DE202010014799U1 - mixing device - 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, 6'') an einem rotierenden Rührerschaft (2, 2'') angeordneten Rührer (3), der von einem Fluid antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rührerschaft (2, 2'') oberhalb eines zu mischenden Mediums ein Antriebsrad (4, 4'') mit radial zur Schaftachse (26) angeordneten Aufprallflächen (17) aufweist, und
dass dem Antriebsrad (4, 4') benachbart ein Düsenkopf (5) mit einer Austrittsdüse (16) vorgelagert ist, über die aus einer Druckleitung (20, 20', 20'') zugeführtes Fluid auf die Aufprallflächen (17) auftreffend ausstoßbar ist.Mixing device (1) for bioreactors (7), which are in particular designed as disposable containers with flexible walls, with a in a container interior (6, 6 '') on a rotating stirrer shaft (2, 2 '') arranged stirrer (3), the is drivable by a fluid,
characterized,
that the stirrer shaft (2, 2 '') above a medium to be mixed, a drive wheel (4, 4 '') with radially to the shaft axis (26) arranged impact surfaces (17), and
in that a nozzle head (5) with an outlet nozzle (16) is disposed in front of the drive wheel (4, 4 '), via which fluid supplied from a pressure line (20, 20', 20 '') can be ejected impingingly onto the impact surfaces (17) ,
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
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.The The invention relates to a mixing device for bioreactors, especially as disposable containers with flexible walls are formed, with a in a container interior Stirrer arranged on a rotating stirrer shaft, which is drivable by a fluid.
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.stirrer are an essential part of bioreactors for homogenizing Temperature and concentration differences. In addition, the prevent Stirrer a cell deposition in bioreactors and disperse the air or gases in fumigated bioreactors.
Stand der TechnikState of the art
Aus
der
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.adversely in the known mixing device is that the propeller, the at the same time drive and stirrer forms, complete in that too must be immersed in mixing medium. Another disadvantage is that the known mixing device can be relatively complicated must and is therefore less suitable as a disposable device.
Nach
einem weiteren aus der
Auch dieses bekannte Ausführungsbeispiel weist die obigen Nachteile auf.Also this known embodiment has the above disadvantages on.
Weiterhin
ist aus der
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.adversely it is that the stirrer shaft of a mechanically relative consuming trained hydraulic motor is driven, too when installed in the container interior from an outside arranged hydraulic pump is driven, in turn, of an engine must be driven.
Weiterhin
ist aus der
Die Mischvorrichtung, die sich grundsätzlich bewährt hat, weist einen gekapselten Antrieb auf, der nach Gebrauch zusammen mit dem Mischerschaft und dem Einwegbehälter entsorgbar ist.The Mixing device, which basically works well has an encased drive, which together after use disposable with the mixer shaft and the disposable container is.
Aufgabenstellungtask
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.task The present invention is therefore a mixing device with a simple and inexpensive drive available to provide, in particular with the designed as a disposable container Bioreactor can be disposed of.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der Rührerschaft oberhalb eines zu mischenden Mediums ein Antriebsrad mit radial zur Schaftachse angeordneten Aufprallflächen aufweist, und dass dem Antriebsrad benachbart ein Düsenkopf mit einer Austrittsdüse 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.This object is achieved in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the stirrer shaft above a medium to be mixed has a drive wheel with radially arranged to the shaft axis impact surfaces, and that the drive wheel adjacent a nozzle head is preceded by an outlet nozzle, via which from a pressure line The arrangement of the drive wheel outside of the medium to be mixed in a gas space creates a direct drive whose thrust F is transmitted independently of the liquid medium to be mixed directly from the nozzle head to the impact surfaces of the drive wheel. In the optimal case, the thrust force F follows the basic rocket formula and is, in a first approximation, F = m p * v e , where m p corresponds to the flow rate of the fluid through the nozzle head and v e to the effective flow velocity of the fluid. In a second approximation, the thrust force F can be calculated according to the formula F = m p * v e + (p D -P U ) A D , where P D is the output pressure of the nozzle head, P U is the ambient pressure of the drive wheel and A D is the exit surface the outlet nozzle of the nozzle head corresponds. Such a mixing device can be easily and inexpensively designed and disposed of with the bioreactor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist 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 drehbar gelagert, wobei das Antriebsrad im Behälterinnenraum zwischen der Behälterdecke und dem maximalen Füllstand des Mediums im Behälterinnenraum angeordnet ist.According to a preferred embodiment of the invention, the stirrer shaft with its lower end in the vertical direction in a lower bearing bush arranged on the container bottom and with its upper end in the vertical direction in a arranged on the container ceiling upper bearing bush rotatably mounted, wherein the drive wheel is disposed in the container interior between the container ceiling and the maximum level of the medium in the container interior.
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.By the arrangement of the drive wheel in the container interior is a passage of the stirrer shaft through the Wall of bioreactor space not necessary, so no with the rotation of the stirrer shaft possible sealing problems can occur in connection with the wall feedthrough.
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.The Fluid can from a reservoir via a Pump or a compressor of the pressure line with specifiable pressure be supplied. The fluid can also be in the form of to be mixed medium from the container interior via derived a drain line and a pump or a Compressor supplied to the pressure line at elevated pressure become.
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.According to one Another preferred embodiment of the invention from the container interior via a drain line derivable above the medium to be mixed gas and over a pump or a compressor of the pressure line with elevated Printable. This has the advantage that the to be mixed Medium should not be exposed directly to increased pressure got to.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, ohnehin in den Behälter einzuleitendes Fluid direkt über die Druckleitung und den Düsenkopf dem Antriebsrad zuzuführen.in principle But it is also possible, anyway in the container fluid to be introduced directly via the pressure line and the Feed the nozzle head to the drive wheel.
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.To a further preferred embodiment of the invention the pump consists of one in contact with the fluid coming disposable part and from a reusable drive part. Thus, the disposable part made particularly inexpensive become.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist 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 drehbar gelagert, wobei der Rührerschaft im Bereich der oberen Lagerbuchse die Behälterdecke durchdringt, und wobei das Antriebsrad außerhalb des Behälterinnenraumes am freien Ende des Rührerschaftes angeordnet ist.According to one preferred embodiment of the invention is the stirrer shaft with its vertically lower end in one at the bottom of the container arranged lower bearing bush and with his in the vertical direction upper end in a arranged on the container ceiling rotatably mounted upper bearing bush, wherein the stirrer shaft penetrates the container ceiling in the area of the upper bearing bush, and wherein the drive wheel outside the container interior is arranged at the free end of the stirrer shaft.
Dies hat den Vorteil, dass der Düsenkopf mit der Druckleitung wieder verwendet werden kann, da er nicht mit dem Reaktorinhalt in Berührung kommt.This has the advantage that the nozzle head with the pressure line can be used again as it does not match the reactor contents comes into contact.
Dabei kann der Druckleitung über einen Kompressor Gas aus der Umgebung mit vorgebbarem Druck zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, der Druckleitung aus einem Vorratsbehälter Gas mit vorgebbarem Druck zuzuführen.there can the pressure line via a compressor gas from the Environment to be supplied with specified pressure. It is but also possible, the pressure line from a reservoir Supply gas with prescribable pressure.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.Further Features of the invention will become apparent from the following detailed Description and the accompanying drawings in which preferred Embodiments of the invention exemplified are.
Kurzbeschreibungen der ZeichnungenBrief descriptions of the drawings
In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Eine
Mischvorrichtung
Der
Rührerschaft
Gemäß den
Ausführungsbeispielen der
Gemäß dem
Ausführungsbeispiel der
Entsprechend
dem Ausführungsbeispiel der
Das
Ausführungsbeispiel der
Gemäß dem
Ausführungsbeispiel der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Mischvorrichtungmixing device
- 2, 2''2, 2 ''
- Rührerschaftagitator shaft
- 33
- Rührerstirrer
- 4, 4''4, 4 ''
- Antriebsraddrive wheel
- 55
- Düsenkopfnozzle head
- 6, 6''6 6 ''
- BehälterinnenraumContainer interior
- 77
- Bioreaktorbioreactor
- 88th
- unteres Endelower The End
- 99
- Behälterbodencontainer bottom
- 1010
- untere Lagerbuchselower bearing bush
- 1111
- oberes Endeupper The End
- 12, 12''12 12 ''
- Behälterdeckevessel top
- 13, 13''13 13 ''
- obere Lagerbuchseupper bearing bush
- 1414
- max. FüllstandMax. level
- 1515
- Mediummedium
- 1616
- Austrittsdüseexhaust nozzle
- 1717
- Aufprallflächeimpact surface
- 18, 18'18 18 '
- Abflussleitungdrain line
- 1919
- Pumpepump
- 20, 20', 20''20 20 ', 20' '
- Druckleitungpressure line
- 21, 21', 21''21 21 ', 21' '
- Kompressorcompressor
- 2222
- Pumpepump
- 2323
- Einwegteildisposable
- 2424
- Antriebsteildriving part
- 2525
- freies Endefree The End
- 2626
- Schaftachseshaft axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20110217 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20131111 |
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R157 | Lapse of ip right after 6 years |