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Beschreibung der Erfindung "Kombiniertes Rühr-, Belüftungs- und Absaugsystem
mit Doppelrohr" (Zusatz-Patentanmeldung zur Patentanmeldung "Kombiniertes Führ-,
belüftungs- und Absaugsystem für die Massenzucht von Nikroorganismen, Zellkulturen
u. in der obigen ersten Batentanmeldung ("Hauptpatent") wurde ein neuartiges kombiniertes
System beschrieben, mit dessen Hilfe Mikroorganismen wie z.B. Bakterien, Hefen,
Pilze und Mikroalgen, aber auch Zellkulturen u. ä. gerührt, belüftet und bei Bedarf
auch - meist nach vorhergehender Sedimenta$ion - abgesaugt werden können. Für solche
Massenzüchtungen eignen sich am besten runde Kulturbehälter.
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Diese wiederum haben je nach Erfordernis in der Regel zwei verschiedene
Formen: Form 1 (Fermenter-Tyn"): Relativ schmale und hohe Kulturbehälter aus Edelstahl
o. ä. mit einem Durchmesser von ca. 0,5 - 5 m und einer Höhe von ca. 1 - 10 m. Diese
Behält er können nicht von außen belichtet werden. Sie werden mit einer geeigneten
Nährlösung gefüllt und für die Massenzucht von licht-unbhängigen Mikroorganismen
wie z. B.
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Bakterien, Hefen und Pilzen eingesetzt.
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Form 2 ("Züchtungsbecken"); Relativ breite und flache Kulturbecken
mit einer lichtdurchlässigen Abdeckung (z.B. aus Plastikfolie) und mit einem größeren
Durchmesser (ca. 2 - 20 m oder auch mehr). Diese Becken werden von außen, und zwar
von oben her, belichtet. Die eingefüllte Nährlösung hat nur eine geringe Tiefe von
etwa 50 - 100 cm, damit das Licht bis auf den Grund durchdringen kann.
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Das hier beschriebene Zusatz@Patent bezieht sich auf die oben beschriebene
Form 1 ("Bermenter-typ"). Es soll das im Hauptpatent für diese Art von Kulturbehälter
beschriebene kombinierte Führt, Belüftungs- und Absaugsystem in
zweierlei
Hinsicht vereinfachen und verbessern: 1. Vereinfachung und Verbesserung des Belüftungs-
und Saugrührers mit seinen Rohrsystemen für Belüftung und Absaugen.
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2. Entsprechende Änderung des zugehörigen Dreh-, Delüftungs-und Antriebskopfes
(DBAK).
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Im Prinzip enthält dieses Zusatzpatent die folgenden feuerungen: belüftung
und Absaugen erfolgen hier dadurch, daß man die beiden Fohrsysteme (für Belüften
und Absaugen) in einem Doppelrohr aus zwei ineinander liegenden Rohr ~ systemen
vereinigt. Auf diese Weise sind diese zwei Fohrsysteme immer noch voneinander getrennt,
sie benötigen aber wesentlich weniger jqatz. Das hat zur Polge, daß der Wasserwiderstand
des ganzen Rohrsystems und dadurch auch der Energieaufwand für das Rühren verringert
werden. Das neue System benötigt außerdem auch keine Fückschlagventile mehr. Das
hier beschriebene neue Modell stellt deshalb gegenüber dem Hauptpatent eine Vereinfachung
und Verbesserung dar.
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Auf Grund der Verlegung der beiden Rohrsysteme in ein Doppelrohr mußte
auch der oberhalb des Kulturbehälters befindliche Dreh-, Belüftungs- und Absaugkopf
(DBAK) entsprechend neu konstruiert werden. Diese Neukonstruktion ist ebenfalls
Teil dieses Zusatzpatentes.
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A. Beschreibung des Blüftungs- und Saugrührere mit angeschlossenem
Doppelrohr für Belüftung und absaugen (s. Zeichnung 1 und 2) Der Belüftungs- und
Saugrührer ist nach dem gleichen Prinzip aufgebaut wie der im Hauptpatent beschriebene
Führer (Variante 1 - 3). Er enthält in seinen beiden Seitenarmen Belüftungs- und
Absaugkammern, wie sie im @auptpatent beschrieben sind. Geändert haben sich aber
die Zulieferungswege für die Belüftung und die Abfünrungswege für das Absaugen.
Beide Wege verlaufen nicht mehr über zwei separate Rohrsystemen, sondern sind in
einem Doppelrohr zusammengelegt (s. Zeichnung 1). Der
Zuführungsweg
für die liuft befindet sich im Innenrohr und der lbführungsweg für das Absaugen
im Außenrohr. Das Doppelrohr trifft nun von oben. her genau auf die Mitte des Rührers.
Dort ist das Innenrohr in einem. Gewindeloch in der mitte der Deckplatte des Rührers
festgeschraubt.
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Von dort gelangt die Luft über die beiden Belüftungsgänge des kdhrers
(s. Zeichnung 2) zu den Belüftungekammern. Die beiden Beltiftungsgänge sind horizontal
im Führer unter der Deckplatte angelegt.
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Das Außenrohr des Doppelrohres führt von oben.her auf die Deckplatte
des Rührers und ist unmittelbar darüber glockenartig erweitert. Diese Außenrohr-Erweiterung
ist in einem zentral auf dem Führer befindlichen Befestigungsring festgeschraubt
(s. Zeichnung 1). Durch zwei Öffnungen in der Deckplatte des Rührers (s. Zeichnung
1 und 2; Absaugöffnung) besteht Verbindung zu zweiAbsauggängen, die zu den Absaugkammern
führen. Auch diese Absauggänge sind horizontal im Rührer unter der Deckplatte angelegt.
Sie liegen also parallel neben den Belüftungsgängen in einer Ebene, sind aber von
diesen vollständig getrennt.
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Der Vorteil dieses ganzen Systems liegt darin, daß das gesamte Rohrsystem
für Belüftung und Absaugen in den Führer integriert ist und so der Wasserwiderstand
stark vermindert wird.
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B. Beschreibung des zugehörigen Dreh-, Belüftungs- und Antriebkopfes
(DBAK) Das von dem auf den Beckenboden befindlichen Rührer (s.
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Zeichnung 1 und 3) heraufführende Doppelrohr wird über eine Doppelrohr-Kupplung
(s. Zeichnung 1) mit dem DBAK verbunden. Dieses Doppelrohr fungiert im DBAK gleichzeitig
auch als Drehachse und ist oben in seiner Verlagerung jenseits des DBAK mit einem
Drehmotor gekoppelt.
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Nachfolgend wird nun der DBAK von oben her beschrieben (s. Zeichnung
1): Sein Gehäuse ist aus Metall oder Kunststoff gefertigt und von rundem Querschnitt
(ca. 8 - 20 cm oder mehr, je nach Größe des fermenter und nach der mechanischen
Belastung).
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Das zentrale Rohr enthalt in seinem oberen Teil noch nicht das Innenrohr
und läuft hier durch ein luftdichtes Eugellager (K1). Oberhalb dieses Kugellagers
ist das Außenrohr verschlossen und wird hier, wie oben erwähnt, mit dem Drehmotor
gekoppelt. Unterhalb des Kugellagers K1 führt von der Seite her ein Belüftungestutzen
in den BEAK hierin.
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Das Außenrohr ist auf dieser Höhe durch Bohrungen perforiert, sodaß
die über den Belüftungsstutzen eingeblasene Zuluft in das hier beginnende Innenrohr
gelangt. Hier besteht also der Zugang vom Belüftungsstutzen zum Innenrohr, und ab
hier beginnt auch das eigentliche Doppelrohr.
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Dieses Doppelrohr läuft nun durch ein zweites luftdichtes Kugellager
(K2; in der Mitte des DBAK befindlich) und anschließend im unteren Teil des DBAK
durch ein drittes wasser- und luftdichtes Kugellager (K3). Unmittelbar oberhalb
dieses Kugellagers K3 führt von der Seite her ein Ab,saugstutzen in den DBAK hinein.
Auf dieser Höhe ist das Außenrohr wiederum perforiert, sodaß hier der Zugang vom
Absaugstutzen zum Außenrohr besteht. Unterhalb des Kugellagers K3 wird dann das
aus dem DBAK herausführende Doppelrohr über die schon vorher erwähnte Doppelrohr-Kupplung
mit dem zum Rührer hinabführenden weiteren Doppelrohr verbunden.
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Der DBAK kann als Ganzes auf den Fermenter aufgesetzt und dort festgeschraubt
werden. Dazu befindet sich zwischen DBAK und Fermenter zweckmäßigerweise noch ein
Zwischengehäuse (s. Zeichnung 3), welches oben mit dem DBAL und unten mit dem Fermenter
verschraubt wird. Dieses Zwischengehause enthält seitliche und schließbare Öffnungen,
durch die man bei Bedarf an die Doppelrohr-Kupplung herankommt und so nach deren
Lösung das untere Doppelrohr vom DBAK abnehmen kann.
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Das Zwischengehäuse gewährleistet, wenn seine seitlichen Öffnungen
geschlossen sind, daß bei Betrieb aes Fermenter der Übergang vom DBAK über die Doppelrohr-Kupplung
in den Fermenter hinein hermetisch nach außen hin unter Verschluß ist und man dann
auch unter sterilen Bedingungen arbeiten kann.
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Ausführungsbeispiel (s. auch Zeichnung 3): Die mit dem hier beschriebenen
System (T-förmiger Belüftungs- und Saugrührer mit Doppelrohr und angeschlossenem
Dreh-, Belüftungs- und Absaugkopf) ausgerüsteten Fermenter werden zunächst wie im
Hauptpatent beschrieben bei Bedarf keimfrei gemacht (z.B. durch Beschicken des Fermenter
mit 3 g-iger Formalinlösung). Nach vollständiger Entfernung dieser Lösung wird der
Permenter mit der jeweils erforderlichen Nährlösung gefüllt und mit den gewünschten
Mikroorganismen beimpft. Der Rührer wird nun durch den Drehmotor gedreht. Gleichzeitig
wird über den Belüftungsstutzen Luft (bei Bedarf steril filtriert) eingeblasen.
Diese gelangt in das Innenrohr des Doppelrohres und über die Doppelrohrkupplung
in den T-förmigen Führer. Von dort gelangt die Luft über die beiden. Belüftungsgänge
in die beiden Belüftungskammern und perlt aus den dortigen Kapillar-Löchern in die
Nährlösung. Da sich der Führer langsam dreht, werden die Mikroorganismen durch die
aufsteigenden Luftbläschen fein verteilt in Suspension gehalten. Sobald die Mikroorganismen
- nach ca. 5 - 20 Tagen - eine ausreichende Wachstumsdichte erreicht haben, wird
der Rührer angehalten und die Belüftung ausgeschaltet. Die Mikroorganismen sedimentieren
nun und setzen sich in einer dicken Schicht auf dem Beekenboden ab. Nach einiger
Zeit wird der Führer wieder eingeschaltet, wobei er sich aber sehr viel langsamer
und im umgekehrten Drehsinn bewegt, also rückwärts. Gleichzeitig wird eine Absaugpumpe
eingeschaltet, die mit dem Absaugstutzen am DBAK verbunden ist.
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Dadurch entsteht über das mit dem Ab.saugstutzen in Verbindung stehende
Außenrohr des Doppelrohres und über die beiden Absauggänge im Rührer in den Absaugkammern
eine Saugwirkung (Staubsaugerprinzip"). Der Führer vollführt sehr langsam eine halbe
Rückwärtsdrehung (180°). Dabei überfahren die beiden Absaugkammern in den Seitenarmen
des Rührers zusammen 3600, also die gesamte Fermenter-Bodenfläche. Während dieser
Bewegung saugen sie die ganze auf dem Beckenboden befindliche dicke Schicht aus
Mikroorganismen in Form einer dichten Suspension ab. Diese
Suspension
gelangt über die beiden Absauggänge im Rührer in das Außenrohr des Doppelrohres
und über die Doppelrohrkupplung und den Absaugstutzen zur xbsaugpumpe und von dort
in den Auffangbehälter.
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Sobald der Rührer eine halbe Rückwärtsumdrehung vollendet hat, wird
er wieder angehalten und die xbsaugpunpe abgeschaltet. Auf diese Weise wird gewährleistet,
daß nur soviel Nährlösung wie unbedingt notwendig abgesaugt wird (ca. 1 - 5 /b der
Gesamtnährlösung je nach '.tührergeschwindigkeit und Absaugkraft).
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Nach Ergänzung der Nährlösung auf das ursprüngliche Niveau wird der
Führer wieder eingeschaltet, dieses Mal wieder vorwärts und mit normaler Geschwindigkeit.
Außerdem wird die Belüftung eingeschaltet. In der Nährlösung befinden sich noch
genügend Mikroorganismen, die sich erneut vermehren können. Sobald sie wieder die
erforderliche Wachstumsdichte erreicht haben, beginnt der oben beschriebene Abernteprozeß
von neuem.