf dem Stand der Technik, ist bei allen Konstruktionen darauf zu achten, dass ein von einer Heizung erzeugter Temperaturanstieg im Gerät nicht dazu führt, dass der Curie-Punkt des Magnetmaterials erreicht wird (die Temperatur möglichst nicht einmal in die Nähe kommt) und auch, dass durch Magnetisierungsvorgänge der lineare Bereich der jeweiligen Entmagnetisierungskurve nicht verlassen wird.As in the state of the art today, it must be ensured in all constructions that a temperature increase generated by a heater in the device does not lead to the Curie point of the magnetic material being reached (the temperature possibly does not even come near). and also that magnetization processes do not leave the linear region of the respective demagnetization curve.
Die Erfindung soll anhand der Abbildungen erläutert werden:The invention will be explained with reference to the figures:
zeigt eine schematisierte Darstellung einer Ausführung eines Magnetrührers auf dem Stand der Technik. shows a schematic representation of an embodiment of a magnetic stirrer in the prior art.
zeigt eine mögliche Ausführungsalternative mit U-Magneten im Stand der Technik shows a possible alternative design with U-magnets in the prior art
geht vom Konstruktionsaufbau der aus und zeigt anhand von konstruktiv denkbaren Veränderungsschritten die grundsätzlichen Zwischenstadien zur Beschreibung der Erfindung. goes from the construction of the from and shows on the basis of structurally conceivable change steps the basic intermediate stages to describe the invention.
vertieft das noch einmal und zeigt einen Wesentlichne Erfindungsschritt auf. deepens that again and shows a substantial step of invention.
stellt das prinzipielle einer erfindungsgemäßen Anordnung im Detail dar represents the principle of an inventive arrangement in detail
stellt dazu die Schritte einer Bewegungsabfolge der Antriebsmagnete dar, die das Drehfeld erzeugen. represents the steps of a sequence of motions of the drive magnets that generate the rotating field.
stellt Antriebsmöglichkeiten für die Drehbewegungen der Antriebsmagnete dar. provides drive options for the rotational movements of the drive magnets.
zeigt Maßnahmen zur Magnetfeldführung beim erfindungsgemäßen Einsatz der Antriebsmagnete. shows measures for magnetic field guidance in the inventive use of the drive magnets.
und zeigen alternative Auslegungsmöglichkeiten. and show alternative design options.
zeigt schematisiert eine Darstellung der hier im Focus stehenden Teile der Ausführung eines Magnetrührers auf dem Stand der Technik; links in einer Seitenansicht, rechts in einer Aufsicht auf das Gerät von oben. Gleiche Details sind in der Seitenansicht und in der Aufsicht gleich bezeichnet. shows a schematic representation of the focus here parts of the embodiment of a magnetic stirrer in the prior art; left in a side view, right in a top view of the device from above. The same details are the same in the side view and in the top view.
Auf einer beheizbaren Aufstellplatte (5) steht ein Gefäß (4) mit einem zu rührenden Medium (6), in das ein Magnetstab (7) eingelegt ist. Indem dieser Magnetstab (7) in Rotation (11) versetzt wird, wird das sich im Gefäß (4) befindliche Medium (6) gerührt.On a heated mounting plate ( 5 ) is a vessel ( 4 ) with a medium to be stirred ( 6 ) into which a magnetic bar ( 7 ) is inserted. By this magnet rod ( 7 ) in rotation ( 11 ) is added, this is in the vessel ( 4 ) located medium ( 6 ) touched.
Im Folgenden soll dieser Magnet, der insgesamt als Rührstab oder auch nur als Teil eines Rührstabs oder eines anders konstruieren Rührelements eingesetzt ist, und unterschiedlich gestaltetet sein kann, als „Rührmagnet” bezeichnet werden.In the following, this magnet, which is used in its entirety as a stirring rod or else only as part of a stirring rod or a differently constructed stirring element, and which can be designed differently, should be referred to as a "stirring magnet".
Eine Beheizung der Aufstellplatte kann durch einen Heizelement (8) dicht unter der Stellfläche (10) der Aufstellplatte (5) erfolgen, die notwendigen Wärmeisolationen und Wärmeleitungen sind entsprechend dem Stand der Technik ausgestaltet.A heating of the mounting plate can by a heating element ( 8th ) just below the footprint ( 10 ) of the mounting plate ( 5 ), the necessary thermal insulation and heat conduction are designed according to the prior art.
Die Rotation ((11) in einer Ansicht von der Seite betrachtet bzw. (9) die gleiche Rotation in einer Ansicht von oben betrachtet) des Magnetstabs (7) findet in einer Ebene statt, die parallel zur Stellfläche (10) (und zur hier nicht dargestellten Arbeitsfläche) liegt, mit einer quer zur Längsrichtung des Rührmagneten liegenden, senkrecht auf dieser Ebene stehenden Rotationsachse (11). (Die Längsachse des Rührmagneten und seine Magnetisierungsrichtung fallen also zusammen und beide stehen senkrecht auf der Drehachse des Rührmagneten)The rotation (( 11 ) viewed in a view from the side or ( 9 ) the same rotation in a view from above) of the magnetic rod ( 7 ) takes place in a plane parallel to the footprint ( 10 ) (and the work surface, not shown here), with a transverse to the longitudinal direction of the magnetic stirring, perpendicular to this plane of rotation axis ( 11 ). (The longitudinal axis of the stirring magnet and its magnetization direction thus coincide and both are perpendicular to the axis of rotation of the stirring magnet)
Angetrieben werden kann die Rotationsbewegung (11) des Magnetstabs (7) z. B. durch ein Magnetfeld eines Dauermagneten (1), der sich unterhalb dieses bisher beschriebenen Aufbaus befindet und von einem Motor (2) über eine Welle (3) (oder über ein – hier nicht wesentliches und nicht dargestelltes – Getriebe oder ähnliches) angetrieben wird.The rotation movement can be driven ( 11 ) of the magnetic rod ( 7 ) z. B. by a magnetic field of a permanent magnet ( 1 ), which is below This structure is described above and from a motor ( 2 ) over a wave ( 3 ) (or via a - not essential and not shown - gear or the like) is driven.
Im Folgenden soll dieser Magnet und im Weiteren auch alle Magnete, die dem Antrieb des Rührmagneten dienen, als „Antriebsmagnet” bezeichnet werden.In the following, this magnet and, in the following, also all magnets which serve to drive the stirring magnet should be referred to as "drive magnet".
Zwischen den Heizelementen (8) und den Antriebsmagneten (1) ist eine gute Wärmeisolation notwendig, damit der sogenannte Curiepunkt des eingesetzten Magnetmaterials nicht erreicht wird. Für eine solche Wärmeisolation ist entweder ein ausreichender Abstand oder ein wärmeisolierendes Material vorzusehen. Diese notwendigen Maßnahmen stehen i. a. im Widerspruch zur Anforderung einer möglichst nahen Anordnung des Antriebsmagneten (1) an den Rührmagnet (7) zum Erreichen einer möglichst guten magnetischen Kopplung.Between the heating elements ( 8th ) and the drive magnet ( 1 ), a good heat insulation is necessary so that the so-called Curie point of the magnetic material used is not achieved. For such heat insulation either a sufficient distance or a heat-insulating material is provided. These necessary measures are generally in contradiction to the requirement of an arrangement of the drive magnet as close as possible ( 1 ) to the stirring magnet ( 7 ) to achieve the best possible magnetic coupling.
In der Aufsicht der rechts ist zu erkennen, wie sich der Rührmagnet (7) gegenüber dem Antriebsmagneten (1) i. a. einstellt: im allgemeinen mit einem (mehr oder weniger kleinen) Fehlwinkel während der Rotationsbewegung, zeigt jeweils der Nordpol des Rührmagneten (7) in Richtung des Südpols des Antriebsmagneten (1) und jeweils der Südpol des Rührmagneten (7) in Richtung des Nordpols des Antriebsmagneten (1). Ursache dafür sind die durch die Aufstellplatte (5) und das Heizelement (8) hindurch greifenden Magnetfeldlinien, was zu einem etwa mittig über dem Antriebsmagneten (1) liegenden Rührmagneten (7) führt. Dreht sich der Antriebsmagnet (1), (angetrieben von Motor (2)), dann führt der Rührmagnet (7) die beschriebene, rotierende Bewegung (11) aus und rührt das Medium (6).In the supervision of the on the right you can see how the stirring magnet ( 7 ) relative to the drive magnet ( 1 ) generally: with a (more or less small) angle of error during the rotational movement, in each case the north pole of the stirring magnet ( 7 ) in the direction of the south pole of the drive magnet ( 1 ) and in each case the south pole of the stirring magnet ( 7 ) in the direction of the north pole of the drive magnet ( 1 ). The reason for this are those caused by the mounting plate ( 5 ) and the heating element ( 8th ) passing through magnetic field lines, resulting in an approximately centered over the drive magnet ( 1 ) Rührmagneten ( 7 ) leads. Rotates the drive magnet ( 1 ), (powered by engine ( 2 )), then the stirring magnet ( 7 ) the described rotating movement ( 11 ) and stir the medium ( 6 ).
Um die Drehbewegung des Rührmagnets (7) in dieser Anordnung anzuregen, ist an sich nur das vom Antriebsmagneten erzeugte magnetische Drehfeld notwendig. Dem Stand der Technik sind daher auch Anordnungen zu entnehmen, die die mechanisch ausgeführte Rotationsbewegung des Antriebsmagneten (1) ersetzen, indem Spulen zeitlich nacheinander Felder generieren, die eine mit einem Drehfeld vergleichbare Feldlagenabfolge bieten und dadurch den Rührmagneten in eine rotierende Bewegung versetzen.To the rotation of the stirring magnet ( 7 ) to excite in this arrangement, only the magnetic rotating field generated by the drive magnet is necessary per se. The prior art therefore also arrangements are to be taken that the mechanically executed rotational movement of the drive magnet ( 1 ) by coils generate successively fields that provide a field position sequence comparable to a rotating field and thereby set the stirring magnet in a rotating motion.
Diese Anordnungen ersetzen dann also Motor (2), Antriebswelle (3) und den Antriebsmagneten (1) durch Spulen. Ein Problem derartiger Anordnung ist aber, dass die von diesen Spulen erzeugten Feldenergien sich fast vollständig in den unvermeidlichen Luftspalten (oder in den Materialien) konzentrieren. Die Erzeugung von mit Dauermagneten vergleichbaren Magnetfeldstärken über die Distanz zwischen dem Anker dieser Spule und dem Rührmagneten würde sehr große Ströme erfordern. Daher scheidet ein Einsatz von Spulen zur direkten Beeinflussung des Rührmagneten schon aus energetischen Gründen im Allgemeinen aus.These arrangements then replace motor ( 2 ), Drive shaft ( 3 ) and the drive magnet ( 1 ) by coils. However, a problem with such arrangement is that the field energies generated by these coils concentrate almost completely in the unavoidable air gaps (or in the materials). The generation of magnetic field strengths comparable to permanent magnets over the distance between the armature of this coil and the stirring magnet would require very large currents. For this reason, the use of coils for directly influencing the stirring magnet is generally ruled out for energetic reasons.
Die wesentlichen funktionellen Elemente der Anordnung der sind also der Motorantrieb (2), der den Antriebsmagneten (1) rotieren lässt, der wiederum den Rührmagnet (7) durch die magnetische Feldkopplung rotierend bewegt, wodurch das Medium gerührt werden kann.The essential functional elements of the arrangement of So are the motor drive ( 2 ), the drive magnet ( 1 ), which in turn rotates the stirring magnet ( 7 ) is rotated by the magnetic field coupling, whereby the medium can be stirred.
zeigt eine mögliche Ausführungsalternative, die hier nur als analytischer Zwischenschritt zur Beschreibung der Erfindung zu sehen ist: Dargestellt sind hier wieder die mit einem Heizelement (8) beheizbare Aufstellplatte (15), ein angedeutetes Gefäß (14) und der Rührmagnet (12), der um eine Rotationsachse (13) rotieren soll. shows a possible alternative embodiment, which can be seen here only as an analytical intermediate step to describe the invention: Shown here are again those with a heating element ( 8th ) heated mounting plate ( 15 ), an indicated vessel ( 14 ) and the stirring magnet ( 12 ) around a rotation axis ( 13 ) should rotate.
Der in als Stabmagnet ausgebildete Antriebsmagnet (1) ist hier durch einen Magneten in U-Form ersetzt, obwohl das erst einmal keine sonderliche Verbesserung mit sich bringt. Mit dieser Anordnung kann aber prinzipiell das Gleiche erreicht werden, wenn der U-Magnet in Rotation (27) versetzt wird. Der Aufbau dieses Magneten wäre in weiten Grenzen variabel:
Er kann z. B. insgesamt als Magnet ausgelegt werden Er kann aber auch aus einem kleineren Magneten (z. B. (17)) oder mehreren hintereinandergeschalteten Magneten (16) (17) (18) bestehen, mit z. B. im Magnetkreis liegenden Stücken aus einem magnetisch gut leitendem, z. B. ferromagnetischen, oder einem magnetisch weichen Material (22) (23) (24) (25), und das alles in beliebiger Reihenfolge und an jeder beliebigen Stelle der das U bildenden Materialabfolge. Die Magnete könnten also auch an den Polen der U-Schenkel direkt positioniert sein.The in formed as a bar magnet drive magnet ( 1 ) is here replaced by a magnet in a U-shape, although this does not bring any particular improvement. With this arrangement, but in principle the same can be achieved when the U-magnet in rotation ( 27 ). The structure of this magnet would be variable within wide limits:
He can z. B. can be designed as a whole magnet but it can also from a smaller magnet (eg ( 17 )) or several cascaded magnets ( 16 ) ( 17 ) ( 18 ), with z. B. lying in the magnetic circuit pieces of a magnetically good conductive, z. As ferromagnetic, or a magnetically soft material ( 22 ) ( 23 ) ( 24 ) ( 25 ), and all of this in any order and at any point in the material sequence forming the U. The magnets could therefore also be positioned directly at the poles of the U-legs.
Die Bewegung, die von diesem U-Antriebmagneten für die vorgesehene Funktion auszuführen ist, wäre – vergleichbar mit der Bewegung des Stabmagneten aus der – aber immer noch eine Rotation (27) um eine Rotationsachse, die (zumindest in etwa) mit der Rotationsachse (13) des Rührmagneten übereinstimmen muss, zu dieser zumindest parallel steht.The movement to be performed by this U-drive magnet for the intended function, would be - comparable to the movement of the bar magnet from the - but still a rotation ( 27 ) about an axis of rotation which (at least approximately) with the axis of rotation ( 13 ) of the stirring magnet must be at least parallel to this.
Eine solche Konstruktion mit einem U-Magneten in der Darstellung der zeigt noch eine andere wichtige Eigenschaft auf: Wenn die Dimensionen des Rührmagneten und die Dimension eines Antriebsmagneten (21) nicht geeignet aufeinander angepasst bzw. ausgelegt werden, kann das z. B. funktionelle Störungen eines an sich ruhigen Rührvorgangs mit sich bringen. Ein zu weit zwischen den Magnetpolen (19) (20) aufgespannter Raum des U-Antriebsmagneten würde einen Feldlinienverlauf bewirken, der einen kurzen Rührmagneten (21) auf eine Schenkelseite ziehen könnte oder sogar senkrecht aufstellen kann; der Rührmagnet würde dann nicht rotieren, sondern würde in einem Kreis bewegt werden. Das könnte u. U. den Rühreffekt uneffektiv werden lassen, womit nicht gesagt ist, dass nicht auch eine solche oder eine andere oder eine nicht mittig rotierende Bewegung eines Rührelements sinnvoll sein könnte.Such a construction with a U-magnet in the representation of shows another important property: If the dimensions of the stirring magnet and the dimension of a drive magnet ( 21 ) not suitably adapted to each other or designed, the z. B. bring functional disturbances of a quiet stirring in itself. Too far between the magnetic poles ( 19 ) ( 20 ) Spanned space of the U-drive magnet would cause a field line course, a short stirring magnet ( 21 ) on a Could pull leg side or even erect vertically; the stirring magnet would then not rotate, but would be moved in a circle. That could u. U. let the stirring effect be ineffective, which is not said that not even such or another or a not centrally rotating movement of a stirring element could be useful.
geht vom Konstruktionsaufbau der aus, verwendet aber nur zwei Magnete an den Polstellen der U-Magnetstruktur. Hier wird – wieder nur als ein Konstruktionszwischenschritt zu sehen – mittels der U-Brückenkonstruktion (34) (35), die hier nur zur Verbesserung der Leitung des Magnetflusses dienen würden, die Nachbildung der U-Form beibehalten. Der grundsätzliche Aufbau, also die beheizbare Aufstellplatte (15), das jeweilige Gefäß (14), der Rührmagnet (12) und die jeweilige Drehachse (13) des Rührmagneten (12), sowie die Rotationsbewegungen (26) (36) der U-Magnete sind mit der Darstellung der vergleichbar. goes from the construction of the but uses only two magnets at the poles of the U-magnet structure. Here again - to see only as an intermediate construction step - by means of the U-bridge construction ( 34 ) ( 35 ), which would serve here only to improve the conduction of the magnetic flux, the replica of the U-shape maintained. The basic structure, so the heated mounting plate ( 15 ), the respective vessel ( 14 ), the stirring magnet ( 12 ) and the respective axis of rotation ( 13 ) of the stirring magnet ( 12 ), as well as the rotational movements ( 26 ) ( 36 ) of the U-magnets are with the representation of comparable.
In dieser (die Bezeichner der und b sind für die gleichen Details gleich) sind zwei von der Drehposition des U-Magneten abhängige Zustände dargestellt, deren Zustand jeweils durch die Polzuordnungen (30) (29) (33) (32) nachvollziehbar ist. Die beiden dargestellten Zustände können durch eine Umdrehung (26) (36) des U-Magneten (das U wird hier nur noch angedeutet) um die Drehachse (13) um jeweils 180° auseinander hervorgegangen sein. An der Stelle des Nordpols (30) befindet sich nach einer Drehung (26) (36) um 180° der Südpol (33) und an der Stelle des Südpols (29) befindet sich nach dieser Umdrehung der Nordpol (32). Da der Rührmagnet (12) die Lageveränderung mitgemacht haben wird, hat sich der Rührmagnet (12) ebenso um 180° (um die i. W. gleiche Drehachse (13)) gedreht; daher liegen Nordpol (28) und Südpol (31) des Rührmagneten in den Darstellungen der und vertauscht vor.In this (the identifiers of the and b are the same for the same details) two states depending on the rotational position of the U-magnet are shown, whose state is represented by the pole assignments ( 30 ) ( 29 ) ( 33 ) ( 32 ) is traceable. The two states shown can be changed by one turn ( 26 ) ( 36 ) of the U-magnet (the U is only indicated here) around the axis of rotation ( 13 ) have emerged by 180 ° apart. In the place of the North Pole ( 30 ) is after a rotation ( 26 ) ( 36 ) by 180 ° the South Pole ( 33 ) and in the place of the South Pole ( 29 ) is after this turn the North Pole ( 32 ). Since the stirring magnet ( 12 ) has undergone the change in position, has the stirring magnet ( 12 ) also by 180 ° (around the i. W same axis of rotation ( 13 )) turned; therefore, North Pole ( 28 ) and South Pole ( 31 ) of the stirring magnet in the representations of and exchanged before.
vertieft das an sich lediglich noch einmal (die Bezeichner sind mit der i. W. gleich): Die Brückenkonstruktion (35) dient lediglich noch einer Verbesserung der Magnetfeldführung und kann auch „als nicht vorhanden” angesehen werden, wenn die dann isoliert vorliegenden Magnetkonstruktionen (44) (45) ausreichend stark ausgebildet sind und wenn eine mechanische Drehung der U-Anordnung dann noch gewährleistet ist. zeigt aber auch bereits eine alternativ mögliche Bewegung der Magnete (ohne die Brücke (35) zeichnerisch wegzulassen): Die Magnete (44) (47) können nämlich als Rundmagnete ausgelegt werden, die quer zu ihrer jeweiligen Längsachse magnetisiert sein müssen und senkrecht zur Rotation des Rührmagneten gedreht werden. deepened this only once again (the identifiers are with the i. W. equal): The bridge construction ( 35 ) only serves to improve the magnetic field guidance and can also be regarded as "non-existent" if the magnet structures then isolated ( 44 ) ( 45 ) are sufficiently strong and if a mechanical rotation of the U-assembly is then still guaranteed. but also already shows an alternative possible movement of the magnets (without the bridge ( 35 ) skipped): The magnets ( 44 ) ( 47 ) can be designed as round magnets, which must be magnetized transversely to their respective longitudinal axis and are rotated perpendicular to the rotation of the stirring magnet.
Eine Drehbewegung (45) dieser Rundmagnete (44), (47) (die ganz links und ganz rechts noch einmal in einem Schnittbild (43) bzw. (48) mit der jeweiligen Drehbewegung (41) bzw. (42) dargestellt sind) kehrt die jeweils vorhandene Pol-Stellungen ebenso um, wie zuvor (in ) eine Rotation eines ganzen U-Magnets. Der mit dem Nordpol nach oben zeigende Magnetpol (vgl. (43) und (44)) kann durch eine Drehung (41) (45) des Magneten (44) um 180° um die Längsachse ebenso die nach außen gerichtete Polarität ändern; jetzt zeigt der Südpol nach oben. Umgekehrt wird ein nach oben zeigender Südpol (vgl. (47) und (48)) durch eine Drehung (46) (42) um 180° um die Längsachse des Polmagneten zu einem Nordpol.A rotational movement ( 45 ) of these round magnets ( 44 ) 47 ) (the very left and the far right again in a sectional image ( 43 ) respectively. ( 48 ) with the respective rotational movement ( 41 ) respectively. ( 42 ) are shown, the respective existing pole positions as well as before (in ) a rotation of a whole U-magnet. The magnetic pole pointing upwards with the north pole (cf. 43 ) and ( 44 )) can be rotated ( 41 ) ( 45 ) of the magnet ( 44 ) change the outward polarity by 180 ° about the longitudinal axis as well; Now the South Pole is pointing up. Conversely, an upward pointing south pole (cf. 47 ) and ( 48 )) by a rotation ( 46 ) ( 42 ) by 180 ° about the longitudinal axis of the pole magnet to a north pole.
Ein Antrieb kann also durch Drehbewegungen der beiden quer magnetisierten „Pol-Magnete” um eine Drehachse, die senkrecht auf der Drehachse (13) des Rührmagneten (12) steht und radial von der Drehachse (13) nach außen zeigt, die gleichen Polaritätswechsel des Antriebsmagneten erreichen, wie das zuvor durch eine Drehung (40) der gesamten U-Anordnung um eine zur Rotationsachse des Rührmagneten parallel liegende Rotationsachse bewirkt worden ist. Der Rührmagnet wird diese Feldumkehr durch Veränderung seiner eigenen Lage in vergleichbarer Weise mitmachen. Allerdings werden die zwischen den beiden betrachteten Zuständen ablaufenden Veränderungen nicht unbedingt danz gleich sein.A drive can thus by rotational movements of the two transverse magnetized "pole magnets" about an axis of rotation which is perpendicular to the axis of rotation ( 13 ) of the stirring magnet ( 12 ) and radially from the axis of rotation ( 13 ) to the outside, the same polarity changes of the drive magnet reach, as previously by a rotation ( 40 ) of the entire U-arrangement has been effected about an axis of rotation parallel to the axis of rotation of the Rührmagneten rotation axis. The stirring magnet will join in this field reversal by changing its own position in a similar way. However, the changes taking place between the two considered states are not necessarily the same.
zeigt (wieder mit gleichen Bezeichnern Tür gleiche Details) das Prinzipielle dieser erfindungsgemäße Anordnung noch einmal im Detail: Eine Aufstellplatte (55) (vgl. ) mit einem hier nicht mehr dargestelltem Heizelement, der Rührmagnet (12) mit der vorgesehenen Drehbewegung (40) um seine Drehachse (13), das angedeutete Gefäß (54) und die Drehachse (13) sind im Wesentlich wieder, wie bereits ab dargestellt, gleich. shows (again with the same identifiers door the same details) the principle of this inventive arrangement again in detail: A mounting plate ( 55 ) (see. ) with a not shown here heating element, the stirring magnet ( 12 ) with the intended rotational movement ( 40 ) about its axis of rotation ( 13 ), the indicated vessel ( 54 ) and the axis of rotation ( 13 ) are essentially back, as already from shown, the same.
Unterhalb dieser Darstellung der Anordnungs- und Funktions-Elemente eines Magnetrührers, sind die Antriebsmagnete (52) (51) in der neuen Lage zu sehen.Below this illustration of the arrangement and function elements of a magnetic stirrer, the drive magnets ( 52 ) ( 51 ) in the new situation.
Da die erfindungsgemäße Anordnung zwei- oder drei-dimensional zu betrachten ist, ist in der unten in einer Aufsicht die Lage der Magnete noch einmal dargestellt; wieder wird nur das Prinzipielle der erfindungsgemäßen Anordnung herausgestellt. Der Kreis (54) kann als Wand des oben angedeuteten Gefäßes (54) angesehen werden, das Innere (55) als der Raum, den das zu rührende Medium ausfüllt; die oben gezeigten Magnete (51) und (52) sind in der Aufsicht wieder gleich bezeichnet, der in der Aufsicht gestrichelt unterlegte Rührmagnet (50) liegt, wie auch oben (12) dargestellt, mit seiner Polarität den Polen der Antriebsmagnete (52) (51) gegensinnig zugeordnet; der Drehbewegung (53) des Antriebsmagnets (52) in der obigen Darstellung entspricht die Drehung (63) des Antriebsmagneten (52) in der unteren Aufsichts-Darstellung um eine Drehachse, die von der Drehachse (13) des Rührmagneten (12) (50) weg radial nach außen zeigt.Since the arrangement according to the invention is to be considered two- or three-dimensional, is in the below in a plan view the position of the magnets again; Again, only the principle of the arrangement according to the invention is emphasized. The circle ( 54 ) can be used as a wall of the above-indicated vessel ( 54 ), the interior ( 55 ) as the space occupied by the medium to be stirred; the magnets shown above ( 51 ) and ( 52 ) are again referred to the same in the plan, the dashed underlined in the supervision stirring magnet ( 50 ), as well as above ( 12 ), with its polarity the poles of the drive magnets ( 52 ) ( 51 ) in opposite directions; the rotational movement ( 53 ) of Drive magnet ( 52 ) in the illustration above, the rotation ( 63 ) of the drive magnet ( 52 ) in the lower supervisory view about an axis of rotation, of the axis of rotation ( 13 ) of the stirring magnet ( 12 ) ( 50 ) away radially outward.
Alle zu den Antriebsmagneten gehörenden Drehachsen sind in dieser in vergleichbarer Art angelegt: sie stehen (im Wesentlichen) senkrecht auf der Drehachse (13) des Rührmagneten, sind radial angeordnet und liegen (im Wesentlichen) parallel zur Drehebene des Rührmagneten.All belonging to the drive magnets axes of rotation are in this created in a comparable manner: they are (substantially) perpendicular to the axis of rotation ( 13 ) of the stirring magnet, are arranged radially and are (substantially) parallel to the plane of rotation of the stirring magnet.
Die Drehbewegung (63) (66) (65) (64) der Magnete (52) (57) (51) (56) soll zunächst nur gleichorientiert, hier als Linksdrehung gezeigt, betrachtet werden; der Magnet (52) führt also die dargestellte Bewegung (63) aus, die Magnete (56), (51), (57) führen entsprechend jeweils die dargestellten Bewegungen (64), (65), (66) aus; alle Antriebsmagnete drehen mit gleicher Drehrichtung (hier nach links), wenn man jeweils entlang der Drehachse der Antriebsmagnete von außen in Richtung der zentral liegenden Drehachse (13) blickt.The rotational movement ( 63 ) ( 66 ) ( 65 ) ( 64 ) of the magnets ( 52 ) ( 57 ) ( 51 ) ( 56 ) should first be considered to be equally oriented, shown here as turning to the left; the magnet ( 52 ) thus leads the illustrated movement ( 63 ), the magnets ( 56 ) 51 ) 57 ) lead correspondingly each of the movements shown ( 64 ) 65 ) 66 ) out; all drive magnets rotate with the same direction of rotation (in this case to the left), if in each case along the axis of rotation of the drive magnets from the outside in the direction of the central axis of rotation ( 13 ) looks.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich angemerkt, dass auch eine andere, als die hier beschriebene, fast synchrone und gleichgerichtete Drehbewegung der Antriebsmagnete durchaus sinnvoll sein kann.It should be expressly noted at this point that even a different, as described here, almost synchronous and rectified rotational movement of the drive magnets can be quite useful.
Entsprechend der obigen Darstellung ist der Magnet (52) auch in der Aufsicht mit dem Nordpol nach oben zeigend dargestellt und der Magnet (51) in der Aufsicht mit dem Südpol nach oben. Für die beiden anderen Magnete (56) (57) sind die Pol-Lagen als dazwischen liegend dargestellt, was in einer technischen Auslegung wichtig sein kann.As shown above, the magnet ( 52 ) also shown in the plan with the north pole pointing upwards and the magnet ( 51 ) in the supervision with the South Pole upwards. For the other two magnets ( 56 ) ( 57 ), the pole layers are shown as intermediate, which may be important in a technical design.
Unten in der ist eine aus dieser Aufsichtsdarstellung entwickelte Lagedarstellung zu den Magneten gezeigt, die für eine weitere Bewegungsanalyse und -Darstellung genutzt werden soll. Hierin ist der Rührmagnet (50) durch einen Strich (62) mit den eingetragenen Polbezeichnungen zur Kenntlichmachung der Lage dargestellt (N = Nordpol, S = Südpol). Diese Antriebsmagneten sind durch Rechtecke dargestellt (man muss sie sich in einem Schnitt senkrecht zur Zeichnungsebene und senkrecht zur Rotationsachse aber rund vorstellen), deren Lage durch die Angabe der von oben zu sehenden Magnetpole kenntlich gemacht ist. Der obere Magnet (56) in der Aufsicht liegt bezüglich seiner Pole, wie dargestellt, quer und diese Lage wird in dem zu diesem Magneten (56) gehörigen Rechteck (58) ebenfalls angegeben. Zum unteren Magneten (57) in der Aufsicht gehört das diesen Magneten (57) darstellende entsprechende Rechteck (60) mit der darin eingetragenen Pol-Lage. Zum Magneten (52) passt das Rechteck (59); der in der Aufsicht sichtbare Nord-Pol wird auch hier eingetragen; gleiches beim Magneten (51), zu dem das Rechteck (61) mit einem eingetragenen S (für Südpol) gehört.Down in the A situation illustration of the magnets developed from this overview is shown, which is to be used for further movement analysis and presentation. Here is the stirring magnet ( 50 ) by a dash ( 62 ) with the registered pole designations for the identification of the situation (N = North Pole, S = South Pole). These drive magnets are represented by rectangles (one must imagine them in a section perpendicular to the plane of the drawing and perpendicular to the axis of rotation, however), whose position is indicated by the indication of the magnetic poles seen from above. The upper magnet ( 56 ) in the plan view is transversely with respect to its poles, as shown, and this position is in the to this magnet ( 56 ) ( 58 ) also indicated. To the lower magnet ( 57 ) in the supervision belongs to this magnet ( 57 ) representing corresponding rectangle ( 60 ) with the registered therein pole position. To the magnet ( 52 ) fits the rectangle ( 59 ); the north pole visible in the supervision is also entered here; the same with the magnet ( 51 ) to which the rectangle ( 61 ) with a registered S (for South Pole).
stellt auf dieser Basis Zwischenschritte einer möglichen Bewegungsabfolge der Magnete dar. Dargestellt werden nur spezifische 90°-Zustände (90°-Lagen), von denen der Zustand oben links mit dem dargestellten Zustand der unten übereinstimmt. Durch eine Linksdrehung aller Magnete um 90° erfolgt der Übergang (83) in den nächsten Zustand (in der oben rechts): der oberste Antriebsmagnet (58) dreht bei dieser 90°-Bewegung seinen Südpol nach oben (67); die anderen Antriebsmagnet-Zustände (59) (60) (61) gehen während dieses Übergangs (83) ebenfalls in neue Antriebsmagnet-Zustände (68) (69) (70) über. represents on this basis intermediate steps of a possible sequence of movements of the magnets. Only specific 90 ° states (90 ° layers) are shown, of which the state at the top left with the illustrated state of the below matches. A left turn of all magnets by 90 ° makes the transition ( 83 ) in the next state (in the top right): the top drive magnet ( 58 ) turns its south pole upwards during this 90 ° movement ( 67 ); the other drive magnet states ( 59 ) ( 60 ) ( 61 ) go during this transition ( 83 ) also into new drive magnet states ( 68 ) ( 69 ) ( 70 ) above.
Der Rührmagnet (62) muss während des Übergangs (83) eine Drehbewegung (82) ausgeführt haben, um die Lage (81) des nächsten Zustands zu erreichen.The stirring magnet ( 62 ) during the transition ( 83 ) a rotary movement ( 82 ) have carried out the situation ( 81 ) of the next state.
Mit einer weiteren Linksdrehung aller Magnete um 90° erfolgt der Übergang (85) in den nächsten Zustand unten links: der linke Antriebsmagnet (68) dreht seinen Südpol dabei nach oben (72); die anderen Antriebsmagnete (69) (70) (67) gehen bei diesem Übergang (85) ebenfalls wieder in neue Antriebsmagnet-Zustände (73) (74) (71) über.With a further turn to the left of all magnets by 90 ° the transition takes place ( 85 ) in the next state bottom left: the left drive magnet ( 68 ) turns its south pole upwards ( 72 ); the other drive magnets ( 69 ) ( 70 ) ( 67 ) go with this transition ( 85 ) again into new drive magnet states ( 73 ) ( 74 ) ( 71 ) above.
Der Rührmagnet (81) muss während des Übergangs (85) eine Drehbewegung (84) ausführen, um die Lage (80) des Zustands unten links zu erreichen.The stirring magnet ( 81 ) during the transition ( 85 ) a rotary movement ( 84 ) perform the situation ( 80 ) of the state at the bottom left.
Mit einer weiteren Linksdrehung aller Magnete um 90° erfolgt der Übergang (87) in den nächsten Zustand unten rechts: der untere Antriebsmagnet (73) dreht bei dieser Bewegung seinen Südpol nach oben (77); die anderen Antriebsmagnet-Zustände (74) (71) (72) gehen bei diesem Übergang (87) in die neuen Antriebsmagnet-Zustände (78) (75) (76) über.With a further turn to the left of all magnets by 90 ° the transition takes place ( 87 ) in the next state below right: the lower drive magnet ( 73 ) turns its south pole upwards during this movement ( 77 ); the other drive magnet states ( 74 ) ( 71 ) ( 72 ) go with this transition ( 87 ) into the new drive magnet states ( 78 ) ( 75 ) ( 76 ) above.
Der Rührmagnet (80) muss während des Übergangs (87) eine Drehbewegung (86) ausführen, um die Lage (79) des nächsten Zustands unten rechts zu erreichen.The stirring magnet ( 80 ) during the transition ( 87 ) a rotary movement ( 86 ) perform the situation ( 79 ) of the next state at the bottom right.
Mit einer weiteren Linksdrehung aller Magnete um 90° wird wieder der Ausgangszustand der oben links erreicht. Der Rührmagnet (79) wird dazu eine Drehbewegung (88) ausführen. Damit ist ein vollständiger Umdrehungszyklus des Rührmagneten vollendet.With a further left rotation of all magnets by 90 °, the initial state of the reached at the top left. The stirring magnet ( 79 ) is a rotational movement ( 88 ) To run. Thus, a complete revolution cycle of the stirring magnet is completed.
Als wesentlich bleibt festzuhalten, dass mindestens zwei (in den bisherigen Beispielen vier) rotierende Dauermagnete als Antriebsmagnete genutzt werden und
- – diese Antriebsmagnete quer zu ihrer jeweiligen Rotationsachse magnetisiert sind und
- – deren Rotationsachsen nicht parallel zur Rotationsachse des Rührmagneten liegen,
- – wodurch auch die Ebenen in denen diese Rotationen stattfinden zueinander nicht parallel stehen.
It is important to note that at least two (four in the previous examples) rotating permanent magnets are used as drive magnets and - - These drive magnets are magnetized transversely to their respective axis of rotation and
- The axes of rotation of which are not parallel to the axis of rotation of the stirring magnet,
- - whereby also the levels in which these rotations take place are not parallel to each other.
Im Wesentlichen liegen die Rotationsachsen der Antriebsmagnete bisher so, dass diese radial von der Rotationsachse des Rührmagneten nach außen laufen, wodurch die Rotationsachen dieser Antriebsmagnete i. W. parallel zur Drehebene des Rührmagneten liegen (die Rotationsebenen stehen also senkrecht aufeinander). Es wird unten noch gezeigt, dass diese Eigenschaften so zusammengefasst werden können:
- – Die Antriebsmagnete sind jeweils quer zu ihrer Rotationsachse (d. h. in Längsrichtung) magnetisiert und
- – die Antriebsmagnete liegen in einem Kreis um die Rotationsachse des Rührmagneten herum angeordnet vor und
- – die Rotationsebenen liegen nicht Parallel, d. h. die Rotationsachsen der Antriebsmagnete und die Rotationsachse des Rührmagneten liegen
– entweder in einer durch jeweils eine Rotationsachse der Antriebsmagnete und die Rotationsachse des Rührmagneten definierten Ebene; dann weisen diese Rotationsachsen jeweils einen Mindestwinkel zueinander auf, bevorzugt einen Winkel von 90°,
– oder sie liegen windschief zueinander; dann liegen die Rotationsachsen der Antriebsmagneten im Wesentlichen tangential auf einem Kreis, der die Rotationsachse des Rührmagneten als Mittelpunkt hat.
Essentially, the axes of rotation of the drive magnets are so far that they run radially from the axis of rotation of the stirring magnet to the outside, whereby the rotation of these drive magnets i. W. are parallel to the plane of rotation of the stirring magnet (the rotation planes are thus perpendicular to each other). It will be shown below that these properties can be summarized as follows: - - The drive magnets are each transverse to its axis of rotation (ie in the longitudinal direction) magnetized and
- - The drive magnets are arranged in a circle around the axis of rotation of the stirring magnet before and
- - The planes of rotation are not parallel, ie the axes of rotation of the drive magnets and the axis of rotation of the magnetic stirring are - either in a plane defined by each axis of rotation of the drive magnets and the axis of rotation of the magnetic stirring; then these axes of rotation each have a minimum angle to each other, preferably an angle of 90 °, - or they are skewed to each other; then the axes of rotation of the drive magnets are substantially tangent to a circle having the axis of rotation of the stirring magnet as the center.
zeigt die Möglichkeiten auf, die oben bereits genutzte Rotation der Antriebsmagnete (und in deren Folge) die gerade beschriebene Rotation des Rührmagneten) zu erreichen: Rechts oben in dieser ist zur Orientierung die schon in dargestellte Aufsicht noch einmal dargestellt. shows the possibilities of achieving the above already used rotation of the drive magnets (and as a consequence) the just described rotation of the stirring magnet): Top right in this is for orientation already in shown plan shown again.
Ganz rechts davon wird gezeigt, dass z. B. auch ein Motor (105) die Drehbewegung (107) eines der Antriebsmagnete (106) bewirken kann. Auf diese Weise könnte jeder der Antriebsmagnete einem einzelnen kleinen Motor zugeordnet werden; diese Möglichkeit ist für den Fachmann so einfach nachzuvollziehen, dass dies keiner weiteren Erläuterung bedarf.On the far right it is shown that z. B. also a motor ( 105 ) the rotational movement ( 107 ) one of the drive magnets ( 106 ) can cause. In this way, each of the drive magnets could be assigned to a single small motor; This possibility is so easy for the skilled person to understand that this requires no further explanation.
Wie man am Beispiel von zwei sich gegenüberstehenden Antriebsmagneten (110) und (106) aber sehen kann, ist ein „durchgängiger” Antrieb mit nur einem Motor nicht oder zumindest nicht ohne Aufwand immer möglich, weil in dieser Anordnung zwei sich gegenüberstehende Antriebsmagnete – bei gleicher Drehachsenlage – gegenläufig drehen würden.How to use the example of two opposing drive magnets ( 110 ) and ( 106 ) but can see, a "continuous" drive with only one motor is not possible or at least not without effort, because in this arrangement two opposing drive magnets - would rotate in opposite directions - at the same rotational axis position.
Alternativ besteht die Möglichkeit, mittels entsprechender Getriebekonstruktionen nur einen einzelnen Motor vorzusehen. Aufgrund der (jeweils von außen nach innen betrachtet) immer gleichen Drehrichtung der Antriebsmagnete würde es z. B. genügen, einen oberhalb und unterhalb der Antriebsmagnete umlaufenden ringförmigen Antriebsvorrichtung vorzusehen, z. B. zwei oben und unten gegensinnig laufende, die Anordnung ringförmig umlaufende Zahnstangen oder auch einen reibschlüssigen Antrieb.Alternatively, it is possible to provide only a single motor by means of appropriate transmission designs. Due to the (in each case from outside to inside) always the same direction of rotation of the drive magnets, it would z. B. suffice to provide an above and below the drive magnets rotating annular drive device, for. B. two up and down in opposite directions, the arrangement annular rotating racks or a frictional drive.
Eine weitere Möglichkeit ist dadurch gegeben, dass die quer zu ihrer Drehachse magnetisierten Antriebsmagnete mittels einer speziellen Spulenansteuerung gedreht werden:
zeigt dazu (als Beispiel) oben einen Antriebsmagnet (90) mit einem nach oben zeigenden Nordpol, weil (unter Einsatz elektrischer Energie) mit der unteren Spule (129) im Anker (130) ein Nordpol erzeugt wird, der den Südpol des Antriebsmagneten (90) nach unten zieht und hält. Der in dieser Darstellung des Magneten (90) eingezeichnete schwarze Punkt zeigt die Drehachse dieses Antriebsmagneten (90). Man kann sich diesen Punkt als eine in die Zeichenebene gehende Welle vorstellen, die in eine geeignete Lagerung passt und den Antriebsmagnet (90) in seiner jeweiligen Drehachsenlage hält, aber Rotationsbewegungen um diese Achse zulässt.Another possibility is given by the fact that the magnetized magnet magnetized transversely to its axis of rotation by means of a special coil drive:
shows (as an example) above a drive magnet ( 90 ) with an upward north pole, because (using electrical energy) with the lower coil ( 129 ) in the anchor ( 130 ) a north pole is generated, the south pole of the drive magnet ( 90 ) pulls down and holds. The in this representation of the magnet ( 90 ) drawn black dot shows the axis of rotation of this drive magnet ( 90 ). One can think of this point as a wave going into the plane of the drawing, which fits into a suitable bearing and drives the magnet ( 90 ) in its respective rotational axis position, but allows rotational movements about this axis.
Zwei weitere Spulen (131) (92) können über entsprechende Ankerkonstruktionen (91) und (93) ebenfalls Einfluss auf die Lage des Antriebsmagneten (90) nehmen. Die hier dargestellte Ankerkonstruktion (125) mit den Ankerästen (91) (93) (130) kann sowohl über kleine Distanzen (126), aber auch über größere Distanzen (128) die jeweilige Feldfortleitung beeinflussen. Diese feldleitenden Konstruktionen sind für einen realen Aufbau wichtig, weil i. a. erst ein Einsatz und die Nutzung dieser feldbeeinflussenden Maßnahmen die Funktionen der Gesamtanordnung sichert.Two more coils ( 131 ) ( 92 ) can be connected via corresponding anchor designs ( 91 ) and ( 93 ) also influences the position of the drive magnet ( 90 ) to take. The anchor construction shown here ( 125 ) with the anchor boxes ( 91 ) ( 93 ) ( 130 ) can be used both over small distances ( 126 ), but also over larger distances ( 128 ) influence the respective field propagation. These field-conducting constructions are important for a real construction, because it is only a use and the use of these field-influencing measures that ensures the functions of the overall arrangement.
Die Geometrie und die Anordnung der Spulen kann in weiten Bereichen modifiziert werden. z. B. könnten die beiden in der vertikal liegenden Spulen (131) (92) direkt seitlich (horizontal) angeordnet werden.The geometry and the arrangement of the coils can be modified within wide ranges. z. B. could the two in the vertically lying coils ( 131 ) ( 92 ) are arranged directly laterally (horizontally).
–e stellt eine Abfolge von Stellungen eines Antriebsmagnet dar, die in diesem Beispiel mit den Spulen (131) (129) und (92) durch eine entsprechende Bestromung der Spulen erreicht werden kann: Die Bewegungsabfolge geht vom dargestellten Zustand des Antriebsmagneten (90) aus. Die mittlere Spule (129) erzeugt durch einen entsprechenden aufgeschalteten Strom im Anker (130) einen Nordpol. E represents a sequence of positions of a drive magnet, which in this example with the coils ( 131 ) ( 129 ) and ( 92 ) can be achieved by a corresponding energization of the coils: The sequence of movements goes from the illustrated state of the drive magnet ( 90 ) out. The middle coil ( 129 ) generated by a corresponding switched-on current in the armature ( 130 ) a north pole.
Der Übergang zum Zustand der erfolgt durch Abschalten des Stroms in der mittleren Spule (129) und eine Bestromung der beiden äußeren Spulen (131) (92), so dass im rechten Anker (96) ein Nordpol und im linken Anker (95) ein Südpol entsteht. Dadurch richtet sich der Antriebsmagnet (94), wie dargestellt, waagerecht aus. The transition to the state of is done by switching off the current in the middle coil ( 129 ) and an energization of the two outer coils ( 131 ) ( 92 ), so that in the right anchor ( 96 ) a north pole and in the left anchor ( 95 ) a south pole arises. As a result, the drive magnet ( 94 ), as shown, horizontally.
In dieser Darstellung der ist zudem angedeutet, wie sich der magnetische Kreis in der ausbilden würde: dieser magnetische Kreis würde sich ( ) über den rechten Anker (96), über den Antriebsmagneten (94) und über den linken Anker (95) bilden und über einen zusätzlichen Pfad (127), der z. B. durch die Ankerkonstruktion (125) (126) der führt, geschlossen werden. Der Antriebsmagnet (90) (94) führt also eine 90° Rotation aus und geht aus der Stellung der in die Stellung der über.In this presentation of the is also indicated how the magnetic circuit in the would form: this magnetic circuit would become ( ) over the right anchor ( 96 ), via the drive magnet ( 94 ) and over the left anchor ( 95 ) and an additional path ( 127 ), the z. B. by the anchor construction ( 125 ) ( 126 ) of the leads to be closed. The drive magnet ( 90 ) ( 94 ) thus performs a 90 ° rotation and goes out of the position of in the position of above.
Aufgrund der Feldfortleitung über die Ankerkonstruktion gemäß der , würde sich ein eng geführter magnetischer Kreis ausbilden und sich daher kein wesentliches Streufeld nach außen zeigen. In dieser Lage wäre der Antriebsmagnet (im Wesentlichen) in seiner Funktion neutralisiert.Due to the field propagation over the anchor construction according to , a tightly guided magnetic circuit would form and therefore show no significant stray field to the outside. In this position, the drive magnet would be (essentially) neutralized in its function.
Indem nun (im Übergang von zu ) die Spule (129) zusätzlich wieder derart bestromt wird und nunmehr zwei Ankeräste (98) einen Südpol ausbilden, während der rechte Anker immer noch einen Nordpol aufweist, kann die nächste Drehung um 90° vorbereitet werden. Der Antriebsmagnet (97) in der nimmt zunächst eine Zwischenstellung ein, die gemäß der noch weitergeführt werden kann, indem der Strom der Spule (92) abgeschaltet wird. Dadurch weist der rechte Anker (101) jetzt kein elektrisch erzeugtes Magnetfeld mehr auf, so dass die beiden verbleibenden Südpole (102) den Antriebsmagneten (100) geringfügig weiterdrehen können.By now (in the transition from to ) the sink ( 129 ) is additionally energized and now two anchor branches ( 98 ) form a south pole while the right anchor still has a north pole, the next turn by 90 ° can be prepared. The drive magnet ( 97 ) in the First assumes an intermediate position, which according to the can be continued by the current of the coil ( 92 ) is switched off. As a result, the right anchor ( 101 ) now no more electrically generated magnetic field, so that the two remaining south poles ( 102 ) the drive magnet ( 100 ) can continue to turn slightly.
Aus dieser Stellung der kann jetzt der Strom der linken Spule (131) abgeschaltet werden, wodurch nur noch der Südpol des mittleren Ankers (104) erhalten bleibt und die in der dargestellte Stellung des Antriebsmagneten (103) mit einem jetzt nach oben weisenden Südpol erreicht ist.From this position the can now the current of the left coil ( 131 ), whereby only the south pole of the middle anchor ( 104 ) is preserved and in the illustrated position of the drive magnet ( 103 ) is reached with a now pointing up south pole.
Die weiteren Abfolgen der Bewegung, also die nächsten beiden 90°-Drehungen zur Vollendung einer vollen Umdrehung dieses Antriebsmagneten, verlaufen in dieser erfindungsgemäßen Anordnung dann vergleichbar ab.The further sequences of the movement, ie the next two 90 ° turns to complete a full revolution of this drive magnet, then run comparably in this inventive arrangement.
Betrachtet man die Lage dieses einen Antriebsmagneten (90) (94) (97) (100) (103) während der beschriebenen Drehabfolge von oben (vgl. auch oben rechts) und nutzt die Darstellung der mit der dort gegebene Beschreibung zur Analyse der Beeinflussung des Rührmagneten durch die vier Antriebsmagneten, dann liegt das Wesen der erfinderischen Anordnung vollständig vor.Looking at the location of this one drive magnet ( 90 ) ( 94 ) ( 97 ) ( 100 ) ( 103 ) during the rotation sequence described above (see also top right) and uses the representation of with the description given there for the analysis of the influence of the stirring magnet by the four drive magnets, then the essence of the inventive arrangement is completely present.
Anhand von soll nun noch gezeigt werden, dass die feldleitenden Maßnahmen durch geeignete Ankerkonstruktionen nicht nur sinnvoll, sondern auch notwendig sind und zeigt dazu oben die schon aus (oben rechts) bekannte Aufsicht mit Motor (105).Based on will now be shown that the field-leading measures by suitable anchor designs not only useful, but also necessary and shows the above already out (top right) known supervision with engine ( 105 ).
Zusätzlich sind hier nur noch die sich ausbildenden Feldlinien zwischen den Antriebsmagneten angedeutet: Der in einer Neutralstellung liegende obere Antriebsmagnet (132) zeigt mit seinen Südpol nach links, mit seinen Nordpol nach rechts. Der rechte Antriebsmagnet (106) zeigt mit seinen Südpol nach oben. Der untere Antriebsmagnet (111) befindet sich ebenfalls in einer Neutralstellung und der linke Antriebsmagnet (110) zeigt mit seinem Nordpol nach oben. Der Rührmagnet (133) liegt daher mit seinem Südpol über dem Nordpol des einen Antriebsmagneten (101) und mit seinem Nordpol über dem Südpol des gegenüberstehenden Antriebsmagneten (106).In addition, only the forming field lines between the drive magnets are indicated here: The upper drive magnet lying in a neutral position (FIG. 132 ) shows with its south pole to the left, with its north pole to the right. The right drive magnet ( 106 ) shows with its south pole upwards. The lower drive magnet ( 111 ) is also in a neutral position and the left drive magnet ( 110 ) points upwards with its north pole. The stirring magnet ( 133 ) lies with its south pole above the north pole of a drive magnet ( 101 ) and with its north pole above the south pole of the opposite drive magnet ( 106 ).
Betrachtet man diese Poldarstellung, dann könnte man annehmen, dass die sich zwischen den Magneten ausbildenden Feldlinien irgendwie (108) (109) zwischen den Magneten einstellen und zum Zentrum hin stärker ausgeprägt sind. Die tatsächlichen Verhältnisse können in der Realität aber recht kompliziert sein:
stellt eine (verzerrte) seitliche Sicht auf die Anordnung der dar. In dieser Darstellung der gibt der Antriebsmagnet (113) eine seitliche Sicht auf den unteren Antriebsmagneten (111) wieder. Der Antriebsmagnet (112) soll dem Antriebsmagnet (110) aus der entsprechen, der so dargestellt wird, als könne er hier ebenfalls von der Seite gesehen werden. Gleiches gilt für den Antriebsmagneten (114) in , der in der rechte Antriebsmagnet (106) sein soll. Das prinzipielle der Anordnung bleibt aber trotz dieser Verzerrung erhalten.Looking at this polar representation, one might assume that the field lines forming between the magnets somehow ( 108 ) ( 109 ) between the magnets and are more pronounced towards the center. The actual conditions can be quite complicated in reality:
provides a (distorted) lateral view of the arrangement of the In this illustration of the gives the drive magnet ( 113 ) a lateral view of the lower drive magnet ( 111 ) again. The drive magnet ( 112 ) should the drive magnet ( 110 ) from the which is presented as if it could also be seen from the side here. The same applies to the drive magnet ( 114 ) in who in the right drive magnet ( 106 ) should be. The principle of the arrangement remains despite this distortion.
deutet nun (nur im Prinzip) an, dass die Feldlinien durchaus kompliziert verlaufen können: Die beiden nicht in neutraler Stellung stehenden Antriebsmagnete (112) und (114) erzeugen ein Feld, das den Rührmagneten (115) in der gezeigten Stellung hält. Ohne eine Feldleitung würde sich in der Anordnung nur ein kräftiges, den Nutz-Magnetkreis aber (auf Grund der langen Luftstrecke) deutlich schwächendes, magnetisches Streufeld (116) mit einem kaum abzuschätzenden Verlauf ausbilden. now (only in principle) indicates that the field lines can be quite complicated: the two not in neutral position drive magnets ( 112 ) and ( 114 ) generate a field that causes the stirring magnet ( 115 ) in the position shown. Without a field line, only a powerful magnetic stray field (clearly weakening the useful magnetic circuit but due to the long air gap) would 116 ) form with a barely to be estimated course.
Durch den in neutraler Stellung liegenden Antriebsmagneten (113) würden sich zudem auch in den Zwischenbereichen starke Streufelder (117) ausbilden, die u. U. den Mitnahmeeffekt für den Rührmagneten (115) stark verändern können. Die von diesem in neutraler Stellung stehenden Antriebsmagnet (113) ausgebildeten Streufelder (123) stören in Richtung des Rührmagneten (115) u. U. die gewünschte Kopplung.Due to the drive magnet in neutral position ( 113 ), in addition, strong stray fields ( 117 ) train, the u. U. the deadweight effect for the Stirring magnets ( 115 ) can change a lot. The drive magnet in neutral position ( 113 ) trained stray fields ( 123 ) interfere in the direction of the stirring magnet ( 115 u. U. the desired coupling.
zeigt eine dazu sinnvoll mögliche Modifikation der Feldführung durch eine geeignete Ankerkonstruktion: Die Stellungen der Antriebsmagnete und die (wesentlichen) Felder zur Kopplung an den Rührmagneten sind gegenüber der gleich. Durch eine eng liegende Ankerführung (121), dessen Feldleitung in anderer Form schon zur dargestellt wurde, kann das Reststreufeld (124) dieses Magneten auf kleine Raumbereiche und Werte reduziert werden, so dass die Koppelung an den Rührmagneten davon nicht mehr wesentlich beeinflusst wird. Zudem wird durch eine Ankerleitungsstruktur (120) auch in größerem Umfang und Ausdehnung (vgl. in (128)) der Kopplungsmagnetkreis, hier also der Nutzkreis, enger geschlossen, was das Gesamtmagnetfeld positiv verstärkt (an sich nur weniger schwächt). Das Streufeld (116) der wird fast völlig in der Ankerstruktur (120) geführt und gehalten. shows a meaningful possible modification of the field guide by a suitable anchor design: The positions of the drive magnets and the (essential) fields for coupling to the stirring magnet are opposite to the equal. Due to a close-fitting anchor guide ( 121 ), whose field line in another form already to has been displayed, the residual scatter field ( 124 ) this magnet can be reduced to small spatial ranges and values so that the coupling to the stirring magnet thereof is no longer significantly affected. In addition, an anchor line structure ( 120 ) also on a larger scale and extent (cf. ( 128 )) the coupling magnetic circuit, so here the Nutzkreis, close closed, which positively amplifies the total magnetic field (in itself only weakens). The stray field ( 116 ) of the almost completely in the anchor structure ( 120 ) and kept.
Als Vorteile der Ausgestaltungen unter Beachtung vorzusehender Ankerkonstruktionen kann man also anführen, dass ein Antriebsmagnet in Neutralstellung ein geringes Streufeld aufweist, weil und wenn das Feld dieses Magneten über seitlich liegende Ankerstege der sich ausbildende magnetische Kreis eng in der Umgebung des Antriebsmagneten geführt und gehalten werden kann.As advantages of the embodiments in consideration of vorzusehender anchor designs can therefore be cited that a drive magnet in neutral position has a low stray field because and if the field of this magnet can be performed and held in the vicinity of the drive magnet via laterally located armature webs of the forming magnetic circuit ,
Der Vorteil einer Ankerführung gilt aber auch für den Haupt-Nutz-Kreis, für den die Feldführung anders aussieht: Ein erster Antriebsmagnet in einer definierten Polstellung mit einem nach oben zeigendem Nord- oder Südpol in Kombination mit einem zweiten Antriebsmagnet mit einem nach oben zeigendem Süd- oder Nordpol erzeugen zusammen ein Feld, das zum Rührmagneten koppeln kann, weil sich ein magnetischer Kreis,
- – ausgehend vom ersten magnetischen Pol des ersten Antriebsmagneten,
- – über einen ersten Zwischenraum vom ersten Antriebsmagneten zum Rührmagneten
- – über den Rührmagneten,
- – über einen zweiten Zwischenraum vom Rührmagneten zum zweiten Antriebsmagneten,
- – über den ungleichnamigen zweiten magnetischen Pol des zweiten Antriebsmagneten
- – über einen ersten Ankersteg mit einer Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes,
– das den magnetischen Kreis (elektromagnetisch) unterstützt und
– den ersten Antriebsmagneten halten kann,
- – über eine weiterreichende Ankerkonstruktion zur besseren Feldleitung
- – über einen zweiten Ankersteg mit einer Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes,
– das den magnetischen Kreis (elektromagnetisch) unterstützt und
– den zweiten Antriebsmagneten halten kann,
- – zum zweiten magnetischen Pol des ersten Antriebsmagneten zurück im Wesentlichen unbeeinflusst von den in Neutralstellung befindlichen Antriebsmagneten ausbilden kann
However, the advantage of an anchor guide also applies to the main payload circle, for which the field guide looks different: a first drive magnet in a defined pole position with an upward north or south pole in combination with a second drive magnet with a south facing south or North Pole together create a field that can couple to the stirring magnet because of a magnetic circuit, - Starting from the first magnetic pole of the first drive magnet,
- - Over a first space from the first drive magnet to the stirring magnet
- Over the stirring magnet,
- Via a second intermediate space from the stirring magnet to the second drive magnet,
- - About the unlike second magnetic pole of the second drive magnet
- Via a first anchor bar with a coil for generating a magnetic field, supporting the magnetic circuit (electromagnetically) and holding the first drive magnet,
- - Over a wider anchor design for better field management
- Via a second anchor bridge with a coil for generating a magnetic field, which supports the magnetic circuit (electromagnetically) and can hold the second drive magnet,
- - Can train back to the second magnetic pole of the first drive magnet back substantially unaffected by the located in neutral position drive magnet
Wie man daran sehen, bzw. – nur unter einem anderen Blickwinkel – darstellen kann, erzeugt eine definierte Spulenbestromungsabfolge zunächst nur eine definierte Antriebsmagnetstellung mit einer definierten Pollage, die dann den jeweiligen magnetischen Nutzkreis ausbildet.As you can see, or - can represent only from a different angle - generates a defined Spulenbestromungsabfolge initially only a defined drive magnet position with a defined pole position, which then forms the respective magnetic Nutzkreis.
Die für die definierte Pol-Lage der Antriebsmagneten evtl. benötigte weitere Halte-Bestromung von zwei Spulen (immer zwei Antriebsmagnete sind im jeweiligen Nutzkreis einbezogen) ist aber nicht „funktionell verloren”, sondern verstärkt das magnetische Feld dieses Kreises jeweils auch noch.The possibly required for the defined pole position of the drive magnets further holding energization of two coils (always two drive magnets are included in the respective Nutzkreis) is not "functionally lost", but also reinforced the magnetic field of this circle also.
Wie man daran zudem sehen kann, sind die notwendigen Konstruktionsmaßnahmen der Feldführung und -leitung auf der Basis der beschriebenen Erfindung davon abhängig, welche Art des Antriebs für die Drehbewegung der Antriebsmagnete jeweils gewählt wird, was insbesondere unter Anwendung von Simulationen auf dem Stand der Technik relativ gut gelöst werden kann.As can also be seen therefrom, the necessary construction measures of the field guidance and guidance on the basis of the described invention are dependent on which type of drive is selected for the rotational movement of the drive magnets respectively, which is relatively in particular using simulations in the prior art can be solved well.
Die gesamte Konstruktion einer solchen Anordnung, vor allem die jeweils konstruktiv gewählte Lage der Antriebsmagnete, geht stark in die Auslegung der Ankerkonstruktion ein. Sogar die unmittelbare Umgebung unterhalb der Position, die der Rührmagnet während des Rührens jeweils einnehmen soll, muss meist noch durch geeignete Feldleitungsmaßnahmen modifiziert werden. Auch das hängt von den jeweiligen konstruktiven Umgebungsbedingungen ab. (Ohne diese zusätzlichen Maßnahmen würde sich der Rührmagnet oftmals einfach in Richtung eines Pols eines Antriebsmagneten bewegen und dann dieser Position im Wesentlichen einfach liegen bleiben).The entire construction of such an arrangement, especially the respective constructively selected position of the drive magnets, is heavily involved in the design of the anchor structure. Even the immediate environment below the position which the stirring magnet is supposed to occupy during stirring must usually still be modified by means of suitable field line measures. This, too, depends on the respective structural environmental conditions. (Without these additional measures, the stirring magnet would often simply move in the direction of a pole of a drive magnet and then remain substantially flat in that position).
zeigt in diesem Zusammenhang einige der erfindungsgemäß möglichen, gegenüber der beschriebenen Anordnung aber modifizierten Konstruktionen auf:
zeigt als Ausgangspunkt noch einmal die schon beschriebene Grundkonstruktion mit radial angeordneten Antriebsmagneten. (Die Rotationsebenen der Antriebsmagneten und des Rührmagneten stehen senkrecht) aufeinander In –d wird dargestellt, wie man – ausgehend von der Anordnung der – die Lage dieser Antriebsmagnete in eine modifizierte Stellung bringen kann:
Zur Anordnung der kann man sich einfach vorstellen, dass die Antriebsmagnete (143) (137) durch eine einfache Rotation um tangential auf einem Kreis liegende Querachsen erfolgt ist, durch die die nach außen ragenden Enden der Antriebsmagnete einfach nur nach oben gekippt worden sind. Ein Antriebsmagnet (137) mit einer so veränderten Lage (139) nimmt dadurch eine zur Rotationsebene des Rührmagneten (136) im Winkel α stehende, schräge Lage (146) ein. Ein polarer Wechsel dieser (nur etwas anders liegenden) Antriebsmagnete für die Interaktion mit dem Rührmagneten ist in dieser Anordnung aber mit den oben beschrieben Techniken in fast gleicher Weise durchzuführen. shows in this connection some of the inventively possible, compared to the described arrangement but modified constructions on:
shows as a starting point once again the already described basic construction with radially arranged drive magnets. (The planes of rotation of the drive magnets and the stirring magnet are perpendicular) to each other -D is shown how to - based on the arrangement of - Can bring the position of these drive magnets in a modified position:
For the arrangement of can you just imagine that the drive magnets ( 143 ) ( 137 ) has been carried out by a simple rotation about tangentially lying on a circle transverse axes through which the outwardly projecting ends of the drive magnets have simply been tilted only upwards. A drive magnet ( 137 ) with such a changed situation ( 139 ) thereby takes one to the plane of rotation of the stirring magnet ( 136 ) at an angle α standing, oblique position ( 146 ) one. A polar change of these (only slightly different) drive magnets for the interaction with the stirring magnet is in this arrangement but perform with the techniques described above in almost the same way.
Um diese Anordnung der gemeinsam mit der Anordnung der zu charakterisieren, kann man mindestens zwei (der hier vier) der rotationsbeweglichen Antriebsmagnete (143) (137) betrachten,
- – die quer zu ihren in Längsrichtung liegen Rotationsachsen (150) (151) (152) (153) magnetisiert sind, und
- – deren Rotationsachsen (150) (151) (152) (153) im Wesentlichen jeweils auf einer Linie (152) (153) liegen, die von der Rotationsachse (155) des Rührmagneten (136) weg nach außen läuft,
- – wodurch sowohl
– alle am weitesten innen liegende Punkte (160) der Antriebsmagnete, als auch
– alle am weitesten außen liegende Punkte (161) der Antriebsmagnete
auf zur Rotationsebene (164) des Rührmagneten jeweils und zueinander parallel liegenden Kreisen (162) (163) zu liegen kommen, deren Mittelpunkt jeweils die Rotationsache (155) des Rührmagneten (136) ist.To this arrangement the together with the arrangement of To characterize, one can at least two (the here four) of the rotatably movable drive magnets ( 143 ) ( 137 ) consider, - Transverse to their longitudinal axes of rotation ( 150 ) ( 151 ) ( 152 ) ( 153 ) are magnetized, and
- - whose axes of rotation ( 150 ) ( 151 ) ( 152 ) ( 153 ) essentially each on a line ( 152 ) ( 153 ), which depend on the axis of rotation ( 155 ) of the stirring magnet ( 136 ) runs away to the outside,
- - whereby both - all innermost points ( 160 ) of the drive magnets, as well as - all outermost points ( 161 ) of the drive magnets
up to the rotation level ( 164 ) of the stirring magnet in each case and mutually parallel circles ( 162 ) ( 163 ), whose center in each case the rotation axis ( 155 ) of the stirring magnet ( 136 ).
Diese Rotation der Antriebsmagnete erfolgt also auf einer Rotationsachse, die in einen definierten Winkel zur Rotationsachse des Rührmagneten steht; ebenso stehen die Rotationsebenen in denen die Rotationsbewegungen sattfinden in diesem Winkel zueinander. Diese Rotationsachsen und diese Rotationsebenen liegen aber nicht parallel zueinander.This rotation of the drive magnets thus takes place on a rotation axis, which is at a defined angle to the axis of rotation of the stirring magnet; Likewise, the rotational planes in which the rotational movements are found at this angle to each other. These axes of rotation and these planes of rotation are not parallel to each other.
zeigt eine weitere Ausgestaltung, in der die Antriebsmagnete (143) (137) der bezüglich einer senkrecht zur Zeichenebene stehenden Achse wieder einfach nur gedreht worden sind (142) (138). Dadurch liegen jetzt die Rotationsachsen der Antriebsmagnete tangential auf einem Kreis, der die Rotationsachse des Rührmagneten als Mittelpunkt ausweisen wird. Sie liegen aber hier noch im Wesentlichen parallel zur Rotationsebene des Rührmagneten (147) shows a further embodiment in which the drive magnets ( 143 ) ( 137 ) of the with respect to an axis perpendicular to the plane again just have been rotated ( 142 ) ( 138 ). As a result, now the axes of rotation of the drive magnets are tangent to a circle that will identify the axis of rotation of the stirring magnet as the center. However, they are still substantially parallel to the plane of rotation of the stirring magnet ( 147 )
Diese Rotation der Antriebsmagnete erfolgt – ebenso wie schon zur ausgeführt – also auf einer Rotationsachse, die in einen definierten Winkel zur Rotationsachse des Rührmagneten steht; ebenso stehen die Rotationsebenen in denen die Rotationsbewegungen sattfinden in diesem Winkel zueinander. Diese Rotationsachsen und diese Rotationsebenen liegen aber nicht parallel zueinander.This rotation of the drive magnets takes place - as well as for executed - ie on a rotation axis which is at a defined angle to the axis of rotation of the stirring magnet; Likewise, the rotational planes in which the rotational movements are found at this angle to each other. These axes of rotation and these planes of rotation are not parallel to each other.
Die Antriebsmagnete dieser (alternativ könnte man das auch aus den Lagedarstellungen der ableiten) können nun noch einmal (vergleichbar dem Übergang von zur ) durch eine weitere Drehung geändert werden. Dies zeigt die . Jetzt liegen jeweils die Rotationsachsen der Antriebmagnete (z. B. (138) (144)) windschief zur Rotationsachse des Rührmagneten (z. B. (140) (145).The drive magnets of this (Alternatively, one could also from the situation of the derive) can now once again (comparable to the transition of to ) can be changed by another rotation. This shows the , Now each of the axes of rotation of the drive magnets lie (eg ( 138 ) ( 144 )) skewed to the axis of rotation of the stirring magnet (eg ( 140 ) ( 145 ).
Auch diese Rotation der Antriebsmagnete erfolgt – ebenso wie schon zur ausgeführt – also auf einer Rotationsachse, die in einen definierten Winkel zur Rotationsachse des Rührmagneten steht; ebenso stehen die Rotationsebenen in denen die Rotationsbewegungen sattfinden in diesem Winkel zueinander. Diese Rotationsachsen und diese Rotationsebenen liegen aber nicht parallel zueinander.This rotation of the drive magnets is done - as well as for executed - ie on a rotation axis which is at a defined angle to the axis of rotation of the stirring magnet; Likewise, the rotational planes in which the rotational movements are found at this angle to each other. These axes of rotation and these planes of rotation are not parallel to each other.
Obwohl diese Anordnungen von der hauptsächlich beschriebenen Anordnung abweichen, ist das Prinzip der Erfindung auch hierin erhalten geblieben: Durch die Rotationen der Antriebsmagnete in Anordnungen gemäß der –d um ihre jeweilige Rotationsachse werden jeweils die Pole dieser Antriebsmagnete nacheinander so gestellt, dass eine magnetische Feldabfolge entsteht, die am Ort des Rührmagneten einem magnetischen Drehfeld entspricht.Although these arrangements deviate from the arrangement mainly described, the principle of the invention has also been retained herein: by the rotations of the drive magnets in arrangements according to the -D to their respective axis of rotation, the poles of these drive magnets are successively set so that a magnetic field sequence is formed, which corresponds to a magnetic rotating field at the location of the stirring magnet.
Auch die in dieser gezeigten Modifikationen können in vergleichbarer Weise genutzt werden für einen Drehantrieb des Rührmagneten. Die jeweils quer zu ihren Rotationsachsen magnetisierten Antriebsmagnete werden für eine Polumkehr und damit zur Ausbildung eines Drehfeldes um ihre jeweilige Längsachse rotiert, wobei dies aber jetzt mittels einer wesentlich kleineren Drehbewegung der Antriebsmagnete erfolgen kann, als das auf dem Stand der Technik bisher möglich ist.Also in this shown modifications can be used in a comparable manner for a rotary drive of the stirring magnet. Each magnetized transversely to their axes of rotation drive magnets are rotated for a Polumkehr and thus to form a rotating field about their respective longitudinal axis, but this can now be done by means of a much smaller rotational movement of the drive magnets, as previously possible in the prior art.
Die Eigenschaften können damit so zusammengefasst werden:
- – Die Antriebsmagnete sind quer zu ihrer in Längsrichtung liegenden Rotationsachse magnetisiert und
- – die Antriebsmagnete liegen kreisförmig um die Rotationsachse des Rührmagneten herum angeordnet vor, wobei
- – die Rotationsachse eines Antriebsmagneten und die Rotationsachse des Rührmagneten
– entweder in einer durch jeweils die Rotationsachse des Antriebsmagneten und durch die Rotationsachse des Rührmagneten definierten (gemeinsamen) Ebene liegen; ist das der Fall, dann weisen diese Rotationsachsen einen Mindestwinkel zueinander auf, bevorzugt einen Winkel von 90°, oder
– windschief zueinander liegen; ist das der Fall, dann liegen die Rotationsachsen der Antriebsmagnete im Wesentlichen auf einem Kreis angeordnet vor, der die Rotationsachse des Rührmagneten als Mittelpunkt hat.
The properties can thus be summarized as follows: - - The drive magnets are magnetized transversely to their longitudinal axis of rotation and
- - The drive magnets are arranged in a circle around the axis of rotation of the stirring magnet, wherein
- The axis of rotation of a drive magnet and the axis of rotation of the stirring magnet lie either in a plane defined by the respective axis of rotation of the drive magnet and by the axis of rotation of the magnet; If this is the case, then these axes of rotation have a minimum angle to one another, preferably an angle of 90 °, or - are skewed to each other; If this is the case, then the axes of rotation of the drive magnets are essentially arranged on a circle which has the axis of rotation of the stirring magnet as the center.
Der Schwerpunkt oder der Mittelpunkte oder ein beliebig anderer Punkts des Antriebsmagneten kann ebenso zur Definition der Lage der Rotationsachsen der Antriebsmagnete genutzt werden. Eine als „im Wesentlichen auf einem Kreis liegend, der die Rotationsachse des Rührmagneten als Mittelpunkt hat” beschriebene Lage, kann dann eindeutig so interpretiert werden, dass – wenn ein immer vergleichbarer Punkt in den an sich immer gleich aufgebauten Antriebsmagneten betrachtet wird – diese z. B. vier Punkte der (hier vier) Antriebsmagnete dann auf einem Kreis liegen, der die Rotationsachse des Rührmagneten als Mittelpunkt hat.The center of gravity or the centers or any other point of the drive magnet can also be used to define the position of the axes of rotation of the drive magnets. A situation described as "essentially lying on a circle which has the axis of rotation of the stirring magnet as the center" can then be interpreted unambiguously so that - if a comparably comparable point is always considered in the drive magnet of the same design - these z. B. four points of (here four) drive magnets then lie on a circle that has the axis of rotation of the stirring magnet as the center.
Zum Abschluss zeigt weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten, bei denen das beschriebene erfindungsgemäße Prinzip vollständig beibehalten bleibt und die Ausführungen zur für diese an sich 1:1 übernommen werden könnten. Durch die sollen gewissermaßen noch einige möglich Grenzwertfälle der Erfindung benannt und dargestellt werden: und zeigen an sich völlig identische Ausführungsformen; allerdings sind die Antriebsmagnete hier sehr stark verkürzt worden, so dass es an sich keinen Sinn mehr machen würde, von einer Längsrichtung zu sprechen; letztendlich könnten diese Antriebsmagnete sogar in einer Kugelform vorliegen.To conclude shows Other design options in which the described inventive principle is fully retained and the comments on for this could be taken over 1: 1. By the In a sense, some possible limit value cases of the invention should be named and represented: and show completely identical embodiments; However, the drive magnets have been shortened here very much so that it would make no sense in itself, to speak of a longitudinal direction; Ultimately, these drive magnets could even be in a spherical shape.
Es können also auch sehr kurze Magnete und Magnete in Kugelform in einer erfindungsgemäßen Anordnung als Antriebsmagnete genutzt werden. Ein 1:1-Vergleich der mit der ist ansonsten selbsterklärend, so dass hierzu keine weiteren Ausführungen notwendig scheinen. Die oben geometrisch geprägten Beschreibungen müssten sich aber an der Magnetisierungsrichtung dieser Magnetkugeln orientieren.It is therefore also possible to use very short magnets and magnets in spherical form in an arrangement according to the invention as drive magnets. A 1: 1 comparison of with the is otherwise self-explanatory, so that no further explanations seem necessary. However, the above geometrically coined descriptions would have to be based on the magnetization direction of these magnetic spheres.
Und als letzte Erweiterungsmöglichkeit bleibt dann noch zu nennen, dass auch diese Kugelform wieder verlängert werden könnten, so dass nunmehr praktisch 4 Stabmagnete rotieren würden, deren Rotationsebenen bzw. deren Rotationsachsen allerdings dann alle senkrecht auf der Rotationsebene bzw. der Rotationsachse des Rührmagneten stehen würden. Diese Konstruktion könnte aber auch aus einer der beschriebenen Anordnungen z. B. der abgeleitet werden.And as a last extension possibility then remains to mention that even this spherical shape could be extended again, so that now virtually 4 bar magnets would rotate, the rotation planes or their rotation axes, however, would then all be perpendicular to the plane of rotation or the axis of rotation of the stirring magnet. But this construction could also be from one of the described arrangements z. B. the be derived.