-
Die vorliegende Erfindung betrifft
Vorrichtungen zum Mischen von Materialien, z. B. zum Vermengen von
Bestandteilen einer Mischung oder zum Homogenisieren einzelner Bestandteile.
Die Materialien können
Flüssigkeiten
oder halbflüssige
Stoffe sein und in bestimmten Fällen
Feststoffe, Pulver oder sogar Gase. Die Erfindung betrifft besonders
die Herstellung von Proben für
bakteriologische oder chemische Testverfahren, kann aber ebenso
zur Zubereitung gemischter Lebensmittel wie Rührteige, Blätterteige, Saucen, Babynahrung
und zur Mischung von Klebstoffen oder Farben oder Tierfutterzusätzen verwendet
werden.
-
Eine bekannte Mischvorrichtung zur
Zubereitung von bakteriologischen Proben verwendet Paddel und wird
in GB 1 402 538 beschrieben. Beim Betrieb befinden sich die Probe
und das Verdünnungsmittel
in einem sterilen Plastikbeutel und die Paddel wenden Kräfte auf
die Außenseite
des Beutels auf. Das bedeutet, dass die Mischvorrichtung nach der Verarbeitung
nicht gereinigt und für
die Zubereitung weiterer Proben sterilisiert werden muss und so Kreuzkontamination
verhindert. Diese Vorrichtung beinhaltet zwei rechteckige Paddel
identischer Größe und Form.
Die Kräfte,
welche diese an die Probe abgeben, wirken größtenteils zermalmend. Durch das
Hin- und Herbewegen der Paddel wird die Probe innerhalb des Beutels
horizontal von einer Seite auf die andere gepresst und so werden
die entstehenden Trümmer
gemischt.
-
Eine Untersuchung der Strömungsdynamik dieser
Anordnung durch die Anmelder hat gezeigt, dass der Mischvorgang
im untersten Teil des Beutels am effektivsten ist und sich im oberen
Bereich verringert, wobei sich zwischen den Oberteilen der Paddel ein
Bereich befindet , in dem die Homogenisierung im Vergleich zum Rest
des Beutels minimal ist. Außerdem
haben wir erkannt, dass Bewegung von Flüssigkeit innerhalb des Beutels
wichtig ist, da sie für
eine Art Waschvorgang sorgt. Die Extraktion von Organismen erfordert
den Zermalm- oder Quetschvorgang und den Waschvorgang nicht nur
zum Herauslösen der
Organismen aus der Probe, sondern auch, um diese in Suspension zu
bringen. Die sich ergebende Suspension des zu prüfenden Materials muss so homogen
und so repräsentativ
für das
beprobte Material wie möglich
sein.
-
JP-A-59016532 offenbart eine Vorrichtung zum
automatischen Bewegen des Inhalts eines Blutbeutels, umfassend eine
Tragvorrichtung, welche angeordnet ist, einen geschlossenen Blutbeutel
zu tragen, eine Klemmvorrichtung, um den geschlossenen Beutel zu
halten, und eine Knetvorrichtung, umfassend eine Walze und eine
konische Rührscheibe, welche
den Beutelinhalt während
des Knetens zum Zirkulieren bringen.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines verbesserten Mischgerätes, welches
die Probleme des früheren
Stands der Technik mindert.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Vorrichtung zum Mischen von Materialien bereitgestellt,
umfassend eine Tragvorrichtung, welche angeordnet ist, einen geschlossenen
Beutel zu tragen, der ein zu mischendes Material enthält; eine
Knetvorrichtung, die angeordnet ist, um ein Kneten in Bezug auf die
Beutelwände
auszuüben,
um deren Inhalt zu homogenisieren; sowie eine Haltevorrichtung,
um den geschlossenen Beutel während
des Knetens gegen die Tragvorrichtung zu drücken, wobei die Knetvorrichtung
in Verbindung mit der Tragvorrichtung arbeitet, sodass der Inhalt
des Beutels während
des Knetens zum Zirkulieren gebracht wird, und wobei die Knetvorrichtung
ein Paar Paddel umfasst, von dem jedes Paddel derart an geordnet
ist, dass es auf einen anderen Bereich des Beutels einwirkt, und
dass die Vorrichtung weiterhin ein Einzelstempelelement zwischen
den Paddeln umfasst , das im Wesentlichen eine quer verlaufende
Materialbewegung durch einen zentralen Bereich des Beutels verhindert.
-
Die Zirkulation des Inhalts ist vorteilhaft,
da sie für
eine gleichmäßigere bzw.
effektivere Mischung und Homogenisierung sorgen kann.
-
Die Haltevorrichtung kann eine Klemmvorrichtung
umfassen. Wenn Probenbeutel mit offenem Ende verwendet werden, kann
die Klemmvorrichtung derart angeordnet werden, dass mit ihr ein
temporärer
Verschluss am offenen Ende vorzusehen ist.
-
Die Paddel können so angeordnet werden, dass
jedes auf einen anderen Bereich des Beutels einwirkt, während sie
zueinander phasengetrennt (out of phase) arbeiten.
-
Wenigstens ein Paddel kann so geformt
und dimensioniert sein, dass es eine Zirkulation hervorruft und/oder
unterstützt.
Das Paar Paddel kann asymmetrisch in Bezug aufeinander derart angeordnet
sein, dass die Zirkulation gefördert
wird.
-
Das bzw. jedes Paddel kann eine Knetfläche haben,
welche während
des Knetens auf den Beutel einwirkt. Die Knetfläche kann derart geformt sein, dass
Zirkulation hervorgerufen und/oder unterstützt wird. Insbesondere kann
die Knetfläche
ein breites Ende und ein schmales Ende haben. Die vom Paddel hervorgerufene
Verschiebung am breiten Ende wird dann größer als am schmalen Ende sein.
Unter der Einwirkung der Knetfläche
auf den Beutel wird dadurch der Beutelinhalt dazu neigen, sich in
eine Richtung vom breiten Ende zum schmalen Ende zu bewegen.
-
Das bzw. jedes Paddel kann derart
angeordnet sein, dass während
des Knetens einige Bereiche der Knetfläche vor anderen Bereichen der
Knetfläche mit
dem Beutel in Kon takt kommen. Dies kann eine Bewegung des Inhalts
hervorrufen/unterstützen.
-
Ein Paar Paddel kann in Gegenüberstellung derart
angeordnet werden, dass das breite Ende eines jeden Paddels auf
den Beutel in einem Bereich einwirkt, der benachbart zu einem Bereich
ist, auf den das schmale Ende des jeweils anderen Paddels einwirkt.
Die Anordnung solch eines Paars Paddel zum Einwirken auf den Beutel
in Gegenphase ist ein Weg zum Hervorrufen einer Zirkulation des
Beutelinhalts.
-
Die Knetfläche kann im Allgemeinen dreieckig
sein. Jede Seite der im Allgemeinen dreieckigen Form kann kurvenförmig sein.
-
Das Einzelstempelelement kann in
einer festen Relation zum Beutel gehalten werden. Die sich gegenüber liegenden
Flächen
des Einzelstempelelements und ein oder mehrerer verbundener Paddel können voneinander
beabstandet sein. Der Zwischenraum am breiten Ende des Paddels kann
geringer als am schmalen Ende sein. Die Randflächen des Einzelstempelelements
können
konvex, die diesen gegenüberliegenden
Flächen
des Paddels konkav sein.
-
Die Anordnung ist vorzugsweise so
zu gestalten, dass eine Extrusion des Materials auftritt, wenn es
zirkuliert.
-
Vorzugsweise ist ein Ende des Einzelstempelelements
von einem inneren Abschluss des Beutels so zu beabstanden, dass
ein erster Zwischenraum zwischen jenem Ende und dem betreffenden Abschluss
definiert ist, während
das andere Ende des Einzelstempelelements von einem gegenüberliegenden
inneren Abschluss des Beutels beabstandet werden kann, sodass ein
zweiter Zwischenraum zwischen dem anderen Ende und dem gegenüberliegenden
Abschluss definiert ist.
-
Vorzugsweise sind die Öffnungen
derart angeordnet, dass das Material beim Zirkulieren, während des
Knetens, durch einen Zwischenraum in eine erste Richtung und durch
den anderen Zwischenraum in eine entgegengesetzte Richtung passiert.
-
Vorzugsweise wird das Material beim
Passieren eines jeden Zwischenraums extrudiert.
-
Ein unterer innerer Abschluss wie
beispielsweise ein unterer Endverschluss des Beutels in einer Ebene
der Zirkulation kann bogenförmig
sein und ist vorzugsweise halbkreisförmig. Dies kann die Zirkulation
unterstützen.
Der Kurvenzug des Abschlusses kann eine enge Übereinstimmung mit dem Kurvenzug
einer oder mehrerer gegenüberliegender
Flächen
eines oder mehrerer Paddel haben. Der Abschluss und diese andere(n)
gegenüberliegende(n) Fläche(n) werden
normalerweise weitgehend parallel sein.
-
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben,
in denen:
-
1 eine
schematische Seitenansicht einer Mischvorrichtung vor der Beladung
ist;
-
2 eine
schematische Seitenansicht der Mischvorrichtung in beladenem Zustand
ist;
-
3 ein
partieller Aufriss der Mischvorrichtung in beladenem Zustand ist;
und
-
4 eine
Schnittansicht der Mischvorrichtung entlang der Linie iv-iv in 3 ist.
-
Eine Mischvorrichtung umfasst im
Allgemeinen eine Tür 1,
welche als Tragvorrichtung dient und um ein Ende schwenkbar ist.
Bei Betrieb dient Tür 1 als
Rückstütze für einen
Beutel 3, welcher eine zu mischende Probe enthält. Eine
Klemmverschlussvorrichtung 4 sorgt für ein Halten des Beutels 3 und
für einen
Verschluss vor und während
des Betriebs der Vorrichtung.
-
Eine Knetvorrichtung, welche ein
erstes Paddel 5 und ein zweites Paddel 6 umfasst,
ist derart vorgesehen, dass der Beutelinhalt durch Druck gegen die
Rückstütze der
Tür geknetet
werden kann. Ein Einzelstempelelement 7 ist zwischen den
Paddeln 5, 6 vorgesehen. Das erste Paddel 5 ist
mit einer Treibvorrichtung 8 verbunden, um das erste Paddel 5 durch
Hin- und Herbewegung in einer Richtung zu treiben, welche im Wesentlichen
senkrecht zur Knetfläche 5a des
ersten Paddels 5 ist. Ebenso ist eine zweite Treibvorrichtung 9 vorgesehen,
um das zweite Paddel 6 durch Hin- und Herbewegung in eine
Richtung zu treiben, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Knetfläche 6a des
zweiten Paddels 6 ist. Ein gemeinsamer Motor 10 treibt
beide Treibvorrichtungen 8, 9 an, welche jeweils
die Form von Zahnradgetriebeanordnungen aufweisen. Das Einzelstempelelement 7 ist
am Rahmen des Geräts
montiert, um bei Betrieb im Wesentlichen ortsfest zu bleiben.
-
Die Tür ist um ein Scharnier schwenkbar
zwischen einer offenen Position, in welcher der Probenbeutel 3 beladen
werden kann, und einer geschlossenen Position, in welcher der Probenbeutel
mit der Klemme 4 in Kontakt kommt, sodass der Beutel verschlossen
und der Inhalt darin eingeschlossenen wird. In der geschlossenen
Position kommen der Beutel 3 und die darin eingeschlossene
Probe mit der Knetfläche
des ersten und zweiten Paddels 5, 6 und dem Einzelstempelelement 7 in
Kontakt.
-
Wie man insbesondere beim Blick auf 3 sieht, ist das erste Paddel 5 als
eine im Allgemeinen dreieckige Platte geformt, welche in der Richtung senkrecht
zur Knetfläche
von im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke
und in einer Ebene parallel zur Knetfläche an einem Ende breiter als
am anderen ist. In der in 3 gezeigten
Ausrichtung, welche die für den
Betrieb der Vorrichtung typische Ausrichtung ist, ist das breite
Ende des ersten Paddels 5 unter dem schmalen Ende des ersten
Paddels 5 angeordnet. Obwohl das erste Paddel 5 im
Allgemeinen dreieckig ist, hat es eher kurvenförmige als gerade Seiten und eher
abgerundete Enden als winklige Scheitelpunkte. Das zweite Paddel 6 hat
eine mit dem ersten Paddel 5 im Wesentlichen identische
Form, ist jedoch in gegenüberliegender
Relation zum ersten Paddel 5 angeordnet. Das heißt, das
schmale Ende des zweiten Paddels 6 ist bei der in 3 gezeigten Ausrichtung unter
dem breiteren Ende angeordnet.
-
Das Einzelstempelelement 7 ist
zwischen dem ersten und zweiten Paddel 5, 6 angeordnet.
Wie man wiederum insbesondere beim Blick auf 3 sieht, ist das Einzelstempelelement 7 derart
angeordnet, dass ein erstes Ende des Einzelstempelelements 7 von
Klemme 4 beabstandet ist, und ein zweites Ende des Einzelstempelelements 7 von
einem Endverschluss 31 eines beladenen Probenbeutels 3 beabstandet
ist. Daher bilden sich, wenn die Vorrichtung mit einem Probenbeutel
beladen ist, die Zwischenräume
A zwischen den Enden des Einzelstempelelements 7 und den,
durch die oberen und unteren Verschlüsse des Beutels gebildeten,
inneren Abschlüssen
des Beutels, wobei der untere davon halbkreisförmig ist.
-
Jedes der Paddel 5, 6 hat
zwei konvexe Seiten 51, 61, 52, 62, welche dem Einzelstempelelement 7 abgewandt
sind, und eine konkave Seite 53, 63, welche dem Einzelstempelelement 7 zugewandt
ist. Das Einzelstempelelement hat zwei konvexe Seiten 71 und 72,
von denen jede einer der entsprechenden konkaven Seiten 53, 63 der
beiden Paddel 5, 6 zugewandt ist. Die sich gegenüberliegenden
Flächen 53, 63, 71, 72 der
beiden Paddel 5, 6 und des Einzelstempelelements 7 definieren
zwei Kanäle 11 und 12.
-
Vorausgesetzt, dass die Vorrichtung
bereits mit einem Beutel 3 mit darin eingeschlossener Probe derart
beladen wurde, dass die Tür
in geschlossener Position und der Beutel durch die Klemmverschlussvorrichtung 4 verschlossen
ist, kann die Vorrichtung zur Homogenisierung der Probe und des
Verdünnungsmittels
benutzt werden, indem man die Motoren 8 und 9 einsetzt,
um das erste und zweite Paddel im Wesentlichen in Gegenphase durch
Hin- und Herbewegung anzutreiben. Das heißt, während das erste Paddel 5 in
Vorwärtsrichtung
gegen den Beutel 3 getrieben wird, wird das zweite Paddel 6 vom
Beutel 3 abgezogen, und umgekehrt.
-
Wenn das erste Paddel 5 gegen
die im Beutel 3 enthaltene Probe gedrückt wird, werden die Feststoffe
in der Probe dazu neigen, durch die Vorwärtsbewegung zermalmt zu werden,
und diese festen Bestandteile werden gemeinsam mit flüssigen und
gasförmigen
Bestandteilen im Material dazu neigen, in einer von Pfeil 13 gezeigten
Aufwärtsrichtung getrieben
zu werden. Dies ist eine Richtung vom breiten Ende des ersten Paddels 5 zum
schmalen Ende des ersten Paddels 5. Diese Tendenz des Materials, sich
in Aufwärtsrichtung
zu bewegen, kann durch die vom breiteren Ende des ersten Paddels 5 hervorgerufene
größere Verschiebung
erklärt
werden.
-
Das Einzelstempelelement 7 verhindert
im Wesentlichen jede Querbewegung des Materials im zentralen Bereich
des Beutels. Stattdessen wird dieses Material durch die obere Öffnung A
gepresst, wie es Pfeil 14 zeigt.
-
In dem Augenblick, in dem das erste
Paddel 5 vom Beutel 3 abgezogen wird, wird das
zweite Paddel 6 gegen den Beutel 3 gedrückt. Nun
treten dieselben Effekte auf, jedoch in entgegengesetzter Richtung,
sodass das Material sowohl zermalmt, als auch nach unten (in der
in 3 gezeigten Ausrichtung) zum
schmaleren Ende des zweiten Paddels 6 hin getrieben wird,
wie es Pfeil 15 zeigt. Sodann wird das Material durch die
untere Öffnung
A getrieben, wie es Pfeil 16 zeigt.
-
Dieses Zirkulationsverhalten setzt
sich fort, während
die Paddel 5, 6 in Gegenphase angetrieben werden.
-
Das auftretende Zirkulationsverhalten
ist vorteilhaft. Das ist deshalb so, weil bei der Homogenisierung
von Proben mit einem geeigneten Verdünnungsmittel zur Extraktion
von Mikroorganismen und Herstellung einer Suspension zwecks anschließender Analyse
wichtig ist, dass die entstandene Suspension so homogen wie möglich und
für die
Gesamtheit des untersuchten Materials so repräsentativ wie möglich ist.
Die durch die vorliegende Vorrichtung erzeugte Zirkulation verhindert,
dass einige Bereiche der Probe weniger homogenisiert werden als
andere und hilft, die Probe als Ganzes zu mischen.
-
Die vom Verdünnungsmittel hervorgerufene Bewegung
ist ebenso von Bedeutung, da es nicht nur auf das Zermalmen der
festen Bestandteile in der Probe ankommt, sondern auch auf eine
Waschwirkung, welche dabei hilft, die Organismen aus der Probe herauszulösen und
in die Suspension zu treiben.
-
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass das Material, während es durch die Öffnungen
A getrieben wird, extrudiert wird und die Kombination von Zirkulation,
Extrusion und Zermalmen die mikrobiologische Wirksamkeit des Mischgerätes verbessert.
-
Der Endverschluss 31 des
Beutels 3 ist halbkreisförmig und so gewählt, dass
er einen Kurvenzug aufweist, welcher eine enge Übereinstimmung mit den unteren
kurvenförmigen
Kanten 52, 61 der Paddel hat. Der Kurvenzug des
Endverschlusses 31 hilft dabei, das Auftreten von Zirkulation
zu unterstützen.
-
Die Wirkung der Vorrichtung ist besonders effektiv,
wenn zwischen den Knetflächen
und der den Beutel tragenden Fläche
ein Zwischenraum von etwa 2 mm gebildet wird.
-
Es ist nachvollziehbar, dass andere
Vorrichtungen verwendet werden können,
um Zirkulation hervorzurufen, zuzulassen oder zu unterstützen. Beispielsweise
können
die Knetflächen 5a, 6a der
beiden Paddel 5, 6 weiter abgeändert werden, sodass sie Zirkulation
unterstützen.
Insbesondere können die
Paddel derart angeordnet werden, dass das breite Ende jedes Paddels 5, 6 vor
dem schmalen Ende des Paddels mit dem Beutel und dem Material in Kontakt
kommt. In der vorliegenden Ausführungsform
könnte
dies erreicht werden, indem die Paddel 5, 6 mit
einem keilförmigen
Querschnitt gefertigt werden. Eine andere Möglichkeit ist es, weitere kurvenförmige innere
Abschlüsse
am Beutel einzuführen, zum
Beispiel durch Ausstattung mit einer kurvenförmigen Türklemme.
-
Alternativ kann das Einzelstempelelement direkt
auf der Tür/Tragvorrichtung
vorgesehen werden.