DE102009056967B4 - Mischvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Mischvorrichtung (1) für Bioreaktoren (7), die insbesondere als Einwegbehälter mit flexiblen Wänden ausgebildet sind, mit einem in einem Behälterinnenraum (6) an einem rotierenden Rührerschaft (2) angeordneten Rührer (3), der von einem Fluid antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührerschaft (2) mit seinem in vertikaler Richtung unteren Ende (8) in einer am Behälterboden (9) angeordneten unteren Lagerbuchse (10) und mit seinem in vertikaler Richtung oberen Ende (11) in einer an der Behälterdecke (12) angeordneten oberen Lagerbuchse (13) drehbar gelagert ist, dass der Rührerschaft (2) oberhalb eines zu mischenden Mediums ein Antriebsrad (4) mit radial zur Schaftachse (26) angeordneten Aufprallflächen (17) aufweist, dass das Antriebsrad (4) im Behälterinnenraum (6) zwischen der Behälterdecke (12) und einem maximalen Füllstand (14) im Behälterinnenraum (6) angeordnet ist, und dass dem Antriebsrad (4) benachbart ein Düsenkopf (5) mit einer Austrittsdüse (16) im Behälterinnenraum (6) vorgelagert ist, über die aus einer Druckleitung (20, 20') zugeführtes Fluid auf die Aufprallflächen (17) auftreffend ausstoßbar ist.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für Bioreaktoren, die insbesondere als Einwegbehälter mit flexiblen Wänden ausgebildet sind, mit einem in einem Behälterinnenraum an einem rotierenden Rührerschaft angeordneten Rührer, der von einem Fluid antreibbar ist.
- Rührer sind ein wesentlicher Teil von Bioreaktoren zum Homogenisieren von Temperatur- und Konzentrationsunterschieden. Außerdem verhindern die Rührer eine Zellabsetzung in Bioreaktoren und dispergieren die Luft bzw. Gase in begasten Bioreaktoren.
- Stand der Technik
- Aus der
US 2007/0091716 A1 - Nachteilig bei der bekannten Mischvorrichtung ist, dass der Propeller, der zugleich Antrieb und Rührer bildet, komplett in dem zu mischenden Medium eingetaucht sein muss. Weiterhin nachteilig ist, dass die bekannte Mischvorrichtung relativ aufwendig ausgebildet sein muss und damit wenig geeignet als Einwegvorrichtung ist.
- Nach einem weiteren aus der
US 2007/0091716 A1 - Auch dieses bekannte Ausführungsbeispiel weist die obigen Nachteile auf.
- Weiterhin ist aus der
DE 24 19 305 C2 eine Mischvorrichtung für Bioreaktoren bekannt, die einen in einem Behälterinnenraum an einem rotierenden Rührerschaft angeordneten Rührer aufweist. - Nachteilig dabei ist, dass der Rührerschaft von einem mechanisch relativ aufwendig ausgebildeten Hydraulikmotor angetrieben wird, der auch bei Einbau in den Behälterinnenraum von einer außerhalb angeordneten Hydraulikpumpe angetrieben wird, die ihrerseits von einer Kraftmaschine angetrieben werden muss.
- Weiterhin ist aus der
DE 20 2009 006 889 U1 eine Mischvorrichtung für einen als Einwegbehälter ausgebildeten Bioreaktor bekannt, der einen in einem Behälterinnenraum an einem rotierenden Rührerschaft angeordneten Rührer aufweist. - Die Mischvorrichtung, die sich grundsätzlich bewährt hat, weist einen gekapselten Antrieb auf, der nach Gebrauch zusammen mit dem Mischerschaft und dem Einwegbehälter entsorgbar ist.
- Schließlich ist aus der
GB 221 579 A - Nachteilig dabei ist, dass der Antrieb mit seinem Antriebsrad in einem separaten Gehäuse unterhalb des Behälterbodens angeordnet ist und der Rührerschaft relativ aufwendig abgedichtet sein muss und Kontaminationen nicht ausgeschlossen werden können
- Aufgabenstellung
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Mischvorrichtung mit einem einfachen und kostengünstigen Antrieb zur Verfügung zu stellen, die insbesondere mit dem als Einwegbehälter ausgebildeten Bioreaktor entsorgt werden kann.
- Darstellung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der Rührerschaft mit seinem in vertikaler Richtung unteren Ende in einer am Behälterboden angeordneten unteren Lagerbuchse und mit seinem in vertikaler Richtung oberen Ende in einer an der Behälterdecke angeordneten oberen Lagerbuchse (
13 ) drehbar gelagert ist, dass der Rührerschaft oberhalb eines zu mischenden Mediums ein Antriebsrad mit radial zur Schaftachse angeordneten Aufprallflächen aufweist, dass das Antriebsrad im Behälterinnenraum zwischen der Behälterdecke und einem maximalen Füllstand im Behälterinnenraum angeordnet ist, und dass dem Antriebsrad benachbart ein Düsenkopf mit einer Austrittsdüse im Behälterinnenraum vorgelagert ist, über die aus einer Druckleitung zugeführtes Fluid auf die Aufprallflächen auftreffend ausstoßbar ist - Durch die Anordnung des Antriebsrades außerhalb des zu mischenden Mediums in einem Gasraum entsteht ein direkter Antrieb dessen Schubkraft F unabhängig von dem zu mischenden flüssigen Medium direkt von dem Düsenkopf auf die Aufprallflächen des Antriebsrades übertragen wird. Im optimalen Fall folgt die Schubkraft F der Raketengrundformel und beträgt in erster Näherung F = mp·ve, wobei mp der Durchflussrate des Fluids durch den Düsenkopf und ve der effektiven Fließgeschwindigkeit des Fluids entspricht. In einer zweiten Näherung kann die Schubkraft F nach der Formel F = mp·ve + (pD – pU) AD berechnet werden, wobei pD dem Ausgangsdruck des Düsenkopfes, pU dem Umgebungsdruck des Antriebsrades und AD der Austrittsfläche der Austrittsdüse des Düsenkopfes entspricht. Eine derartige Mischvorrichtung kann einfach und kostengünstig ausgebildet und mit dem Bioreaktor entsorgt werden. Durch die Anordnung des Antriebsrades im Behälterinnenraum ist eine Durchführung des Rührerschaftes durch die Wandung des Bioreaktorraumes nicht notwendig, so dass keine mit der Rotation des Rührerschaftes möglichen Dichtprobleme im Zusammenhang mit der Wanddurchführung auftreten können.
- Das Fluid kann aus einem Vorratsbehälter über eine Pumpe oder einen Kompressor der Druckleitung mit vorgebbarem Druck zugeführt werden. Das Fluid kann aber auch in Form des zu mischenden Mediums aus dem Behälterinnenraum über eine Abflussleitung abgeleitet und über eine Pumpe oder einen Kompressor der Druckleitung mit erhöhtem Druck zugeführt werden.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist aus dem Behälterinnenraum über eine Abflussleitung oberhalb des zu mischenden Mediums Gas ableitbar und über eine Pumpe oder einen Kompressor der Druckleitung mit erhöhtem Druck zuführbar. Dies hat den Vorteil, dass das zu mischende Medium nicht direkt einem erhöhten Druck ausgesetzt werden muss.
- Grundsätzlich ist es aber auch möglich, ohnehin in den Behälter einzuleitendes Fluid direkt über die Druckleitung und den Düsenkopf dem Antriebsrad zuzuführen.
- Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Pumpe aus einem mit dem Fluid in Berührung kommenden Einwegteil und aus einem wiederverwendbaren Antriebsteil. Damit kann das Einwegteil besonders kostengünstig hergestellt werden.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
- Kurzbeschreibungen der Zeichnungen
- In den Zeichnungen zeigen:
-
1 : eine Seitenansicht im Schnitt einer in einem Bioreaktor angeordneten Mischvorrichtung, mit einem im Behälterinnenraum angeordneten Antriebsrad, -
2 : eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren in einem Bioreaktor angeordneten Mischvorrichtung, mit einem im Behälterinnenraum angeordneten Antriebsrad, -
3 : eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren in einem Bioreaktor angeordneten Mischvorrichtung, mit einem im Behälterinnenraum angeordneten Antriebsrad mit einer in einen Einwegteil und in einen Antriebsteil aufgeteilten Pumpe und -
4 : eine vergrößerte räumliche Darstellung eines Antriebsrades. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- Eine Mischvorrichtung
1 besteht im Wesentlichen aus einem Rührerschaft2 , einem Rührer3 , einem Antriebsrad4 und einem Düsenkopf5 . - Der Rührerschaft
2 ist in einem Behälterinnenraum6 eines Bioreaktors7 , der als ein Einwegbehälter ausgebildet ist, angeordnet. Mit seinem in vertikaler Richtung unteren Ende8 ist der Rührerschaft2 in einer am Behälterboden9 des Bioreaktors7 angeordneten unteren Lagerbuchse10 und mit seinem in vertikaler Richtung oberen Ende11 in einer an der Behälterdecke12 des Bioreaktors7 angeordneten oberen Lagerbuchse13 drehbar gelagert - Gemäß den Ausführungsbeispielen der
1 bis4 ist das Antriebsrad4 im Behälterinnenraum6 zwischen der Behälterdecke12 und dem maximalen Füllstand14 eines zu mischenden Mediums15 angeordnet. Das Antriebsrad4 weist radial von dem Rührerschaft2 weggerichtete Aufprallflächen17 auf. Dabei ist dem Antriebsrad4 der Düsenkopf5 mit seiner Austrittsdüse16 vorgelagert. Die Austrittsdüse16 ist auf die Aufprallflächen17 gerichtet. - Gemäß dem Ausführungsbeispiel der
1 wird über eine Abflussleitung18 zu mischendes Medium15 abgeleitet und über eine Pumpe19 und eine Druckleitung20 mit erhöhtem Druck dem Düsenkopf5 als Fluid zugeführt. Das Fluid wird durch die Austrittsdüse16 gedrückt und prallt bzw. stößt gegen die jeweilige Aufprallfläche17 des Antriebsrades4 , was zu dessen Rotation und damit zur Rotation des Rührerschaftes2 und des mit diesem verbunden Rührers3 führt. - Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der
2 wird aus dem Behälterinnenraum6 über die Abflussleitung18' oberhalb des zu mischenden Mediums15 gasförmiges Fluid abgeleitet und über einen Kompressor21' der Druckleitung20' mit erhöhtem Druck zugeführt und über den Düsenkopf5 ausgestoßen. - Das Ausführungsbeispiel der
3 zeigt eine Pumpe22 , die aus einem mit dem Fluid in Berührung kommenden Einwegteil23 und aus einem wiederverwendbaren Antriebsteil24 besteht. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Mischvorrichtung
- 2
- Rührerschaft
- 3
- Rührer
- 4
- Antriebsrad
- 5
- Düsenkopf
- 6
- Behälterinnenraum
- 7
- Bioreaktor
- 8
- unteres Ende
- 9
- Behälterboden
- 10
- untere Lagerbuchse
- 11
- oberes Ende
- 12
- Behälterdecke
- 13
- obere Lagerbuchse
- 14
- max. Füllstand
- 15
- Medium
- 16
- Austrittsdüse
- 17
- Aufprallfläche
- 18, 18'
- Abflussleitung
- 19
- Pumpe
- 20, 20'
- Druckleitung
- 21'
- Kompressor
- 22
- Pumpe
- 23
- Einwegteil
- 24
- Antriebsteil
- 25
- freies Ende
- 26
- Schaftachse
Claims (5)
- Mischvorrichtung (
1 ) für Bioreaktoren (7 ), die insbesondere als Einwegbehälter mit flexiblen Wänden ausgebildet sind, mit einem in einem Behälterinnenraum (6 ) an einem rotierenden Rührerschaft (2 ) angeordneten Rührer (3 ), der von einem Fluid antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührerschaft (2 ) mit seinem in vertikaler Richtung unteren Ende (8 ) in einer am Behälterboden (9 ) angeordneten unteren Lagerbuchse (10 ) und mit seinem in vertikaler Richtung oberen Ende (11 ) in einer an der Behälterdecke (12 ) angeordneten oberen Lagerbuchse (13 ) drehbar gelagert ist, dass der Rührerschaft (2 ) oberhalb eines zu mischenden Mediums ein Antriebsrad (4 ) mit radial zur Schaftachse (26 ) angeordneten Aufprallflächen (17 ) aufweist, dass das Antriebsrad (4 ) im Behälterinnenraum (6 ) zwischen der Behälterdecke (12 ) und einem maximalen Füllstand (14 ) im Behälterinnenraum (6 ) angeordnet ist, und dass dem Antriebsrad (4 ) benachbart ein Düsenkopf (5 ) mit einer Austrittsdüse (16 ) im Behälterinnenraum (6 ) vorgelagert ist, über die aus einer Druckleitung (20 ,20' ) zugeführtes Fluid auf die Aufprallflächen (17 ) auftreffend ausstoßbar ist. - Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid aus einem Vorratsbehälter über eine Pumpe (
19 ,22 ) oder einen Kompressor (21' ) der Druckleitung (20 ,20' ) mit vorgebbarem Druck zuführbar ist. - Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Behälterinnenraum (
6 ) über eine Abflussleitung (18 ,18' ) zu mischendes Medium (15 ) ableitbar und über eine Pumpe (19 ,22 ) oder einen Kompressor (21' ) der Druckleitung (20 ,20' ) mit erhöhtem Druck zuführbar ist. - Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Behälterinnenraum (
6 ) über eine Abflussleitung (18' ) oberhalb des zu mischenden Mediums (15 ) Gas ableitbar und über eine Pumpe oder einen Kompressor (21' ) der Druckleitung (20' ) mit erhöhtem Druck zuführbar ist. - Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (
22 ) aus einem mit dem Fluid in Berührung kommenden Einwegteil (23 ) und aus einem wiederverwendbaren Antriebsteil (24 ) besteht.
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