DE102007061664B4

DE102007061664B4 - Behälter mit flexibler Wandung

Info

Publication number: DE102007061664B4
Application number: DE102007061664A
Authority: DE
Inventors: Maik W. Jornitz
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: US20100260010A1; WO2009077125A1; DE102007061664A1; DE202008016498U1; WO2009077125A8

Abstract

Behälter (1, 1'''') mit flexibler Behälterwandung (2), insbesondere ein Einweg-Bioreaktor, mit einem Behälterinnenraum (3, 3''', 3''''), in dem ein an einem Ende eines durch die Behälterwandung (2) hindurchgeführten und drehbar gelagerten von außen antreibbaren Mischerschaftes (9, 9', 9'', 9''', 9'''') ein Mischer (4, 4', 4'', 4'''') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (9, 9', 9'', 9''', 9'''') faltbar und von außen stabilisierbar ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter mit flexibler Behälterwandung, insbesondere ein Einweg-Bioreaktor, mit einem Behälterinnenraum, in dem ein an einem Ende eines durch die Behälterwandung hindurchgeführten und drehbar gelagerten von außen antreibbaren Mischerschaftes ein Mischer angeordnet ist.
Behälter mit flexibler Wandung werden insbesondere als flexible Einweg-Behälter bzw. Mischbeutel in der pharmazeutischen/biotechnologischen Industrie zunehmend verwendet, wobei in verschiedensten Applikationen sterile Flüssigkeiten nicht nur umgefüllt, transportiert und gelagert, sondern auch gemischt werden müssen.
Aus der DE 10 2006 020 813 B3 ist ein Einweg-Bioreaktor, der als ein flexibler Beutel bzw. Behälter ausgebildet ist, bekannt. Der flexible Behälter weist in seinem Behälterinnenraum einen Mischer auf, dessen Mischerschaft als Drehachse in einem in der Behälterwandung angeordneten Lager drehbar geführt und von einem außerhalb des flexiblen Behälters angeordneten Motor angetrieben wird. Mindestens zum Mischen wird der flexible Behälter dabei von einem Stützbehälter stabilisiert.
Nachteilig bei dem bekannten flexiblen Behälter, der sich grundsätzlich bewährt hat ist, dass sein starres Rührwerk bzw. Mischer im leeren Behälter relativ viel Platz und damit eine erhebliche Verpackungsgröße beansprucht. Der mit dem starren Schaft verbundene Mischer kann zudem bei einigen auf dem Markt befindlichen flexiblen Behältern zu unerwünschten Reibungen verbunden mit Defekten an der Behälterinnenwand führen.
Die US 6 494 613 B2 beschreibt einen Behälter mit flexibler Behälterwandung mit einem Behälterinnenraum, in dem ein an einem Ende eines durch die Behälterwandung hindurchgeführter flexibler Schlauch als Mischer angeordnet ist. In den Schlauch ist von außen ein geformter Stab eingebracht, der in dem Schlauch rotierend angetrieben wird, während der Schlauch in der Behälterwand statisch abgedichtet ist und nicht rotiert bzw. drehbar gelagert ist.
Nachteilig ist dabei nicht nur die geringe Mischleistung, die lediglich durch den Schlauch als Mischer realisiert wird, sondern auch die geringe Betriebsdauer, weil der Schlauch insbesondere im Bereich seiner Befestigung an der Behälterwand bei Rotation bzw. Drehung des Stabes aufgrund der hohen mechanischen Beanspruchungen schnell brüchig wird, was zu Kontaminationen des Mischgutes oder der Umwelt führt. Zudem ist es schwierig, einen gebogenen starren Stab in den Mischerschlauch einzuführen.
Aus der WO 03/012027 A1 ist weiterhin ein Bioreaktor mit flexiblen Wandungen bekannt. Der Bioreaktor ist dabei als eine aufblasbare bzw. auffaltbare Apparatur ausgebildet, wobei eine den Behälterinnenraum umgebende Behälterwandung von einer aufblasbaren Struktur stabilisierbar ist. Auch dieser bekannte flexible Behälter weist die oben erwähnten Nachteile auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den bekannten Behälter so zu verbessern, dass er im leeren Zustand mit Mischer zu einer möglichst kleinen Verpackungsgröße zusammenfaltbar ist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der Mischerschaft faltbar und von außen stabilisierbar ausgebildet ist.
Durch die faltbare Ausbildung des Mischerschaftes, kann der flexible Behälter zu einer relativ kleinen Packungsgröße gefaltet werden. Bei einer flachen Ausbildung des Mischers, beispielsweise als zweiarmiges Paddel, kann der leere Behälter entsprechend flach und in Längsrichtung des Schaftes mindestens einmal gefaltet und platzsparend gelagert werden.
Bei Benutzung wird der Behälter dann auseinandergefaltet, gegebenenfalls in einen Stützbehälter gesetzt, und über Zuleitungen mit den zu mischenden flüssigen Medien gefüllt. Zum Mischen wird der Mischerschaft von außen stabilisiert und sein dem Mischer abgewandtes außenliegendes Ende wird mit dem Mischerantrieb verbunden bzw. angekoppelt.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mischerschaft aufblasbar ausgebildet und weist hierzu mindestens eine von außen aufblasbare in seiner Längsrichtung verlaufende Stabilisierungskammer auf.
Im leeren nicht aufgeblasenen Zustand lässt sich der Behälter wie beschrieben kleinvolumig zusammenfalten und Platz sparend lagern. Bei Benutzung wird der Mischerschaft dann durch Zuführung von Druckluft oder ein anderes Gas in seine mindestens eine Stabilisierungskammer, beispielsweise über eine Pumpe, aufgeblasen und in seine vorgesehene Form gebracht. Über Zuleitungen kann der Behälter dann mit den zu mischenden Medien gefüllt werden. Grundsätzlich kann der Behälter wie oben beschrieben auch erst gefüllt und dann der Mischerschaft stabilisiert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Stabilisierungskammer zum Mischer hin wendelförmig verlaufend im Mischerschaft angeordnet. Bevorzugt ist die Stabilisierungskammer entgegengesetzt zur Drehrichtung des Mischers gewendelt.
Die wendelförmige Anordnung der Stabilisierungskammer erhöht die Stabilität des faltbaren Schaftes erheblich. Weiterhin günstig erweist sich dabei eine Wendelung entgegen der Drehrichtung des Schaftes. Es können in Längsrichtung des Mischerschaftes auch zwei hintereinander versetzte gewendelte Stabilisierungskammern angeordnet werden. Auch ist es grundsätzlich möglich, zwei radial nebeneinander angeordnete, gegensätzlich gewendelte Stabilisierungskammern am Mischerschaft vorzusehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Mischerschaft mindestens einen in seiner Längsrichtung verlaufenden von außen bestückbaren Stabilisierungskanal auf, in den ein Stabilisierungsstab einführbar ist. Der Stabilisierungsstab kann dabei als ein relativ starrer Metalldraht ausgebildet sein, der von außen in den Stabilisierungskanal einsteckbar ist. Der Stabilisierungskanal bzw. die Stabilisierungskanäle können sowohl zusätzlich oder anstelle der Stabilisierungskammern am Mischerschaft angeordnet sein.
Auch die Stabilisierungskanäle können zur Erhöhung der Stabilität gewendelt angeordnet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Mischerschaft parallel zu seiner Längsachse mindestens zwei einander gegenüberliegende parallele Führungskanäle auf, in denen zwei flexible Zugdrähte geführt werden, die mit ihren dem Mischer zugewandten Enden im Bereich des mischerseitigen Endes des Mischerschaftes befestigt sind und deren dem Mischer abgewandte Enden außen aus dem Mischer herausragen und gleitend in den Führungskanälen geführt und am antriebsseitigen Mischerschaftende zur Stabilisierung des Mischerschaftes verspannbar sind.
Bei dieser Ausführungsform kann der Mischerschaft mit den aus ihrer Verspannung gelösten flexiblen Zugdrähten gefaltet werden. Um den Mischerschaft in seine stabilisierte gestreckte Form zu bringen, müssen lediglich außerhalb des Behälters die beiden Zugdrähte verspannt werden. Gegebenenfalls können um 90° versetzt zwei weitere verspannbare Zugdrähte angeordnet sein. Auch kann beispielsweise zusätzlich mittig eine aufblasbare Stabilisierungskammer im Mischerschaft angeordnet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Stabilisierungskammer mit einem Sicherheitsventil verbunden. Damit kann zuverlässig verhindert werden, dass bei einem Aufblasen mit zu hohem Druck die Stabilisierungskammer zerstört werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mischerschaft aus einem geeigneten Kunststoff, vorzugsweise einem Polymer, ausgebildet.
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 teilweise im Schnitt;
2: eine Seitenansicht des Behälters von 1 im Schnitt und Ausriss in vergrößerter Darstellung mit aufblasbarem Mischerschaft,
3: eine Seitenansicht eines Mischers mit gewendelter Stabilisierungskammer im Mischerschaft in vergrößerter Darstellung,
4: eine Seitenansicht eines Mischers mit Stabilisierungskanal und Stabilisierungsstab im Mischerschaft in vergrößerter Darstellung,
5: eine Seitenansicht eines Mischers mit zwei Stabilisierungskanälen und zentraler Stabilisierungskammer im Mischerschaft in vergrößerter Darstellung und
6: eine Seitenansicht eines Mischers mit zwei Führungskanälen mit Zugdrähten und zentraler Stabilisierungskammer im Mischerschaft in vergrößerter Darstellung.
Ein Behälter 1 mit flexibler Behälterwandung 2 besteht im Wesentlichen aus einem Behälterinnenraum 3 und einem Mischer 4.
Der als Einweg-Bioreaktor ausgebildete Behälter 1 weist den Behälterinnenraum 3 auf, dessen ihn umgebende flexible Behälterwandung 2 aus einer seitlichen Behälterwandung 5, einem in vertikaler Richtung unten angeordneten Behälterboden 6 und einen in vertikaler Richtung oben angeordneten Behälterdecke 7 besteht. Der Mischer 4 ist an einem in vertikaler Richtung unteren Ende 8 eines Mischerschaftes 9 angeordnet. Der Mischerschaft 9 durchdringt mit seinem dem Mischer 4 abgewandten oberen Ende 10 die Behälterdecke 7 der flexiblen Behälterwandung 2. Der aus dem Behälter 1 mit seinem oberen Ende 10 herausragende Mischerschaft 9 ist an seinem oberen Ende 10 mit einem Antrieb 11 verbunden. Der Mischerschaft 9 ist in einem Lager 12 der flexiblen Behälterwandung 2 bzw. im Beispiel der Behälterdecke 7 dicht aber drehbar gelagert.
Der Mischerschaft 9 ist aus einem flexiblen Kunststoff ausgebildet und zusammen mit der flexiblen Behälterwandung 2 bei leeren Behälterinnenraum 3 faltbar. Gleichzeitig ist der Mischerschaft 9 im auseinandergefalteten und bei mit flüssigen Medien 13 gefülltem Innenraum 3 stabilisierbar ausgebildet, so dass er von dem Antrieb 11 angetrieben, den Mischer 4 in eine rotierende Mischbewegung versetzt.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 1 ist der Mischerschaft 9 aufblasbar ausgebildet. Hierzu kann dem Mischerschaft 9 über ein Ventil 14 aus einer aufsteckbaren Druckleitung oder über eine aufsteckbare Pumpe 15 Druckluft zugeführt werden. Ein ebenfalls am Mischerschaft 9 angeordnetes Sicherheitsventil 16 arbeitet als Überdruckventil und verhindert ein Platzen des Mischerschaftes 9 infolge eines Überdruckes.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 2 weist der Mischerschaft 9 eine zentral in seiner Längsrichtung verlaufende Stabilisierungskammer 17 auf. Die Stabilisierungskammer 17 ist über eine Zuleitung 18 mit dem Ventil 14 und über eine Sicherheitsleitung 19 mit dem Sicherheitsventil 16 verbunden.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 3 ist die Stabilisierungskammer 17' zum Mischer 4' hin entgegengesetzt zu der Rotations- bzw. Drehrichtung 20 des Mischerschaft 9' wendelförmig verlaufend im Mischerschaft 9' angeordnet.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 4 weist der Mischerschaft 9'' einen zentralen Stabilisierungskanal 21 auf. Zur Stabilisierung ist in dem Stabilisierungskanal 21 ein Stabilisierungsstab 22 einführbar.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 5 weist der Mischerschaft 9''' einerseits eine aufblasbare Stabilisierungskammer 17''' und andererseits parallel zur Stabilisierungskammer 17''' zwei einander gegenüberliegende Stabilisierungskanäle 21''' auf, in die zur Stabilisierung die Stabilisierungsstäbe 22''' einführbar sind.
Nach dem Ausführungsbeispiel von 6 weist der Mischerschaft 9'''' ebenfalls eine aufblasbare zentrale Stabilisierungskammer 17'''' auf. Parallel zu seiner Längsachse 23 weist der Mischerschaft 9'''' zwei einander gegenüberliegende Führungskanäle 24, in denen zwei flexible Zugdrähte 25 geführt werden, auf. Die flexiblen Zugdrähte 25 sind mit ihren dem Mischer 4'''' zugewandten Enden 26 beispielsweise am Mischer 4'' fixiert. An ihren dem Mischer 4'''' abgewandten Enden ragen die flexiblen Zugdrähte außerhalb des Behälterinnenraumes 3'''' des Behälters 1'''' seitlich aus dem Mischerschaft 9'''' heraus. Im instabilen leeren Zustand lässt sich der Behälter 1'''' zusammen mit dem Mischerschaft 9'''' und den flexiblen Zugdrähten 25 zusammenfalten. Zur Stabilisierung des Mischerschaftes 9'''' können die Zugdrähte 25 über an dem Mischerschaft 9'''' seitlich angeordnete Fixiereinrichtungen 27 unter Zugspannung beispielsweise durch Rändelschrauben 28 fixiert werden.

Claims

Behälter (1, 1'''') mit flexibler Behälterwandung (2), insbesondere ein Einweg-Bioreaktor, mit einem Behälterinnenraum (3, 3''', 3''''), in dem ein an einem Ende eines durch die Behälterwandung (2) hindurchgeführten und drehbar gelagerten von außen antreibbaren Mischerschaftes (9, 9', 9'', 9''', 9'''') ein Mischer (4, 4', 4'', 4'''') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (9, 9', 9'', 9''', 9'''') faltbar und von außen stabilisierbar ausgebildet ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (9, 9', 9''', 9'''') aufblasbar ausgebildet ist.
Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (9, 9', 9''', 9'''') mindestens eine von außen aufblasbare in seiner Längsrichtung verlaufende Stabilisierungskammer (17) aufweist.
Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungskammer (17') zum Mischer (4') hin wendelförmig verlaufend im Mischerschaft (9') angeordnet ist.
Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungskammer (17') entgegengesetzt zur Drehrichtung (20) des Mischers (4') gewendelt ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (9, 9'', 9''') mindestens einen in seiner Längsrichtung verlaufenden von außen bestückbaren Stabilisierungskanal (21, 21''') aufweist, in dem ein Stabilisierungsstab (22, 22''') einführbar ist.
Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskanal (21, 21''') des Mischerschaftes (9'', 9''') zum Mischer (4'', 4''') hin wendelförmig verlaufend im Mischerschaft (9'', 9''') angeordnet ist.
Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskanal (21, 21''') entgegengesetzt zur Drehrichtung des Mischers (4'', 4''') gewendelt ist.
Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mischerschaft (9'', 9''') zwei gegenläufig gewendelte Stabilisierungskanäle (21, 21''') angeordnet sind.
Behälter nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsstab (22, 22''') als ein Metalldraht ausgebildet ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (9'''') parallel zu seiner Längsachse (23) mindestens zwei einander gegenüberliegende parallele Führungskanäle (24) aufweist, in denen zwei flexible Zugdrähte (25) geführt werden, die mit ihren dem Mischer (4'''') zugewandten Enden (26) im Bereich des mischerseitigen Endes des Mischerschaftes (9'''') befestigt sind und deren dem Mischer (4'''') abgewandte Enden außen aus dem Mischer (4'''') herausragen und gleitend in den Führungskanälen (24) geführt und am antriebsseitigen Mischerschaftende zur Stabilisierung des Mischerschaftes (9'''') verspannbar sind.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerschaft (9, 9', 9''', 9'''') aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungskammer (17, 17', 17''', 17'''') mit einem Sicherheitsventil (16) verbunden ist.