DE102006020461B3

DE102006020461B3 - Behälter mit flexiblen Wänden

Info

Publication number: DE102006020461B3
Application number: DE102006020461A
Authority: DE
Inventors: Oscar-Werner Dr. Reif; Reinhard Dr. Baumfalk; Gerhard Dr. Greller; Heyo Prof.Dr. Mennenga
Original assignee: Sartorius Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: US9095828B2; US20070253288A1

Abstract

Behälter mit flexiblen Wänden, in dessen Behälterinnenraum ein Mischer angeordnet ist, der ein an einem ersten Ende eines Mischerschaftes angeordnetes Mischelement aufweist, wobei der Mischerschaft mit dem Mischelement von einem außerhalb des Behälterinnenraumes angeordneten Antrieb in longitudinale Bewegungen versetzbar ist, wobei der Mischerschaft mit seinem dem Mischelement abgewandten zweiten Ende an die Innenseite einer Behälterwandung ansetzbar und von der der Innenseite abgewandten Außenseite der Behälterwandung her durch ein Koppelstück magnetisch fixierbar ist, und wobei das Koppelstück mit einer Krafteinleitungseinrichtung des Antriebes in Wirkverbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter mit flexiblen Wänden, in dessen Behälterinnenraum ein Mischer angeordnet ist, der ein an einem ersten Ende eines Mischerschaftes angeordnetes Mischelement aufweist, wobei der Mischerschaft mit dem Mischelement von einem außerhalb des Behälterinnenraumes angeordneten Antrieb in longitudinale Bewegungen versetzbar ist.
Behälter mit flexiblen Wänden werden insbesondere als flexible Einweg-Behälter in der Pharmazie und Biotechnologie für Flüssigkeiten in Produktionsprozessen zunehmend verwendet.
Aus der DE 10 2004 013 078 A1 ist ein Behälter mit flexiblen Wänden bekannt, der als flexibler Einweg-Behälter ausgebildet ist und eine Mischeinrichtung für in flexiblen Einweg-Behältern befindliche Flüssigkeiten aufweist. Dabei ist ein als Mischplatte ausgebildetes Mischelement in dem Behälterinnenraum an einem Ende eines Mischerschaftes angeordnet, der durch die Behälterwandung hindurchgeführt und außerhalb des Behälterinnenraumes von einem Antrieb eines Vibrationsmischers in longitudinale Bewegungen versetzt wird.
Nachteilig bei diesem Vibrationsmischer, der sich grundsätzlich bewährt hat, ist, dass der Mischerschaft abgedichtet durch die Wand des Behälters geführt wird. Dazu muss eine feste, dichte Verbindung zwischen Behälterwand und Mischerschaft hergestellt werden. Dies ist relativ aufwendig und kostenintensiv und kann eine Schwachstelle bei der Nutzung darstellen. Zudem müssen spezielle Schweißvorrichtungen und Formen geschaffen werden, die die Fertigung verteuern.
Weiterhin ist aus der US 2005/0249033 A1 eine ähnliche Mischeinrichtung bekannt. Auch hier wird der Mischerschaft durch die Behälterwandung eines flexiblen Einweg-Behälters hindurchgeführt. Der Mischerschaft wird dann von einem außerhalb des Behälterinnenraumes angeordneten Antrieb elektrisch oder pneumatisch in longitudinale Bewegungen versetzt.
Damit weist dieser Behälter die gleichen Nachteile wie oben geschildert auf.
Weiterhin ist aus der US 6,491,422 B1 ein Vibrationsmischer bekannt, der ebenfalls eine Mischerplatte aufweist, deren Mischerschaft durch eine Behälterwandung zu einem außerhalb des Behälters angeordneten Antrieb geführt werden muss.
Auch hier besteht das Problem der Abdichtung in der Behälterwand.
Weiterhin ist aus der WO 03/028869 A2 ein Behälter bzw. ein Beutel bekannt, der in seinem Behälterinnenraum einen um eine Achse rotierenden Mischer bzw. Rührer aufweist.
Nachteilig bei diesem Rührer ist, dass er relativ aufwendig ausgebildet und an der Behälterwandung verankert ist. Solche nach dem Prinzip eines Magnetrührers bekannten Rührer haben zudem das Problem, dass sie in ihrer Rotationsgeschwindigkeit und in den zu mischenden Volumina relativ beschränkt sind. Deshalb wird versucht, auf kostengünstigere und effektivere Vibrationsmischer mit longitudinalen Schwingungen überzugehen.
Aus der US 2,793,166 ist ein als Fermenter ausgebildeter Behälter bekannt, der an seinem oberen Ende durch einen aufklappbaren Deckel verschlossen ist. Durch den Deckel ist zentral eine Mischerachse eines als Rührer ausgebildeten Mischers hindurchgeführt. Die Mischerachse ist geteilt, wobei die beiden Teile über eine magnetische Kupplung miteinander verbunden sind. Durch die in dem Behälterinnenraum angeordnete Kupplung ist es möglich, den Deckel mit einem ersten Teilstück der Mischerachse aufzuklappen, während das zweite Teilstück im Behälterinnenraum verbleiben kann. Die Kupplung besteht aus zwei Kopfteilen, die über gegenüberliegende Magnete und über Stifte miteinander verbindbar sind. Der Einsatz der Magnetkupplung erfolgt dabei wegen der Verwendung eines aufklappbaren Deckels eines starren Behälters. Hinweise auf einen Behälter mit flexiblen Wänden und einen in longitudinale Bewegungen versetzbaren Mischerschaft sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen einfachen und kostengünstigen effektiven Mischer zu schaffen, der kein Abdichtungsproblem aufweist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der Mischerschaft mit seinem dem Mischelement abgewandten zweiten Ende an die Innenseite einer Behälterwandung ansetzbar und von der der Innenseite abgewandten Außenseite der Behälterwandung her durch ein Koppelstück magnetisch fixierbar ist, und dass das Koppelstück mit einer Krafteinleitungseinrichtung des Antriebes in Wirkverbindung steht.
Dadurch, dass der Mischerschaft mit seinem zweiten Ende an die Innenseite einer Behälterwandung ansetzbar ist und von außen her durch ein Koppelstück magnetisch fixiert wird, kann auf einen Durchbruch der Behälterwandung verzichtet werden, so dass keine Dichtprobleme entstehen. Der aus Mischerschaft und Mischelement bestehende Mischer muss lediglich bei Herstellung des Behälters in dessen Innenraum eingebracht werden. Eine aufwendige Verbindung mit der Behälterwandung kann dabei unterbleiben, da die Fixierung von außen her durch das Koppelstück erfolgt. Bei Bedarf kann zusätzlich durch Klebung eine Fixierung an der Innenwand erfolgen. Der Antrieb des Mischers erfolgt über das außenliegende Koppelstück, das mit einer Krafteinleitungseinrichtung des Antriebes in Wirkverbindung steht. Dabei entsteht eine einfache, sichere, effektive und kostengünstige Mischvorrichtung, die bekannte Abdichtprobleme nicht aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das zweite Ende des Mischerschaftes ein Anschlussstück mit einer Anschlussfläche auf, die an der Innenseite der Behälterwandung anliegt. Das Koppelstück kann dabei eine Anlagefläche aufweisen, die an der Außenseite der Behälterwandung korrespondierend zur Anschlussfläche des Anschlussstückes anliegt. Dabei kann der Mischerschaft einen relativ geringen Querschnitt aufweisen, da die Fixierung über das zum Mischerschaft relativ großflächige Anschlussstück und über das entsprechende Koppelstück erfolgt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Anschlussstück und das Koppelstück durch Permanentmagnete gegeneinander fixierbar. Dabei kann beispielsweise das Anschlussstück des Mischers aus einem ferromagnetischen Material sein, während das Koppelstück mindestens einen Permanentmagneten aufweist. Anschlussstück und Koppelstück können aber auch entgegengesetzt polarisierte Permanentmagneten aufweisen. Die Beutelwandung, die im Falle eines Einweg-Beutels nur einige Zehntel mm beträgt, bestimmt den Abstand zwischen Anschlussstück und Koppelstück, so dass mit modernen Permanentmagneten hohe Kräfte übertragen werden können. Es ist aber auch möglich, das außenliegende Koppelstück mit einem elektromagnetischen Feld zu versehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Anschlussstück und das Koppelstück mindestens teilweise plattenförmig ausgebildet. Dadurch ergeben sich eine relativ großflächige Anschlussfläche des Anschlussstückes und eine entsprechend große Anlagefläche des Koppelstückes.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Koppelstück mindestens ein Ansatzstück auf, auf das die Krafteinleitungseinrichtung des Antriebs einwirkt. Bei nur einem Ansatzstück ist dieses zentrisch zum Koppelstück bzw. zur Schaftachse des Mischers angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Koppelstück eine Mehrzahl von Ansatzstücken auf, die zeitlich unterschiedlich mit longitudinalen Bewegungen von einer Mehrzahl von Krafteinleitungseinrichtungen beaufschlagbar sind. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Mischelement zusätzlich zu einer Hubbewegung mit einer Taumelbewegung zu beaufschlagen. Auch ist es so möglich das Mischelement mit einer rotatorischen Komponente zu beaufschlagen. Damit lassen sich zusätzliche Wirbel in die Bewegung der zu mischenden Flüssigkeit im Beutel bringen, was die Mischwirkung erheblich verbessert. Bei verschiedenphasiger Einwirkung auf den Mischer über eine Mehrzahl von Ansatzstücken können im Antrieb oder im Mischer Biegestellen vorgesehen sein, die den entstehenden kleinen Kippwinkel aufnehmen. Dabei kann aber auch ein elastischer Schaft ausreichend sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt die Krafteinleitungseinrichtung pneumatisch bzw. über Druckluftimpulse auf den Mischerschaft, das Koppelstück bzw. dessen Ansatzstück ein. Auch ist es möglich, über einen mechanischen Druckstößel auf das Koppelstück bzw. dessen Ansatzstück einzuwirken. In beiden Fällen muss nur eine Aufwärtsbewegung erzeugt werden, da die Rückstellung über das Eigengewicht des Mischers bzw. Behälters erfolgt.
Infolge der Gravitation bildet das Eigengewicht die Rückstellkraft.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Krafteinleitungseinrichtung mechanisch oder elektromagnetisch mit dem Koppelstück verbunden, auf das sie einwirkt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mehrzahl von Krafteinleitungseinrichtungen je einem separaten Antrieb zugeordnet. Es ist aber auch möglich, diese einem gemeinsamen Antrieb zuzuordnen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Mischer zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Mischelemente auf. Bei Bedarf ist aber die Anordnung von drei oder mehr Mischelementen möglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mischelemente als mit konischen Bohrungen versehene Mischerplatten ausgebildet. Die konischen Bohrungen mehrerer Mischerplatten können dabei zueinander oder auch gegeneinander ausgerichtet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens zwei Mischer in dem Behälterinnenraum angeordnet, wobei die Mischer zur Erzeugung einer gerichteten Strömung verschiedenphasig ansteuerbar sind. Die Mischer können dabei einander gegenüberliegend oder in einem Winkel, beispielsweise einem rechten Winkel, zueinander angeordnet sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine schematische Seitenansicht eines Behälters mit flexiblen Wänden, Mischer und Antrieb;
2: eine Seitenansicht eines weiteren Behälters mit flexiblen Wänden mit mehreren Krafteinleitungseinrichtungen und mehreren Antrieben;
3: eine Draufsicht auf das Koppelstück von 2 in vergrößerter Darstellung;
4: eine Seitenansicht eines weiteren Behälters mit flexiblen Wänden und elektromagnetischer Krafteinleitungseinrichtung;
5: ein weiterer Behälter mit flexiblen Wänden und pneumatischer Krafteinleitungseinrichtung im Ausriss;
6: ein weiterer Behälter mit flexiblen Wänden mit zwei einander gegenüberliegenden Mischern;
7: ein weiterer Behälter mit flexiblen Wänden mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Mischern;
8: ein weiterer Behälter mit einem Antrieb und einer Mehrzahl von Kraftleitungseinrichtungen sowie einen Mischer mit zwei Mischelementen; und
9: eine Seitenansicht des Mischers von 1;
10: eine Seitenansicht des Koppelstückes von 2; und
11: ein weiterer Behälter mit flexiblen Wänden und mechanischer Krafteinleitungseinrichtung über einen Druckstößel.
Ein Behälter 1 mit flexiblen Wänden besteht im Wesentlichen aus einem Behälterinnenraum 2 mit einem Mischer 3, der von einem Antrieb 4 angetrieben wird.
Der Mischer 3 besteht aus einem Mischelement 5, das als eine Mischerplatte 6 ausgebildet ist. Die Mischerplatte 6 ist konzentrisch an einem ersten Ende 7 eines Mischerschaftes 8 angeordnet. An dem dem ersten Ende 7 abgewandten zweite Ende 9 des Mischerschaftes 8 ist konzentrisch ein Anschlussstück 10 angeordnet. Das Anschlussstück 10 ist mit seiner dem Mischelement 5 abgewandten Anschlussfläche 11 an eine Innenseite 12 der Behälterwandung 13 ansetzbar.
Ein Koppelstück 14 ist mit seiner Anlagefläche 15 gegen die der Innenseite 12 abgewandte Außenseite 16 der Behälterwandung korrespondierend zur Anschlussfläche 11 ansetzbar. Durch einen nicht weiter dargestellten Permanentmagneten im Koppelstück 14 wird der Mischer 3 über sein Anschlussstück 10 an der Behälterwandung 13 fixiert.
Das Koppelstück 14 weist auf seiner der Anlagefläche 15 abgewandten Stirnfläche 17 ein zentrisch zur Schaftlängsachse 18 angeordnetes Ansatzstück 19 auf. Das Ansatzstück 19 ist entsprechend 1 mit einer Krafteinleitungseinrichtung 20 des Antriebes 4 mechanisch verbindbar.
Über die Krafteinleitungseinrichtung 20 ist das Koppelstück 14 und damit über das Anschlussstück 10 und den Mischerschaft 8 das Mischelement 5 in longitudinale Bewegungen versetzbar. Die Mischerplatte 6 bildet mit ihren konischen Bohrungen 21 einen vibrationsmischer, der das in dem Behälterinnenraum 2 angeordnete flüssige Medium 22 durchmischt.
Nach einem Ausführungsbeispiel entsprechend 2 und 3 weist das Koppelstück 14' vier Ansatzstücke 19' auf, auf die vier Krafteinleitungseinrichtungen 20' einwirken, die von vier Antrieben 4' angetrieben werden. entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 8 ist es aber auch möglich, die Kraftleitungseinrichtungen 20'' durch einen einzigen gemeinsamen Antrieb 4'' anzutreiben. Der Mischer 3" kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 8 auch zwei oder mehr Mischelemente 5'' aufweisen.
Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 ist der Mischer 3''' in vertikaler Richtung unten an der Behälterwandung 13 angeordnet.
Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 4, 6 und 7 wirkt jeweils eine elektromagnetische Krafteinleitungseinrichtung 23 auf die Koppelstücke 24 ein.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 5 wirkt eine pneumatische Krafteinleitungseinrichtung 25 auf das Koppelstück 26 mit Druckluftimpulsen ein. Anstelle der pneumatischen Krafteinleitungseinrichtung 25 kann auch eine mechanische Krafteinleitungseinrichtung 27 mit einem oszillierenden Druckstößel 28 (siehe 11) verwendet werden. Der Druckstößel 28 führt eine Auf- und Abbewegung 29, 30 aus, wobei er in der Aufbewegung 29 den Mischer 3''' über das Koppelstück 26 anhebt, das bei der Abbewegung 30 infolge der Gravitation dem Druckstößel 28 mit dem Mischer 3''' nachfolgt.
In dem Behälterinnenraum 2 sind nach dem Ausführungsbeispiel von 6 zwei einander gegenüberliegende Mischer 3''' angeordnet, während nach dem Ausführungsbeispiel von 7 zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Mischer 3''' in dem Behälterinnenraum 2 angeordnet sind.
Im Lieferzustand befindet sich der Mischer 3 bereits in dem Behälter 1. Zur Herstellung des Betriebszustandes wird das Anschlussstück 10 lediglich an die Behälterwandung 13 gehalten und mit dem Koppelstück 14 von außen fixiert. Das Anschlussstück 10 und das Koppelstück 14 ziehen sich gegenseitig an, so dass weitere Verbindungselemente nicht notwendig sind. Zur einfacheren Handhabung kann das Anschlussstück 10 des Mischers 3 auch von innen an der Beutelwand befestigt sein, z.B. mit einem Klebepunkt. Der Behälter kann aber auch bereits mit einem von außen aufgesetzten Koppelstück 14 geliefert werden. Die Mischer 3, 3'' und 3''' werden über die Antriebe 4, 4', 4'' von nicht dargestellten Steuereinrichtungen gesteuert.

Claims

Behälter mit flexiblen Wänden, in dessen Behälterinnenraum (2) ein Mischer (3, 3'', 3''') angeordnet ist, der ein an einem ersten Ende (7) eines Mischerschaftes (8) angeordnetes Mischelement (5) aufweist, wobei der Mischerschaft (8) mit dem Mischelement (5) von einem außerhalb des Behälterinnenraumes (2) angeordneten Antrieb (4, 4', 4'') in longitudinale Bewegungen versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (8) mit seinem dem Mischelement (5) abgewandten zweiten Ende (9) an die Innenseite (12) einer Behälterwandung (13) ansetzbar und von der der Innenseite (12) abgewandten Außenseite (16) der Behälterwandung (13) her durch ein Koppelstück (14, 14', 24, 26) magnetisch fixierbar ist, und dass das Koppelstück (14, 14', 24, 26) mit einer Krafteinleitungseinrichtung (20, 20', 20'', 23, 25) des Antriebes (4, 4', 4'') in Wirkverbindung steht.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (9) des Mischerschaftes (8) ein Anschlussstück (10) mit einer Anschlussfläche (11) aufweist, die an der Innenseite (12) der Behälterwandung (13) anliegt.
Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelstück (14, 14', 24, 26) eine Anlagefläche (15) aufweist, die an der Außenseite (16) der Behälterwandung (13) korrespondierend zur Anschlussfläche (11) des Anschlussstückes (10) anliegt.
Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (10) und das Koppelstück (14, 14', 24, 26) durch Permanentmagnete gegeneinander fixierbar sind.
Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (10) und das Koppelstück (14, 14', 24, 26) mindestens teilweise plattenförmig ausgebildet sind.
Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelstück (14, 14', 24) mindestens ein Ansatzstück (19, 19') aufweist, auf das die Krafteinleitungseinrichtung (20, 20', 20'', 23) einwirkt.
Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelstück (14') eine Mehrzahl von Ansatzstücken (19') aufweist, die zeitlich unterschiedlich mit longitudinalen Bewegungen von einer Mehrzahl von Krafteinleitungseinrichtungen (20, 20') beaufschlagbar sind.
Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (5) zusätzlich zu einer Hubbewegung mit einer Taumelbewegung beaufschlagbar ist.
Behälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (5) mit einer rotatorischen Komponente beaufschlagbar ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungseinrichtung (25) pneumatisch auf den Mischerschaft (8) oder das Koppelstück (26) einwirkt.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungseinrichtung (20, 20', 20'', 23) mechanisch oder elektromagnetisch auf das Koppelstück (14, 14', 24) einwirkt.
Behälter nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Krafteinleitungsreinrichtungen (20, 20') je einem separaten Antrieb (4') oder einem gemeinsamen Antrieb (4'') zugehörig sind.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (3'') zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Mischelemente (5'') aufweist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (5) als mit konischen Bohrungen (21) versehene Mischerplatten (6) ausgebildet sind.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Mischer (3''') in dem Behälterinnenraum (2) angeordnet sind und dass die Mischer zur Erzeugung einer gerichteten Strömung verschiedenphasig ansteuerbar sind.