DE3818727A1 - Laborfermenter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Laborfermenter, der durch Druckdampf in einem Autoklav sterilisiert wird.

In üblichen Fermentern werden für die Homogenisierung und für die Verteilung der Gase im Medium Rührwerke eingesetzt, die von einem außerhalb angeordneten Motor angetrieben werden. Insbesondere bei Laborfermentern bereitet eine verläßliche Übertragung der Motorumdrehungen aus dem nicht­ sterilen Milieu in das Innere des Züchtungsraumes besonders bei wechselnden Temperaturen gewisse Schwierigkeiten. Durch die chemisch aggressiven Medien können die Dichtungsmateria­ lien angegriffen und beschädigt werden.

Zur Überwindung dieser Probleme wird bereits ein Motoran­ trieb eingesetzt, dessen Abtriebswelle entweder den Boden oder den Deckel des Gefäßes und des Autoklaven durchtritt. Diese Welle ist verläßlich durch eine Stopfbuchse abgedich­ tet, die jedoch bei der Sterilisierung hohen Temperaturen und chemischen Einflüssen ausgesetzt wird und daher nur eine beschränkte Lebensdauer hat.

Bei einem anderen Antrieb erfolgt die Übertragung der Dreh­ momente über eine magnetische Kupplung. Der Gleichstrom­ motor ist über ein Untersetzungsgetriebe zur Drehzahlreduk­ tion mit einem Teil der Magnetkupplung verbunden, deren zweiter Teil mit der Rührwerkswelle im Inneren des Züch­ tungsgefäßes untergebracht ist. Nachteilig ist der relativ große Raumbedarf des Motors und der komplexe Aufbau durch das Untersetzungsgetriebe.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fermenter für insbeson­ dere Laboratorien zu schaffen, dessen Rührwerksantrieb kompakt aufgebaut ist und die genannten Dichtungsprobleme überwindet.

Diese Aufgabe wird bei einem Fermenter mit einem Züchtungs­ gefäß, einem Mantel und zwei Stirnplatten zumindest teil­ weise aus einem paramagnetischen und elektrisch nichtleiten­ den Material gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rotor des Antriebsmotors im Inneren des Züchtungsraums angeordnet und mit der Rührwerkswelle fest verbunden ist, wobei an seiner äußeren Stirnseite Magnetpole auf einem Kreis angeordnet sind und der außerhalb des Züchtungsgefäßes positionierte Stator Elektromagnete aufweist, deren Pol­ schuhe spiegelbildlich zu den Polschuhen der Rotormagnete angeordnet sind.

Der Fermenter gemäß der Erfindung ermöglicht eine Durch­ mischung des Mediums während der Sterilisierung mit Dampf, und zwar bei kleineren Abmessungen seines Antriebs. Die konstruktive Gestaltung ermöglicht die Verwendung von wärme­ beständigen Werkstoffen bis zu 130°C bei Dampfdrücken bis zu 0,2 MPa. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Dreh­ zahlregelung ohne Übersetzung von Null bis 500 U/min ledig­ lich durch Änderung der Frequenz der Statorimpulse. Aus der einfachen Konstruktion des Motors ergibt sich auch seine geringere Störanfälligkeit und bei Speisespannungen bis zu 24 V auch ein sicherer Betrieb. Der Schrittmotor kann durch einfache Anlegung des Stators an die Stirnfläche des Züchtungsgefäßes mit dem eingebauten Rotor komplettiert und auch in einem explosiven Milieu eingesetzt werden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Laborfermenter im schematischen Axial­ schnitt,

Fig. 2 die Anordnung der Polschuhe am Rotor und Stator in schematischer Draufsicht,

Fig. 3 ein Blockdiagramm der Stromversorgung und der Steuerung des Schrittmotors.

Der dargestellte Laborfermenter enthält ein im Autoklaven 1 eingebautes Züchtungsgefäß 2, das von einem zylindrischen Mantel 6 und zwei Stirnplatten 5 a, 5 b gebildet wird. Im Inneren des Züchtungsgefäßes 2 ist ein Rührwerk 3 angeord­ net, dessen zentrale Welle 4 mehrere Rührelemente trägt und mit einem scheibenförmigen Rotor 8 eines Schrittmotors drehfest verbunden ist. Außerhalb des Züchtungsgefäßes, unter der Stirnplatte 5 b ist ein Stator 7 fest angeordnet und über ein elektrisches Kabel 11 an eine Versorgungsein­ heit 12 angeschlossen. Auf dem Stator 7 sind Elektromagnete 10 mit Polschuhen und auf dem Rotor 8 Magnete 9 mit Polschu­ hen an den einander zugewandten Stirnseiten befestigt. Die Versorgungseinheit 12 enthält einen Impulsgenerator mit Gleichrichter 17, einen Oszillator 13, einen Phasenein­ stell- und Anlaß-Kreis 14 sowie zwei bistabile Multivibra­ toren 15. Einer dieser Multivibratoren 15 bildet zusammen mit in die Wicklungen der Elektromagnete 10 des Stators eingeschalteten Lastschaltern 16 einen von zwei Speisekrei­ sen.

Für die Erfindung ist die Verwendung von Schrittmotoren in Kombination mit dem mit den Magneten 9 bestückten Rotor 8 von Bedeutung. Vom Impulsgenerator werden in genauer zeitlicher Reihenfolge Statorimpulse abgegeben. Der erste Statorimpuls baut in den Elektromagneten 10 des ersten Kreises ein magnetisches Feld auf, das den Rotor 8 um die Entfernung eine halbe Breite des Magneten 9 verdreht. Wäh­ rend des Andauerns des ersten Statorimpulses wird in die Wicklungen der Elektromagnete 10 des zweiten Kreises ein zweiter Statorimpuls abgegeben, der eine definitive Ver­ drehung des Rotors 8 um die gesamte Breite des Magneten 9 verursacht. Es folgt dann ein erster Statorimpuls, der in den Elektromagneten 10 des ersten Kreises eine Änderung der Orientierung ihrer magnetischen Felder herbeiführt, die in Zusammenwirkung mit den Magnetpolen der Magnete 9 eine weitere Verdrehung des Rotor 8 bewirkt. Der zweite Statorimpuls schließt dann den Verdrehungszyklus ab. Durch Abgabe von vier Impulsen wird somit der Rotor 8 gegenüber dem Stator 7 um eine Entfernung verdreht, die annähernd der zweifachen Breite der Magnete 9 entspricht. Die Drehzahl des Rotors 8 wird durch Anderungen der Frequenz der Stator­ impulse und seine Drehrichtung durch Phasenmodulation gere­ gelt.

Wie deutlich in Fig. 2 dargestellt, sind die Elektromagnete 10 des Stators 7 U-förmig ausgebildet und auf Kreisen ange­ ordnet. Die Elektromagnete 10 der einzelnen Kreise sind in Paare aufgeteilt, die durch Leitungen derart verbunden werden, um immer eine entgegengesetzte magnetische Orientie­ rung ihrer Polschuhe zu erzielen.

Ihre U-förmigen Kerne sind aus Transformatorblechen aufge­ baut, um die Verluste durch Foucault-Ströme bei höheren Drehzahlen zu reduzieren.

Wie dargestellt können die Elektromagnete 10 des Stators 7 auch auf mehreren Kreisen angeordnet sein, wobei die Schenkel benachbarter Elektromagnete ineinandergreifen.

Die Magnete 9 des Rotors 8 können sowohl als Elektromagnete, wie auch als permanente Magnete ausgebildet sein.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist die Boden­ platte 5 b des Gefäßes 2 über einen Randflansch und Schraub­ bolzen sowie einen Gegenring an einem unteren Ringflansch des zylindrischen Mantels 6 lösbar befestigt. In der ggf. mehrteiligen Bodenplatte 5 b ist eine flache Ausnehmung ausgebildet, in welcher der scheibenförmige Rotor 8 frei drehbar aufgenommen ist. Die mit dem Rotor 8 drehfest ver­ bundene Rührwerkswelle 4 ist in einer Lagerbuchse im oberen Bauteil der Bodenplatte 5 b gelagert.

Claims (3)

1. Laborfermenter, dessen Züchtungsgefäß von einem Mantel und zwei Stirnplatten aus zumindest teilweise einem paramagnetischen und elektrisch nichtleitenden Material gebildet ist und berührungslos ein angetriebenes Ro­ tationsrührwerk enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkswelle (4) drehfest mit dem Rotor (8) eines Schrittmotors (4) verbunden ist, daß an dem im Inneren des Züchtungsgefäßes (2) angeordneten Rotor (8) stirnseitig orientierte und in einem Kreis ange­ ordnete Polschuhe von Magneten (9) an der Bodenplatte (5 b) angeordnet sind und daß der Stator (7) mit Elektro­ magneten (10), deren Polschuhe spiegelbildlich zu den Polschuhen der Magnete (9) des Rotors (8) angeordnet sind, außerhalb des Züchtungsgefäßes (2) positioniert ist.

2. Laborfermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Rotor (8) in einer Ausnehmung der ggf. mehrteiligen Bodenplatte (5 b) des Gefäßes (2) drehbar gelagert ist.

3. Laborfermenter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (10) des Stators (9) zu zwei elektrischen Kreisen mit je einem Lastschalter (16) und je einem Multivibrator (15) verschaltet sind, die über einen Phasenmodulator (14) an einen Gleichrichter (17) und an einen Oszillator (13) angeschlossen sind.