DE3539609C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung einer Flüssigkeit, insbesondere von Kulturmedien zur Vermehrung von Gewebekulturen, mit einem Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, mit wenigstens einem Membranschlauch (Membranhohlfaden) für den Gasaustausch, mit wenigstens einer in die Flüssigkeit eintauchenden Halterung für den Membranschlauch, die ein oberes und ein unteres sich horizontal erstreckendes Halte­ element aufweist, über welche der Membranschlauch derart gewickelt ist, daß die einzelnen Windungen einen Abstand zueinander haben und mit einem Träger für die Halterung, der mittels eines umlaufenden Excenters ohne Richtungsänderung seiner in einer Horizontalebene liegenden Achsen bewegt wird.

Membranschläuche der hier zur Rede stehenden Art bestehen beispielsweise aus einem mikroporösen Polypropylen.

Bei einer vorbekannten Begasungseinrichtung dieser Art sind die beiden Halterungen als im Abstand zueinander ange­ ordnete Ringelemente ausgebildet, über welche die Membran­ schläuche im tangentialen Abstand gewickelt sind.

Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist es, daß die Länge der Membranschläuche bei einer derartigen Halterung begrenzt ist, so daß insbesondere bei größeren Volumina die Gesamtlänge der Membranschläuche nicht ausreicht, um die erforderliche Zuführung von Gas (beispielsweise Sauerstoff) während des Begasungsvorganges zu gewährleisten. Es ist nämlich in der Regel eine Mindestlänge der Membranschläuche von etwa 2,5 m pro Liter zu begasender Flüssigkeit erforder­ lich, um die notwendige Gaszufuhr sicherzustellen. Außerdem besteht bei einem Überschreiten eines Maximalabstandes von etwa 30 bis 50 cm zwischen den beiden Trägern die Gefahr, daß die Membranschläuche reißen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die notwendigen Mindestlängen der Membranschläuche leicht aufgebracht werden können. Insbesondere soll mit der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ein Reißen der Membranschläuche verhindert und eine ausreichende Gaszufuhr über möglichst weite Bereiche der Membranschlauchlängen sichergestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Halterungen vorgesehen sind, daß jedes Halteelement stabförmig ausgebildet ist und daß die von den beiden Halte­ elementen einer Halterung oben und unten begrenzten Flächen benachbarter Halterungen einen geringen Abstand voneinander haben.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß innerhalb des die zu begasende Flüssigkeit enthaltenden Behälters zahlreiche Halterungen der erfindungsgemäßen Art angeordnet werden können, so daß sich eine wirksame Gesamtlänge der Membran­ schläuche erreichen läßt, die wesentlich größer als diejenige der bekannten Anordnung ist.

Für die Anordnung der in dieser Weise aufgebauten Halterungen gibt es verschiedene Möglichkeiten. Im Hinblick auf die eingangs definierte Taumelbewegung, der die gesamte Anordnung unterliegt, ist unabhängig von der jeweiligen Relativlage der Halterungen sichergestellt, daß an jedem Punkt der Halterung die gleiche Strömungsgeschwindigkeit herrscht. Andererseits bestehen aber hinsichtlich der zu beaufschlagenden Flüssigkeitsmenge Unterschiede, weil im Außenbereich des im Querschnitt im wesentlichen kreis­ förmigen Behälters von den Membranschläuchen ein größeres Flüssigkeitsvolumen beaufschlagt werden muß als im inneren Bereich.

So kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Halterungen für die Membranschläuche sternförmig angeordnet sind, da hierdurch eine besonders einfache Zu- und Abfuhr des Begasungsmediums erreichbar ist. Als Begasungsmedien kommen Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Luft usw. in Betracht.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn zur Zu- und Abfuhr des Begasungsmediums zwei konzentrisch zueinander angeordnete und an dem Träger für das gesamte aus den Halterungen bestehende Rührwerkselement gehalterte Rohrringe vorgesehen sind, welche einen Durchmesser haben, der jeweils etwa dem äußeren und inneren Durchmesser der sternförmigen Anordnung der Einzel­ halterungen entspricht.

Andere Anordnungen der Halterungen sind möglich, insbesondere können diese auf einer Kreisbahn verteilt so angeordnet sein, daß die Achsen ihrer Halteelemente in zueinander parallelen Ebenen liegen.

Die Verbindung zwischen den Rohrringen und den Membranschläuchen kann aus Silikonschläuchen, gegebenenfalls unter Zwischen­ schaltung von mit dem Rohrring verbundenen festen Krümmern be­ stehen, wobei die Verbindung zwischen den Rohrringen und nach draußen führenden Stutzen im Deckel des Behälters durch flexible Schläuche gebildet sein kann. Zweckmäßigerweise ist der äußere Rohrring mit der Gaszufuhr und der innere Rohrring mit der Gasabfuhr verbunden, weil, wie oben dargelegt, im äußeren Behälterbereich ein größeres Flüssigkeitsvolumen als im inneren Bereich begast werden muß.

Die jeweiligen Membranschlauchwicklungen der Halterungen sind mithin zweckmäßigerweise parallel geschaltet.

Die Halteelemente der Halterungen können jeweils an einem gemeinsamen Stab befestigt sein, dessen oberes Ende durch einen Tragring gehalten wird, der über horizontale Verbindungsstücke mit dem inneren und äußeren Rohrring verbunden ist. Im vertikalen Abstand zu dem Tragring ist der Stab, beispielsweise über einem Flansch, eine Stiftverbindung od. dgl. mit dem oberen Halteelement und in einem größeren Abstand zu diesem mit dem unteren Halte­ element verbunden. Im Verlauf des Stabes, vorzugsweise in dessen unterem Bereich, kann der Stab mit einem teleskopartig verschieb­ baren Abschnitt versehen sein, der das untere Halteelement trägt, wobei eine Druckfeder über an dem unteren Halteelement angreifende Stützen beide Halteelemente auseinanderdrückt. Im aufgewickelten Zustand der Membranschläuche werden diese mithin durch die Feder unter Vorspannung gesetzt, und es werden etwaige Dehnungen und/oder Kontraktionen auf diese Weise ausgeglichen.

Um sicherzustellen, daß die aufgewickelten Membranschläuche in jedem Betriebszustand in ihrer aufgewickelten Lage verbleiben, können sowohl das untere als auch das obere Halteelement mit einer die Membranschläuche übergreifenden Spange versehen sein, die im Abstand zur Oberfläche des als Wickelkörper dienenden Halteelementes angeordnet ist.

Der Abstand zwischen den einzelnen Windungen der aufgewickelten Membranschläuche kann durch Distanzstücke, Distanzscheiben od. dgl. gebildet sein, die auf einer gemeinsamen Achse sitzen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn für die einzelnen Windungen in dem Wickelkörper Nuten vorgesehen sind, in welche im aufgewickelten Zustand die Membranschläuche eingreifen. Auf diese Weise können die Wickelkörper einstückig ausgebildet sein.

Um sicherzustellen, daß die oberen und unteren Halteelemente gegen seitliches Ausweichen festgelegt sind, kann unterhalb der unteren Halteelemente ein Gegenring vorgesehen sein, welcher die unteren Enden der Stäbe fixiert. Dieser Gegenring kann gegebenen­ falls durch mehrere zusätzliche Distanzstangen mit dem Tragring verbunden sein.

Die als Wickelkörper dienenden Halteelemente können einen kreis­ förmigen Querschnitt aufweisen. Es kann aber auch ausreichen, wenn die Halteelemente im Querschnitt halbkreisförmig sind, wobei die Flachseiten der beiden Halteelemente einander zugewandt sind.

Vorzugsweise sind die beiden Halteelemente so angeordnet, daß ihre Achsen in derselben Ebene liegen. Mit der erfindungsgemäßen An­ ordnung ist es jedoch darüber hinaus möglich, die beiden Halte­ elemente so anzuordnen, daß ihre Achsen gegeneinander verdreht sind, d. h. in verschiedenen Ebenen liegen. Eine solche Anordnung führt zu einer zusätzlichen vertikalen Strömung, so daß die Gleichmäßigkeit der Begasung und damit die Homogenität des Produktes hierdurch verbessert werden kann.

Je nach Winkelstellung der Achsen der Halteelemente zueinander und nach Laufrichtung des Trägers kann die vertikale Strömung von unten nach oben oder von oben nach unten erfolgen. Wenn bei­ spielsweise das außen liegende Ende des unteren Halteelementes in Laufrichtung des Trägers vorn liegt, erfolgt eine Strömung von unten nach oben und umgekehrt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen in der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht im Schnitt eine Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Anordnung.

Fig. 2 ist die Draufsicht II-II nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterung.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform für die Anordnung der Halterungen.

Gemäß Fig. 1 ist an einer drehbaren Antriebswelle 1 ein Excenter 2 angeordnet, der einen Träger 3 derart auf einer Kreisbahn bewegt, daß die in einer Horizontalebene des Trägers liegenden Hauptachsen während dieser Bewegung ihre Richtung nicht ändern, d. h. daß der Träger 3 eine Eigendrehung nicht durchführt. An dem Träger 3 ist über Distanzbolzen 4 ein Tragring 5 befestigt, der mehrere stern­ förmig angeordnete Halterungen 6 (vgl. auch Fig. 2) für in Fig. 1 angedeutete Membranschläuche 7 trägt.

Die Halterungen 6 bestehen jeweils aus einem oberen und unteren stabförmigen Halteelement 8 und 9, deren Achsen sich etwa horizontal erstrecken und die als Wickelkörper für die Membranschläuche 7 ausgebildet sind. Die Halteelemente 8 sind hierbei so ausgebildet, daß die einzelnen Windungen der Membran­ schläuche 7 einen Abstand zueinander haben, wozu beim dargestellten Ausführungsbeispiel in dem als Wickelkörper dienenden Halte­ element 8 Nuten 10 angeordnet sind, in welche im aufgewickelten Zustand die Membranschläuche 7 eingreifen. In den Fig. 1 und 3 ist jeweils nur der Anfang einer solchen Wicklung wiedergegeben; diese setzt sich selbstverständlich über die Länge der Halte­ elemente 8 und 9 fort.

Die einzelnen Halteelemente 8 und 9 sind auf einem Stab 11 befestigt, dessen oberes Ende im Abstand zu dem oberen Halteelement 8 in dem Tragring 5 gelagert ist, während sein unteres Ende von einem Gegenring 12 fixiert wird. Zwischen dem Tragring 5 und dem Gegenring 12 können zusätzliche Distanz­ stangen 13 angeordnet sein, um die Anordnung, falls erforder­ lich, zu stabilisieren.

Die Gaszu- und -abfuhr zu den auf den Halteelementen 8 und 9 aufgewickelten Membranschläuchen erfolgt über zwei konzentrisch zueinander angeordnete und an dem Tragring 5 befestigte Rohr­ ringe 14 und 15, wobei beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Gaszufuhr über den äußeren Rohrring 14 und die Gasabfuhr über den inneren Rohrring 15 erfolgt, wobei gegebenenfalls der innere Rohrring 15 jeweils mit einem den Halterungen zugeordneten Krümmer 16 versehen sein kann, dessen freies Ende mit dem jeweiligen von der Halterung kommenden Membran­ schlauch verbunden sein kann, so daß über diesen das abzuführende Gas dem inneren Rohrring 15 zugeführt wird.

Das aus den beschriebenen Teilen bestehende Rührwerkselement wird in der beschriebenen Weise in der zu begasenden Flüssigkeit bewegt, wobei die Bewegung durch die Länge und Flexibilität von Verbindungsschläuchen zwischen den Rohrringen und Anschlüssen im Deckel eines im Querschnitt kreisförmigen Behälters 17 ermöglicht wird, der die Flüssigkeit enthält und dessen Boden 18 zur Aufnahme eines größeren Druckes gewölbt ausgebildet ist. Wie ersichtlich, können in diesem Fall die unteren Halteelemente 9 nicht so weit nach unten geführt werden, daß eine hinreichende Flüssigkeitsbewegung im Boden­ bereich erfolgt. Aus diesem Grunde ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Gegenring 12 eine Rührplatte ange­ ordnet, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als ein spiralförmig gewickelter flacher Streifen 19 ausgebildet ist, dessen Unterkanten 19 a der Wölbung des Bodens 18 folgen.

Der Antrieb der Antriebswelle 1 ist mit 20 bezeichnet.

Fig. 2 ist die Draufsicht II-II nach Fig. 1 und läßt die sternförmige Anordnung der Halterungen erkennen, die dort allerdings nicht wiedergegeben sind. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Krümmer 16, deren Anordnung derjenigen der gesamten Halterung entspricht, mit ihrem äußeren Ende mit dem inneren Rohrring 15 verbunden, wobei der Rohr­ ring 15 über Distanzstücke 21 mit dem Tragring 5 und dieser über Distanzstücke 22 mit dem äußeren Rohrring 14 in Verbindung steht, so daß die drei Ringe 15, 5 und 14 konzentrisch zueinander gehalten werden. Die nach draußen führenden Anschlüsse für den inneren Rohrring 15 und den äußeren Rohrring 14 sind mit 15 a bzw. 14 a bezeichnet.

Wie aus Fig. 2 weiter hervorgeht, ist der Tragring 5 mit verschiedenen Bohrungen 23 zur Aufnahme der Enden der Stäbe 11 und 13 versehen. Der Gegenring 12 (vgl. Fig. 1) ist entsprechend ausgebildet.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab eine der Halterungen 6 im einzelnen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, können sowohl das untere Halteelement 9 als auch das obere Halteelement 8 mit einer die dort aufgewickelten Membran­ schläuche 7 übergreifenden Spange 24 versehen sein, die im Abstand zur Oberfläche des als Wickelkörper dienenden Halte­ elementes angeordnet ist.

Die Nuten 10 sind so ausgebildet, daß die einzelnen Windungen der Membranschläuche in einem Abstand zueinander gehalten werden, um in der oben beschriebenen Weise eine vollständige Umströmung der Membranschläuche zu gewährleisten.

Das obere Halteelement 8 kann durch eine Stiftverbindung 25 mit dem Stab 11 verbunden sein. Das untere Halteelement 9 kann auf einem teleskopartig schiebbaren Abschnitt 26 des Stabes 11 angeordnet sein, wobei eine Druckfeder 27 über an dem unteren Halteelement 9 angreifende Stützen 28 beide Halteelemente auseinanderdrückt. Hierbei ist die Druckfeder 27 zwischen einem auf dem Stab 11 angeordneten Druckring 29 und einem die Stützen 28 tragenden verschieblichen Ring 30 angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es mithin, die aufgewickelten Membranschläuche 7 unter Vorspannung zu setzen, so daß etwaige Dehnungen oder Kontraktionen der Membranschläuche auf diese Weise ausgeglichen werden.

Außerdem ermöglicht diese Anordnung eine Relativdrehung des unteren teleskopartig verschiebbaren Abschnittes 26 zum übrigen Stab 11, so daß in der beschriebenen Weise die Achsen der beiden Halteelemente 8 und 9 gegeneinander verdrehbar sind, um eine zusätzliche vertikale Strömung zu erzielen.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine abgewandelte Anordnung für die Halterungen 6. Wie aus Fig. 4 hervor­ geht, sind hier die Halterungen 6 auf einer Kreisbahn verteilt so angeordnet, daß die Achsen ihrer Halteelemente 8 und 9 in zueinander parallelen Ebenen liegen. Unter Umständen kann bei einer solchen Anordnung die Packung der Halterungen noch dichter als bei einer sternförmigen Anordnung sein, so daß sich die wirksame Membranfläche hierdurch weiter vergrößern läßt.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Begasung einer Flüssigkeit, insbesondere von Kulturmedien zur Vermehrung von Gewebekulturen, mit einem Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, mit wenigstens einem Membranschlauch (Membranhohlfaden) für den Gasaustausch, mit wenigstens einer in die Flüssigkeit eintauchenden Halte­ rung für den Membranschlauch, die ein oberes und ein unteres sich horizontal erstreckendes Halteelement auf­ weist, über welche der Membranschlauch derart gewickelt ist, daß die einzelnen Windungen einen Abstand zueinander haben und mit einem Träger für die Halterung, der mittels eines umlaufenden Excenters ohne Richtungsänderung seiner in einer Horizontalebene liegenden Achsen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halterungen (6) vorge­ sehen sind, daß jedes Halteelement (8, 9) stabförmig ausge­ bildet ist und daß die von den beiden Halteelementen einer Halterung (6) oben und unten begrenzten Flächen benach­ barter Halterungen (6) einen geringen Abstand voneinander haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) für die Membranschläuche (7) stern­ förmig angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zu- und Abfuhr des Begasungsmediums zwei konzentrisch zueinander angeordnete und an dem Träger (3) für das gesamte aus den Halterungen (6) bestehende Rührwerkselement gehal­ terte Rohrringe (14, 15) vorgesehen sind, welche einen Durch­ messer haben, der jeweils etwa dem äußeren und inneren Durchmesser der sternförmigen Anordnung der Halterun­ gen (6) entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) auf einer Kreisbahn verteilt so ange­ ordnet sind, daß die Achsen ihrer Halteelemente (8, 9) in zueinander parallelen Ebenen liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Rohrringen (14, 15) und den Membranschläuchen (7) aus Silikonschläuchen besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß der Membranschläuche (7) an die Rohr­ ringe (14, 15) feste Krümmer (16) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rohrring (14) mit der Gas­ zufuhr und der innere Rohrring (15) mit der Gasabfuhr ver­ bunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranschlauchwicklungen der Halterungen (6) parallel geschaltet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) jeweils an einem gemeinsamen Stab (11) befestigt sind, dessen oberes Ende durch einen Tragring (5) gehalten wird, der über horizon­ tale Verbindungsstücke (21, 22) mit dem inneren und äußeren Rohrring (14, 15) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (11) im vertikalen Abstand zum Tragring (5) über einen Flansch, eine Stiftverbindung (25) od. dgl. mit dem oberen Halteelement (8) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Stabes (11) der Stab mit einem teleskopartig verschiebbaren Abschnitt (26) versehen ist, der das untere Halteelement (9) trägt, wobei eine Druck­ feder (27) über an dem unteren Halteelement (9) angreifende Stützen (28) beide Halteelemente (8, 9) auseinanderdrückt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das untere (9) als auch das obere Halteelement (8) mit einer die Membranschläuche (7) über­ greifenden Spange (24) versehen sind, die im Abstand zur Oberfläche des als Wickelkörper dienenden Halteelementes (8, 9) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den einzelnen Win­ dungen der aufgewickelten Membranschläuche (7) durch Distanz­ stücke, Distanzscheiben od. dgl. gebildet ist, die auf einer gemeinsamen Achse sitzen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Windungen der auf­ gewickelten Membranschläuche (7) in dem Wickelkörper (8, 9) Nuten (10) vorgesehen sind, in welche im aufgewickelten Zustand die Membranschläuche (7) eingreifen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der unteren Halteelemente (9) ein Gegenring (12) vorgesehen ist, welcher die unteren Enden der Stäbe (11) fixiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenring (12) durch mehrere zusätzliche Distanz­ stangen (13) mit dem Tragring (5) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wickelkörper dienenden Halteelemente (8, 9) einen kreisförmigen Querschnitt auf­ weisen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (8, 9) im Querschnitt halbkreisförmig sind, wobei die Flachseiten der beiden Halteelemente (8, 9) einander zugewandt sind.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halteelemente (8, 9) so angeordnet sind, daß ihre Achsen in derselben Ebene liegen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halteelemente (8, 9) so angeordnet sind, daß ihre Achsen gegeneinander verdreht sind, also in verschiedenen Ebenen liegen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das außen liegende Ende des unteren Halteelementes (9) in Laufrichtung des Trägers (3) vorn liegt.