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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums und ein entsprechendes Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Mischvorrichtung.
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Als Mischvorrichtungen zum Mischen eines Mediums sind in der Praxis beispielsweise Bioreaktoren bekannt. Bioreaktoren sind Behälter, in denen speziell herangezüchtete Mikroorganismen oder Zellen unter möglichst optimalen Bedingungen in einem Nährmedium kultiviert werden, um entweder die Zellen selbst, Teile von ihnen oder eines ihrer Stoffwechselprodukte zu gewinnen. Im Speziellen können in den Bioreaktoren feste (Biomasse), flüssige (Nährmedium) und/oder gasförmige (z.B. Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff) Phasen verarbeitet werden. In Abhängigkeit des zu mischenden Mediums in dem Bioreaktor ist in dem Bioreaktor ein Rührer vorgesehen, durch dessen Rotation das Medium homogenisiert, suspendiert oder emulgiert werden. Weiterhin kann eine Begasung des Mediums erfolgen.
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Um den Rührer in Rotation versetzen zu können, sind aus dem Stand der Technik Antriebsvorrichtungen bekannt, die in dem Bioreaktor angeordnet sind und mit dem Rührer verbunden sind. Dies wird insbesondere für Einwegbioreaktoren als vorteilhaft erachtet, da hierdurch der Einwegbioreaktor als sterile Einheit an den Benutzer ausgeliefert werden kann und keine zusätzlichen außerhalb des Einwegbioreaktor angeordneten Komponenten notwendig sind, die mitgeliefert werden müssen. Insbesondere wird jedoch unter anderem vermieden, dass eine Antriebswelle durch die Behälterwandung hindurch ragt. Die Abdichtung eines beweglichen Elements gegenüber der Umwelt stellt sich als aufwendig und problematisch dar, so dass das Risiko einer Kontamination des Einwegbioreaktors in diesem Fall erhöht ist.
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Da bei einer Antriebsvorrichtung in dem Bioreaktor jedoch sowohl die Antriebsvorrichtung als auch der Rührer häufig vollständig in dem zu mischenden Medium eingebettet ist, besteht jedoch die Problematik einer sicheren sterilen Verbindung der Antriebsvorrichtung mit dem Rührer ohne dass das zu mischende Medium in die Antriebsvorrichtung eindringen kann und das zu mischende Medium durch Verunreinigungen in der Antriebsvorrichtung kontaminiert wird. Es sind Antriebsvorrichtungen mit Antriebswellen bekannt, die aus dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung herausragen und der Rührer mit dem herausragenden freien Ende der Antriebswelle verbunden ist. Die Stelle, an der die Antriebswelle aus dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung herausragt, ist jedoch schwer und nur mit hohen Aufwand und Kosten abdichtbar, was gerade bei der Verwendung in Einwegbioreaktoren vermieden werden soll.
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Die
DE 42 32 935 A1 offenbart ein Magnetrührwerk mit einer mittels eines Elektroantriebs angetriebenen Rührwerkswelle zum Antreiben eines Impellerkopfs mit Rührflügeln. Ein Drehmoment des Elektroantriebs ist über ein Getriebe und eine Kupplung auf die Rührwerkswelle und mittels einer Magnetkupplung berührungslos auf den Impellerkopf übertragen. Zur Vermeidung einer Kontaminierung eines zu mischenden Mediums wegen einer versagenden Dichtung zwischen der drehenden Rührwerkswelle und einem ruhenden Spalt- beziehungsweise Kühlrohr ist die Rührwerkswelle in einem Rohr angeordnet, so dass die Rührwerkswelle von dem zu mischenden Medium hermetisch abgedichtet ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums bereitzustellen, in der der Rührer zusammen mit einer Antriebsvorrichtung in dem Behälter der Mischvorrichtung angeordnet ist und eine sichere und kostengünstige Verbindung zwischen dem Rührer und der Antriebsvorrichtung ermöglicht wird. Insbesondere soll die Mischvorrichtung auch für Bioreaktoren, insbesondere für Einwegbioreaktoren, verwendbar sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Mischvorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Speziellen wird gemäß eines ersten Aspekts eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums bereitgestellt, welche umfasst:
- - einen Behälter zur Aufnahme des zu mischenden Mediums; und
- - eine Rührvorrichtung zum Mischen des Mediums, wobei die Rührvorrichtung an einer Behälterwandung des Behälters angeordnet ist und in einen
Innenraum des Behälters ragt;
wobei die Rührvorrichtung eine Antriebsvorrichtung mit einem geschlossenen Antriebsgehäuse und einer darin angeordneten Antriebswelle umfasst, wobei die Antriebswelle mittels eines Fluids in Rotation versetzbar ist;
wobei die Antriebsvorrichtung zumindest ein erstes Kupplungselement mit zumindest einem ersten Magneten aufweist, das an einem freien Ende der Antriebswelle angeordnet ist und durch eine Rotation der Antriebswelle in Rotation versetzbar ist; und
wobei die Rührvorrichtung ferner einen Rührer aufweist, der zumindest ein zweites Kupplungselement mit zumindest einem zweiten Magneten umfasst, wobei der Rührer mit der Antriebsvorrichtung kuppelbar ist und mittels einer Magnetkupplung zwischen dem ersten und zweiten Kupplungselementen an der Antriebsvorrichtung positionierbar und durch eine Rotation der Antriebswelle und des ersten Kupplungselements in Rotation versetzbar ist.
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Wie bereits oben erwähnt, kann das zu mischende Medium feste, flüssige und/oder gasförmige Komponenten enthalten. Der Behälter kann mit einer flexiblen Behälterwandung oder einer festen Behälterwandung ausgebildet sein. Insbesondere kann der Behälter geschlossen oder offen ausgebildet sein, was davon abhängen kann, ob das zu mischende Medium unter sterilen Bedingungen in dem Behälter gemischt werden soll. In diesem Fall ist der Behälter vorzugsweise geschlossen ausgebildet.
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Die Rührvorrichtung ist an der Behälterwandung angeordnet und vorzugsweise mit dieser fest verbunden, um eine sichere Positionierung der Rührvorrichtung zu gewährleisten. Die Position der Rührvorrichtung in dem Behälter kann dabei individuell festgelegt werden. Je nach Bedarf kann die Rührvorrichtung am Boden des Behälters angeordnet sein oder auch von der Decke des Behälters hängen.
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Der Rührer weist vorzugsweise eine Vielzahl von Schaufeln auf, die sich im Betrieb der Rührvorrichtung um eine Rotationsachse der Antriebswelle drehen. Der Winkel der Schaufelflächen in Bezug auf die Rotationsachse kann dabei je nach Mischanwendung variieren.
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Gemäß der Erfindung wird aus dem geschlossenen Antriebsgehäuse keine Antriebswelle herausgeführt, so dass die Problematik der aufwendigen Abdichtung der Antriebsvorrichtung gegenüber dem zu mischenden Mediums vermieden werden kann. Insbesondere können hierdurch die Herstellungskosten der Antriebsvorrichtung verringert werden. Aufgrund der bereitgestellten Magnetkupplung zwischen dem Antriebsvorrichtung und dem Rührer kann jedoch eine zuverlässige Kupplung bereitgestellt werden, die den Rührer einerseits in Position hält und andererseits zuverlässig in der gewünschten Geschwindigkeit rotieren lässt. Da es sich bei der Verbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Rührer vorzugsweise um eine lösbare Verbindung handelt, kann in einzelnen Fällen der Rührer wiederverwendet werden.
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Durch das Einleiten eines Fluids in die Antriebsvorrichtung ist die Antriebswelle in Rotation versetzbar. Da das erste Kupplungselement an einem freien Ende der Antriebswelle angeordnet ist, ist das erste Kupplungselement zusammen mit der Antriebswelle in Rotation versetzbar. Das heißt, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle der Rotationsgeschwindigkeit des ersten Kupplungselements entspricht. Das zweite Kupplungselement in dem Rührer ist in der Form einer Magnetkupplung mit dem ersten Kupplungselement in der Antriebsvorrichtung gekuppelt, so dass durch die Rotation des ersten Kupplungselements das zweite Kupplungselement ebenfalls in Rotation versetzbar ist. Das Fluids kann flüssig oder gasförmig sein, wie beispielsweise Wasser oder Druckluft.
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Als freies Ende der Antriebswelle wird dabei das Ende der Antriebswelle verstanden, das dem Rührer zugewandt ist. Der zumindest eine Magnet in den entsprechenden Kupplungselementen ist vorzugsweise ein Dauermagnet.
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Die Verwendung eines Fluids zum Antrieb der Antriebswelle ist dabei vorteilhaft, da lediglich Anschlüsse zur Zuführung bzw. Abführung des Fluids in die bzw. aus der Antriebsvorrichtung benötigt werden. Diese können in einfacher und sicherer Weise in die Behälterwandung eingearbeitet werden, da hier keinerlei bewegliche Bauteile verbaut sind. Für den Fall, dass Druckluft als Fluid zugeführt wird, müssen beispielsweise lediglich Schläuche eines Druckluftgenerators vor Inbetriebnahme der Mischvorrichtung an die Anschlüsse angeschlossen werden. Das Zuführ- und/oder Abführsystem für das Fluid weist vorzugsweise eine Druckfestigkeit von 1 bis 6 bar, am meisten bevorzugt von 6 bar auf.
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Vorzugsweise ist das erste Kupplungselement ringförmig ausgebildet ist und auf ein vorderes Ende der Antriebswelle verdrehsicher aufgesteckt.
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Durch eine ringförmige Gestaltung des ersten Kupplungselements kann das erste Kupplungselement sicher und einfach auf die vorzugsweise stabförmige Antriebswelle aufgesteckt werden. Mit anderen Worten umgibt das erste Kupplungselement die Antriebswelle zumindest teilweise, so dass eine formschlüssige Verbindung hergestellt ist. Das freie Ende der Antriebswelle kann hier vorzugsweise das vordere Ende der Antriebswelle sein, das der Behälterwandung, an der die Rührvorrichtung angeordnet ist, vorzugsweise abgewandt ist.
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Um ein verdrehsicheres Aufsetzen bzw. Verbinden des ersten Kupplungselements auf bzw. mit der Antriebswelle zu gewährleisten, kann das erste Kupplungselement beispielsweise mittels einer Presspassung auf die Antriebswelle aufgesteckt sein. Alternativ oder ergänzend kann das erste Kupplungselement mit der Antriebswelle verklebt werden. Alle weiteren bekannten Fügeverfahren sind jedoch ebenfalls anwendbar.
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Die Antriebswelle kann dabei aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein, während das erste und zweite Kupplungselement vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sind. Insbesondere kann die Antriebswelle, das erste Kupplungselement und/oder zweite Kupplungselement aus Edelstahl, Keramik, Aluminium oder Kunststoff sein.
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Das erste Kupplungselement kann derart auf die Antriebswelle aufgesetzt sein, dass die Antriebswelle plan mit dem ersten Kupplungselement abschließt oder dass das vordere Ende der Antriebswelle in einem vorbestimmten Maß über das erste Kupplungselement hinausragt.
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Die Größe des ringförmigen ersten Kupplungselements wird insbesondere durch die Größe, Form und/oder Ausrichtung des zumindest einen Magneten in dem ersten Kupplungselements bestimmt.
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Das zweite Kupplungselement in dem Rührer weist vorzugsweise eine dem ersten Kupplungselement entsprechende Ringform auf, so dass sich das erste und zweite Kupplungselement im gekuppelten Zustand zumindest teilweise überlappen.
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Vorzugsweise weist das erste Kupplungselement eine Vielzahl von ersten Magneten auf, die entlang des ringförmigen ersten Kupplungselements angeordnet sind.
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Aufgrund der Vielzahl von Magneten kann die Kupplungskraft erhöht werden, so dass die Kupplungsstärke zwischen dem Rührer und der Antriebsvorrichtung entsprechend erhöht ist. Je nach Auslegung der Rührvorrichtung bzw. der erwünschten maximal zu erzielenden Rotationsgeschwindigkeit des Rührers kann so, die Kupplungsstärke eingestellt werden, so dass der Rührer trotz hoher Rotationsgeschwindigkeit des Rührers sicher mit der Antriebsvorrichtung gekuppelt ist.
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Vorzugsweise sind die Magneten gleichmäßig über das ringförmige erste Kupplungselement verteilt. Die Magneten können hierbei vorzugsweise ebenfalls in Ringform angeordnet sein.
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Weiterhin kann die Kupplungskraft durch die Größe der Magneten festgelegt werden, die vorzugsweise als Stabmagneten ausgebildet sind.
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Vorzugsweise entsprechen die Anzahl der Magnete in dem ersten und zweiten Kupplungselement einander und jeweils ein erster und zweiter Magnet liegen sich einander gegenüber.
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Mit anderen Worten überlappen sich die Flächen der Magnete in den ersten und zweiten Kupplungselementen, die einander gegenüberliegen zumindest teilweise. Vorzugsweise überlappen sie sich jedoch vollständig. Handelt es sich bei den Magneten beispielsweise um Stabmagneten, weisen Paare von ersten und zweiten Magneten, die sich im gekuppelten Zustand gegenüberliegen, vorzugsweise eine gemeinsame Rotationsachse oder erstrecken entlang einer gemeinsamen Längsachse.
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Vorzugsweise weist die Antriebsvorrichtung einen Lamellenmotor und/oder einen Axialmotor auf.
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In einem derartigen Lamellenmotor stellt das Antriebsgehäuse einen Stator dar, dessen Innenraum zylindrisch ausgebildet ist. Vorzugsweise ist jedoch das gesamte Antriebsgehäuse zylindrisch ausgeformt. In dem Stator ist die Antriebswelle als Rotor exzentrisch zu dem zylindrischen Innenraum des Antriebsgehäuses bzw. des Stators angeordnet. In dem Rotor sind Schlitze ausgebildet, die sich entlang der Rotationsachse des Rotors erstrecken. Vorzugsweise sind diese Schlitze gleichlang und/oder gleichmäßig um den Rotor herum verteilt. In die Schlitze ist jeweils zumindest eine Lamelle einsetzbar, die freibeweglich in einer Richtung senkrecht zu der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die einzelne Lamelle entweder tiefer in den Schlitz hineingeschoben werden oder weiter aus dem Schlitz herausgeschoben werden, so dass der Bereich der Lamelle der über die Mantelfläche des Rotors hinausragt, entsprechend größer oder kleiner wird. Befindet sich der Rotor in Rotation werden die Lamellen vorzugsweise durch die Fliehkraft an die Wandung des Antriebsgehäuses gepresst. Hierdurch bilden sich Kammern zwischen dem Rotor, dem Stator und jeweils zwei Lamellen. Die Lamellen dichten hierbei die Kammern voneinander ab. Die Lamellen sind dabei vorzugsweise aus Kunststoff, wie zum Beispiel Polyethylen, gefertigt. Alternativ oder ergänzend könnten die Lamellen auch federbeaufschlagt sein.
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Die bereits oben beschriebenen Anschlüsse zur Zuführung und Abführung des Fluids in bzw. aus der Antriebsvorrichtung münden in entsprechender Weise vorzugsweise in eine Zuführleitung in dem Antriebsgehäuse, durch die das Fluid in das Antriebsgehäuse eintreten kann, und in eine Abführleitung in dem Antriebsgehäuse, durch die das Fluid wieder aus dem Antriebsgehäuse austreten kann. Durch eine Zufuhr des Fluids über die Zuführleitung sind die einzelnen Kammern mit dem Fluid beaufschlagbar, so dass der Rotor in Rotation versetzbar ist. Vorzugsweise mündet die Zuführleitung dabei so in das Antriebsgehäuse, dass das Fluid dort eintritt, wo die Kammern sehr klein oder am kleinsten sind. Die Abführleitung mündet dagegen vorzugsweise dort in das Antriebsgehäuse, wo sich die Kammern in Bezug auf die Drehrichtung wieder verkleinern. Es können eine oder mehrere Abführleitungen vorgesehen sein, um das Restfluid entweichen zu lassen.
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Der Lamellenmotor bietet den Vorteil, dass dieser sicher gegenüber dem zu mischenden Medium abgedichtet ist. Insbesondere ist der Lamellenmotor stufenlos einstellbar, so dass der Motor je nach Anforderung bzw. dem zu mischenden Medium einfach eingestellt werden kann. Lediglich über den Druck und die Menge kann in einfacher Weise die Rotation des Rotors beeinflusst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Axialmotor vorgesehen sein, dessen Rotor durch das Fluid in Drehung versetzt werden kann und mit dem Rührer gekoppelt ist. Das zugeführte Volumen des Fluids beeinflusst insbesondere die Drehzahl der Antriebswelle bzw. des Rührers, während der Druck des Fluids das Drehmoment der Antriebswelle bzw. des Rührers beeinflusst.
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Vorzugsweise ist die Mischvorrichtung ein Bioreaktor, insbesondere ein Einwegbioreaktor.
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Da das Antriebsgehäuse geschlossen ausgebildet ist und die Kupplung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Rührer über die Magnetkupplung erfolgt, kann die Rührvorrichtung ebenfalls für Bioreaktoren, und insbesondere für Einwegreaktoren genutzt werden. Alle Einheiten der Rührvorrichtung sind sterilisierbar und sind gegenüber dem zu mischenden Fluid abdichtbar, so dass kein Risiko einer Kontamination des zu mischen Mediums durch die Antriebsvorrichtung besteht. Insbesondere ist es nicht von Nöten, eine externe Antriebsvorrichtung zu verwenden.
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Vorzugsweise weist das Antriebsgehäuse eine Befestigungsplatte auf, die an der Behälterwandung befestigt ist.
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Diese ist insbesondere bevorzugt, wenn es sich bei dem Behälter zur Aufnahme von mischendem Medium um einen flexiblen Behälter handelt, wie beispielsweise bei Einwegbioreaktoren, die üblicherweise als Beutel ausgebildet sind. Um die Rührvorrichtung mit dem Beutel zu verbinden, kann die Befestigungsplatte auf die Innenseite des Behälters geklebt oder geschweißt sein. Alternativ weist der Behälter einen Ausschnitt auf, in den die Befestigungsplatte einsetzbar ist. Ein umlaufender Teilbereich der Befestigungsplatte kann dabei einen umlaufenden Randbereich des Ausschnitts in dem Beutel überlappen, vorzugsweise eine Außenfläche des Behälters. Dieser umlaufende Teilbereich der Befestigungsplatte kann mit dem Behälter verschweißt werden, so dass die Rührvorrichtung sicher an dem Behälter befestigt ist und keinerlei Verunreinigungen in den Behälter eintreten können.
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Vorzugsweise umfasst die Antriebsvorrichtung ferner eine Beabstandungsstange, welche den Rührer von der Behälterwandung in einem vordefinierten Maß beabstandet.
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Das vordefinierte Maß, in dem der Rührer von der Behälterwandung beabstandet ist, ist dabei durch die erwünschte Rotationsgeschwindigkeit des Rührers beeinflusst.
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Vorzugsweise weist die Beabstandungsstange zumindest eine Gaszuführplatte zur Einbringung von Gas in das zu mischende Medium auf, welche senkrecht zu einer Rotationsachse der Beabstandungsstange und/oder der Antriebswelle ausgerichtet ist.
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Vorzugsweise ist diese Gaszuführplatte weiterhin von der Behälterwandung beabstandet. Die Gaszuführplatte weist vorzugsweise zumindest eine Bohrung und/oder Gaszufuhr auf. Hierzu ist vorzugsweise zumindest eine Gaszuführöffnung in der Gaszuführplatte ausgebildet, über die Gas aus einer Gasleitung dem zu mischenden Medium zuführbar ist. Bevorzugt ist die Gaszuführplatte nahe der Antriebsvorrichtung bzw. dem Rührer angeordnet, um die ausgestossenen Gasbläschen fein zu verteilen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zugeführten Gas um Sauerstoff. Die Gasleitung kann sich beispielsweise zumindest teilweise durch die Beabstandungsstange erstrecken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Mischvorrichtung gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer Rührvorrichtung in einem Behälter zur Aufnahme des zu mischenden Mediums, so dass die Rührvorrichtung an einer Behälterwandung des Behälters angeordnet ist und in einen Innenraum des Behälters ragt, wobei die Rührvorrichtung eine Antriebsvorrichtung mit einem geschlossenen Antriebsgehäuse und einer darin angeordneten Antriebswelle, und einen Rührer aufweist,
- Kuppeln des Rührers mit der Antriebsvorrichtung mittels einer Magnetkupplung zwischen einem ersten Kupplungselement mit zumindest einem ersten Magneten an einem freien Ende der Antriebswelle und einem zweiten Kupplungselement mit zumindest einem zweiten Magneten an dem Rührer; und
- Zuführen eines Fluids in die Antriebsvorrichtung, so dass der Rührer durch die Rotation der Antriebswelle zusammen mit dem ersten Kupplungselement in Rotation versetzt wird.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der beiliegenden Zeichnungen deutlicher. Es ist ersichtlich, dass, obwohl Ausführungsformen separat beschrieben werden, einzelne Merkmale daraus zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
- 1 zeigt eine Rührvorrichtung zum Mischen eines Mediums;
- 2 zeigt eine Schnittansicht des Rührers aus 1 entlang der Schnittachse A-A;
- 3 zeigt eine Draufsicht auf die Rührvorrichtung aus 1;
- 4 zeigt eine Schnittansicht durch die Rührvorrichtung aus 3 entlang der Schnittachse C-C;
- 5 zeigt eine Schnittansicht der Antriebsvorrichtung aus 1 entlang der Schnittachse B-B;
- 6a) zeigt eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung mit einer Rührvorrichtung;
- 6b) zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung aus 6a) entlang der Schnittachse A-A;
- 6c) zeigt einen Detailausschnitt X der Anschlüsse aus 6b) in Vergrößerungen;
- 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Rührvorrichtung mit einer Gaszuführplatte;
- 8a)-8b) zeigen eine Seitenansicht und eine Bodensicht einer weiteren Mischvorrichtung;
- 9a)-9b) zeigen eine Schnittansicht durch die Mischvorrichtung aus 8a) entlang der Schnittachse C-C und eine Vergrößerung des Teilausschnitts X aus der Schnittansicht;
- 10 zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung aus 8a) entlang einer Ebene parallel zu der Rotationsachse des Rührers;
- 11 zeigt eine Vergrößerung des Teilausschnitts Y aus 11;
- 12a) zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Mischvorrichtung mit einer Rührvorrichtung; und
- 12b) zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung aus 12a) entlang der Schnittachse B-B.
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1 zeigt eine Rührvorrichtung 1 zum Mischen bzw. Rühren eines Mediums, welche in einen Behälter (hier nicht gezeigt) einsetzbar ist, in dem das zu mischende bzw. zu rührende Medium enthalten ist. Zweck des Mischens bzw. des Rührens kann eine Homogenisieren, Suspendieren, Emulgieren oder Begasen des Mediums sein, wobei das Medium aus festen, flüssigen und/oder gasförmigen Komponenten bestehen kann.
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Die Rührvorrichtung 1 umfasst einen Rührer 3, durch dessen Rotation das Medium gemischt wird, und eine Antriebsvorrichtung 5, die mit dem Rührer 3 gekuppelt ist und den Rührer 3 antreibt. Der Rührer 3 weist eine Rührerbasis 7 auf, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist, und zumindest eine Schaufel 11, die an einer Rührer-Mantelfläche 9 der Rührerbasis 7 angeordnet ist, die sich um eine Rotationsachse R des Rührers 3 herum erstreckt. Im speziellen Fall der 1 weist der Rührer 3 jedoch eine Vielzahl von Schaufeln 11 auf, die vorzugsweise gleichmäßig um die Rührer-Mantelfläche 9 mit Bezug auf die Rotationsrichtung R des Rührers 3 herum angeordnet sind. Je nach dem gewünschten Mischzweck können die Schaufeln anders ausgerichtet sein. Insbesondere kann die Schaufelfläche 13 parallel oder in einem bestimmten Winkel zur Rotationsachse R angeordnet sein. Vorzugsweise weisen alle Schaufeln 11 eines Rührers 3 dieselbe Form, Größe und/oder Ausrichtung auf.
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Die Antriebsvorrichtung 5 weist ein Antriebsgehäuse 15 auf, in dem die später beschriebenen Komponenten des Antriebs aufgenommen sind und ein Aufsetzelement 17, das mit dem Antriebsgehäuse 15 verbunden ist und auf das der Rührer 3 aufgesetzt ist. Alternativ können das Antriebsgehäuse 15 und das Aufsetzelement 17 einstückig ausgebildet sein.
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2 zeigt eine Schnittansicht des Rührers 3 aus 1 entlang der Schnittachse A-A, welche senkrecht zur Rotationsachse R verläuft und das Aufsetzelement 17 der Antriebsvorrichtung 5 schneidet.
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Im Speziellen ist das Aufsetzelement 17 durch eine Aufsetzelement-Basis 19 geschnitten, die in vorliegenden Fall zylindrisch ausgebildet ist, jedoch jede andere Form aufweisen kann. Im Inneren der Aufsetzelement-Basis 19 ist ein vorzugsweise zylindrischer Aufsetzelement-Hohlraum 21 ausgebildet. Die Rotationsachse R1 des Aufsetzelement-Hohlraums 21 ist hier versetzt zu der Rotationsachse R2 der Aufsetzelement-Basis 19 ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Aufsetzelement-Hohlraum 21 exzentrisch in der Aufsetzelement-Basis 19 angeordnet. In dem Aufsetzelement-Hohlraum 21 ist ein erstes Kupplungselement 23 angeordnet, das vorzugsweise ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist und dessen Durchmesser derart ausgelegt ist, dass das erste Kupplungselement 23 in dem Aufsetzelement-Hohlraum 21 um die Rotationsachse R1 frei drehbar ist. Die Länge des ersten Kupplungselements 23 entlang der Erstreckungsrichtung der Rotationsachse R1 ist der Größe des Aufsetzelement-Hohlraums 21 angepasst. Es soll gewährleistet werden, dass das erste Kupplungselement 23 zwar drehbar gelagert ist, jedoch ein Verrutschen entlang der Erstreckungsrichtung der Rotationsachse R1 vermieden wird.
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Wie in der Schnittansicht in 2 gezeigt ist, ist das erste Kupplungselement 23 auf ein freies Ende einer Antriebswelle 25 der Antriebsvorrichtung 5 aufgesetzt bzw. aufgesteckt. Dies kann beispielsweise über eine Presspassung oder über ein Aufkleben erfolgen. Durch eine Rotation der Antriebswelle 25 ist somit das erste Kupplungselement 23 in Rotation versetzbar. Die Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25 entspricht dabei der Rotationsachse R1. Um die Antriebswelle 25 herum ist vorzugsweise eine Vielzahl von ersten Magneten 27 in das erste Kupplungselement 23 eingesetzt. Wie im vorliegenden Fall können die ersten Magnete 27 kreisförmig angeordnet sein. Vorzugsweise sind die ersten Magnete 27 Stabmagneten, deren Rotationsachsen parallel zu den Rotationsachsen R1 und R3 verlaufen.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Rührvorrichtung 1 und 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittachse C-C durch die Rührvorrichtung 1, welche in 3 angedeutet ist.
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Rechts in 4 ist der Rührer 3, der auf die Aufsetzelement-Basis 19 aufgesetzt ist, welche wiederum mit dem Antriebsgehäuse 15 verbunden ist. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist die Aufsetzelement-Basis 19 einen Aufsetzelement-Vorsprung 29, der von der Aufsetzelement-Basis 19 entlang der Rotationsachse R2 zu dem aufgesetzten Rührer 3 hin vorragt. Vorzugsweise ist dieser Aufsetzelement-Vorsprung 29 zylindrisch ausgebildet und/oder die Rotationsachse R2 der Aufsetzelement-Basis 19 entspricht der Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25. In der Rührer-Bodenfläche 31 der Rührerbasis 7, welche im aufgesetzten Zustand dem Aufsetzelement 17 zugewandt ist, ist ein dem Aufsetzelement-Vorsprung 29 entsprechender Rührer-Hohlraum 33 ausgebildet, in den der Aufsetzelement-Vorsprung 29 im gekuppelten Zustand zumindest teilweise hineinragt. Hierdurch ist der Rührer 3 auf der Antriebsvorrichtung 5 positioniert. Der Durchmesser bzw. die Größe des Aufsetzelement-Vorsprungs 29 und der Durchmesser bzw. die Größe des Rührer-Hohlraums 33 sind dabei so zu wählen, dass der Rührer 3 sicher auf dem Antriebsgehäuse 15 aufgesetzt ist und ein seitliches Verrutschen während des Rührvorgangs gewährleistet ist, jedoch eine Rotation des Rührers 3 auf dem Antriebsgehäuse 15 möglich ist.
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In einem Abschnitt der Rührerbasis 7, welcher den Rührer-Hohlraum 33 umgibt, ist zumindest bereichsweise eine Vielzahl von zweiten Magneten 35 angeordnet. Dieser Abschnitt der Rührerbasis 7 ist als „zweiter Kupplungselement“ 37 bezeichnet. Vorzugsweise handelt es sich bei den zweiten Magneten 35 ebenfalls um Stabmagnete, deren Rotationsachsen R4 parallel zur Rotationsrichtung R ausgerichtet sind. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der zweiten Magneten 35 der Anzahl der ersten Magnete. Im gekuppelten Zustand, wenn der Rührer 3 auf das Aufsetzelement 17 aufgesetzt ist, sind gegenüberliegende erste und zweite Magnete 27, 35 vorzugsweise jeweils entlang einer Linie ausgerichtet, welche parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3 verläuft. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die ersten und zweiten Magnete 27, 35 einander in Form und/oder Größe entsprechen, so dass sich gegenüberliegende Flächen entsprechender erster und zweiter Magneten 27, 35 im gekuppelten Zustand zumindest teilweise überlappen. Vorzugsweise weisen Paare aus jeweils einem ersten und zweiten Magneten 27, 35 eine gemeinsame Rotationsachse R4 auf oder sind entlang einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet.
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Eine derartige Konstruktion erzielt eine Magnetkupplung zwischen dem Rührer 3 und der Antriebsvorrichtung 5, die vermeidet, dass eine Antriebswelle aus der Antriebsvorrichtung 5 herausgeführt werden muss, um mit dem Rührer 3 verbunden zu werden. Die Antriebsvorrichtung 5 kann vollständig geschlossen sein, so dass keinerlei Abdichtungen von Nöten sind, um ein Eindringen von dem zu mischenden Medium in die Antriebsvorrichtung 5 zu vermeiden. Durch den Aufsetzelement-Vorsprung 29 und die Magnetkupplung kann jedoch sichergestellt werden, dass der Rührer 3 sicher gelagert ist und der Rührer 3 zuverlässig in einer gewünschten Geschwindigkeit rotierbar ist.
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Die Antriebswelle 25 ist mittels eines Fluids, welches gasförmig oder flüssig sein kann, antreibbar. Vorzugsweise handelt es sich um Druckluft oder Wasser. Der Antrieb kann beispielsweise durch einen Turbinenmotor oder einen Zahnradmotor erfolgen.
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In einer bevorzugten Weise und wie in 4 gezeigt, erfolgt dies jedoch auch über einen Lamellenmotor 41. Dieser ist in einem Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 angeordnet, welcher unterhalb des Aufsetzelements 17 in Bezug auf die Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25 angeordnet ist. Eine Schnittansicht dieses Innenraums 39 senkrecht zur Rotationsachse R3 und dem darin angeordneten Lamellenmotor 41 ist in 5 gezeigt. Die Schnittachse verläuft entlang der Linie B-B, wie in 1 eingezeichnet.
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Der Innenraum 39 wird durch das Antriebsgehäuse 15 begrenzt, das als Stator für den Lamellenmotor wirkt. Insbesondere weist der Innenraum 39 eine zylindrische Form auf. In den Innenraum 39 ragt ein Endabschnitt der Antriebswelle 25. Der entgegengesetzte Endabschnitt der Antriebswelle 25 ist mit dem ersten Kupplungselement 23 verbunden, wie dies in 4 gezeigt ist. Die Antriebswelle 25 ist exzentrisch zur Rotationsachse R5 des Innenraums 39 angeordnet, so dass die Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25 versetzt zu der Rotationsachse R5 des Innenraums 39 in dem Innenraum 39 angeordnet ist. Die Antriebswelle 25 ist drehbar in dem Innenraum 39 gelagert und ist durch ein Fluid, vorzugsweise Druckluft, in Rotation versetzbar. Mit anderen Worten wirkt die Antriebswelle 25 als Rotor in dem Lamellenmotor 41. Vorzugsweise ist die Antriebswelle 25 zylindrisch ausgebildet.
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Im Folgenden wird der Lamellenmotor 41 exemplarisch als mit Druckluft betrieben beschrieben.
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In einer Mantelfläche 43 der Antriebswelle 25 ist eine Vielzahl von Schlitzen 45 angeordnet, die sich jeweils entlang der Rotationsachse R3 der Antriebswelle erstrecken. Wie in 5 gezeigt sind diese vorzugsweise gleichmäßig entlang der Mantelfläche 43 der Antriebswelle 25 angeordnet und weisen vorzugsweise die gleiche Größe auf.
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In die Schlitze 45 ist jeweils zumindest eine Lamelle 47 einsetzbar, wie in 5 gezeigt. Diese ist in dem Schlitz 45 verschiebbar gelagert, so dass sie entweder tiefer in den Schlitz 45 einschiebbar ist oder weiter aus dem Schlitz 45 herausragt. Vorzugsweise ragt noch zumindest ein Teil der Lamelle 47 aus dem Schlitz 45 heraus, selbst wenn die Lamelle 47 bis zu hinteren Ende des Schlitzes 45 eingeschoben ist.
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Ist die Antriebswelle 25 in Rotation versetzt, werden die Lamellen 47 durch vorzugsweise die Fliehkraft nach außen getrieben, so dass äußere Enden 49 der Lamellen 47 gegen das Antriebsgehäuse 15 pressen. In diesem Fall bildet sich jeweils eine Kammer 51 zwischen der Antriebswelle 25, zwei angrenzenden Lamellen 47 und dem Antriebsgehäuse 15. Unterstützend oder ergänzend zur Fliehkraft können die Lamellen 47 federbeaufschlagt sein, um die Lamellen nach außen zu pressen.
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In die einzelnen Kammern 51 ist Druckluft einblasbar. Hierzu ist in das Antriebsgehäuse 15 zumindest eine Zuführleitung 53 ausgebildet, die in den Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 mündet. Vorzugsweise ist die Zuführleitung 53 derart ausgelegt, dass diese an einer Position in den Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 mündet, wo die Kammer(n) 51 sehr klein oder am Kleinsten ist bzw. sind, wie in 5 gezeigt.
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Ferner ist zumindest eine Abführleitung 55 in dem Antriebsgehäuse 15 ausgebildet, über die Restluft abgeführt werden kann. Vorzugsweise ist die Abführleitung 55 derart ausgelegt, dass diese an einer Position in den Innenraum 39 mündet bzw. aus dem Innenraum herausgeführt ist, wo die Kammer(n) 51 in Bezug auf die Drehrichtung D wieder kleiner werden, wie in 5 gezeigt. 5 enthält eine weitere Abführleitung 55, die derart angeordnet ist, dass aus einer Kammer 51 Restluft abgeführt werden kann, (kurz) bevor in diese durch die Zuführleitung 53 Druckluft wieder zugeführt wird.
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Vorzugsweise sind die Zuführ- und Abführleitungen 53, 55 in einer Bodenfläche 59 des Antriebsgehäuses 15 ausgebildet, so dass die Druckluft bzw. die Restluft von unterhalb des Lamellenmotors 41 in den Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 eintritt bzw. austritt. Vorzugsweise münden die Zuführ- und/oder Abführleitungen 53, 55 in Nischen 57 in den Innenraum 39, die in einer Mantelfläche 61 des Antriebsgehäuses 15 ausgebildet sind.
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Ein derartiger Lamellenmotor kann stufenlos über die Druckluftzugabe eingestellt werden und kann sterilisiert werden, so dass dieser Motor auch für Bioreaktoren angewendet werden kann. Das zugeführte Druckluftvolumen beeinflusst insbesondere die Drehzahl der Antriebswelle bzw. des Rührers, während der Druck der Druckluft das Drehmoment der Antriebswelle bzw. des Rührers beeinflusst.
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6a) zeigt eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Rührvorrichtung 1. Da es sich jedoch um einen Außenansicht der Mischvorrichtung 100 handelt, ist in dieser Figur lediglich der Behälter 102 sichtbar. In den Behälter 102 ist das zu mischende Medium einfüllbar und durch die Rührvorrichtung 1 mischbar bzw. rührbar. Beispielsweise ist der Behälter 102 ein Bioreaktor, und insbesondere ein Einwegbioreaktor, oder ein stabiler Tank (z.B.Palletank®). Der Behälter 102 kann aus einem starren oder einem flexiblen Material, wie z.B. Einwegbioreaktor-Beutel, hergestellt sein. Weiterhin kann der Behälter 102, je nach den Anforderungen durch das zu mischende Medium, geschlossen, wie in 6 gezeigt, oder offen ausgestaltet sein. Ein geschlossener Behälter 102 bietet den Vorteil, dass in dem Behälter sterile Bedingungen hergestellt und aufrechterhalten werden können.
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6b) zeigt die Mischvorrichtung 100 aus 6a), die entlang der Schnittachse A-A geschnitten ist. Hierdurch wird die Rührvorrichtung 1 sichtbar, die in den Innenraum 106 des Behälters 102 eingesetzt ist. Wie in 6b) gezeigt ist die Rührvorrichtung 1 an einer Bodenfläche 104 des Behälters 102 angeordnet und ragt in den Innenraum 106 des Behälters 102 hinein. Dies ist jedoch nur eine bevorzugte Position der Rührvorrichtung 1. Es ist ebenfalls möglich, die Rührvorrichtung hängend anzuordnen.
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Ein unteres Ende 63 der Antriebsvorrichtung 5, welches dem Ende entgegengesetzt ist, an dem der Rührer 3 angeordnet ist, ist vorzugsweise fest mit dem Behälter 102 verbunden. Wie in 6b) gezeigt, kann die Antriebsvorrichtung 5 jedoch ferner eine Beabstandungsstange 65 aufweisen, die den Rührer 3 weiter von der Behälterwandung 112, und hier im speziellen Fall von der Bodenfläche 104 des Behälters 102 beabstandet. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Rührer 3 mit einer höheren Rotationsgeschwindigkeit rotieren kann. Diese kann insbesondere von der Belastbarkeit des Zellmaterials in dem zu mischendem Medium abhängen. Die Länge der Beabstandungsstange 65 ist somit so zu wählen, dass die erwünschte Rotationsgeschwindigkeit erzielt werden kann. Einflussgrößen sind hierbei unter anderem die Größe des Behälters 102 sowie die Größe des Rührers 3. Vorzugsweise sind die zumindest eine Zuführleitung 53 und/oder die zumindest eine Abführleitung 55 durch die Beabstandungsstange 65 hindurch zur Außenseite des Behälters 102 hindurchgeführt.
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Um die Antriebsvorrichtung 5 mit dem Behälter 102 zu verbinden bzw. diese fest an dem Behälter 102 anzuordnen, weist das Antriebsgehäuse 15 vorzugsweise eine Befestigungsplatte 67 auf. Diese Befestigungsplatte 67 ist an dem unteren Ende 63 der Antriebsvorrichtung 5 angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise senkrecht zur Rotationsachse R des Rührers und/oder den übrigen definierten Rotationsachsen. Vorzugsweise ist die Fläche der Befestigungsplatte 67 größer als die Fläche der Antriebsvorrichtung 5, wenn diese senkrecht zur Rotationsachse R geschnitten wird.
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In dem Behälter 102 ist eine Aussparung 108 ausgebildet, in die die Befestigungsplatte 67 einsetzbar ist. Ein umlaufender Teilbereich 69 der Befestigungsplatte 67 überlappt hierbei einen umlaufenden Teilbereich 110 des Behälters 102, welcher die Aussparung 108 umrandet. Diese umlaufenden Teilbereiche 69, 110 werden vorzugsweise miteinander verschweißt, so dass der Behälter 102 dicht verschlossen ist und sterile Bedingungen in dem Behälter 102 beibehalten werden könnten und kein Medium austreten kann.
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Um eine Anordnung der Befestigungsplatte 67 in der Aussparung 108 zu ermöglichen während der umlaufende Teilbereich 69 der Befestigungsplatte 67 den umlaufenden Teilbereich 110 der Aussparung 108 überlappt, ist die Dicke der Befestigungsplatte 67 innerhalb der Aussparung 108 größer als in dem überlappenden Bereich. Insbesondere ist die Befestigungsplatte 67 vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie eine Stützfunktion und eine Befestigungsmöglichkeit gegenüber einer Haltevorrichtung (hier nicht gezeigt), auf der der Behälter 102 angeordnet ist, aufweist. Wie in 6c) gezeigt, kann hierzu von der Befestigungsplatte 67 nach unten (von dem Innenraum 106 des Behälters 102 entgegengesetzt) zusätzlich ein Befestigungskragen 70 hervorragen, der in eine Befestigungsvertiefung in der Haltevorrichtung einsetzbar ist. In dem Befestigungskragen 70 kann eine vorzugsweise umlaufende Nut 72 ausgebildet sein, die mit einem entsprechenden Verrastungsmittel in der Befestigungsvertiefung verrastbar ist.
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Ferner erstreckt sich durch die Befestigungsplatte 67 die zumindest eine Zuführleitung 53 und die zumindest eine Abführleitung 55 zur Außenseite des Behälters 102, um dort mit einer Druckluftquelle (hier nicht gezeigt) verbunden zu werden. Hierzu kann die Befestigungsplatte 67 an der der Außenseite des Behälters 102 zugewandten Seite entsprechende Anschlüsse 71 aufweisen. An diese Anschlüsse 71 können Schläuche der Druckluftquelle aufgesteckt werden.
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Zusätzlich kann sich durch die Befestigungsplatte 67 hindurch zumindest ein Ernterohr 73 zur Außenseite des Behälters 102 erstrecken, durch das gemischte Medium aus dem Behälter 102 entnommen werden kann. Vorzugsweise erstreckt sich das Ernterohr 73 zumindest teilweise bis in die Beabstandungsstange 65. Durch einen seitlichen Eingang (hier nicht gezeigt) kann der Innenraum 106 des Behälters 102 mit dem Ernterohr 73 verbunden sein. Der Befestigungskragen 70 erstreckt sich zumindest teilweise um das Ernterohr 73, die Zuführleitung 53 und/oder die Abführleitung 55 herum.
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Mit Hilfe einer derartigen Konstruktion kann die Antriebsvorrichtung 5 direkt im Behälter 102 angeordnet sein. Ein Herausführen einer Antriebswelle zur Außenseite des Behälters 102 kann vermieden werden, so dass der Behälter 102 sicher gegenüber der Außenseite abgedichtet werden kann. Selbst für sterile Bedingungen, wie sie insbesondere in Bioreaktoren notwendig sind, kann eine derartige Antriebsvorrichtung für Rührer verwendet werden. Insbesondere sind die Herstellungskosten für die Rührvorrichtung 1 gering, so dass diese selbst in Einwegbioreaktoren anwendbar ist.
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7 zeigt die Rührvorrichtung 1 aus 6 jedoch mit einer zusätzlichen Gaszuführplatte 75 zum Einbringen bzw. Zuführen von Gas in das zu mischende Medium. Zumindest eine derartige Gaszuführplatte 75 kann an der Beabstandungsstange 65 angeordnet sein und sich senkrecht zur Rotationsachse R erstrecken. Die Gaszuführplatte 75 ist vorzugsweise dabei so angeordnet, dass diese von dem Behälterwandung 112 beabstandet ist, an der die Rührvorrichtung 1 angeordnet ist. Die Gaszuführplatte 75 weist vorzugsweise zumindest eine Bohrung und/oder Gaszufuhr auf. Hierzu ist vorzugsweise zumindest eine Gaszuführöffnung in der Gaszuführplatte 75 ausgebildet, über die Gas aus einer Gasleitung dem zu mischenden Medium zuführbar ist. Bevorzugt ist die Gaszuführplatte 75 nahe der Antriebsvorrichtung 5 bzw. dem Rührer 3 angeordnet, um die ausgestoßenen Gasbläschen fein zu verteilen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zugeführten Gas um Sauerstoff. Die Gasleitung kann sich beispielsweise zumindest teilweise durch die Beabstandungsstange 65 erstrecken.
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Obwohl die Antriebsvorrichtung 5 gemäß der bevorzugten Ausführungsformen mit einem Fluid, wie beispielsweise Druckluft oder Wasser, betrieben wird, ist es ebenfalls denkbar, die Antriebsvorrichtung 5 als Elektromotor auszulegen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann alternativ (oder zusätzlich) zu dem Lamellenmotor 41 zum Antrieb des Rührers 3 ein Axialmotor 77 verwendet werden. Diese Antriebsform wird im Folgenden in Bezug auf die 8 bis 11 beschrieben.
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Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die nachfolgend diskutierte alternative Antriebsform für den Rührer 3 lediglich bezüglich der alternativen Antriebsform näher beschrieben wird. Die bereits oben beschriebene Magnetkupplung zwischen dem Rührer 3 und der Antriebsvorrichtung 5 wird auch bezüglich des vorliegend diskutierten Axialmotors 77 verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird diese Kupplung daher nicht mehr im Detail beschrieben und entsprechende Bezugszeichen verwendet.
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8a) zeigt eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung 100' mit einer Rührvorrichtung 1' gemäß dieser weiteren Ausführungsform. Da es sich um eine Außenansicht der Mischvorrichtung 100' handelt, ist in dieser Figur lediglich der Behälter 102' und ein Teilbereich der Rührvorrichtung 1', die aus dem Behälter 102' herausragt, sichtbar. Wie im vorliegenden Fall gezeigt, kann die Rührvorrichtung 1' an einer Bodenfläche 104' des Behälters 102' angeordnet sein. In den Behälter 102' ist das zu mischende Medium einfüllbar und durch die Rührvorrichtung 1' mischbar bzw. rührbar. Beispielsweise ist der Behälter 102' ein Bioreaktor, und insbesondere ein Einwegbioreaktor, oder ein stabiler Tank (z.B. ein Palletank®). Der Behälter 102' kann aus einem starren oder einem flexiblen Material, wie z.B. ein Einwegbioreaktor-Beutel, hergestellt sein. Weiterhin kann der Behälter 102', je nach Anforderung durch das zu mischende Medium, geschlossen, wie in 8a) gezeigt, oder offen ausgestaltet sein. Ein geschlossener Behälter 102' bietet den Vorteil, dass in dem Behälter 102' sterile Bedingungen hergestellt und aufrechterhalten werden können.
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10 zeigt eine Querschnittsansicht der Mischvorrichtung 100' aus 8a), wobei die Mischvorrichtung 100' in einer Ebene parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3' geschnitten ist. Hierdurch ist der Innenraum 106' des Behälters 102' sowie die Rührvorrichtung 1' sichtbar. Der in 10 als Ausschnitt Y gekennzeichnete Bereich der Mischvorrichtung 100' ist in 11 vergrößert gezeigt.
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Die Antriebsvorrichtung 5' weist ein Antriebsgehäuse 15' auf, das vorzugsweise länglich und/oder zylindrisch ausgebildet ist. Das erste Kupplungselement 23', in dem der zumindest eine erste Magnet 27' angeordnet ist, um wiederum mit dem zweiten Magnet 35' in dem Rührer 3' magnetisch gekoppelt zu werden, ist mit der Antriebswelle 25' verbunden. Diese erstreckt sich entlang der Rotationsachse R des Rührers 3' in eine Richtung entgegengesetzt zu dem Rührer 3'. Entsprechende Ausführungen zur magnetischen Kopplung zwischen dem Rührer 3 und der Antriebsvorrichtung 5 wie bereits bezüglich vorheriger Ausführungsformen beschrieben, gelten hier entsprechend.
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Die Antriebswelle 25' ist mit einer kreisförmigen Kolbenbasis 79 starr verbunden, wobei die Kolbenbasis 79 beabstandet zu dem ersten Kupplungselement 23' angeordnet ist. Die Kolbenbasis 79 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und ist schräg zur Rotationsachse R des Rührers 3' gelagert. Die Rotationsachse der Kolbenbasis 79 entspricht der Rotationsachse R des Rührers 3'. An einer Seite der Kolbenbasis 79, welche der Seite, die dem ersten Kupplungselement 23' zugewandt ist, entgegengesetzt ist, ist eine Vielzahl von Kolben 83 angeordnet. Die Kolben 83 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3' und sind vorzugsweise kreisförmig angeordnet. Die Verbindung zwischen den Kolben 83 und der Kolbenbasis 79 kann starr, wie in 11 gezeigt, ausgebildet sein. Bei der gelenkigen Ausführung kann der Kolben 83 einen Kugelkopf 85 aufweisen, der in einer entsprechenden Vertiefung in der Kolbenbasis 79 gelagert ist. Die Kolben 83 ragen jeweils in eine Zylinderbohrung 87 in einem Zylindergehäuse 89, welche sich entlang der Rotationsachse R des Rührers 3' erstreckt. Das Zylindergehäuse 89 ist zylindrisch ausgebildet und die Rotationsachse des Zylindergehäuses 89 entspricht der Rotationsachse R des Rührers 3'. Vorzugsweise erstreckt sich die Antriebswelle 25' durch das Zylindergehäuse 89 hindurch, wie in 11 gezeigt. Insbesondere ist das Zylindergehäuse 89 drehbar gelagert. Aufgrund der schräg gelagerten Kolbenbasis 79 ragen die Kolben 83 unterschiedlich tief in die Zylinderbohrung 87, so dass der jeweilige Hohlraum 91 in der Zylinderbohrung 87 entsprechend unterschiedlich groß ist.
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In zumindest einen der Hohlräume 91 in den Zylinderbohrungen 87 ist ein Fluid zuführbar. Das Fluid kann gasförmig oder flüssig sein, vorzugsweise Druckluft oder Wasser. Bevorzugterweise werden mehrere Hohlräume 91 benachbarter Zylinderbohrungen 87 gleichzeitig mit dem Fluid befüllt. Beispielsweise können 2, 3 oder 4 benachbarte Hohlräume 91 gleichzeitig befüllt werden. Insbesondere sind bevorzugt solche Hohlräume 91 zu befüllen, die aufgrund der Zylinderstellung am kleinsten oder kleiner als die übrigen Hohlräume 91 sind.
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Das Fluid ist über die Zuführleitung 53', die sich von dem Zylindergehäuse 89 zu einer Außenseite des Behälters 102' erstreckt. Der Austritt der Zuführleitung 53' ist beispielsweise auch in 8b) gezeigt, die eine Bodenansicht der Mischvorrichtung 100' zeigt.
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Um die Hohlräume 91 zu definieren, in die das Fluid zugeführt werden soll, kann zwischen dem Zylindergehäuse 89 und der Zuführleitung 53' eine Regulierungsplatte 93 angeordnet sein, deren Rotationsachse der Rotationsachse R des Rührers 3' entspricht. Wie in den 9a) und 9b) gezeigt ist, weist die Regulierungsplatte 93 zumindest zwei Schlitze 95 auf, die sich bogenförmig erstrecken. Jeder Schlitz 95 ist dabei so ausgebildet, dass dieser mindestens eine Zylinderbohrung 87 überdeckt. Ein erster Schlitz 95 kann somit derart ausgelegt sein, dass das Fluid von der Zuführleitung 53' über den ersten Schlitz 95 in zumindest einen Hohlraum 91 einer Zylinderbohrung 87 eintreten kann.
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Durch den Druck des eintretenden Fluids wird der Kolben nach rückwärts verschoben, so dass sich der Hohlraum 91 vergrößert. Diese Bewegung löst eine Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 aus, da aufgrund der schräg gelagerten Kolbenbasis 79 nur über eine Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 eine Rückwärtsbewegung des Kolben 83 ermöglicht werden kann. Das Zylindergehäuse 89 und die Kolben 83 drehen sich entsprechend mit.
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Sobald die Rotationsbewegung ausgeführt wurde, befindet sich zumindest ein weiterer Hohlraum 91 einer Zylinderbohrung 87 vor dem ersten Schlitz 95, so dass dem entsprechenden Hohlraum 91 wiederum Fluid zugeführt werden. Hierdurch wird erneut eine Rotationsbewegung hervorgerufen. Vorzugsweise wird auf diese Weise eine kontinuierliche Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 hervorgerufen.
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Da die Kolbenbasis 79 mit der Antriebswelle 25' verbunden ist, wird die Antriebswelle 25' ebenfalls in Rotation versetzt und mit ihr wiederum das erste Kupplungselement 23'. Aufgrund der magnetischen Kupplung mit dem Rührer 3', wird der Rührer 3' entsprechend in Rotation versetzt. Mit Hilfe des Volumens und des Drucks des zugeführten Fluids kann die Rotationsgeschwindigkeit des Rührers 3' beeinflusst werden.
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Aufgrund der Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 zusammen mit dem Zylindergehäuse 89 und den Kolben 83 werden die Hohlräume 91 in den Zylinderbohrungen 87 automatisch auch wieder verkleinert, da die Kolben 83 aufgrund der schräg gelagerten Kolbenbasis 79 zu einer Vorwärtsbewegung in den Zylinderbohrungen 87 gezwungen werden. Hierdurch wird das Fluid wieder aus den Zylinderbohrungen 87 heraus gepresst. Dies kann über die Abführleitung 55' aus dem Behälter 102' herausgeführt werden, wie beispielsweise in 8b) gezeigt ist.
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Die bereits beschriebene Regulierungsplatte 93 kann beim Ausleiten des Fluids dazu genutzt werden, dass ein entsprechend dimensionierter weiterer Schlitz 95 zumindest eine Zylinderbohrung 87 überlappt, aus der das Fluid ausgeleitet werden soll. Vorzugsweise überlappt der Schlitz 95 mehrere benachbarte Zylinderbohrungen 87, wie in 9b) gezeigt.
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11 zeigt das Antriebsgehäuse 15', das sich vorzugsweise durch die Aussparung 108' in der Behälterwandung 112' des Behälters 102' hindurch erstreckt. An einem Teilbereich des Antriebsgehäuses 15', das außerhalb des Behälters 102' angeordnet ist, kann der Befestigungskragen 70' ausgebildet sein. Wie in 11 gezeigt, kann der Befestigungskragen 70' in Bezug auf die Rotationsachse R des Rührers 3' das Antriebsgehäuse 15' umgeben. Hierbei kann der Befestigungskragen 70' einstückig mit dem Antriebsgehäuse 15' ausgebildet sein oder an diesem befestigt sein. Die Befestigungsplatte 67' erstreckt sich ebenfalls um das Antriebsgehäuse 15' in Bezug auf die Rotationsachse R des Rührers 3' herum und ist in der Aussparung 108' angeordnet. Mit anderen Worten ist der Befestigungskragen 70' zumindest teilweise mit der Befestigungsplatte 67' überlappend ausgebildet. Die Befestigungsplatte 67' und der Befestigungskragen 70' können einstückig ausgebildet sein oder miteinander verbunden sein. Die Befestigung der Befestigungsplatte 67' an der Behälterwandung 112' erfolgt entsprechend der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Wie in 11 gezeigt, kann zumindest ein Ernterohr 73' in der Mischvorrichtung 100' vorgesehen sein, das vorzugsweise parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3' ausgerichtet ist und sich durch den Befestigungskragen 70' und die Befestigungsplatte 67' hindurch erstreckt, um beispielsweise das gemischte Medium aus dem Behälter 102' entnehmen zu können.
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Das Antriebsgehäuse 15' kann an einer Bodenseite 97 des Antriebsgehäuses 15' zumindest teilweise offen oder öffenbar sein. Über diese Öffnung ist die Antriebseinheit in das Antriebsgehäuse 15' einschiebbar. Die Öffnung kann mittels eines Verschlusselements 99 verschlossen werden.
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12a) zeigt einen Teilausschnitt einer Seitenansicht einer weiteren Mischvorrichtung 100, die wie den 6a) bis 6c) einen Lamellenmotor 41 enthält. Ein Schnitt entlang der Schnittlinie B-B wird in 12b) gezeigt. Im Folgenden werden insbesondere die Unterschiede zwischen der Ausführungsform aus den 6a) bis 6c) und der Ausführungsform der 12a) und 12b) beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die Mischvorrichtung 100 weist hier wiederum einen Behälter 102 auf, in den eine Mischvorrichtung 1 in der Form eines Lamellenmotors 41 angeordnet ist, um das in dem Behälter 102 enthaltene Medium zu mischen. Im Gegensatz zu der Mischvorrichtung 1 in den 6a) bis 6c), ist hier jedoch die Mischvorrichtung 1 derart ausgebildet, dass die Antriebsvorrichtung 5 hiervor aus dem Behälter 102 herausnehmbar gestaltet ist.
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Hierzu ist in dem Behälter 102 wiederum eine Aussparung 108 ausgebildet, durch die hindurch ein Einsatzgehäuse 200 in einen Innenraum 106 des Behälters 102 hineinragt. Dieses Einsatzgehäuse 200 kann ebenfalls eine Befestigungsplatte 67 wie in den 6a) bis 6c) aufweisen, deren umlaufender Teilbereich 69 einen umlaufenden Teilbereich 110 der Aussparung 108 überlappt, um mit dem Behälter 102 durch beispielsweise eine Schweißverbindung fest verbunden zu sein. Vorzugsweise ist das Einsatzgehäuse 200 starr ausgebildet und/oder ist fluiddicht ausgebildet, so dass über das Einsatzgehäuse 200 kein zu mischendes Medium aus dem Behälter 102 austreten kann.
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Das Einsatzgehäuse 200 weist an der Aussparung 102 bzw. an seinem unteren Ende eine Einsatzöffnung 202 auf, über die die Antriebsvorrichtung 5 in das Einsatzgehäuse 200 einschiebbar ist. Vorzugsweise weist das Einsatzgehäuse 200 einen Durchmesser oder eine Querschnittsfläche senkrecht zur Rotationsachse R der Mischvorrichtung 1 auf, die im Wesentlichen dem Durchmesser oder der Querschnittsfläche der Antriebsvorrichtung 5 entspricht. Die Länge des Einsatzgehäuses 200 kann der Länge der Antriebsvorrichtung 5 entlang der Rotationsachse R der Mischvorrichtung 1 entsprechen oder, wie in 12b) gezeigt, länger als die Antriebsvorrichtung 5 sein. Im eingesetzten Zustand der Antriebsvorrichtung 5 ist die Antriebsvorrichtung 5 bis an ein vorderes bzw. freies Ende des Einsatzgehäuses 200 eingeschoben.
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Der Rührer 3 hingegen befindet sich im Innenraum 106 des Behälters 102 und ist mit der Antriebsvorrichtung 5 über die oben beschriebene Magnetkupplung verbindbar.
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Wie bereits bezüglich der 6a) bis 6c) beschrieben wurde, kann die Antriebsvorrichtung 5 zumindest eine Zuführleitung 53 und/oder zumindest eine Abführleitung 55 aufweisen, über die das Antriebsfluid zu- bzw. abgeführt werden kann. Wie in 12b) gezeigt, werden die Zuführleitung 53 bzw. die Abführleitung 55 über die Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 mit der Antriebsvorrichtung 5 verbunden. Da im vorliegenden Fall das Einsatzgehäuse 200 länger als die Antriebsvorrichtung 5 ist, erstrecken sich die Zuführ- und Abführleitungen 53, 55 zumindest teilweise durch das Einsatzgehäuse 200 über die Einsatzöffnung 202 hindurch zu einer Außenseite des Behälters 102.
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Vorzugsweise wird die Einschubtiefe der Antriebsvorrichtung 5 durch eine Beabstandungsvorrichtung 204 definiert. Die Beabstandungsvorrichtung 204 ist vorzugsweise zylindrisch oder stabförmig ausgebildet und ist mit der Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 verbunden. Die Beabstandungsvorrichtung 204 ragt von der Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 aus dem Einsatzgehäuse 200 heraus. An einer Seite der Beabstandungsvorrichtung 204, die der Seite der Beabstandungsvorrichtung 204 entgegengesetzt ist, die mit der Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 verbunden ist, ist eine Tiefendefinitionsplatte 206 angeordnet. Der Durchmesser der Tiefendefinitionsplatte 206 ist zumindest teilweise größer als der Durchmesser der Einsatzöffnung 202 und/oder der Aussparung 108 des Behälters 102, so dass durch die Tiefendefinitionsplatte 206 die maximale Einschubtiefe der Antriebsvorrichtung 5 definiert ist. Die Zuführ- und Abführleitungen 53, 55 erstrecken sich vorzugsweise durch die Beabstandungsvorrichtung 20 hindurch zur Außenseite des Behälters 102.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Rührvorrichtung
- 3
- Rührer
- 5,5'
- Antriebsvorrichtung
- 7
- Rührerbasis
- 9
- Rührer-Mantelfläche
- 11
- Schaufel
- 13
- Schaufelfläche
- 15
- Antriebsgehäuse
- 17
- Aufsetzelement
- 19
- Aufsetzelement-Basis
- 21
- Aufsetzelement-Hohlraum
- 23, 23'
- erstes Kupplungselement
- 25, 25'
- Antriebswelle
- 27, 27'
- erster Magnet
- 29
- Aufsetzelement-Vorsprung
- 31
- Rührer-Bodenfläche
- 33
- Rührer-Hohlraum
- 35, 35'
- zweite Magnete
- 37
- zweites Kupplungselement
- 39
- Innenraum des Antriebsgehäuses
- 41
- Lamellenmotor
- 43
- Mantelfläche
- 45
- Schlitz
- 47
- Lamelle
- 49
- äußeres Ende der Lamelle
- 51
- Kammer
- 53, 53'
- Zuführleitung
- 55, 55'
- Abführleitung
- 57
- Nische
- 59
- Bodenfläche des Antriebsgehäuses
- 61
- Mantelfläche des Antriebsgehäuses
- 63
- unteres Ende der Antriebsvorrichtung
- 65
- Beabstandungsstange
- 67,67'
- Befestigungsplatte
- 69
- umlaufender Teilbereich der Befestigungsplatte
- 70, 70'
- Befestigungskragen
- 71
- Anschluss
- 72, 72'
- Nut
- 73, 73'
- Ernterohr
- 75
- Gaszuführplatte
- 77
- Axialmotor
- 79
- Kolbenbasis
- 83
- Kolben
- 85
- Kugelkopf
- 87
- Zylinderbohrung
- 89
- Zylindergehäuse
- 91
- Hohlraum
- 93
- Regulierungsplatte
- 95
- Schlitz
- 97
- Bodenseite
- 99
- Verschlusselement
- 100, 100'
- Mischvorrichtung
- 102, 102'
- Behälter
- 104, 104'
- Bodenfläche des Behälters
- 106, 106'
- Innenraum des Behälters
- 108, 108'
- Aussparung
- 110
- umlaufender Teilbereich der Aussparung
- 112,112'
- Behälterwandung
- 200
- Einsatzgehäuse
- 202
- Einsatzöffnung
- 204
- Beabstandungsvorrichtung
- 206
- Tiefendefinitionsplatte
- R
- Rotationsachse des Rührers
- R1
- Rotationsachse des Aufsetzelement-Hohlraums
- R2
- Rotationsachse der Aufsetzelement-Basis
- R3
- Rotationsachse der Antriebswelle
- R4
- Rotationsachse der ersten und zweiten Magnete
- R5
- Rotationsachse des Innenraums
- D
- Drehrichtung
