DE3445446C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckfiltrationsgerät mit Magnetrührer mit einem Gehäuse aus Kunststoff für den Laborbetrieb. Die zumeist mehr als zweiteilig aufgebauten Filtrationsgeräte aus Kunststoff dienen im Laborbereich zum Filtrieren relativ kleiner Flüssigkeitsmengen sowohl im Druckbetrieb als auch im Vakuumbetrieb. Der Trübraum oder Aufgußraum ist durch ein Gehäuseoberteil gebildet, welches bei den auf dem Markt befindlichen, als Magnetrührzelle verwendbaren Druckfiltrationsgeräten ein Füllvolumen in abgestuften Größen zwischen 3 ml bis 500 ml aufweist. Dabei werden angepaßte Filtergrößen in Form von kreisrunden Flachfilterzuschnitten mit einem Durchmesser von 13 mm bis 107 mm verwendet. Die Druckfiltrationsgeräte sind dabei für eine Druckbelastung zwischen 5 bar und 10 bar konstruktiv ausgestaltet. Diese Druckfiltrationsgeräte sind in der Regel nicht als Einwegartikel ausgebildet, sondern die Einzelteile sind durch Schraubkupplungen verbunden und können zur Wiederverwendung gereinigt und sterilisiert werden. Lediglich das Filtermaterial wird als Verbrauchs­ material nach jeder Filtration verworfen.

Zur kontinuierlichen Aufkonzentration flüssiger Medien werden derartige Druckfiltrationsgeräte mit einem Magnet­ rührwerk ausgestattet, welches dafür sorgt, daß das sich aufkonzentrierende Medium in einer ständigen Turbulenz gehalten wird und sich die Filterfläche nicht mit den Trübstoffen zusetzen kann. Für die Anordnung der Magnet­ rührkerne im Gehäuseoberteil ist einmal die hängende Anordnung bekannt, wobei der Magnetkern hängend an ei­ ner im Gehäusedeckel gelagerten vertikalen Welle von einer auf der Gehäuseunterseite angreifenden Magnet­ kraft angetrieben wird. Eine solche Anordnung stellt zwar sicher, daß der rotierende Magnetkern nicht un­ mittelbar die empfindliche Filtermembran mechanisch reibend belastet, hat aber den Nachteil, daß das Ein­ bringen, Handhaben und Lagern und das Reinigen dieser zusätzlichen Teile umständlich ist.

Die zweite Art einer Magnetkernführung besteht darin, daß ein walzenförmiger Magnetkern lose unmittelbar über der Filterfläche lagert, wobei zum Schutz der Filter­ fläche gegen mechanische Reibungsbeanspruchung durch den rotierenden Magnetrührkern diese durch eine metal­ lische Unterlegscheibe abgedeckt ist, welche eine Viel­ zahl von Durchbrechungen aufweist und zusätzlich zur Verminderung des Reibungswiderstandes mit einer Be­ schichtung aus PTFE versehen ist. Auch diese beschichtete Unterlegscheibe bildet aus Kostengründen ein wieder­ verwendbares Bauteil der Rührzelle. Der Nachteil einer solchen Stützplatte mit Durchbrechungen ist darin zu sehen, daß einmal die effektive Filterfläche ganz er­ heblich verringert wird und sich die Platte mit den Durchbrechungen nur schlecht reinigen läßt, zumal sich gerade die bei der Filtration entstehenden Rückstände in den Durchbrechungen festsetzen. Diese durchbrochene Stützplatte muß also genauso sorgfältig gepflegt werden wie die an sich leicht zu reinigenden übrigen Gehäuse­ teile.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 31 09 472), eine solche durchbrochene Schutzscheibe einstückig mit dem Mittelteil eines Gehäuseoberteils zu verbinden, wo­ bei diese durchbrochene Scheibe mit Abstand oberhalb der trübseitigen Oberfläche des Filters angeordnet ist und damit den Magnetkern in einem relativ großen Ab­ stand von der effektiven Filterfläche entfernt hält. Die Filterfläche ist damit zum Trübraum hin völlig frei, so daß zwar durch die höhergelegene Lochscheibe die Filtrationsfläche nicht reduziert wird, andererseits aber der Magnetkern nicht mehr verhindern kann, daß sich auf dem Filterelement sehr schnell ein Filter­ kuchen bildet, da die vom rotierenden Magnetkern aus­ gehende Verwirbelung des Konzentrats nur schlecht durch die Durchbrechungen der Schutzscheibe bis in die Ebene des Flachfilterzuschnittes vordringen kann. Hinzu kommt noch, daß sich hierbei dieselben Reinigungsprobleme er­ geben wie nach dem Stand der Technik. Die zwischen Fil­ teroberfläche und Oberseite der Siebplatte befindliche Flüssigkeit - also aufkonzentriertes Medium - läßt sich außerdem schlecht aus diesem Freiraum entfernen, d. h. das Totvolumen oder Restvolumen bei einer solchen Kon­ struktion ist relativ groß, wenn das Konzentrat labor­ mäßig untersucht werden soll. Dieser Freiraum ist für die Entnahme des Konzentrats durch Pipetten überhaupt nicht zugänglich und läßt sich auch durch Ausgießen bei Schrägstellung des Gehäuses nur mangelhaft ent­ fernen. Bei dem bekannten Druckfiltrationsgerät ist das Gehäuse dreiteilig aufgebaut und im wesentlichen zy­ lindrisch ausgebildet. Das Mittelteil ist von einem Schraubdeckel mit Auslaßstutzen verschlossen. Zum Aus­ gießen des Gehäuseinhaltes ist es notwendig, den Deckel zu entfernen, da die ebene Deckelunterseite ein dosiertes und restloses Ausgießen der Flüssigkeit durch den Anschluß­ stutzen für das Druckmittel bzw. den Füllstutzen erschwert.

Das Gehäuseunterteil mit der Filterunterstützung weist einen zentral über die Stirnfläche des Gehäuseunterteils vorstehenden Filtratauslaßstutzen auf, so daß das Fil­ trationsgerät keine eigene Standfläche aufweist und in einem speziell dafür vorgesehenen Halter auch im unge­ füllten Zustand standfest gehaltert werden muß. Ein solcher Halter ist z. B. in der DE-OS 31 09 471 für diese Rührzelle beschrieben, der zusätzlich einen hori­ zontal ausgerichteten Entleerungsstutzen im Inneren auf­ nimmt, welcher mit dem vertikalen Filtratauslaßstutzen bei aufgesetzter Rührzelle kommuniziert. Das Gehäuse ist insgesamt dreiteilig aufgebaut und besteht aus Kunst­ stoffspritzteilen. Durch die Dreiteiligkeit des Gehäuses und die als Erfindung herausgestellte Integration der Siebstützplatte im Gehäusemittelteil wird die bekannte Rührzelle keinesfalls in ihrer Handhabung verbessert und die Filtrationsleistung gesteigert. Für die Filtration mit Vakuumbetrieb muß zusätzlich eine leckdichte Verbindung zwischen dem Filtratauslaßstutzen und dem Kanal im Stütz­ fuß gewährleistet sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit ein­ fachen Mitteln ein auch als Magnetrührzelle verwendbares Druckfiltrationsgerät bezüglich seines Gehäuseaufbaues konstruktiv so zu vereinfachen, daß die wiederverwend­ baren Gehäuseteile sich leicht reinigen und handhaben lassen, insbesondere auch die Füllung, Entleerung und die Probeentnahme aus dem Konzentratraum (Trübraum) vereinfacht und dieser sich mit möglichst geringen Rest­ volumen entleeren läßt. Konstruktiv soll gleichzeitig auch berücksichtigt werden, daß bei Einsatz des Filtrations­ gerätes als Magnetrührzelle die Filterleistung gesteigert und das Magnetrührwerk möglichst in geringem axialen Abstand zur Filteroberfläche rotieren kann ohne die Filterfläche mechanisch zu beanspruchen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt, wobei die ohnehin schon vorhandene gute Standfestigkeit des Filtrationsgerätes durch einen dazu angepaßten Fuß aus Metall zusätzlich verbessert wird.

Zwei Ausführungsbeispiele des Anmeldungsgegenstandes sind in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Rührzelle mit explosionsartig auseinandergezogenen Einzelteilen nach der Schnittlinie 1-1 in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuseunterteil mit Filterabstützung,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen entsprechende Rührzelle mit reduziertem Füllvolumen in Ver­ bindung mit einem L-förmigen Stützfuß,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen im Querschnitt C- bzw. U-förmigen Stützfuß mit angedeuteter Rührzelle und

Fig. 5 eine Seitenansicht des Stützfußes gemäß Fig. 5 mit angedeuteter Rührzelle.

Das Druckfiltrationsgerät gemäß Fig. 1, 2 und 3 besteht im wesentlichen aus den beiden einstückigen Kunststoff­ spritzteilen 1 und 9, wobei das einstückige Spritzteil 1 ein glockenförmiges Gehäuseoberteil mit Anschlußstutzen 8 und schräg abfallenden Schultern 7 mit Verbindungsflansch 2, Haltenut 4 für den O-Ring 3, unterem Gewindekranz 5 bil­ det. Der am Anschlußstutzen 8 angeformte Gewindekranz 6 kann auch durch eine andere im Labor übliche Kupplungs­ form ersetzt sein. Das einstückige Gehäuseunterteil 9 trägt einen angeformten inneren Gewindekranz 10, weist eine Filterabstützung 12 auf, die aus konzentrisch und radial verlaufenden Rippen und Kanälen besteht, deren Freiräume 13 eine kleinvolumige Filtratkammer bilden und in einen Filtratauslaßstutzen 14 münden. Dieser steht radial über den Umriß der Gehäusestandfläche 11 vor und ist damit leicht an eine Filtratleitung (auch gleichzeitige Vakuumleitung) anschließbar. Der Flachfil­ terzuschnitt 17 ist von der Filterabstützung 12 relativ eng über die gesamte Filtrationsfläche abgestützt, so daß mit den im Laborbetrieb üblichen Drücken filtriert werden kann.

Für die Verwendung als Magnetrührzelle ist die Ober­ seite des Flachfilterzuschnittes 17 durch einen auf­ gelegten Zuschnitt eines Gewebes aus monofilen Kunst­ stoffäden abgedeckt, welches vorzugsweise eine Gesamt­ stärke von 100 bis 140 µm aufweist und dessen Freiräume insgesamt ein geringes Totvolumen bilden. Der Gewebe­ zuschnitt 16 ist kleiner gehalten als der Filterdurch­ messer und ist in die Dichtzone des auf die Peripherie des Flachfilterzuschnittes 17 und des abstützenden Ge­ häuseunterteiles 9 einwirkenden O-Ringes 3 nicht einbe­ zogen. Gleichwohl kann der Gewebezuschnitt 16 durch den inneren Rand des verpreßten O-Ringes bzw. den Unter­ rand des Flansches 2 auf dem Flachfilterzuschnitt 17 leicht fixiert sein. Der Magnetkern 15 liegt lose auf dem Gewebezuschnitt 16 auf und ist praktisch nur um das Maß der Gewebestärke von der effektiven Filter­ oberfläche entfernt. Durch die Gewebestruktur wird die effektive Filterfläche kaum beeinträchtigt, auf jeden Fall sehr viel weniger als ein nach dem Stand der Technik aufliegendes Siebblech.

Die besondere Wahl des Gewebezuschnittes 16 als Abstands­ halter für den Magnetkern 15 rechtfertigt auch aus Kostengründen ein Verwerfen dieses Gewebezuschnittes 16 zusammen mit dem Flachfilterzuschnitt 17 nach jeder durchgeführten Filtration, so daß die lästigen Reini­ gungsprobleme für Abstandshalter entfallen und so­ mit nur die Bauteile 1, 3, 15 und 9 gereinigt und sterili­ siert werden müssen.

Die Filterabstützung 12 liegt relativ dicht oberhalb der Standfläche 11, so daß bereits aus diesem Grund eine gute Standfestigkeit des ungefüllten und gefüllten Gerätes ge­ währleistet ist und damit auch der Abstand des Magnet­ kerns 15 vom Magnetrührer 21 sehr gering und damit dessen Effektivität groß ist.

Die kleinvolumigere Rührzelle nach Fig. 3 ist im zu­ sammengesetzten Zustand im Schnitt dargestellt. Ent­ sprechende Bauteile wurden mit den in Fig. 1 benannten Bezugszeichen versehen. Aufgrund der relativ breiten Basis mit der Standfläche 11 besitzt die Rührzelle bereits eine gute Standfestigkeit. Bei Anschluß einer Schlauchkupplung der Druckmittelquelle an den Anschluß­ stutzen 8 und bei Anschluß eines Filtratschlauches an den Filtratauslaß 14 sinkt jedoch die Standfestigkeit, so daß es üblich ist, insbesondere kleinvolumige Rühr­ zellen zusätzlich mit einem Fuß aus Metall zu ver­ sehen. Gemäß Fig. 3 besteht der Fuß 18 aus einem L- förmigen Metallbügel, dessen horizontaler L-Schenkel 20 das Gehäuseunterteil 9 abstützt und auf einem Magnet­ rührer 21 steht und dessen vertikaler L-Schenkel 20′ im Endbereich eine federnde Halteklammer 19 aufweist, die den Hals bzw. das Gehäuseoberteil 1 federnd umfaßt.

Fig. 4 und 5 zeigt einen im Querschnitt C- oder U-för­ migen Fuß 22 dessen beiden diametral gegenüberliegenden U-Schenkel 22′ das Gehäuseunterteil 9 radial federnd am Fuß umgreifen. Die Rührzelle läßt sich damit von den offenen Stirnseiten des U-förmigen Fußes her in den Fuß einschieben. Der Filtratauslaßstutzen 14 befindet sich frei zugänglich auf der Vorderseite. Mindestens das Ge­ häuseoberteil 1 ist aus transparentem Kunststoff gebildet und mit Füllstandsmarkierungen versehen.

Über den Anschlußstutzen 8 mit den schräg abfallenden Schultern 7 läßt sich das Gehäuseoberteil mit ganz ge­ ringem Restvolumen entleeren. Gleichermaßen kann durch den Anschlußstutzen 8 ein stark aufkonzentriertes Konzen­ trat ebenfalls mit ganz geringem Restvolumen mit einem Saugheber oder einer Pipette abgezogen werden.

Die Entlüftung und Druckentlastung des Trübraumes erfolgt über ein am Anschlußschlauch der Druckmittelquelle vorge­ sehenes Absperr- und Entlüftungsventil.

Claims (3)

1. Druckfiltrationsgerät mit Magnetrührer für den Labor­ betrieb mit einem Gehäuse aus Kunststoff, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - das Gehäuse (1, 9) besteht aus
• - einem einstückigen, glockenförmigen Gehäuseober­ teil (1) zur Aufnahme des zu filtrierenden Mediums mit einem nach oben weisenden Anschlußstutzen (8) zum Befüllen, Entleeren, zur Entnahme und zum Anschluß an eine Druckmittelquelle, wobei der Anschlußstutzen (8) mit innen schräg abfallenden Schultern (7) in den glockenförmigen Hauptteil übergeht,
• - einem flachen Gehäuseunterteil (9) mit zur Öffnung des Gehäuseoberteils (1) weisenden Filterabstützung (1) aus Rippen und Kanälen, wobei die Kanäle mit ihren Freiräumen (13) eine kleinvolumige Filtratkammer bil­ den und in einem radial nach außen weisenden Filtrat­ entnahmestutzen (14) münden und der Umriß des Ge­ häuseunterteils (9) dicht unterhalb der Filterunter­ stützung (12) als Standfläche (11) ausgebildet ist, und
• - beide Gehäuseteile (1, 9) sind über Gewindekränze (5, 10) unter Einschluß einer peripher umlaufenden O-Ring- Dichtung (3) formschlüssig verbindbar,
• - wobei der oben liegende Aufgußraum vom unten liegen­ den Filtratraum durch einen sandwichartig zwischen den beiden Gehäuseteilen (1, 9) leckdicht einklemm­ baren Flachfilterzuschnitt (16) getrennt sind, und daß zum Betrieb als Magnetrührzelle die vom Ge­ häuseoberteil (1) eingegrenzte freie Filterfläche des Flachfilterzuschnittes (16) durch einen lose auflie­ genden Zuschnitt eines Gewebes (15), vorzugsweise eines extrudierten Gewebes aus monofilen Kunststoff­ fäden mit einer Gewebestärke zwischen 100 und 140 µm, abgedeckt ist und dieses einen Abstandshalter für einen lose aufliegenden Magnetrührkern (15) bildet.

2. Druckfiltrationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verbreiterte Standfläche (11) des Gehäuseunterteils (9) zusätzlich durch einen flachen Fuß (22) aus Metall verbreitert und stabilisiert ist, welcher die Basis des Gehäuseunterteils (9) diametral gegenüberliegend U-förmig federnd umklammert.

3. Druckfiltrationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verbreiterte Standfläche (11) des Gehäuseunterteils (9) zusätzlich durch einen flachen Fuß (18) aus Metall verbreitert und stabilisiert ist, welcher L-förmig die Basis (11) vollständig und das Gehäuseoberteil (1) axial teilweise übergreift und am vertikalen L-Schenkel (20′) eine das Gehäuseoberteil (1) umgreifende Federklammer (19) aufweist.