DE3433198A1

DE3433198A1 - Vorrichtung zum sterilen anschluss von aus einem sterilfilter kommender steriler zuluft an eine zuluftleitung in einem fermenter

Info

Publication number: DE3433198A1
Application number: DE19843433198
Authority: DE
Inventors: Alexander Bottingen Hawrylenko
Original assignee: Infors GmbH
Current assignee: Infors GmbH
Priority date: 1984-09-10
Filing date: 1984-09-10
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE3433198C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
Bei Fermentern, in denen aerobe, biotechnische Prozesse ablaufen, ist der Anschluß von steriler Luft an eine Zuluftleitung in dem Fermenter erforderlich. Bei der biotechnologischen Herstellung von Produkten werden die Fermenter, die mit einer Nährflüssigkeit gefüllt sind, mit einem Mikroorganismus geimpft. Es ist hierbei zwingend notwendig, die Vorrichtung im Bereich des Anschlusses für die zuzuführende sterile Luft selbst zu sterilisieren.
Die bislang eingesetzten gattungsgemäßen Vorrichtungen bestehen aus einem - von einem Filter in einem Filtergehäuse kommenden - Anschluß für die Zuluft und aus einem Rohrstück, das die Verbindung zum Fermenterinnenraum bildet. Zum Anschluß der im Fermenterinnenraum befindlichen Zuluftleitung wird das Rohrstück durch eine Membran im Deckel des Fermenters gestoßen und in das Anschlußende der Zuluftleitung geführt sowie angeschlossen. Da zumindest das Rohrstück beim Anschluß mit der keimhaltigen Außenluft in Kontakt kommt, aber der Fermenter nicht fremdinfiziert werden darf, muß die Vorrichtung nach dem Anschluß an die Zulunftleitung steril sein.
Dieser manuell durchgeführte Anschluß ist sehr vom Geschick des Bedieners abhängig und führt häufig zu Fremdinfektionen.
Die sich in dem Fermenter bildende Mikroorganismenpopulation, die sehr wertvoll sein kann, wird hierdurch gestört. Von Nachteil ist ferner, daß ein verbrauchter Filter nicht während der Betriebsphase des Fermenters gewechselt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches so auszubilden, daß sie selbständig steuerbar ist und selbst bei Betrieb des Fermenters einen Filterwechsel zuläßt.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Kolbenzylindereinheit. Über eine Umschaltungsmöglichkeit zwischen Dampf und steriler Zulu-ft kann die Vorrichtung umgeschaltet werden. Aufgrund des Dampfes, der über den Dampfanschluß in den ersten Zylinderraum gelangt, bewegt sich der Kolben in seine Arbeitsstellung. In dieser kann der Dampf von dem ersten Zylinderraum über die Querbohrung in die hohl ausgebildete Kolbenstange gelangen und strömt auch über das Rohrstück zu dem Filter. Wird die Dampfzufuhr abgeschaltet und beginnt die Luftzufuhr, so übt die von dem Filter kommende Luft Druck auf den Kolben aus und bewegt diesen nach unten.
Erst wenn der Kolben seine Ruhestellung erreicht hat, kann die Luft in den hohlen Innenbereich der Kolbenstange strömen. Beim Wechsel von der Arbeitsstellung in die Ruhestellung hat sich die Kolbenstange über das Anschlußstück der Zuluftleitung so weit nach unten bewegt, daß die Querbohrung des Anschlußstückes mit dem hohlen Innenbereich der Kolbenstange verbunden ist, so daß eine Verbindung über den zweiten Zylinderraum, den hohlen Innenraum der Kolbenstange über die Querbohrung in die Zuluftleitung hergestellt ist.
Es ist ersichtlich, daß mit der Erfindung stets ein steriler Anschluß ermöglicht wird und nicht vom Geschick des Bedieners abhängt. Ein erzielbarer Vorteil liegt insbesondere auch darin, daß der Filterwechsel beim Betrieb des Fermenters möglich ist. Ferner ist mit der erfindungsgemässen Vorrichtung garantiert, daß der heiße Dampf nicht in den Innenraum des Fermenters gelangen kann. Die eingestellte Konzentration der Nährlösung in dem Fermenter wird daher auch nicht verändert.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsform, die einen Längsschnitt durch die als Baueinheit ausgeführte Vorrichtung mit einem Filter zeigt.
Die Vorrichtung ist auf dem Deckel 40 des schematisch mit 41 bezeichneten Fermenters oben aufgesetzt und zeigt sie, bezüglich ihrer Mittellinie auf der einen - in der Zeichnung linken - Seite in ihrer Ruhestellung und auf der anderen in ihrer Arbeitsstellung. Die als Baueinheit ausgebildete Vorrichtung weist zugleich den mit 1 bezeichneten Filter in einem Rohrzylinder auf, der oberhalb des oberen Bodens 2 der Vorrichtung einen Filterraum 3 aufweist. Dieser obere Boden 2 ist als Scheibe ausgebildet und weist auf seiner filterseitigen Oberfläche einen zylindrischen Zuluftanschluß 6 auf, der mit einer Bohrung 5 versehen ist, die einen Kanal in den Filterraum 3 bildet. Im Filterraum 3 mündet knapp über der Oberkante des oberen Bodens 2 eine Bohrung, in die ein Luftanschluß 7 einsetzbar ist.
Die Vorrichtung selbst ist als Kolbenzylindereinheit mit einem in einem Zylinder 36 geführten Kolben 8 und einer Kolbenstange 9 ausgebildet. Der Kolben 8 teilt den gesamten Zylinderraum 4 in einen kolbenstangenseitigen ersten Zylinderraum 10 und einen zweiten Zylinderraum 11. Die Kolbenstange 9 weist einen hohlen Innenbereich 12 auf, der in Ruhest,nllung der Vorrichtung mit der Querbohrung 13 des Anschlußendes 14 im Fermenter 41 verbunden ist. Der Zylinderraum 4 wird nach unten durch einen unteren Boden 15 begrenzt.
Dieser weist eine Hülse auf, die sich durch die Bohrung im Deckel 40 des Fermenters 41 in den Innenraum des Fermenters 41 erstreckt. Die Kolbenstange ist in der Hülse des unteren Bodens 15 geführt. Die zylinderraumseitige Kante des unteren Bodens 15 bildet eine Steuerkante 16. Die Kolbenstange 9 weist in ihrer Mantelfläche eine Ringnut 17 mit einer Queröffnung 18 zu dem hohlen Innenbereich 12 auf. Im Kolben 8 ist zumindest eine Führungsbohrung 19 angebracht. Die Führungsbohrung 19 ist an ihrem oberen zweiten zylinderraumseitigen Ende als Sackbohrung 20 erweitert. Durch die Führungsbohrung 19 erstreckt sich ein Führungsbolzen 21 vom ersten Zylinderraum 10 zum zweiten Zylinderraum 11. An dem oberen Ende ist er mit zwei voneinander beabstandet angebrachten Sprengringen 22 versehen. Mit diesem Führungsbolzen 21 wird ein oval ausgebildetes, mit zwei Führungsbolzen versehenes Ventilplättchen 24 fixiert und mittels der Sprengringe 22 in seinem axialen Weg begrenzt und unverlierbar gehalten. Der Führungsbolzen 21 weist an dem in den ersten Zylinderraum 10 ragenden Ende einen den Hub des Führungsbolzens 21 begrenzenden Sprengring 25 auf.
Die den ersten Zylinderraum 10 nach oben begrenzende Fläche des Kolbens 8 ist mit einer Ansteuerkante 26 sowie einem Absatz 34 versehen, durch den in der Ruhestellung der Vorrichtung 38 ein Ringraum 27 gebildet wird. In diesem Ringraum 27 mündet eine sich durch den Zylinder 36 erstreckende Bohrung, die mit der Dampfzuführung 28 versehen ist. Der Kolbenweg wird durch an der Kolbenstange 9 angebrachte Anschläge 29, 30 begrenzt. In der Arbeitsstellung befindet sich der Kolben 8 in der durch den Anschlag 30 festgelegten oberen Stellung, der Arbeitsstellung. Der Führungsbolzen 21 steht an dem oberen Boden 2 an. Er ist hierbei so weit in Richtung des ersten Zylinderraumes 10 verschoben, daß der untere Sprengring 22 sich in der Sackbohrung 20 befindet und der obere sich so weit über der Oberfläche des Ventilplättchens 24 befindet, daß diesem ein Spiel zwischen der Oberkante der Kolbenstange und der Unterkante des oberen Sprengringes 22 verbleibt, so daß das Ventilplättchen 24 mit Spiel auf der Oberseite des Kolbens 8 aufliegt und den hohlen Innenbereich 12 der Kolbenstange 9 abdeckt. In der Arbeitsstellung strömt Dampf durch die Dampfzuführung 28 in den ersten Zylinderraum 10; über die Steuerkante 16, die Ringnut 17 und die Querbohrung 18 in den hohlen Innenbereich 12 der Kolbenstange 9. In dieser Stellung befindet sich das untere freie Ende der Kolbenstange oberhalb der Querbohrung 13 des Anschlußendes 14 der Zuluftleitung und ihr hohler Innenbereich 12 ist über ein Dichtelement 33 zum Fermenterinnenraum 41 abgeschlossen. Der Dampf strömt dann durch den hohlen Innenraum 12 nach oben in Richtung auf das Ventilplättchen, hebt dieses ab und gelangt in den zweiten Zylinderraum 11; von dort durch die Bohrung 6 in den Filterraum 3 und zu dem Luftanschluß 7.
Zum Umschalten wird die Dampfzufuhr unterbrochen und Luft strömt durch den Zuluftanschluß 7, den Filterraum 3 in den zweiten Zylinderraum 11, übt eine Kraft auf das nun als Rückschlagventil wirkende Ventilplättchen 24 aus, welches den hohlen Innenraum 12 der Kolbenstange verschließt. Der Kolben 9 bewegt sich daher in die durch den Anschlag 29 begrenzte Ruhestellung. Bevor jedoch diese erreicht wird, stützt sich der Führungsbolzen 21 an der die Steuerkante 16 bildenden Oberfläche des unteren Bodens 15 ab und bewegt sich relativ zum Kolben 9 nach oben. Der sich in den Sackbohrungen 20 befindende Sprengring 22 kommt aus diesem frei und hebt das Ventilplättchen 24 von dem Kolben 8 ab, so daß der hohle Innenbereich 12 mit dem zweiten Zylinderraum 11 verbunden ist. Während des Umschaltens gleitet die ringförmige Nut 17 der Kolbenstange 9 vollständig in die Hülse des unteren Bodens 15 und wird mit Dichtelementen 31, 32 sowohl gegen den Fermenterinnenraum als auch gegen den ersten Zylinderraum 10 abgedichtet. Die Kolbenstange 9 hat sich beim Umschalten so weit nach unten bewegt, daR sich die Querbohrung 13 des Anschlußendes 14 im hohlen Innenbereich 12 befindet. Somit ist der Weg für die sterile Luft, die vom Filter kommt, über den zweiten Zylinderraum 11 um das Ventilplättchen 24, den hohlen Innenbereich 12 und durch die Querbohrung 13 in die Zuluftleitung und somit in den Fermenter frei.
Sowohl in der Ruhestellung als auch in der Arbeitsstellung erstreckt sich das untere Ende der Kolbenstange 9 frei in den Innenraum des Fermenters 41. In beiden Stellungen umschließt das freie Ende der Kolbenstange 9 das sich im Fermenter 41 befindende Anschlußende 14 der Zuluftleitung. - Leerseite -

Claims

VORRICHTUNG ZUM STERILEN ANSCHLUSS VON AUS EINEM STERILFILTER KOMMENDER STERILER ZULUFT AN EINE ZULUFTLEITUNG IN EINEM FERMENTER ANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum sterilen Anschluß von aus einem Sterilfilter kommender steriler Zuluft an eine Zuluftleitung in einem Fermenter, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß an dem Fermenter eine Kolben-Zylinder-Einheit (38) angeordnet ist, deren kolbenstangenseitiger erster Zylinderraum (10) an eine Dampfzuführung (28) und deren anderer zweiter Zylinderraum (11) an die sterile Zuluft über einen Zuluftanschluß (6) anschließbar ist, daß die Kolbenstange (9) hohl und an ihrem freien Ende zum dichten Anschluß an das Anschlußende (14) der Zuluftleitung ausgebildet ist, die an ihrem Anschlußende (14) geschlossen, sowie mit einer davon beabstandet angeordneten Querbohrung (13) versehen ist, welche in der Ruhestellung der Vorrichtung an den hohlen Innenbereich (12) der Kolbenstange (9) und in der Arbeitsstellung der Vorrichtung an diesen Innenbereich (12) nicht angeschlossen ist, sondern frei im Fermenter endet, und daß der hohle Innenbereich (12) der Kolbenstange (9) in der Ruhestellung nur mit dem zweiten Zylinderraum (11) und in der Arbeitsstellung nur mit dem ersten Zylinderraum (10) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung an der Oberseite des Fermenters fest, jedoch lös- bzw. auswechselbar an den die Oberseite des Fermenters bildenden Deckels angeschlossen ist.
3. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung und der Sterilfilter eine Baueinheit bilden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sterilfilter auf dem der Kolbenstange zugewandten Seite des Zylinders angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kolbenstange (9) zumindest bereichsweise in einer Hülse geführt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sich die Hülse kolbenstangenseitig an den Zylinder anschließt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Hülse in Richtung der Kolbenstange (9) nach unten durch eine Bohrung im Deckel des Fermenters in den Fermenterinnenraum erstreckt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kolbenstange (9) an ihrer Mantelfläche eine ringförmige Nut (17) mit einer in den hohlen Innenbereich (12) reichenden Queröffnung (18) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Ruhestellung der Vorrichtung die ringförmige Nut (17) vollständig von der Hülse abgedeckt und gegen den ersten Zylinderraum (11) sowie den Fermenterinnenraum abgedichtet ist und die Queröffnung (18) frei in dem hohlen Innenbereich (12) mündet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die ringförmige Nut (17) in der Arbeitsstellung von der Hülse nicht mehr abgedeckt ist und frei in den ersten Zylinderraum (10) endet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die ringförmige Nut (17) sich in der Arbeitsstellung zumindest teilweise über der eine Steuerkante (16) bildenden Oberfläche des kolbenstangenseitigen Bodens (15) befindet.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchmesser des hohlen Innenbereichs (12) größer ist als der Außendurchmesser des Anschlußendes (14) der Zuluftleitung.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daR der hohle Innenbereich (12) am freien Ende der Kolbenstange in beiden Stellungen zur Außenwand des Anschlußendes (14) der Zuluftleitung mit einem Dichtelement (33) abgeschlossen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Dichtelement (33) ein O-Ring ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kolben ein Ventil aufweist, daß in der Ruhestellung offen und in der Arbeitsstellung geschlossen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ventil in der Arbeitsstellung als zu dem zweiten Zylinderraum (11) hin öffnendes Rückschlagventil ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schließelement des Ventils ein Ventilplättchen (24) ist, mit dem der hohle Innenbereich (12) der Kolbenstange (9) gegen den ersten Zylinderraum (10) beim Umschalten von der Arbeitsstellung in die Ruhestellung schließbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kolben-Zylinder-Einheit senkrecht auf den Deckel des Fermenters angeordnet ist, so daß das Ventilplättchen (24) in Arbeitsstellung durch die Schwerkraft auf dem zweiten zylinderraumseitigen Ende der Kolbenstange (9) aufliegt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ventilplättchen (24) oval ausgebildet ist und zumindest eine Bohrung für den Führungsbolzen (21) aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Führungsbolzen (21) in Ruhestellung auf dem kolbenstangenseitigen Boden (15) des Zylinders aufsitzt und eine Schulter aufweist, mit der das Ventilplättchen (24) von der Kolbenstange (9) abgehoben wird.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ventilplättchen (24) von zumindest einem Führungsbolzen (21) geführt ist, der sich durch die Führungsbohrung (19) in Längsrichtung der Kolbenstange (9) durch den Kolben (8) erstreckt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Führungsbolzen (20) relativ zum Kolben (8) beweglich ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in Ruhestellung zwischen der den ersten Zylinderraum (10) begrenzenden Kolbenoberfläche und der Oberfläche des kolbenstangenseitigen Bodens (15) ein Restvolumen bleibt.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die kolbenstangenseitige Kolbenoberfläche einen Absatz aufweist, so daß in radialer Richtung ein torusförmiger Raum (27) entsteht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Dampfzuführung (28) in diesen Raum (27) mündet.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der den Zylinder nach oben abschließende Zylinderboden (2) einen Zuluftanschluß (6) aufweist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Hub des Kolbens (8) nach beiden Richtungen durch Anschläge (29, 30) festgelegt wird.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kolbenstange (9) so lang ist, daß ihr unteres freies Ende das Anschlußende (14) der Zuluftleitung in beiden Stellungen umschließt.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie in ihrer Arbeitsstellung einen Dampfweg von der Dampfzuführung (28) über den ersten Zylinderraum (10) durch die Ringnut (17) durch die Queröffnung (18) in den hohlen Innen bereich (12) und von diesem am angehobenen Ventilplättchen vorbei und durch den Zuluftanschluß (6) nach außen bildet.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in ihrer Ruhestellung ein Luftweg vom Zuluftanschluß (6) in den zweiten Zylinderraum (11) durch den hohlen Innenbereich (12) der Kolbenstange (9) und über die Querbohrung (13) in das Anschlußende (14) der Zuluftleitung im Fermenter besteht.