DE3927045A1

DE3927045A1 - Electronic magnet-mixer - having mixing element, power source, electronic control, power amplifiers, potentiometer and frequency generator

Info

Publication number: DE3927045A1
Application number: DE3927045A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Pietsch; Claus Dipl Ing Dittrich; Hans-Juergen Wittek
Original assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Current assignee: Pruefgeraete-Werk Medingen O-8210 Freital D GmbH
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1990-07-12
Also published as: DD278947A1

Abstract

An electronic magnet mixer to simultaneously mix liq. media in one or more vessels, comprising electronically controlled coils which are arranged on a grid-shaped yoke plate, whereby an electronic control (3) is connected to four power-amplifiers (4.1 to 4.4) in such a manner, that the mode of operation one to four produced as outputs of the electronic control (3) are periodically and successively fed to the power amplifiers (4.1-4.4) connected to the operating supply (6). The outputs of power amplifiers (4) are connected to opposite in parallel or in series arranged coils (5.1-5.4) in such a way that the power amplifiers (4.1) and (4.3) energise the coil pair (5.1 and 5.3) whilst the power amplifiers (4.2) and (4.4) energise the coil pair (5.2 and 5.4). USE/ADVANTAGE - The electronic magnet mixers can be used to mix liqs. in chemical, biochemical or medical laboratories. The appts. provides a homogeneously mixed end prod.

Description

Elektronische Magnetrührer finden Anwendung in chemischen, biochemischen, physikalischen oder medizinischen Labors. Sie dienen der Durchmischung von Flüssigkeiten in einem oder mehreren Gefäßen gleichzeitig. Insbesondere sind sie für das Mischen bzw. Rühren von Probenserien geeignet, für die re produzierbare, gleiche Rührparameter gefordert sind.Electronic magnetic stirrers are used in chemical, biochemical, physical or medical laboratories. They are used to mix liquids in one or several vessels at the same time. In particular, they are for the mixing or stirring of sample series suitable for the right producible, same stirring parameters are required.

Elektronische Magnetrührer basieren auf dem gemeinsamen Grund prinzip, daß mittels einer, von einem veränderlichen Stromfluß durchflossenen Spulenanordnung mit Polschuhen ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird, das ein permanentmagnetisches Rührelement in einer Flüssigkeit zur rotorischen Drehbewegung veranlaßt, um die Flüssigkeit zu durchmischen bzw. zu rühren.Electronic magnetic stirrers are based on the common ground principle that by means of a variable current flow flowed through coil arrangement with pole pieces a magnetic Rotating field is generated, which is a permanent magnetic stirring element caused to rotate in a liquid in a liquid, to mix or stir the liquid.

Zu diesem Grundprinzip sind verschiedene Ausführungsvarianten bekannt, sowohl den Grundaufbau des Gerätes als auch die Verfahren zur Ansteuerung der Spulenanordnung betreffend.There are various design variants for this basic principle known, both the basic structure of the device and the procedures for controlling the coil arrangement.

In DE OS 30 43 335 ist eine Magnet-Rühreinrichtung beschrieben, die durch spezielle Formung der Polschuhe die Zentrierung des Rührstabes und einen stabilen Betrieb in einem weiteren Dreh zahlbereich bei verschiedenen Rührstablängen ermöglichen soll und die die Vervielfachung der vorgeschlagenen Magnet-Rührein richtung zu rührplattenartigen Anordnungen umfaßt, welche bei synchroner Ansteuerung der Magnetanordnungen der einzelnen Ein richtungen weitere Rührbereiche aufweisen soll.DE OS 30 43 335 describes a magnetic stirring device the centering thanks to the special shape of the pole shoes of the stir bar and stable operation in another turn number range with different stirring bar lengths and the multiplication of the proposed magnetic stirrer direction to stir plate-like arrangements, which at synchronous control of the magnet arrangements of the individual ones directions should have further stirring areas.

Mit der dargelegten Erfindung ist jedoch im Zentrum der zusätzlich ausgebildeten Drehfelder eine definierte Zusammen führung der Magnetlinie durch die Geometrie der Polschuhe nicht gewährleistet, der im Luftspalt sich ausbildende magnetische Fluß ist unterschiedlich zu denen in der dargestellten Anordnung. With the stated invention, however, is at the center of the additionally trained rotating fields a defined combination guidance of the magnetic line through the geometry of the pole pieces not guaranteed, the magnetic formed in the air gap Flow is different from that in the arrangement shown.

Damit hat das zwischen den Anordnungen ausgebildete Drehfeld eine schwächere Intensität und gewährleistet nicht die ange strebten Wirkungen wie stabiler Betrieb und genaue Zentrierung des Rührelementes.This has the rotating field formed between the arrangements a weaker intensity and does not guarantee the desired sought effects such as stable operation and precise centering of the stirring element.

In DD OS 2 34 618 sind ein motorloser Magnetfeldrührer und das Verfahren zu dessen Ansteuerung beschrieben. Diese Ausführung stellt eine Variante dar, die gute Rühreigenschaften verspricht jedoch keine Reibung und Schaffung zusätzlicher Rührstellen zuläßt.In DD OS 2 34 618 there is a motorless magnetic field stirrer and that Procedure for its control described. This execution represents a variant that promises good stirring properties however no friction and creation of additional stirring points allows.

Ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Durchmischung von Fluiden mit rotorlosen Magnetfeldrührern sind in DD-PS 2 49 640 beschrieben. Damit ist beabsichtigt, insbesondere auf die zu mischenden Kultursuspensionen eine reproduzierbare Dreh- bzw. Schwenkbewegung auszuüben. In der Patentschrift wird auf eine Mehrfachnutzung von Magnetspulen verwiesen. Aus der dargestellten Anordnung ist jedoch nicht zu erkennen, wie die angegebenen acht bis sechszehn Mischstellen eindeutig ausgebildet werden sollen und ob gleiche (Rühren oder Schwenken) oder verschiedene Misch bewegungen (Rühren und Schwenken) gleichzeitig auftreten. In der beschriebenen Anordnung werden mit 25 Spulen lediglich 4 Misch plätze ausgebildet.A method and a circuit arrangement for mixing Fluids with rotorless magnetic field stirrers are in DD-PS 2 49 640 described. This is intended, in particular, to mixing culture suspensions a reproducible rotation or Exercise pivotal movement. In the patent reference is made to a Multiple use of solenoids referenced. From the illustrated However, arrangement is not recognizable, like the eight specified up to sixteen mixing points should be clearly trained and whether the same (stirring or swirling) or different mixing movements (stirring and swiveling) occur simultaneously. In the described arrangement with 25 coils only 4 mixing places trained.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit minimalem technischen Aufwand bei minimierten Flächenbedarf zeitgleich oder bei seriellen Proben anfallende Mischaufgaben mit einem Gerät so zu lösen, daß unter gleichen, zum Teil extremen physi kalischen Bedingungen gearbeitet werden kann.The aim of the invention is with minimal technical effort with minimized space requirements at the same time or mixing tasks with a serial sample To solve the device so that under the same, sometimes extreme physi calic conditions can be worked.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete funktionelle Spulenanordnung und entsprechende elektronische Ansteuerung eine Einrichtung zu schaffen, die eine möglichst große Anzahl von Rührstellen bei minimierten Flächenbedarf besitzt, an denen die gleiche physikalischen Bedingungen vorliegen und die eine homogene Durchmischung gewährleistet. The invention has for its object by a suitable functional coil arrangement and corresponding electronic Control to create a facility that is one possible large number of stirring points with minimal space requirements has the same physical conditions and which ensures homogeneous mixing.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Steuerelektronik (3) mit vier Leistungsverstärkern (4.1 bis 4.4) so verbunden ist, daß die an den Ausgängen der Steuerelektronik (3) bereitgestellten Takte eins bis vier den mit einer Betriebs spannung (6) versorgten Leistungsverstärkern (4.1. bis 4.4.) zeitlich nacheinander zugeordnet sind, die Ausgänge der Leistungs verstärker (4) mit gegenläufig parallel oder gegenläufig in Reihe geschalteten Spulen (5.1. bis 5.4.) so beschaltet sind, daß den Leistungsverstärkern (4.1.) und (4.3.) das Spulenpaar (5.1.) und (5.3.) bzw. den Leistungsverstärkern (4.2.) und (4.4.) das Spulenpaar (5.2.) und (5.4.) zugeordnet sind, die Spulen (5.1. bis 5.4.) mit entsprechenden Polschuhen sind jeweils zu viert auf einem gemeinsamen magnetischen Teilkreis angeordnet, der durch die Mitten aller beteiligten Spulen (5.1. bis 5.4.) verläuft und bei Ankopplung jeweils weitere zwei Spulen (5) mit entsprechenden Polschuhen unter der Bereücksichtigung des Schaltregimes der Leistungsverstärker (4.1. bis 4.4.) jeweils neue magnetische Teilkreise mit vier Spulen (5) ausbildet.According to the invention the object is achieved in that control electronics ( 3 ) are connected to four power amplifiers ( 4.1 to 4.4 ) in such a way that the pulses provided at the outputs of the control electronics ( 3 ) are one to four of the power amplifiers supplied with an operating voltage ( 6 ) ( 4.1. To 4.4. ) Are assigned one after the other in time, the outputs of the power amplifiers ( 4 ) are connected with coils connected in opposite directions in parallel or in opposite directions ( 5.1. To 5.4. ) So that the power amplifiers ( 4.1. ) And ( 4.3 . ) the pair of coils ( 5.1. ) and ( 5.3. ) or the power amplifiers ( 4.2. ) and ( 4.4. ) the pair of coils ( 5.2. ) and ( 5.4. ) are assigned, the coils ( 5.1. to 5.4. ) with Corresponding pole pieces are arranged in groups of four on a common magnetic pitch circle which runs through the centers of all the coils involved ( 5.1. to 5.4. ) and, when coupled, corresponds to a further two coils ( 5 ) pole shoes, taking into account the switching regime of the power amplifiers ( 4.1. until 4.4. ) each forms new magnetic circles with four coils ( 5 ).

Mit jedem magnetischen Teilkreis wird ein magnetisches Drehfeld erzeugt, dessen Wirkung über entsprechend ausgebildete Polschuhe auf Rührmagnete übertragen wird, mit denen der Mischvorgang im Mischgefäß abläuft.With each magnetic pitch circle there is a magnetic rotating field generates its effect via appropriately trained pole shoes is transferred to stirring magnets with which the mixing process in Mixing vessel runs out.

Durch die Beschaltung der Spulenpaare mittels jeweils zweier Leistungsverstärker besteht die Möglichkeit ein wechselndes Magnetfeld in den Spulen mit nur einer Versorgungsspannung für die Leistungsverstärker zu erzeugen.By connecting the coil pairs using two each Power amplifier there is the possibility of changing Magnetic field in the coils with only one supply voltage for to generate the power amplifiers.

Die Funktion des elektronischen Magnetrührers soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Zum Ausführungsbeispiel gehören:The function of the electronic magnetic stirrer is based on a Embodiment are explained in more detail. The exemplary embodiment includes:

Fig. 1 Prinzipschaltbild der elektronischen Ansteuerung und Fig. 1 block diagram of the electronic control and

Fig. 2 Prinzipdarstellung der räumlichen Spulenanordnung. Fig. 2 schematic representation of the spatial coil arrangement.

Zur elektronischen Ansteuerung der Spulensysteme dienen, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Potentiometer 1 mit einem Frequenz generator 2, eine Steuerelektronik 3, Leistungsverstärker 4 und die Spulenpaare 5.1., 5.3. und 5.2., 5.4..As shown in FIG. 1, a potentiometer 1 with a frequency generator 2 , control electronics 3 , power amplifier 4 and the coil pairs 5.1., 5.3 are used for the electronic control of the coil systems . and 5.2., 5.4. .

Die mit einem Potentiometer 1 variabel einstellbare Rechteckfre quenz eines Generators 2 wird einer Steuerelektronik 3 zuge führt. Die Steuerelektronik 3 kann aus einem Zähler bestehen, der die vom Generator 2 zugeführte Frequenz als Impulsfolge an den Ausgängen 1 bis 4 zur zeitlich richtigen Ansteuerung der Leistungsverstärker 4.1. bis 4.4. bereitstellt. Für das sichere Schalten der Leistungsverstärker 4 wird deren invertierender Eingang mittels Spannungsteiler 7 auf halbes Ansteuerpotential der Steuerelektronik 3 gelegt. Damit kann ein Stromfluß in beiden Richtungen durch die Spulenpaare 5.1., 5.3. bzw. 5.2., 5.4. mit nur einer Betriebsspannung -U 6 realisiert werden.The rectangle frequency of a generator 2 , which can be variably adjusted with a potentiometer 1, is fed to control electronics 3 . The control electronics 3 can consist of a counter that the frequency supplied by the generator 2 as a pulse train at the outputs 1 to 4 for the correct timing of the power amplifier 4.1. until 4.4. provides. For the safe switching of the power amplifiers 4 , their inverting input is set to half the control potential of the control electronics 3 by means of a voltage divider 7 . A current flow in both directions through the coil pairs 5.1., 5.3. or 5.2., 5.4. can be realized with only one operating voltage - U 6 .

In Fig. 2 sind die Spulen so mit entsprechenden Polschuhen auf einer Jochplatte (7) angeordnet, daß sich jeweils 4 Spulen 5.1., 5.2., 5.3., 5.4., auf einem gemeinsamen, durch die Kernmitten verlaufenden Teilkreis befinden über dem bei Ansteuerung in zeitlich richtiger Reihenfolge 5.1., 5.3., 5.2., 5.4. ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird.In Fig. 2 the coils are arranged with corresponding pole pieces on a yoke plate ( 7 ) that 4 coils 5.1., 5.2., 5.3., 5.4. , are located on a common pitch circle running through the core centers above the 5.1., 5.3., 5.2., 5.4. a magnetic rotating field is generated.

Mit der Ankopplung jeweils weiterer 2 Spulen werden weitere Teilkreise gebildet, die unter Einhaltung der Ansteuerung in richtiger zeitlicher Reihenfolge 5.1., 5.3., 5.2., 5.4. weitere magnetische, dem benachbartem im Drehsinn entgegengesetzte, Drehfelder ausbilden. Unter Beachtung der zum Mischen erforder lichen Drehmomente ist die Ausbildung von n Drehfeldern möglich. In der Anordnung gemäß Fig. 2 werden 9 Drehfelder erzeugt. Die Drehfelder fungieren als magnetische Kupplung zu dem perma nentmagnetischen Rührelement, welches sich über dem Zentrum des Teilkreises (8) in einem Gefäß befindet und den Mischvorgang realisiert. With the coupling of each additional 2 coils, further sub-circles are formed which, in compliance with the control, in the correct chronological order 5.1., 5.3., 5.2., 5.4. form further magnetic rotating fields opposite to the neighboring one in the direction of rotation. Taking into account the torques required for mixing, the formation of n rotating fields is possible. In the arrangement according to FIG. 2, 9 rotating fields are generated. The rotating fields act as a magnetic coupling to the permanent magnetic stirring element, which is located above the center of the pitch circle ( 8 ) in a vessel and realizes the mixing process.

Aufstellung der BezugszeichenList of reference numbers

1 Potentiometer
2 Frequenzgenerator
3 Steuerelektronik
4.1. Verstärker 1
4.2. Verstärker 2
4.3. Verstärker 3
4.4. Verstärker 4
5.1. Spule mit Polschuh
5.2. Spule mit Polschuh
5.3. Spule mit Polschuh
5.4. Spule mit Polschuh
6 Versorgungsspannung +U _s
7 Jochplatte
8 Drehfeldzentrum 1 potentiometer
2 frequency generator
3 control electronics
4.1. Amplifier 1
4.2. Amplifier 2
4.3. Amplifier 3
4.4. Amplifier 4
5.1. Coil with pole piece
5.2. Coil with pole piece
5.3. Coil with pole piece
5.4. Coil with pole piece
6 supply voltage + U _s
7 yoke plate
8 rotating field center

Claims

Electronic magnetic stirrer for mixing liquid media in one or more vessels simultaneously, consisting of electronically controlled coils arranged on a broken yoke plate, characterized in that control electronics ( 3 ) are connected to four power amplifiers ( 4.1. To 4.4. ) is that the clocks provided at the outputs of the control electronics ( 3 ) one to four are assigned in succession to the power amplifiers ( 4.1. to 4.4. ) supplied with an operating voltage ( 6 ), the outputs of the power amplifiers ( 4 ) are in opposite or parallel or opposite coils connected in series ( 5.1. to 5.4. ) are switched so that the power amplifiers ( 4.1. ) and ( 4.3 ) the coil pair ( 5.1. and 5.3. ) or the power amplifiers ( 4.2. ) and ( 4.4. ) the pair of coils ( 5.2. ) and ( 5.4. ) are assigned, the coils ( 5.1. to 5.4. ) with the corresponding pole pieces are four each a common magnetic sub-circle arranged through the centers of all coils involved ( 5.1. until 5.4. ) runs and, when each additional two coils ( 5 ) with corresponding pole pieces are connected, taking into account the switching regime of the power amplifiers ( 4.1. to 4.4. ) each forms new magnetic sub-circuits with four coils ( 5 ).