Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR INFLUENCING A FLOW OF PARTICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/117631
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a device for influencing a flow of particles, said device having a housing (2; 62) and adjusting means (6; 46; 66) which are movably accommodated in the housing (2; 62) and are used for influencing the state of movement of the particles in the housing (2; 62), and having a coupling device (7; 47; 67) for contactlessly introducing force into the adjusting means (6; 46; 66), said coupling device being provided outside of the housing (2; 62). A permanent magnet arrangement (28) or a superconductor is associated with the adjusting means (6; 46; 66), and the coupling device (7; 47; 67) comprises a superconductor (21) or a permanent magnet arrangement, the superconductor being designed for contactless, magnetic field-assisted transmission of forces to the permanent magnet arrangement (28). According to the invention, in addition to the superconductor (21) and the permanent magnet arrangement (28), a transmission path for contactless energy transmission and/or signal transmission is formed between the coupling device (7; 47; 67) and the housing (2; 62) and/or the adjusting means (6; 46; 66).

Inventors:
BERNER GEORG (DE)
NEUHOFF UWE (DE)
FUSS MARTIN (DE)
SAUER JOSEF (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/003273
Publication Date:
August 13, 2015
Filing Date:
December 05, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
FESTO AG & CO KG (DE)
International Classes:
H02K49/10
Foreign References:
EP1332299B12010-03-03
Attorney, Agent or Firm:
KOCHER, Mark et al. (DE)
Download PDF:
Claims:
Ansprüche

1. Vorrichtung zur Beeinflussung eines Stroms von Teilen, mit einem Gehäuse (2; 62), das eine Gehäusewandung (3, 4) aufweist, die ein Gehäusevolumen (5) bestimmt und die für eine Rückhaltung von Teilen im Gehäusevolumen (5) ausgebildet ist, mit einem beweglich im Gehäuse (2; 62) aufgenommenen Stellmittel (6; 46; 66), das für eine Beeinflussung eines Bewegungszustands der Teile im Gehäuse (2; 62) ausgebildet ist, und mit einer außerhalb des Gehäuses (2; 62) angeordneten Koppeleinrichtung (7; 47; 67), die für eine berührungslose Krafteinleitung auf das Stellmittel (6; 46; 66) ausgebildet ist, wobei dem Stellmittel (6; 46; 66) eine Permanentmagnet - anordnung (28) oder ein Supraleiter zugeordnet ist und wobei die Koppeleinrichtung (7; 47; 67) einen Supraleiter (21) oder eine Permanentmagnetanordnung umfasst, wobei der Supraleiter (21) für eine berührungslose, magnetfeldgestützte Übertragung von Kräften auf das Stellmittel (6; 46; 66) ausgebildet ist, um eine Relativbewegung des Stellmittels (6; 46; 66) gegenüber dem Gehäuse (2; 62) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Koppeleinrichtung (7; 47; 67), und dem Gehäuse (2; 62) und/oder dem Stellmittel (6; 46; 66), zusätzlich zum Supraleiter (21) und zur Permanentmagnetanordnung (28) eine Übertragungsstrecke für eine berührungslose Energieübertragung und/oder Signalübertragung ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (7; 47; 67), zumindest eine Sendeein- richtung (10, 15; 42, 49; 70) oder eine Sende- und Empfangseinrichtung und das Stellmittel (6; 46; 66) zumindest eine Empfangseinrichtung (35; 51; 72) oder eine Sende- und Empfangseinrichtung aufweisen, die für eine berührungslose Energieübertragung und/oder Signalübertragung über die Übertragungsstrecke, insbesondere für eine Einleitung von Schwingungen auf den Strom von Teilen, ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Supraleiter (21) eine Kühleinrichtung (23), insbesondere eine elektrisch betreibbare Kühleinrichtung, zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Supraleiter (21) eine Magnet - spulenanordnung (70) und eine Steuereinrichtung (12) zur Steuerung eines Spulenstroms für die Magnetspulenanordnung (70) zur Beeinflussung einer magnetischen Wechselwirkung zwischen Supraleiter (21) und Permanentmagnetanordnung (28) zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulenanordnung (70) und die Steuereinrichtung (12) für eine Einstellung, insbesondere eine Regelung, eines Ab- stands zwischen dem Supraleiter (21) und dem Stellmittel (66) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulenanordnung (42) und die Steuereinrichtung (12) für eine Bereitstellung eines magnetischen Drehfelds für eine Einleitung eines Antriebsmoments auf das Stellmittel (46) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Magnetspulenanordnung (42; 70) und di Steuereinrichtung (12) für eine Bereitstellung eines Energie felds, insbesondere eines Magnetfelds, zur Einkopplung von Energie in das Stellmittel (6; 46; 66) ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Magnetspulenanordnung (42; 70) aus ei nem supraleitenden Material hergestellt ist und thermisch an dem Kühlkörper (68) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung für eine optische und/oder funkgestützte Signalübertragung ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (7) zur Ein leitung von Schleuderbewegungen auf den Strom von Teilen aus gebildet ist, so dass, gegebenenfalls unter Einbeziehung des Magnetkopplers (10) , auch Rüttel- oder Förderbewegungen für den Strom von Teilen bewirkt werden können.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Supraleiter (21) und/oder das Gehäuse (2) in axialer Richtung relativbeweglich zueinander gelagert sind, um in einer ersten Funktionsposition eine Festlegung des Magnetfelds der Permanentmagnetanordnung (28) im Supraleiter (21) bei Kontakt zwischen Gehäuse (2) und Stellmittel (6) und in einer zweiten Funktionsposition einen berührungslosen Betrieb des Stellmittels (6) gegenüber dem Gehäuse (2) zu ermöglichen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Eingangsan- schluss (64) und einen Ausgangsanschluss (65) umfasst und dass das Stellmittel (66) als Ventilglied ausgebildet ist, um einen freien Querschnitt eines zwischen dem Eingangsanschluss (64) und dem Ausgangsanschluss (65) ausgebildeten Fluidkanals (63) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung zu beeinflussen.

Description:
Vorrichtung zur Beeinflussung eines Stroms von Teilen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung eines Stroms von Teilen, mit einem Gehäuse, das eine Gehäusewandung aufweist, die ein Gehäusevolumen bestimmt und die für eine Rückhaltung von Teilen im Gehäusevolumen ausgebildet ist, mit einem beweglich im Gehäuse aufgenommenen Stellmittel, das für eine Beeinflussung eines Bewegungszustands der Teile im Gehäuse ausgebildet ist, und mit einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Koppeleinrichtung, die für eine berührungslose Krafteinleitung auf das Stellmittel ausgebildet ist, wobei dem Stellmittel eine Permanentmagnetanordnung oder ein Supraleiter zugeordnet ist und wobei die Koppeleinrichtung einen Supraleiter oder eine Permanentmagnetanordnung um- fasst, wobei der Supraleiter für eine berührungslose, magnetfeldgestützte Übertragung von Kräften auf das Stellmittel ausgebildet ist, um eine Relativbewegung des Stellmittels gegenüber dem Gehäuse zu ermöglichen.

Aus der EP 1 332 299 Bl ist ein Pump- oder Mischsystem bekannt, bei dem ein schwebendes Lager eingesetzt wird, um ein Fluid, das in einem Behälter aufgenommen ist, mit Hilfe eines magnetischen Propellers zu fördern oder zu mischen, wobei dem magnetischen Propeller wenigstens ein supraleitendes Element sowie eine Kühlquelle zugeordnet sind und wobei dem supraleitenden Element ferner eine Bewegungsvorrichtung zum Drehen des supraleitenden Elements zugeordnet ist, um dadurch in dem magnetischen Propeller eine Drehbewegung zu induzieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Beeinflussung eines Stromes von Teilen bereitzustellen, bei der eine verbesserte Einflussnahme auf den Strom von Teilen ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen der Koppeleinrichtung und dem Gehäuse und/oder dem Stellmittel eine Übertragungsstrecke für eine berührungslose Energie- und/oder Signalübertragung ausgebildet ist.

Bei dem zu beeinflussenden Strom von Teilen kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit, ein Gas, ein Gemisch einer Flüssdgkeit mit einem Gas, ein Gemisch einer Flüssigkeit mit FeststoffPartikeln, ein Gemisch eines Gases mit FeststoffPartikeln oder ein Gemisch eines Gases mit Flüssigkeitspartikeln oder ein Gemisch mehrerer der vorgenannten Komponenten handeln. Ein derartiger Teilestrom kann wahlweise ausschließlich im Gehäusevolumen aufgenommen sein und mit Hilfe des Stell - mittels innerhalb des Gehäuses bewegt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, das Gehäusevolumen mit einem Eingangsan- schluss und einem Ausgangsanschluss zu versehen, um eine Zufuhr eines Stroms von Teilen durch den Eingangsanschluss und eine Abfuhr eines Stroms von Teilen durch den Ausgangsanschluss dadurch zu bewirken, dass das Stellmittel eine Pumpoder Förderfunktion für den Teilstrom von Teilen bewirkt. Unabhängig davon, ob der Strom von Teilen im Gehäusevolumen bewegt werden soll oder durch das Gehäusevolumen hindurch bewegt werden soll, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit Hilfe einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung eine berührungslose Energie- und/oder Signalübertragung zwischen der Koppeleinrichtung und dem Gehäuse und/oder dem Stellmittel stattfindet, um dadurch eine zusätzliche Ein- flussnahme auf den Strom von Teilen zu ermöglichen. Mit Hilfe einer berührungslosen Energieübertragung von der Koppeleinrichtung auf das Gehäuse und/oder das Stellmittel kann beispielsweise eine zusätzliche Durchmischung des Stroms von Teilen bewirkt werden. Dies ist der Fall, wenn es sich bei der übertragenen Energie um Schwingungen wie Schallwellen handelt, mit deren Hilfe eine unmittelbare Anregung des Gehäuses und/oder des Stellmittels und gegebenenfalls in direkter Weise des Stromes von Teilen bewirkt werden kann. Ergänzend oder alternativ kann eine Übertragung von Energie in Form von elektromagnetischen Wellen vorgesehen sein, wobei das Gehäuse und/oder das Stellmittel und gegebenenfalls der Strom von Teilen für eine unmittelbare Absorption der übertragenen elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist, um dadurch beispielsweise eine zusätzliche Durchmischung des

Stroms von Teilen und/oder eine Temperierung des Stroms von Teilen zu ermöglichen. Bei den berührungslos zu übertragenden Signalen handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetische Wellen, insbesondere um Licht und/oder um Mikrowellen

und/oder um Funkwellen, die für die Zwecke einer Informationsübermittlung genutzt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, Informationen aus dem Gehäusevolumen, die insbesondere vom Stellmittel bereitgestellt werden, berührungslos an die Koppeleinrichtung zu übertragen. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, Steuersignale für das Stellmittel von der Koppeleinrichtung berührungslos an das Stellmittel bereitzustellen .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zweckmäßig ist es, wenn die Koppeleinrichtung zumindest eine Sendeeinrichtung oder eine Sende- und Empfangseinrichtung aufweist und das Stellmittel zumindest eine Empfangseinrichtung oder eine Sende- und Empfangseinrichtung aufweist, die für eine berührungslose Energie- und/oder Signalübertragung über die Übertragungsstrecke, insbesondere für eine Einleitung von Schwingungen auf den Strom von Teilen, ausgebildet sind. Dabei kann die Sendeeinrichtung der Koppeleinrichtung beispielsweise zur Abgabe von Schallwellen und/oder elektromagnetischen Wellen ausgebildet sein. Die Sende- und Empfangseinrichtung der Koppeleinrichtung kann dazu ausgebildet sein, Schallwellen und/oder elektromagnetische Wellen abzugeben und vom Stellmittel bereitgestellte elektromagnetische Wellen empfangen. Das Gehäuse und/oder das Stellmittel können zumindest eine Empfangseinrichtung umfassen, die zum Empfang der Schallwellen und/oder der elektromagnetischen Wellen der Koppeleinrichtung ausgebildet sind, beispielsweise um Schwingungen in den Strom von Teilen einzuleiten, um dessen Durchmischung zu verbessern. Ferner können am Gehäuse und/oder am Stellmittel eine Sende- und Empfangseinrichtung ausgebildet sein, die einerseits zum Empfangen von Signalen der Koppeleinrichtung ausgebildet ist und andererseits für eine RückÜbertragung von Signalen an die Koppeleinrichtung, beispielsweise von Messwerten zugeordneter Sensormittel, ausgebildet ist .

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass dem Supraleiter eine Kühleinrichtung, insbesondere eine elektrisch betreibbare Kühleinrichtung zugeordnet ist. Die Kühleinrichtung dient dazu, den Supraleiter auf eine Betriebstemperatur zu bringen und auf dieser Betriebstemperatur zu halten, wobei diese Betriebstemperatur erheblich unter normalen Umgebungstemperaturen, insbesondere im Bereich von 80 Kelvin bis 140 Kelvin liegt. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise als Isolationsgefäß für flüssigen Stickstoff (Dewar-Gefäß) oder in besonders vorteilhafter Weise als elektrisch betreibbare Wärmepumpe ausgebildet sein, so dass eine länger andauernde oder bei Bereitstellung elektrischer Energie nahezu unbegrenzte Kühlung des Supraleiters auf seine Betriebstemperatur möglich ist. Bei Betriebstemperatur weist der Supraleiter supraleitende Eigenschaften auf, die dazu genutzt werden können, ein von der Permanentmagnetanordnung ausgehendes Permanentmagnetfeld gewissermaßen im Supraleiter zu fixieren, um eine vorgebbare räumliche Position der Permanentmagnetanordnung gegenüber dem Supraleiter zu definieren, die berührungs- los allein durch MagnetWirkung aufrechterhalten werden kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Supraleiter eine Magnetspulenanordnung und eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Spulenstroms für die Magnetspulenanordnung zur Beeinflussung einer magnetischen Wechselwirkung zwischen Supraleiter und Permanentmagnetanordnung zugeordnet sind. Beispielsweise kann vorgesehen werden, die magnetischen Feldkräfte zwischen dem Supraleiter und der Permanentmagnetanordnung mit Hilfe der Magnetspulenanordnung zu schwächen oder zu vergrößern, um beispielsweise einen Abstand zwischen dem Supraleiter und der Permanentmagnetanordnung zu verringern bzw. zu vergrößern. Hierzu ist vorgesehen, die Magnetspulenanordnung mit Hilfe eines geeigneten Spulenstroms, der von einer Steuereinrichtung bereitge ¬ stellt wird, zu beaufschlagen. Dabei kann die Steuereinrichtung für eine zeitweilige oder dauerhafte Bereitstellung eines Spulenstroms an die Magnetspulenanordnung ausgebildet sein .

Vorteilhaft ist es, wenn die Magnetspulenanordnung und die Steuereinrichtung für eine Einstellung, insbesondere eine Re- gelung eines Abstands zwischen dem Supraleiter und dem Stellmittel, ausgebildet sind. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen für das Stellmittel können unterschiedliche axiale und radiale Kräfte auf das Stellmittel einwirken, die unter anderem auch zu einer Reduzierung oder Vergrößerung eines Abstands gegenüber dem Supraleiter führen. Die Magnetspulenan- ordnung und die zugehörige Steuereinrichtung können dazu ausgebildet sein, durch Bereitstellung geeigneter Magnetfelder einen Abstand zwischen dem Supraleiter und dem Stellmittel konstant zu halten. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, mit Hilfe der Magnetspulenanordnung eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem Stellmittel zumindest zeitweilig derart zu schwächen, dass das Stellmittel gefahrlos aus dem Wirkungsbereich des Supraleiters entfernt werden kann und/oder ein Stellmittel in den Wirkungsbereich des Supraleiters gebracht werden kann, ohne dass hierbei nur schwierig zu beherrschende Magnetkräfte wirken. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das Stellmittel ausgetauscht werden soll, ohne dass hierzu der Betriebszustand des Supraleiters verlassen wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magnetspulenanordnung und die Steuereinrichtung für eine Bereitstellung eines magnetischen Drehfelds für eine Einleitung eines Antriebsmoments auf das Stellmittel ausgebildet sind. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Wirkungsbereich zwischen dem Stellmittel und dem Supraleiter auf einen radial innen liegenden oder einen ringförmig radial außen liegenden Bereich begrenzt ist. Dabei kann abseits dieses Wirkungsbereichs ein zweites, wechselndes Magnetfeld an das Stellmittel bereitgestellt werden, mit dessen Hilfe ein Antriebsmoment auf das Stellmittel übertragen wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Stellmittel in einem zentralen Bereich eine erste Permanentmagnetanordnung aufweist, die für eine Wechselwirkung mit dem Supraleiter ausgebildet ist und die für eine Einhaltung des Abstands zwischen dem Stellmittel und dem Supraleiter unter den voraussehbaren Betriebsbedingungen für das Stellmittel ausreichend dimensioniert ist. Ferner weist das Stellmittel in einem radial beabstandeten, ringförmigen Bereich eine zweite Permanentmagnetanordnung auf, die für eine berührungslose Übertragung eines Antriebsmoments vorgesehen ist, das von der Magnetspulenanordnung und der Steuereinrichtung bereitgestellt wird, um eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse durchzuführen, die parallel zu einer Abstandsachse zwischen Supraleiter und erster Permanentmagnetanordnung ausgerichtet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Permanentmagnetanordnung aus mehreren lokalen Magnetbereichen aufgebaut ist, die für eine Wechselwirkung mit mehreren Magnetspulen der Magnetspulenanordnung vorgesehen sind, um eine Bewegung des Stellmittels auf einer

vorgebbaren mit zumindest im Wesentlichen konstanten Abstand gegenüber dem Supraleiter ausführen zu können.

Ergänzend oder alternativ sind die Magnetspulenanordnung und die Steuereinrichtung für eine Bereitstellung eines Energiefelds, insbesondere eines Magnetfelds, zur Einkopplung von Energie in das Stellmittel ausgebildet. Hierdurch kann eine kontaktlose Energieeinspeisung in das Stellmittel vorgesehen werden, um beispielsweise Sensoreinrichtungen, die im Stellmittel integriert sind, kontaktlos mit Energie zu versorgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetspulenanordnung aus einem supraleitenden Material hergestellt ist. Damit lässt sich eine besonders effiziente Bereitstellung eines Magnetfelds an das Stellmittel erzielen. Die Magnetspulenanordnung kann mit der gleichen Kühleinrich- tung verbunden sein, die ohnehin zum Betrieb des Supraleiters in seinem Betriebszustand erforderlich ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung für eine optische und/oder funkgestützte Signalübertragung ausgebildet sind.

Vorteilhaft ist es, wenn die Koppeleinrichtung zur Einleitung von Schleuderbewegungen auf den Strom von Teilen ausgebildet ist, so dass, gegebenenfalls unter Einbeziehung des Magnet - kopplers , auch Rüttel- oder Förderbewegungen für den Strom von Teilen bewirkt werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Supraleiter und/oder das Gehäuse in axialer Richtung relativbeweglich gelagert sind, um in einer ersten Funktionsposition eine Festlegung des Magnetfelds der Permanentmagnetanordnung im Supraleiter bei Kontakt zwischen Gehäuse und

Stellmittel und in einer zweiten Funktionsposition einen kontaktlosen Betrieb des Stellmittels zu ermöglichen. Wenn das Stellmittel beispielsweise im Betrieb frei schwebend im Behälter angeordnet sein soll, ist es für eine Inbetriebnahme der Vorrichtung vorteilhaft, wenn eine axiale Relativbewegung zwischen Supraleiter und Gehäuse bzw. Stellmittel ermöglicht ist. Damit kann vor einem Erreichen des Betriebszustands des Supraleiters, der durch Abkühlung des Supraleiters unterhalb seiner Sprungtemperatur erzielt wird, eine Beabstandung zwischen dem am Gehäuse anliegenden Stellmittel und dem Supraleiter eingestellt werden. Bei einem anschließenden Abkühlungsvorgang für den Supraleiter findet die Festlegung des Magnetfelds der Permanentmagnetanordnung im Supraleiter statt, wodurch auch der tatsächlich vorliegende Abstand zwischen Supraleiter und Permanentmagnetanordnung definiert wird. In einem nachfolgenden Schritt kann durch Bewegung des Supraleiters und/oder des Gehäuses unter Einhaltung des definierten Abstands zwischen Supraleiter und Permanentmagnetan- ordnung das Stellmittel vom Gehäuse entfernt werden, um frei schwebend seiner Aufgabe als Rühreinrichtung oder Pumpe nachgehen zu können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und dass das Stellmittel als Ventilglied ausgebildet ist, um einen freien Querschnitt eines zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ausgebildeten Fluidkanals zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung zu beeinflussen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:

Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur

Beeinflussung eines Stroms von Teilen in Form einer Rühreinrichtung ,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur

Beeinflussung eines Stroms von Teilen, die ebenfalls als Rühreinrichtung ausgebildet ist und

Figur 3 eine als Fluidventil ausgebildete Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beeinflussung eines Stroms von Teilen.

Eine in der Figur 1 dargestellte und exemplarisch als Rühreinrichtung 1 ausgebildete Vorrichtung zur Beeinflussung eines Stroms von Teilen kann beispielsweise zur Mischung von mehreren Flüssigkeiten, zur Mischung von Flüssigkeiten mit Feststoffen, zur Auflösung von Feststoffen in Flüssigkeiten oder zur Mischung von Flüssigkeiten mit Gasen eingesetzt werden.

Exemplarisch umfasst die Rühreinrichtung ein becherartig ausgebildetes Gehäuse 2, dessen Gehäusewandung beispielsweise aus einem hülsenförmigen, kreiszylindrischen Abschnitt 3 und einem kreisscheibenförmigen Abschnitt 4 gebildet ist, die einstückig miteinander verbunden sind. Dementsprechend ist ein vom Gehäuse 2 berandetes Gehäusevolumen 5 ebenfalls kreiszylindrisch ausgebildet. Innerhalb des Gehäusevolumens 5 ist ein als Rührmittel ausgebildetes Stellmittel 6 angeordnet, dessen Aufbau nachstehend näher beschrieben wird. Außerhalb des Gehäusevolumens 5 ist eine Koppeleinrichtung 7 angeordnet, die für einen Betrieb des Stellmittels 6 vorgesehen ist und ebenfalls nachstehend näher beschrieben wird. Exemplarisch ist an einer Außenwand 8 des Gehäuses 2 ein Koppel - ring 9 ortsfest angeordnet, der vorzugsweise aus einem ferro- elektrischen Material, insbesondere Eisen aufgebaut ist. Dem Koppelring 9 ist in radialer Richtung nach außen ein Magnet - koppler 10 zugeordnet, der an einer nicht näher dargestellten Halterung festgelegt ist, die beispielsweise auch die Koppeleinrichtung 7 trägt. Der Magnetkoppler 10 umfasst eine nicht näher dargestellte Anregungseinrichtung, insbesondere eine Magnetspule, die durch Energiezufuhr von der Koppeleinrichtung 7 ein Magnetfeld bereitstellen kann, um beispielsweise Anziehungskräfte auf den Koppelring auszuüben. Der Magnetkoppler 10 ist dazu vorgesehen, zyklisch wiederkehrende, be ¬ vorzugt harmonische, insbesondere sinusförmige oder sägezahn- artige, Schwingungen auf das Gehäuse 2 einzukoppeln, um eine verbesserte Durchmischung des im Gehäusevolumen 5 aufgenommenen Fluids bzw. der darin aufgenommenen Fluide und/oder Feststoffe zu bewirken. Der Magnetkoppler 10 ist über eine Anschlussleitung 11 elektrisch mit einer Steuereinrichtung 12 verbunden, die zur Bereitstellung elektrischer Energie an den Magnetkoppler 10 ausgebildet ist. Die Koppeleinrichtung 7 kann auch Schleuderbewegungen ausführen, damit in Kombination mit den vom Magnetkoppler 10 eingekoppelten Schwingungen auch Rüttel- oder Förderbewegungen für das Fluid bewirkt werden können.

Die Steuereinrichtung 12 ist der Koppeleinrichtung 7 zugehörig und dient neben der Ansteuerung des Magnetkopplers 10 auch zur Ansteuerung eines Antriebsmotors 15, der beispielsweise als Gleichstrommotor ausgebildet ist und der eine Antriebswelle 16 aufweist, die drehbar gegenüber einem Motorgehäuse 17 gelagert ist. Durch Beaufschlagung des Antriebsmotors 15 mit elektrischer Energie, die von der Steuereinrichtung 12 bereitgestellt werden kann, wird eine Rotationsbewegung der Antriebswelle 16 um eine Rotationsachse 18 bewirkt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Rotationsachse 18 auch als Zentrum für eine Rotationsbewegung des Stellmittels 6 dient und dass der Antriebsmotor 15 für eine Bereitstellung eines Drehmoments auf das Stellmittel 6 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck trägt die Antriebswelle 16 an einem dem Motorgehäuse 17 entgegengesetzten Endbereich eine elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Scheibe 19, beispielsweise eine Aluminiumscheibe. Diese Scheibe ist für eine Wirbelstrom- Wechselwirkung mit dem nachstehend näher beschriebenen Stell ¬ mittel 6 vorgesehen und kann durch diese Wirbelstrom- Wechselwirkung eine kontaktlose Drehmomentübertragung auf das Stellmittel 6 bewirken.

Ringförmig um den Antriebsmotor 15 ist ein Kühlkörper 20 angeordnet, der gemäß der Darstellung der Figur 1 eine U- förmig profilierte Ringgeometrie aufweist, wobei eine Öffnung des ringförmigen Kühlkörpers 20 in Richtung des Stellmittels 6 weist und mit einem kreisringförmig ausgebildeten Ring 21 verschlossen ist. Der Ring 21 ist exemplarisch aus einer metallischen Legierung hergestellt, die bei Abkühlung auf oder unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist. Dabei ist ein Bestandteil dieser supraleitenden Eigenschaften, dass der Ring 21 ein äußeres Magnetfeld nach Abkühlung unterhalb der Sprungtemperatur und Beibehaltung dieser Temperatur gewissermaßen speichert und einer Änderung des äußeren Magnetfelds entsprechende Magnetkräfte entgegensetzt, wodurch beispielsweise eine äußere Magnetfeldquelle in einer vorgegebenen Position gegenüber dem supraleitenden Ring 21 gehalten werden kann. Dieser Effekt wird in nachstehend noch näher zu erläuternder Weise für die erfindungsgemäße Rühreinrichtung 1 genutzt.

In eine Ausnehmung des ringförmig ausgebildeten Kühlkörpers

20 ragt ein Kühlfinger 22 einer exemplarisch als elektrisch betriebener Stirling-Motor ausgebildeten Kühleinrichtung 23, wobei der Kühlfinger 22 dazu ausgebildet ist, Wärme aus dem Kühlkörper 20 abzuführen, um eine Abkühlung des supraleitenden Rings 21 unterhalb der Sprungtemperatur und eine Beibehaltung dieser Betriebstemperatur für den supraleitenden Ring

21 zu ermöglichen.

Das Stellmittel 6 umfasst einen Grundkörper 24, der exemplarisch als kreiszylindrische Scheibe ausgebildet ist und an dessen Oberseite 25 eine Schaufelanordnung 26 angebracht ist, die bei einer Rotation des Stellmittels 6 um die Rotationsachse 18 eine Strömung in dem Fluid, das im Gehäusevolumen 5 aufgenommen ist, bewirken kann. An einer der Schaufelanordnung 26 abgewandten Unterseite 27 des Grundkörpers 24 ist in einem radial außen liegenden Bereich eine Permanentmagnetanordnung 28 vorgesehen, die exemplarisch aus ringförmigen, konzentrisch zueinander angeordneten und in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 18 magnetisierten Magnetringen 29, 30, 31 aufgebaut ist. Die axiale Magnetisierung dieser Magnetringe 29, 30, 31 wird durch die eingezeichneten Pfeile symbolisiert. Die Permanentmagnetanordnung 28 ist für eine Wechselwirkung mit dem supraleitenden Ring 21 vorgesehen, die magnetischen Feldkräfte der Magnetringe 29, 30, 31 wirken auf den supraleitenden Ring 21 ein, der bei Erreichen seiner Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des jeweils eingesetzten supraleitenden Materials den Magnetkräften der Permanentmagnetanordnung 28 korrespondierende gegensinnig ausgerichtete Magnetkräfte entgegengesetzt, sobald die Permanentmagnetanordnung 28 aus einer Position ausgelenkt wird, die während der Abkühlung bis unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Rings 21 definiert wurde. Dementsprechend kann ein vorgegebener Abstand zwischen dem Stellmittel 6 und der Koppeleinrichtung 7, die den supraleitenden Ring 21 um- fasst, beibehalten werden, wodurch das Stellmittel 6 einen schwebenden Zustand gegenüber der Koppeleinrichtung 7 einnehmen kann.

Um eine einfache Einstellung des Abstands zwischen Stellmittel 6 und Koppeleinrichtung 7 vor Unterschreiten der Sprungtemperatur für den supraleitenden Ring 21 zu gewährleisten, ist exemplarisch vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung 7 linear beweglich längs der Rotationsachse 18 an einer Linearführung 32 aufgenommen ist. Exemplarisch umfasst die Linearführung wenigstens zwei ortsfest angebrachte Führungsleisten 33, die auch als Auflage für das Gehäuse 2 dienen. Der Koppeleinrichtung 7 ist ein exemplarisch als elektrischer Linearsteiler ausgebildeter Aktor 34 zugeordnet, der mit der Steuereinrichtung 12 elektrisch gekoppelt ist und der für eine Verschiebung der Koppeleinrichtung 7 längs der Rotationsachse 18 ausgebildet ist. Mit Hilfe des Aktors 34 kann bei einer Inbetriebnahme der Rühreinrichtung 1, bei der davon ausgegangen wird, dass der supraleitende Ring noch nicht un ¬ terhalb der Sprungtemperatur temperiert ist, zunächst ein Ab stand zwischen dem zu diesem Zeitpunkt aufgrund der Schwer ¬ kraft am Gehäuse 2 aufliegenden Stellmittel 6 und der Koppel einrichtung 7 eingestellt werden, der in einem später einzunehmenden Betriebszustand beibehalten werden soll. Anschließend wird durch elektrische Inbetriebnahme der Kühleinrichtung 23 oder bei Zufuhr eines geeigneten Kühlmittels eine Ab kühlung des Kühlkörpers 20 und des daran aufgenommenen supra leitenden Rings 21 bewirkt, die darin resultiert, dass die Magnetfelder der Permanentmagnetanordnung 28 im supraleitenden Ring 21 gewissermaßen gespeichert sind und bei einer nachfolgenden Veränderung der Position des Stellmittels 6 ge genüber der Koppeleinrichtung 7 zu Gegenkräften führen, so dass diese Position auch bei Einwirken äußerer Kräfte zumindest im Wesentlichen beibehalten werden kann. Anschließend kann durch entsprechende Ansteuerung des Aktors 34 eine Verschiebung der Koppeleinrichtung 7 in Richtung des Gehäuses 2 längs der Rotationsachse 18 vorgenommen werden, so dass das Stellmittel 6 vom Boden des Gehäuses 2 abgehoben wird und im Gehäusevolumen 5 schwebt. Zuvor oder anschließend kann eine Befüllung des Gehäusevolumens 5 mit einem zu durchmischenden Fluid vorgenommen werden.

Um eine Rotationsbewegung des Stellmittels 6 um die Rotation sachse 18 zu bewirken, ist exemplarisch ein Wirbelstromantrieb vorgesehen, der aus dem Antriebsmotor 15, der daran an gebrachten Scheibe 19 und einer im Grundkörper 24 des Stell - mittel 6 ausgebildeten Magnetanordnung 35 gebildet ist. Die Magnetanordnung 35 ist aus ringförmig angeordneten, in radia ler Richtung bezüglich der Rotationsachse 18 magnetisierten und in gleicher Winkelteilung angeordneten Permanentmagneten 36 gebildet, wobei jeweils benachbart zueinander angeordnete Permanentmagnete 36 in gegensinniger Richtung magnetisiert sind. Die Magnetanordnung 35 induziert bei einer Rotationsbewegung der Scheibe 19 um die Rotationsachse 18 Wirbelströme in der Scheibe 19, die ihrerseits zu Magnetfeldern führen, die eine Drehmomentankopplung auf das Stellmittel 6 ermöglichen und somit eine Rotation des Stellmittels 6 um die Rotationsachse 18 bewirken können.

Somit umfasst die Rühreinrichtung 1 zusätzlich zur Kopplung zwischen Stellmittel 6 und Koppeleinrichtung 7 mittels des supraleitenden Rings 21 und der Permanentmagnetanordnung 28 eine weitere Kopplungsmöglichkeit, die zur Einleitung eines Drehmoments auf das Stellmittel 6 ausgebildet ist und exemplarisch den Antriebsmotor 15 mit der Scheibe 19 und die Magnetanordnung 35 am Stellmittel 6 umfasst.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform einer Rühreinrichtung 41 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie bei der Rühreinrichtung 1 verwendet. Eine nochmalige Beschreibung dieser Komponenten wird nicht vorgenommen. Die Rühreinrichtung 41 unterscheidet sich von der Rühreinrichtung 1 im Wesentlich dadurch, dass eine zusätzliche Energieübertragung zwischen der Koppeleinrichtung 47 und dem Stellmittel 46 mittels eines um die Rotationsachse 18 rotierenden elektromagnetischen Wanderfelds erfolgt, das auf die im Stellmittel 46 vorgesehene Magnetanordnung 35 ein ¬ wirkt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Spulenanordnung 42 als Bestandteil eines Abschlussdeckels 43 eines becherförmig ausgebildeten Kühlkörpers 44 angeordnet ist, wobei der Abschlussdeckel 43 auch den supraleitenden Ring 21 umfasst. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Spulenanordnung 42 aus einem Material hergestellt ist, das supraleitende Eigenschaften aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn die Sprungtemperatur für die Spulenanordnung 42 und für den supraleitenden Ring 21 zumindest nahezu identisch sind, so dass bei Erreichen der Betriebstemperatur für den supraleitenden Ring 21 auch die Spulenanordnung 42 supraleitend betrieben werden kann. Dadurch werden elektrische Verluste bei der Bereitstellung des rotierenden Wanderfelds zur Ausübung eines Drehmoments auf das Stellmittel 46 minimiert.

Der Steuereinrichtung 12 sind bei der Rühreinrichtung 41 exemplarisch ein optischer Koppler 48 und ein Funkwellenkopp- ler 49 zugeordnet. Die Aufgabe des optischen Kopplers 48 besteht darin, optische Signale des Stellmittels 46, die beispielsweise mit Hilfe einer Laserdiode 50 ausgesendet werden können, abzutasten. In diesen optischen Signalen kann beispielsweise ein Sensorsignal eines nicht dargestellten Sensors codiert sein, das Informationen über den Betriebszustand des Stellmittels 46 in der Rühreinrichtung 41 gibt. Der Funk- wellenkoppler 49 dient dazu, kontaktlos eine Energieeinkopplung in das Stellmittel 46 zu ermöglichen. Dabei dient der Funkwellenkoppler 49 als Sendeeinrichtung und eine im Stellmittel 46 angeordnete, mit einer nicht näher dargestellten Antenne versehene elektronische Schaltung 51 als Empfangseinrichtung. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die elektronische Schaltung 51 elektrisch mit der Laserdiode 50 verbunden ist und ferner einen nicht dargestellten Sensor, um- fasst, so dass die über den Funkwellenkoppler 49 bereitgestellte elektrische Energie zum Betrieb des Sensors und der Laserdiode 50 genutzt werden kann und die Laserdiode 50 als Sendeeinrichtung des Stellmittels 46 dient, das mit dem als Empfangseinrichtung der Koppeleinrichtung 7 dienenden optischen Koppler 48 kommunizieren kann.

Bei dem in der Figur 3 dargestellten Fluidventil 61 ist ein geschlossenes Ventilgehäuse 62 vorgesehen, das von einem Fluidkanal 63 durchsetzt ist, der sich von einem Eingangsan- schluss 64 bis zu einem Ausgangsanschluss 65 erstreckt. Ferner ist im Ventilgehäuse 62 ein als Ventilglied ausgebildetes Stellmittel 66 linear beweglich aufgenommen, das zur Beeinflussung eines freien Querschnitts des Fluidkanals 63 vorgesehen ist. Für eine solche Beeinflussung des freien Querschnitts des Fluidkanals 63 ist ferner eine Koppeleinrichtung 67 vorgesehen, die für eine Bereitstellung von Betätigungskräften auf das Stellmittel 66 ausgebildet ist und die beispielsweise unmittelbar an das Ventilgehäuse 62 angeflanscht ist. Die Koppeleinrichtung 67 umfasst einen becherförmig ausgebildeten Kühlkörper 68, in den der Kühlfinger 22 der Kühleinrichtung 23 eingreift. Der Kühlkörper 68 ist mit einem Abschlussdeckel 69 versehen, der neben dem supraleitenden Ring 21 eine Spulenanordnung 70 umfasst, bei der es sich exemplarisch, um eine Ringspulenanordnung handelt, die mit der Steuereinrichtung 12 elektrisch verbunden ist.

Am Stellmittel 66 sind in gleicher Weise wie bei den Rühreinrichtungen 1 und 41 eine Permanentmagnetanordnung 28 mit Magnetringen 29, 30, 31 vorgesehen, die in Wechselwirkung mit dem supraleitenden Ring 21 der Koppeleinrichtung 67 eine Festlegung einer vorgebbaren Beabstandung zwischen Koppeleinrichtung 67 und Stellmittel 66 ermöglichen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Ventilgehäuse 62 und dem Stellmittel 66 eine Federeinrichtung 71 angeordnet ist, die das Stellmittel 66 ohne Einwirkung äußerer Kräfte in einer Vorzugsposition hält, in der der Querschnitt des Fluidkanals 63 vollständig verschlossen ist. In dieser Vorzugsposition kann auch die Abkühlung des supraleitenden Rings 21 bis unter seine Sprungtemperatur mit Hilfe der Kühleinrichtung 23 vorgenommen werden, um somit dem supraleitenden Ring 21 das Magnetfeld der Permanentmagnetanordnung 28 aufzuprägen. Um eine Relativbewegung des Stellmittels 66 gegenüber dem Ven- tilgehäuse 62 zu bewirken, kann in einem nachfolgenden

Schritt eine Bestromung der Spulenanordnung 70 durch die Steuereinrichtung 12 vorgesehen werden, wodurch magnetische Anziehungskräfte von der Spulenanordnung 70 auf eine im

Stellmittel 66 vorgesehene, exemplarisch als axial magneti- sierter Ringmagnet ausgebildete Magnetanordnung 72 ausgeübt werden, so dass das Stellmittel 66 aus der den Fluidkanal 63 verschließenden Stellung in die in Figur 3 dargestellte Öffnungsstellung gebracht werden kann. In Abhängigkeit vom

Strorafluss durch die Spulenanordnung 70 kann somit die Position des Stellmittels 66 längs der Bewegungsachse 73 nahezu vollständig frei eingestellt werden, das Fluidventil 61 kann somit, in der Art eines Proportionalventils betrieben werden. Dabei addieren sich bei einer Auslenkung des Stellmittels 66 aus der Vorzugsposition die Rückstellkräfte der Feder und der Kombination Permanentmagnetanordnung 28 und Ring 21, so dass auch bei einem hohen Druck im Fluidkanal 63 eine zuverlässige Rückstellung des Stellmittels in die Vorzugsstellung gewährleistet ist.

Alternativ ist eine umgekehrte Funktion möglich, bei der das Ventil in der Vorzugsposition geöffnet ist. Hierfür ist die supraleitende Anordnung entsprechend anzupassen.