EP3241609A1 - Mischvorrichtung sowie einmalvorrichtung für eine solche mischvorrichtung - Google Patents

Mischvorrichtung sowie einmalvorrichtung für eine solche mischvorrichtung Download PDF

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EP3241609A1
EP3241609A1 EP17166342.0A EP17166342A EP3241609A1 EP 3241609 A1 EP3241609 A1 EP 3241609A1 EP 17166342 A EP17166342 A EP 17166342A EP 3241609 A1 EP3241609 A1 EP 3241609A1
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EP
European Patent Office
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rotor
mixing
rod
limiting element
axial direction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17166342.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Reto Dr. Schöb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Levitronix GmbH
Original Assignee
Levitronix GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01F33/453—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements
    • B01F33/4531—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements using an axis supported in several points for mounting the stirring element
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    • B01F35/5312—Mixing receptacles characterised by the configuration of the interior, e.g. baffles for facilitating the mixing of components with baffles, plates or bars on the wall or the bottom with vertical baffles mounted on the walls
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    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
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    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/44—Mixing of ingredients for microbiology, enzymology, in vitro culture or genetic manipulation

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for mixing or stirring substances and a disposable device for a mixing device according to the preamble of the independent claim of the respective category.
  • Mixing devices for mixing or stirring substances for example two liquids or a liquid with a powder or liquids or suspensions with gases, are used in many technical fields.
  • the purity of the mixing container, in which the mixing takes place, and the components therein are very important. Examples include the pharmaceutical industry and the biotechnology industry.
  • solutions and suspensions are often prepared that require careful mixing of the substances.
  • electromagnetically operated mixing devices are known in which a rotor, which usually comprises or drives an impeller, is arranged in the mixing container. Outside of the mixing container is then a stator is provided which, by means of magnetic or electromagnetic fields, drives the rotor contactlessly through the wall of the mixing container and magnetically supports it non-contact in a desired position.
  • This "contactless" concept has the particular advantage that no mechanical bearings or feedthroughs are required in the mixing vessel, which can form a cause of contamination or contamination.
  • stator and the rotor arranged in the mixing container form a bearingless motor.
  • bearingless motor means an electromagnetic rotary drive in which the rotor is mounted completely magnetically with respect to the stator, wherein no separate magnetic bearings are provided.
  • the stator is designed for this purpose as a bearing and drive stator, which is both stator of the electric drive and stator of the magnetic bearing.
  • a magnetic rotating field can be generated, which on the one hand exerts a torque on the rotor, which causes its rotation, and which exerts on the other an arbitrarily adjustable lateral force on the rotor, so that its radial position can be actively controlled or regulated is.
  • the rotor of this mixing device constitutes an integral rotor because it is both the rotor of the electromagnetic drive and the rotor of the mixer.
  • the bearingless motor also offers the advantage of a very compact and space-saving design.
  • the mixing container is often configured as a flexible plastic bag with rotor contained therein. These bags are often sterilized during production or after packaging and storage and delivered to the customer in sterile form in the package.
  • the mixing device for mixing or stirring substances comprising a magnetically mounted rotor, wherein the rotor is better stabilized against tilting.
  • the mixing device should also be able to be designed such that it comprises a disposable device for single use and a reusable device for multiple use.
  • a disposable device for such a mixing device is also proposed.
  • the object of the invention solving this object are characterized by the features of the independent claim of each category.
  • a mixing device for mixing or stirring substances with a mixing container for receiving the substances to be mixed or stirred, with a rotor arranged in the mixing container, with which at least one vane for mixing or stirring the substances for rotation about an axial Direction is drivable, as well as with a arranged outside the mixing container stator, with which the rotor is magnetically non-contact in the operating condition for rotation about the axial direction drivable and magnetically storable with respect to the stator, wherein a Kipp Schl is provided for the rotor, which in axial Direction extending rod includes, which is rotatably connected to the rotor, as well as with respect to the mixing container fixed limiting member which cooperates with the rod, wherein the anti-tip device is configured and arranged such that the rod can rotate with respect to the limiting element, and a tilting of the rotor is limited by a physical contact between the rod and the limiting element.
  • the anti-tip device By providing the anti-tip device, it is ensured that the magnetically mounted rotor is better and more reliably stabilized against tilting with respect to the axial direction, because its maximum possible tilting is mechanically limited. Such tilts represent two degrees of freedom of movement of the rotor, both of which are limited by the anti-tip device. It is an essential aspect that the limiting element and the rod touch only when the tilting of the rotor is too strong or too large. If the rotor is not tilted or only slightly tilted, then the rod and the limiting element do not touch, d. H. In this state, the magnetic bearing of the rotor is not affected by the anti-tip device. The anti-tilt device does not serve as a full bearing for the rotor, but limits its maximum possible tilting.
  • the stator is designed as a bearing and drive stator, with which the rotor in the operating state is non-contact magnetically driven and at least radially relative to the stator without contact magnetically storable. That is, at least the position of the rotor in the radial plane is controllable by an active magnetic bearing.
  • This embodiment allows a particularly cost-effective and space-saving, compact design, because the stator is designed not only as a drive stator, but at the same time is the stator for the magnetic bearing of the rotor.
  • Such a configuration can for example be based on the principle of the bearingless motor, in which the rotor is actively magnetically controlled with respect to three of its degrees of freedom, namely the rotation about the axial direction and its position in the radial planes perpendicular to the axial direction.
  • the rotor is passive magnetically stabilized in the operating state with respect to the axial direction and is preferably additionally passively magnetically stabilized with respect to the axial direction against tilting.
  • Such an embodiment is possible according to the principle of the bearingless motor.
  • the three remaining degrees of freedom namely the position of the rotor in the axial direction and the two degrees of freedom of tilting, are then passively magnetically stabilized, ie not controllable, by reluctance forces.
  • the anti-tip device is configured so that when tilting of the rotor, the rod comes into contact with the limiting element before the rotor comes into physical contact with a surrounding wall. Ie. the distance or the clearance between the rod and the limiting element is dimensioned so that the rod comes into contact with the limiting element and thus prevents the further tilting of the rotor before the rotor can contact the wall surrounding it.
  • the limiting element is arranged on the inside of one of the two axial boundary surfaces of the mixing container. This represents a structurally particularly simple measure.
  • the limiting element is arranged opposite the rotor, so that the rod extends with respect to the axial direction substantially through the entire mixing container.
  • the rotor is arranged in the region of the bottom of the mixing container in the stator, while the limiting element is thus arranged on the opposite inner side or inner wall of the mixing container at its upper boundary surface.
  • the rod then extends from the center of the rotor in the axial direction through the entire mixing container and is then received by the limiting element.
  • a preferred measure is that the rod is secured against separation from the limiting element. After assembly of the mixing container is thus prevented that the rod unintentionally loses its operative connection with the limiting element, thereby increasing the reliability of the mixing device.
  • the rod extends in the axial direction through the limiting element.
  • the limiting element has, for example, a circular, through-going opening in the axial direction, through which the rod is inserted during the assembly of the mixing device, so that subsequently the limiting element completely surrounds the rod.
  • the rod has at its end remote from the rotor end member, which is designed for receiving by the limiting element.
  • the closing element is inserted via a snap connection in the limiting element.
  • the closing element is provided with a diameter which is larger than the diameter of the rest of the rod.
  • the closure member may then be inserted into the restriction member through an opening thereof, the aperture having a diameter smaller than the diameter of the termination member and greater than the diameter of the remainder of the rod.
  • the closing element is designed spherical or frusto-conical, because then the rod can roll on contact with the limiting element on this.
  • the limiting element is a pin includes, which extends in the axial direction, and which is insertable into the end of the rod.
  • the pin and the receiving end of the rod can be designed so that the pin is inserted via a snap connection in the rod.
  • the limiting element is configured dimensionally stable and is made of a plastic. This allows a particularly simple and inexpensive production. For the same reason it is also preferred if the rod and all wings are made of a plastic.
  • the mixing device comprises components which are designed as disposable parts for single use.
  • the mixing device has a disposable device which is designed for single use, as well as a reusable device which is designed for multiple use, wherein the disposable device comprises the mixing container, the rotor, all wings, and the anti-tip device, wherein the mixing container designed as a flexible mixing container and is made of a plastic, and wherein the reusable device comprises the stator, and a support container for receiving the mixing container.
  • the invention further proposes a disposable device for a mixing device according to the invention, which comprises the reusable device which is designed for multiple use, wherein the disposable device is designed for single use, and comprises the flexible mixing container for receiving the substances to be mixed or stirred, which is made of a plastic, as well as arranged in the mixing vessel rotor, with which the at least one wing for mixing or stirring the substances for rotation about the axial direction is driven, and the anti-tip device for the rotor, which extending in the axial direction Bar, which is rotatably connected to the rotor, and with respect to the mixing container fixed limiting element, which cooperates with the rod, wherein the anti-tip device is configured and arranged so that the rod can rotate relative to the limiting element, and a Tilting of the rotor is limited by a physical contact between the rod and the limiting element, wherein the disposable device is further configured for cooperation with the reusable device, and is insertable into the support container of the reusable device, wherein the rotor by the stator of the
  • Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of a first embodiment of a mixing device according to the invention, which is designated overall by the reference numeral 1.
  • Such mixing devices 1 can be used in particular in the pharmaceutical industry and in the biotechnology industry.
  • the mixing device according to the invention is also suitable for those applications in which a very high degree of purity or sterility of those components which come into contact with the substances to be mixed is essential.
  • the inventive mixing device 1 can also be designed as a bioreactor or as a fermenter. It is understood, however, that the invention is not limited to such embodiments, but more generally relates to mixing devices with which media or substances are mixed or stirred. In particular, these substances may be fluids or solids, preferably powder.
  • the mixing device 1 according to the invention is suitable for mixing or stirring liquids with one another and / or for mixing at least one liquid with a powder or other solid and / or for mixing gases with liquids and / or solids.
  • the mixing device 1 comprises a mixing container 2 for receiving the substances to be mixed or stirred, which is dimensionally stable and is preferably made of a plastic. Examples of suitable plastics are mentioned later.
  • the mixing container 2 may have a plurality of inlets and outlets for liquid, gaseous or solid substances or for the inclusion of probes or measuring sensors, which in Fig. 1 are not shown for the sake of clarity.
  • the mixing container 2 has two axial boundary surfaces, namely a bottom 22 (shown below in FIG Fig. 1 ) and a ceiling 23 (shown at the top in FIG Fig. 1 ).
  • a disc or annular rotor 3 is arranged at its bottom 22, with which a plurality of vanes 6 can be driven to rotate about an axial direction A, which mix or stir the substances in the mixing container 2.
  • a stator 4 is provided with a plurality of coil cores 41, the coils or windings 42 carry, with which the rotor 3 is magnetically non-contact in the operating state.
  • the stator 4 is designed as a bearing and drive stator, with which the rotor 3 in the operating state is magnetically non-contact magnetically drivable and with respect to the stator 4 non-contact magnetically storable.
  • the stator 4 and the rotor 3 thus form an electromagnetic rotary drive, which is preferably designed according to the principle of the bearingless motor.
  • the rotor 3 can be magnetically driven in a non-contact manner and can be mounted magnetically with respect to the stator 4 in a non-contact manner.
  • the stator 4 is configured as a bearing and drive stator, with which the rotor 3 in the operating state can be magnetically driven without contact by a desired rotational axis - that is in rotation displaceable and magnetically non-contact with respect to the stator 4.
  • a desired rotational axis - that is in rotation displaceable and magnetically non-contact with respect to the stator 4.
  • This target rotational axis defines the axial direction A, i.
  • the axial direction A is the direction of the target rotational axis.
  • the nominal axis of rotation defining the axial direction A usually coincides with the central axis of the stator 4.
  • a radial direction denotes a direction perpendicular to the axial direction.
  • the bearingless motor is now well known to those skilled in the art, so that a detailed description of its function is no longer necessary.
  • bearingless motor is meant that the rotor 3 is mounted completely magnetic, with no separate magnetic bearings are provided.
  • the stator 4 is designed for this purpose as a bearing and drive stator, so it is both stator of the electric drive and stator of the magnetic bearing.
  • the stator 4 comprises the windings 42, with which a magnetic rotating field can be generated, which exerts a torque on the rotor 3, which causes its rotation, and which exerts on the other an arbitrarily adjustable lateral force on the rotor 3, so that its Radial position -also its position in the plane perpendicular to the axial direction A radial plane- actively controlled or regulated.
  • the rotor 3 is at least passively magnetic, that is not controllable, stabilized by reluctance forces. Also with respect to the remaining two degrees of freedom, namely tilting with respect to the radial plane perpendicular to the desired axis of rotation, the rotor 3 - depending on embodiment - may also be passively magnetically stabilized.
  • the magnetic bearing and the drive of the motor realized by electromagnetic rotating fields, the sum of which generate a driving torque on the rotor 3, as well as any adjustable transverse force with which the radial position of the rotor 3 can be regulated.
  • These rotating fields can either be generated separately - ie with different coils - or the rotating fields can be generated by computational superimposition of the required currents and then by means of a single coil system.
  • the mixing container 2 For placing the rotor 3 in the mixing container 2, the mixing container 2 at its bottom 22 on a substantially cylindrical cup 21 which extends with respect to the mixing container 2 as a bulge to the outside, and is arranged in the center of the bottom 22.
  • the cylindrical cup 21 is preferably dimensionally stable and made of a plastic.
  • the rotor 3 is arranged in the cup 21.
  • the stator 4 is arranged so that it completely surrounds the cup 21 in the circumferential direction, so that the rotor 3 is arranged centrally between the stator poles 43 formed by the coil cores 41.
  • the rotor 3 comprises a magnetically active core 31, which interacts with the stator 4 via magnetic fields in order to magnetically drive and support the rotor 3.
  • the magnetically active core 31 of the rotor 3 is an annular permanent magnet whose magnetization in Fig. 1 is indicated by the two arrows without reference numerals.
  • the magnetically active core 31 is provided with a sheath 32, which consists of plastic.
  • the magnetic center plane of the magnetically active core 31 of the rotor 3 is designated by the magnetic rotor plane C.
  • This is the plane perpendicular to the axial direction A, in which the rotor 3 or the magnetically active core 31 of the rotor 3 is stored in the operating state when the rotor 3 is not tilted.
  • the magnetic rotor plane C is the geometric center plane of the magnetically active core 31 of the rotor 3, which is perpendicular to the axial direction A.
  • the plane in which the rotor 3 is stored in the operating state is also referred to as a radial plane.
  • the radial plane defines the x-y plane of a Cartesian coordinate system whose z-axis extends in the axial direction A. If the rotor 3 is thus not tilted, then the radial plane coincides with the magnetic rotor plane C.
  • the cup 21 has in the axial direction A to a depth which is slightly greater than the extension of the magnetically active core 31 of the rotor 3 in the axial direction A.
  • the stator 4 is arranged in a substantially cylindrical containment shell 5, which on its upper side according to the illustration has a centrally arranged, likewise cylindrical recess 51, which is dimensioned such that it can receive the cup 21.
  • the cup 21 of the mixing container 2 is coaxial with the Slit pot 5 and the recess 51 arranged.
  • the dimensions of the containment shell 5 and the cup 21 are coordinated so that the containment shell 5 closely surrounds the cup 21 in the assembled state and rests with its lateral surface on the lateral surface of the cup 21.
  • the containment shell 5 is an integral part of a stator housing 52 or it is firmly connected to the stator housing 52 which receives the stator 4.
  • the stator 4 is cast in this embodiment by means of a thermally conductive potting compound in the stator housing 52 and thus fixed in the stator housing 52.
  • the rotary drive formed by the stator 4 and the rotor 3 is designed as a so-called temple motor.
  • the characteristic of a templating motor configuration is that the stator 4 comprises a plurality of separate coil cores 41, each comprising a rod-shaped longitudinal leg extending from a first end in the axial direction A to a second end, all first ends - as shown in Fig. 1 these are the lower ends - are connected by a return 44 together.
  • the yoke 44 comprises a plurality of segments, each of which connects the first end of a spool core 41 to the first end of the adjacent spool core 41.
  • the individual coil cores 41 are preferably arranged such that they surround the rotor 3 in a circle and are arranged equidistantly on this circle.
  • the rotor 3 is magnetically non-contact-mounted between the second ends of the coil cores 41, which have the radially inwardly directed stator poles 43.
  • the mutually parallel longitudinal limbs of the coil cores 41, which all extend parallel to the axial direction A, and which surround the rotor 3, are what gave the temple engine its name because these parallel longitudinal legs are reminiscent of the pillars of a temple.
  • a further feature of the temple motor is that the windings 42 of the stator 4 are each arranged around the longitudinal limbs of the coil cores 41 and are thus arranged outside the magnetic rotor plane C, as shown below the magnetic rotor plane C.
  • the windings 42 are completely below the magnetic effective core 31 arranged. The windings 42 are thus not arranged in the plane in which the rotor 3 is driven and stored in the operating state.
  • the windings of the stator are arranged so that the coil axes lie respectively in the magnetic rotor plane, ie in the plane in which the rotor is driven and stored
  • the windings 42 of the stator 2 are in the temple motor arranged so that the axes of the windings 42 are perpendicular to the magnetic rotor plane C and thus are aligned parallel to the axial direction A.
  • the invention is not limited to such embodiments as a temple motor.
  • stator 4 There are also numerous other embodiments of the stator 4 possible. It is only important that the rotor 3 in the operating state is non-contact magnetically driven for rotation about the axial direction.
  • the mixing device 1 has a tilt lock 7 with which the tilting of the rotor 3 in the operating state can be limited.
  • a tilt of the rotor 3 is meant that the magnetic center plane C of the rotor is no longer exactly perpendicular to the axial direction A, but with this includes a different angle of 90 °. This is equivalent to the fact that the magnetic rotor plane C and the radial plane in which the rotor 3 is stored, are no longer congruent and no longer parallel to each other, but enclose a non-zero angle with each other.
  • an axial displacement of the rotor 3 is meant that the untilted rotor 3 is displaced in the axial direction A, without being tilted.
  • the magnetic rotor plane C is still parallel to the radial plane, but not more congruent with this.
  • the anti-tip device 7 comprises a rod 8 which extends in the axial direction A and is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 3, as well as a limiting element 9 which is fixed relative to the mixing container 2 and which cooperates with the rod 8.
  • the anti-tip device 7 is configured and arranged such that the rod 8 can rotate with little play with respect to the limiting element 9, and a tilting of the rotor 3 is limited by a physical contact between the rod 8 and the limiting element 9.
  • the cylindrically shaped rod 8 is arranged in the center of the rotor 3, so that the axis of the rod 8 coincides with the rotor 3 is tilted with the axial direction A.
  • the rod 8 extends with respect to the axial direction A through the entire mixing container 2.
  • the limiting element 9 is arranged on the inside of the ceiling 23 of the mixing container, in such a way that the center of the limiting element 9 is aligned with the center of the rotor 3.
  • the limiting element 9 is designed here as a sleeve whose inner diameter ID is greater than the diameter D of the rod 8.
  • the rod 8 When assembling the mixing device 1, the rod 8 is inserted into the limiting element 9, wherein the length of the rod 8 and its diameter D so dimensioned are that between the inner wall of the limiting element 9 and the rod 8 a game S exists. With respect to the axial direction A, the rod 8 is dimensioned such that it is also received in the axial direction A without contact by the limiting element 9.
  • the rotor 3 is passive magnetic with respect to tilting, ie not controllable, stabilized in the stator 4. That is, when it comes to a tilting of the rotor 3 in the operating state, this magnetic restoring forces are caused, which cause a torque with respect to the axial direction A on the rotor 3, the rotor 3 in moved his untilted position back.
  • These magnetic restoring forces are usually reluctance forces, which are generated by the tilting of the rotor 3.
  • This passive magnetic stabilization of the rotor 3 against tilting should not be affected by the limiting element 9.
  • the rotor 3 rotates in the operating state without contact in the stator 4 and also the rod 8 rotates without contact in rotor 3 with tilting in the limiting element 9. If there is a tilting of the rotor 3 during operation, this is initially compensated by the passive magnetic stabilization of the rotor 3 , which moves the rotor 3 back to its untilted position without any physical contact between the rod 8 and the limiting element 9.
  • the rod 8 can rotate in non-tilted rotor 3 and tilting of the rotor 3, which can be reversed from its passive magnetic bearing, contactlessly in the limiting element 9. Only when the tilting of the rotor 3 could become too large, the physical contact between the rod 8 and the limiting element 9 prevents a further increase in the tilting of the rotor 3rd
  • the anti-tip device 7 is thus not a full bearing for the rotor 3, but only a limitation for the tilting of the rotor. 3
  • the clearance S between the rod 8 and the limiting element 9 is preferably such that the rod 8 comes into contact with the limiting element 9 before the rotor 3 comes into physical contact with the wall of the cup 21.
  • Another criterion for determining a suitable clearance S between the rod 8 and the delimiting element 9 is that a physical contact between the rotor 3 and the surrounding wall or the bottom of the cup 21 should be avoided. It can be easily determined how much the rotor 3 can be tilted before it comes to such a contact with the cup 21. The game S is then chosen so that contact between the rotor 3 and the cup 21 is reliably avoided.
  • the rod 8 is preferably also made of a plastic and can either be integrally formed as an integral part of the casing 32 of the rotor 3 or - as shown in FIG Fig. 1 shows - the rod 8 is prepared as a separate component, which is then inserted into a central opening of the rotor 3, so that the rod 8 is rotatably connected to the rotor 3.
  • the rod 8 is made of a metal, for example a stainless steel or aluminum.
  • the preferably made of plastic limiting element 9 can be made as a separate component and then at the Ceiling 23 of the mixing container 2 are fixed, for example by welding or gluing. It is of course also possible that the limiting element 9 is produced as an integral part of the ceiling 23.
  • the limiting element may consist entirely or partially of a metallic material.
  • a plurality of vanes 6 for mixing or stirring the substances are provided in the mixing vessel 2.
  • the wings 6 are preferably made of plastic and disposed on the rod 8 and fixed. In this case, the wings 6 are arranged at different heights with respect to the axial direction A, so that the wings 6 are distributed in the axial direction A over the entire mixing container 2. This makes it possible to realize a particularly homogeneous mixing of the substances in the mixing container 2. Since the rod 8 with the wings 6 fastened thereon is non-rotatably connected to the rotor 3, the wings 6 can be driven by the rotation of the rotor 3 for rotation about the axial direction A.
  • the wings 6 may be manufactured as separate components, which are then joined to the rod 8, for example by welding or gluing, or the wings 6 may be integral with the rod 8.
  • Fig. 2 shows in a longitudinal section along the axial direction A, a second embodiment of the inventive mixing device 1.
  • the reference numerals have the same meaning as they have already been explained in connection with the first embodiment described above. It is understood that all previous explanations apply in the same way or in an analogous manner to the second embodiment.
  • FIG. 2 illustrated second embodiment is designed here as a bioreactor.
  • the rotor 3 and the stator 4 are arranged on the ceiling 23 of the mixing container 2 in the second embodiment.
  • the cup 21 is arranged in the center of the ceiling 23 and again - with respect to the mixing container 2 - designed as a protuberance outwards.
  • the containment shell 5 with the stator 4 arranged therein is accordingly arranged on the outside of the cover 23 so that its recess 51 receives and encloses the cup 21 with the rotor 3 arranged therein in a similar manner as already described for the first exemplary embodiment.
  • the limiting element 9 is fixed to the center of the rotor 3 opposite to the bottom 22 of the mixing container 2, so that the limiting element 9 can receive the end of the rod 8.
  • the mixing container 2 is arranged in a foot 10, which gives the mixing container 2 a secure state.
  • the z. B. may be provided in one embodiment as a bioreactor.
  • a feed 26 is provided, which extends through the wall of the mixing container 2 and through which substances in the mixing container 2 can be introduced.
  • a gas supply 25 is provided, which extends through the wall of the mixing container 2, and through which a gas, for example oxygen in the mixing container can be introduced.
  • a gas outlet 24 is provided with a gas filter which extends through the wall of the mixing container 2. About the gas outlet 24 gases, such as carbon dioxide, which z. B. in biological processes in the mixing container 2 are generated, are discharged from this.
  • a further passage 27 is provided, which extends through the wall of the mixing container 2 and which can be used to accommodate probes 271 or measuring sensors with which parameters can be monitored during the mixing process, for. As pH, temperature, pressure, concentrations, etc.
  • a discharge 28 is provided, which extends through the wall of the mixing container 2 and through which substances from the mixing container 2 can be discharged or by means of which the mixing container 2 can be emptied.
  • further bushings 29, which can be used for different purposes.
  • Fig. 3 shows in a longitudinal section along the axial direction A, a third embodiment of the inventive mixing device 1.
  • the reference numerals have the same meaning as they have already been explained in connection with the embodiments described above. It is understood that all previous explanations apply in the same way or in an analogous manner to the third embodiment.
  • the third embodiment differs from the first two essentially in that the rod 8 does not extend through the entire mixing container 2 with respect to the axial direction A, but ends within the mixing container 2, ie, at a considerable distance from its top 23.
  • the limiting element 9 is provided and fixed here at the bottom 22 of the mixing container 2.
  • Fig. 4 still a view of the limiting element 9 of in Fig. 3
  • the limiting element 9 comprises a central ring 91 for receiving the rod 8.
  • the inner diameter ID of the ring 91 is greater than the diameter D of the rod 8.
  • the rod 8 is passed through the ring 91, wherein the diameter D of the rod is dimensioned such that between the inner wall of the ring 91 and the rod 8, the clearance S exists, which is determined by the difference of the inner diameter ID of the ring 91 and the diameter D of the rod 8 is fixed.
  • the rod 8 extends in the axial direction A through the limiting element 9 therethrough.
  • the limiting element 9 further comprises a plurality, here four arms 92 which begin equidistantly distributed respectively at the radially outer edge of the ring 91 and extend from there first in the radial direction and then in the axial direction A to the bottom 22 of the mixing container 2, where they respectively are fixed.
  • the arms 92 of the limiting element 9 can also be fixed to the ceiling 22 of the mixing container 2.
  • Fig. 5 shows in a longitudinal section along the axial direction A, a fourth embodiment of the inventive mixing device 1.
  • the reference numerals have the same meaning as they have already been explained in connection with the embodiments described above. It is understood that all previous explanations apply in the same way or in a manner analogous to the fourth embodiment.
  • the fourth embodiment of the mixing device 1 according to the invention is designed especially for single-use applications.
  • the fourth embodiment comprises a disposable device, which is designated overall by the reference numeral 20 and is designed for single use, and a reusable device, which is generally designated by the reference numeral 60 and which is designed for permanent use, so the multiple use.
  • the disposable device 20 comprises those components which come into contact with the substances to be mixed during the mixing process. These are in particular the mixing container 2, the rotor 3, all wings 6 and the anti-tilt device 7.
  • the term "disposable device” and other compositions having the ingredient "once”, such as. B. disposable part, one-time component, etc. are meant such components or parts that are designed for single use, so that can be used as intended only once and then disposed of. For a new application then a new, previously unused disposable part must be used.
  • the disposable device 20 is as simple and economical to produce, causes a few costs and can be produced as low as possible available materials.
  • the disposable device 20 is connected to the reusable device 60 in the simplest possible way to the mixing device 1.
  • the disposable device 20 should thus be able to be replaced in a very simple manner, without the need for a high installation effort is necessary.
  • the disposable device 20 should be able to be joined or separated from the reusable device 60 without the use of tools.
  • the disposable device 20 is easy to dispose of after use. Therefore, those materials are preferred that bring the lowest possible environmental impact, especially in the disposal with it.
  • the mixing container 2 is designed as a flexible mixing container 2, which is made of a plastic.
  • the mixing container 2 is preferably a flexible bag, for example a plastic bag or a plastic bag, which can be folded together so that it takes up as little space as possible during storage.
  • the mixing container 2 has a plurality of inlets or outlets 11 which, as described above, can be used, for example, for supplying and removing substances and gases or for accommodating probes or measuring sensors.
  • at some of the inlets or outlets 11 in a conventional manner hoses or clever continuations provided, which are made of plastic and are welded to the mixing container 2, so that substances can be added or discharged through these hoses.
  • Other inlets or outlets 11 can also be configured in a manner known per se as self-sealing passages.
  • sampling ports 111 can be glued or welded to the mixing container 2. These are short tubular plastic structures through which, for example, samples can be taken from the mixing container 2. Each sampling port 111 is usually secured in a manner known per se at its end protruding from the mixing container 2 with a clamp, so that no undesired substances can pass through these sampling ports 111 into the interior of the mixing container 2.
  • gas discharge 24 may be provided with the gas filter to the mixing container 2, wherein the gas filter is designed for single use.
  • the cylindrical cup 21 for receiving the rotor 3 is preferably dimensionally stable and made of a plastic. But it can also be configured, for example, in the form of a flexible hose or bag made of plastic film.
  • the anti-tip device 7 and all wings 6 are designed dimensionally stable and preferably made of a plastic.
  • the limiting element 9 for example, a metallic sleeve, for. B. be aluminum.
  • the rod 8 may be in the embodiment for single use of a metallic material, for example, to ensure greater stability. Since both the limiting element 9 and the rod 8 are very simply designed components, in particular with respect to their geometry, they can also be produced very inexpensively.
  • the reusable device 60 comprises a dimensionally stable support container 61 for receiving the mixing container 2, as well as the stator 4.
  • the support container 61 has at its bottom a plurality of feet 62 on which the support container 61 stands. Furthermore, at least one opening 12 is provided in the bottom, so that substances can be removed from the mixing container 2 or introduced into it.
  • the substantially cylindrically shaped support container 61 is open or optional-as in FIG Fig. 5 shown - provided with a removable cover 63 so that the mixing container 2 can be easily introduced into the support container 61.
  • windows 64 can be provided on the wall of the support container 61, through which optical access to the mixing container 2 is possible.
  • the substantially cylindrically configured containment shell 5 and the stator housing 52 with the stator 4 contained therein are arranged centrally.
  • the containment shell 5 is integrated in the stator housing 52 or fixed thereto.
  • the split pot 5 extends in the direction of its cylinder axis as shown below, so that it can take the cup 21 coaxially in the assembled state.
  • the dimensions of the containment shell 5 and the cup 21 are matched to one another such that the recess 51 of the containment shell 5 tightly encloses the cup 21 in the assembled state and rests with its lateral surface on the lateral surface of the cup 21.
  • the stator housing 52 with the containment shell 5 is preferably fixed by means of screws to the bottom of the support container 61.
  • stator 4 is arranged, which is designed as a bearing and drive stator, with which the rotor 3 in the operating state can be driven without contact and with respect to the stator 3 is non-contact magnetically storable.
  • the assembly of the disposable device 20 and the reusable device 60 to the mixing device 1 is extremely simple, as well as fast and in particular without tools feasible.
  • the usually folded for storage or wound around the rod 8 mixing container 2 is removed with the therein rotor 3, the limiting element 9 and the wings 6 of its packaging, inserted into the support container 61 and the cup 21 with the rotor 3 in the Slit pot 5 used.
  • the rod 8 is not yet connected to the rotor 3, the rod 8 is inserted into the rotor 3 and then brought into operative connection with the limiting element 9.
  • the lid 63 is placed in order to close the support container 61. Even then, the mixing device 1 is ready for use.
  • the limiting element 9 comprises a fixing 90, with which the limiting element with respect to the reusable device 60 can be fixed.
  • this fixation 90 comprises a pin or a threaded pin, which engages through a corresponding opening in the lid 63 of the reusable device 60 and is then fixed by means of a nut or other suitable measure on the lid 63.
  • the rotor 3 can - as in Fig. 5 shown - be designed with a permanent magnet as the magnetically active core 31.
  • a permanent magnet as the magnetically active core 31.
  • the magnetically active core 31 is then made of, for example, a soft magnetic material such as iron, nickel-iron or silicon-iron. This measure allows a cost-effective design of the rotor 3 as a disposable part, because in particular are for the production of the rotor 3 no rare earths such. As neodymium or samarium, or compounds or alloys of these necessary, which are often used for the production of permanent magnets.
  • one or more permanent magnet (s) is / are provided to generate a permanent magnetic bias flux, so that not the entire for the drive and the storage needed magnetic flux must be generated as electromagnetic flux.
  • the parts made of plastic should be made of a cheap, commercially available plastic.
  • the disposable device 20 or its components must be sterilizable for certain applications. It is particularly advantageous if the disposable device 20 is gamma-sterilized. In this type of sterilization, the element to be sterilized is exposed to gamma radiation.
  • the advantage of gamma sterilization lies in the fact that the sterilization can also take place through the packaging.
  • the parts are brought into their packaging after their manufacture and then for a while store before they are delivered to the customer. In such cases, sterilization will be through the package, which is not possible with steam sterilization or other methods.
  • the disposable device 20 on the other hand, by its only one-time usability, the big advantage that you must put in the construction of no importance to a good cleanability of the disposable device 20, because the disposable device does not need to be cleaned when used as intended. Furthermore, as a rule it is not necessary for the disposable device 20 or its components to be sterilizable more than once. This is a great advantage, in particular in the case of gamma sterilization, because the application of gamma radiation to plastics can lead to degradation, so that multiple gamma sterilization can make the plastic unusable.
  • the disposable device 20 such plastics which are at least once gamma-sterilizable.
  • the materials should be gamma stable for a dose of at least 40 kGy to allow for single gamma sterilization.
  • gamma sterilization should not produce any toxic substances.
  • the following plastics are preferred, for example: polyethylenes (PE), low-density polyethylenes (LDPE), ultra-low density polyethylenes (ULDPE), ethylene vinyl acetates (EVA), polyethylenes terephthalate (PET), polyvinylchloride (PVC) , Polypropylene (PP), Polyurethane (PU), Silicone
  • PE polyethylenes
  • LDPE low-density polyethylenes
  • ULDPE ultra-low density polyethylenes
  • EVA ethylene vinyl acetates
  • PET polyethylenes terephthalate
  • PVC polyvinylchloride
  • PP Polypropylene
  • PU Polyurethane
  • Silicone for the preparation of the cup 21, the anti-tip device 7, the wing 6 and the plastic parts of the rotor 3, ie z.
  • the following plastics are preferred, for example: polyethylenes (PE), polypropylenes (PP), low density polyethylenes (LDPE), ultra low density polyethylenes (ULDPE), ethylene vinyl acetates (EVA), polyethylenes terephthalate (PET), Polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyacrylic, polycarbonates (PC).
  • PE polyethylenes
  • PP polypropylenes
  • LDPE low density polyethylenes
  • ULDPE ultra low density polyethylenes
  • EVA ethylene vinyl acetates
  • PET polyethylenes terephthalate
  • PVDF polyvinylchloride
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PC polyacrylic, polycarbonates
  • plastics are suitable, inter alia, for the production of a dimensionally stable mixing container 2, which is designed for multiple use.
  • PTFE Teflon polytetrafluoroethylene
  • PFA perfluoroalkoxy polymers
  • the mixing container 2 is designed for multiple use, so it can of course be made of PTFE or PFA or even of a metal, such as stainless steel or glass.
  • the components made of plastic can be produced by means of an injection molding process, because this is a particularly cost-effective method of production.
  • the rod 8 and the limiting element 9 preferably cooperate in such a way that the rod 8 is secured against separation from the limiting element 9.
  • the rod 8 and the limiting element 9 preferably cooperate in such a way that the rod 8 is secured against separation from the limiting element 9.
  • the ring 91 of the limiting element 9 in which the rod 8 extends in the axial direction through the limiting element 9, show the Fig. 6-8 Embodiments in which the limiting element 9 cooperates with the end of the rod 8 facing away from the rotor 3.
  • the limiting element 9 configured so that the rotor 3 remote from the end of the rod 8 is received by the limiting element 9, while the in Fig. 6 shown variant of an embodiment corresponds, in which the rotor 3 remote from the end of the rod 8 is designed so that it encloses a part of the limiting element 9.
  • the limiting element 9 comprises a pin 93 which protrudes from a base body 94 of the limiting element 9 in the axial direction A.
  • This pin 93 has at its end facing away from the base 94 a ball head 95, which is designed to cooperate with the rod 8.
  • the cooperating with this pin 94 end of the rod 8 is hollow and includes a tongue 82 at its end, which limits the opening of the rod 8 so that the passage formed by the tongue 82 on the one hand is greater than the diameter DS of the pin and on the other smaller than the diameter of the ball head 95.
  • the ball head 95 can be introduced in the form of a snap connection in the end of the rod 8 and is then received without contact in this end of the rod 8, as long as the rotor 3 or in a non-tilted by the passive magnetic storage compensable tilting is oriented. Only when the tilting of the rotor 3 is too strong or too large, the ball head 95 applies to the inner wall of the rod 8, rolls on this and thus limits the maximum possible tilting of the rotor 3.
  • the tilting of the rotor 3 is in Fig. 6 indicated by the double arrow without reference number.
  • Variants shown for the limiting element 9 are variants in which the rotor 3 remote from the end of the rod 8 of the Limiting element 9 is added.
  • the rod 8 is provided at its end facing away from the rotor 3 with a closing element 81, which is designed to be received by the limiting element 9.
  • the operative connection between the end of the rod 8 and the limiting element 9 is preferably realized by a snap connection.
  • the closing element 81 is designed frusto-conical.
  • the limiting element 9 has an area designed as a claw 98 with a central inlet opening 99 which is dimensioned such that the diameter of the inlet opening 99 is greater than the diameter D of the rod 8, but smaller than the maximum diameter of the frusto-conical final element 81st Die Claw 98 forms a conical surface 96 around the inlet opening 99, through which the closing element 81 can be inserted into the limiting element 9.
  • a cavity 97 is provided below the claw 98, which is designed so that the closing element 81 can move without contact in the cavity 97 as long as the tilting of the rotor 3 does not exceed the predefinable limit, which is due to the capacity of the passive magnetic stabilization of the rotor 3 is given. If this limit value is exceeded, the closing element 81 comes into physical contact with the limiting element 9 and thus impedes a further increase in the tilting of the rotor 3. It is advantageous that the frusto-conical closing element 81 can roll on the inner surface of the limiting element 9.
  • Fig. 8 illustrated variant shows an embodiment in which the closing element 81 is designed as a ball head.
  • the preferably dimensionally stable limiting element 9 can - as in Fig. 8 represented - connected by welding or gluing with the mixing container 2 and fixed with respect to this.
  • FIGS. 7 and 8 variants shown have the additional advantage that the displacement of the rotor 3 in the axial direction A is limited by this configuration, both for displacements of the rotor 3 in the axial direction A upwards and for displacements of the rotor 3 in the axial direction A. below.

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Abstract

Es wird eine Mischvorrichtung zum Mischen oder Rühren von Substanzen vorgeschlagen, mit einem Mischbehälter (2) zur Aufnahme der zu mischenden oder zu rührenden Substanzen, mit einem in dem Mischbehälter (2) angeordneten Rotor (3), mit welchem mindestens ein Flügel (6) zum Mischen oder Rühren der Substanzen zur Rotation um eine axiale Richtung (A) antreibbar ist, sowie mit einem ausserhalb des Mischbehälters (2) angeordneten Stator (4), mit welchem der Rotor (3) im Betriebszustand berührungslos magnetisch zur Rotation um die axiale Richtung (A) antreibbar und bezüglich des Stators (4) magnetisch lagerbar ist, wobei eine Kippsicherung (7) für den Rotor (3) vorgesehen ist, welche einen sich in axialer Richtung (A) erstreckenden Stab (8) umfasst, der drehfest mit dem Rotor (3) verbunden ist, sowie ein bezüglich des Mischbehälters (2) fixiertes Begrenzungselement (9), welches mit dem Stab (8) zusammenwirkt, wobei die Kippsicherung (7) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Stab (8) bezüglich des Begrenzungselements (9) rotieren kann, und eine Verkippung des Rotors (3) durch einen körperlichen Kontakt zwischen dem Stab (8) und dem Begrenzungselement (9) begrenzt ist. Ferner wird eine Einmalvorrichtung (20) für eine solche Mischvorrichtung vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Mischen oder Rühren von Substanzen sowie eine Einmalvorrichtung für eine Mischvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs der jeweiligen Kategorie.
  • Mischvorrichtungen zum Mischen oder Rühren von Substanzen, beispielsweise von zwei Flüssigkeiten oder von einer Flüssigkeit mit einem Pulver oder von Flüssigkeiten oder Suspensionen mit Gasen, werden in vielen technischen Gebieten eingesetzt. Bei vielen Anwendungen kommt dabei der Reinheit des Mischbehälters, in welchem die Vermischung stattfindet, sowie der darin befindlichen Komponenten eine sehr grosse Bedeutung zu. Als Beispiele seien hier die Pharmaindustrie und die biotechnologische Industrie genannt. Hier werden häufig Lösungen und Suspensionen hergestellt, die eine sorgfältige Durchmischung der Substanzen verlangen.
  • In der Pharmaindustrie müssen beispielsweise bei der Herstellung von pharmazeutisch wirksamen Substanzen höchste Ansprüche an die Reinheit gestellt werden, oft müssen die mit den Substanzen in Kontakt kommenden Komponenten sogar steril sein. Ähnliche Anforderungen ergeben sich auch in der Biotechnologie, beispielsweise bei der Herstellung, Behandlung oder Züchtung von biologischen Substanzen, Zellen oder Mikroorganismen, wo ein extrem hohes Mass an Reinheit gewährleistet sein muss, um die Brauchbarkeit des hergestellten Produkts nicht zu gefährden. Als ein weiteres Beispiel seien hier Bioreaktoren genannt, in denen beispielsweise biologische Substitute für Gewebe oder spezielle Zellen oder Mikroorganismen gezüchtet werden. Auch hier benötigt man Mischvorrichtungen, um beispielsweise eine kontinuierliche Durchmischung der Nährflüssigkeit beziehungsweise deren kontinuierliche Zirkulation im Mischbehälter zu gewährleisten. Dabei muss eine sehr hohe Reinheit gewährleistet sein, um die Substanzen oder die erzeugten Produkte vor Kontaminationen zu schützen.
  • Um die Reinheitserfordernisse für den Prozess möglichst gut erfüllen zu können, ist man bemüht, die Anzahl der mit den jeweiligen Substanzen in Kontakt kommenden Komponenten einer Mischvorrichtung möglichst klein zu halten. Hierzu sind elektromagnetisch betriebene Mischvorrichtungen bekannt, bei denen ein Rotor, der üblicherweise ein Flügelrad umfasst oder antreibt, in dem Mischbehälter angeordnet ist. Ausserhalb des Mischbehälters ist dann ein Stator vorgesehen, welcher mittels magnetischer bzw. elektromagnetischer Felder den Rotor durch die Wand des Mischbehälters berührungslos antreibt und berührungslos magnetisch in einer Sollposition lagert. Dieses "berührungslose" Konzept hat insbesondere auch den Vorteil, dass keine mechanischen Lager oder Durchführungen in den Mischbehälter benötigt werden, die eine Ursache von Verunreinigungen bzw. Kontaminationen bilden können.
  • Eine besonders effiziente derartige Vorrichtung, mit welcher Substanzen in einem Bioreaktor zirkuliert bzw. durchmischt werden, wird im Rahmen der EP-B-2 065 085 offenbart. Hier bilden der Stator und der in dem Mischbehälter angeordnete Rotor einen lagerlosen Motor. Mit dem Begriff lagerloser Motor ist dabei ein elektromagnetischer Drehantrieb gemeint, bei welchem der Rotor vollkommen magnetisch bezüglich des Stators gelagert ist, wobei keine separaten magnetischen Lager vorgesehen sind. Der Stator ist dazu als Lager- und Antriebsstator ausgestaltet, der sowohl Stator des elektrischen Antriebs als auch Stator der magnetischen Lagerung ist. Mit den elektrischen Wicklungen des Stators lässt sich ein magnetisches Drehfeld erzeugen, welches zum einen ein Drehmoment auf den Rotor ausübt, das dessen Rotation bewirkt, und welches zum anderen eine beliebig einstellbare Querkraft auf den Rotor ausübt, sodass dessen radiale Position aktiv steuerbar bzw. regelbar ist.
  • Der Rotor dieser Mischvorrichtung stellt einen Integralrotor dar, weil er sowohl der Rotor des elektromagnetischen Antriebs ist, als auch der Rotor des Mischers. Neben der berührungslosen magnetischen Lagerung bietet der lagerlose Motor ferner den Vorteil einer sehr kompakten und platzsparenden Ausgestaltung.
  • Mit solchen berührungslos magnetisch gelagerten Mischern lässt sich die Anzahl der mit den Substanzen in Kontakt kommenden Komponenten stark reduzieren. Für besonders empfindliche Anwendungen stellt die Reinigung bzw. das Sterilisieren dieser Komponenten immer noch einen sehr grossen Zeit- Material- und Kostenaufwand dar. Daher geht man häufig dazu über - wie dies auch in der bereits zitierten EP-B-2 065 085 offenbart wird - die mit den Substanzen in Kontakt kommenden Komponenten als Einmal (single-use) -teile für den Einmalgebrauch auszugestalten. Eine solche Mischvorrichtung setzt sich dann aus einer Einmalvorrichtung und einer wiederverwendbaren Vorrichtung zusammen. Dabei umfasst die Einmalvorrichtung diejenigen Komponenten, welche für den Einmalgebrauch bestimmt sind, also beispielsweise den Mischbehälter mit dem Rotor, und die wiederverwendbare Vorrichtung umfasst diejenigen Komponenten, die dauerhaft also mehrfach verwendet werden, beispielsweise den Stator.
  • Bei der Ausgestaltung als Einmalteil ist der Mischbehälter häufig als flexibler Kunststoffbeutel mit darin enthaltenem Rotor ausgestaltet. Diese Beutel werden oft schon bei der Herstellung oder aber nach dem Verpacken und dem Lagern sterilisiert und dem Kunden in steriler Form in der Verpackung zugestellt.
  • Bei der Herstellung bzw. der Konzipierung von Einmalteilen für den Einmalgebrauch ist es ein wichtiges Kriterium, dass sie in möglichst einfacher Weise mit der wiederverwendbaren Vorrichtung bzw. deren Komponenten zusammengesetzt werden können. Es ist wünschenswert, dass dieses Zusammensetzen mit möglichst geringem Aufwand, mit wenigen Handgriffen, rasch und vorzugsweise ohne Werkzeug erfolgen kann.
  • Ein anderer Aspekt ist es, dass diese Einmalteile möglichst wirtschaftlich und kostengünstig gefertigt werden können. Hierbei wird insbesondere auch Wert auf preisgünstige, einfache Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise handelsübliche Kunststoffe, gelegt. Auch ein umweltbewusster Umgang sowie eine verantwortungsvolle Nutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen sind wesentliche Aspekte bei der Konzeption von Einwegteilen.
  • Bei Mischvorrichtungen mit magnetisch gelagertem Rotor, sowohl in der Ausgestaltung als Einmalteil als auch bei der Ausgestaltung für den Mehrfachgebrauch, können sich daraus Probleme ergeben, dass die magnetische Lagerung nicht beliebig hoch belastbar ist. Dies trifft insbesondere auch bei solchen Ausgestaltungen zu, bei welchem mindestens ein Freiheitsgrad des Rotors nur passiv magnetisch durch Reluktanzkräfte stabilisiert ist, also nicht aktiv ansteuerbar oder regelbar ist. Werden die diesen Freiheitsgrad betreffenden Kräfte oder Momente auf den Rotor zu gross, so ist eine zuverlässige magnetische Lagerung des Rotors nicht mehr gewährleistet. Als Beispiel seien hier Verkippungen des Rotors bezüglich der durch die Solldrehachse festgelegten axialen Richtung genannt. Werden die auf den Rotor im Betriebszustand einwirkenden Kippmomente zu gross, so reichen die den Rotor stabilisierenden Reluktanzkräfte nicht mehr aus, um genügend grosse Rückstellmomente zu erzeugen, welche die Verkippung des Rotors rückgängig machen könnten.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Mischvorrichtung zum Mischen oder Rühren von Substanzen vorzuschlagen, die einen magnetisch gelagerten Rotor umfasst, wobei der Rotor besser gegen Verkippungen stabilisiert ist. Die Mischvorrichtung soll insbesondere auch so ausgestaltbar sein, dass sie eine Einmalvorrichtung für den Einmalgebrauch und eine wiederverwendbare Vorrichtung für den Mehrfachgebrauch umfasst. Ferner soll durch die Erfindung eine Einmalvorrichtung für eine solche Mischvorrichtung vorgeschlagen werden.
  • Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäss wird also eine Mischvorrichtung zum Mischen oder Rühren von Substanzen vorgeschlagen, mit einem Mischbehälter zur Aufnahme der zu mischenden oder zu rührenden Substanzen, mit einem in dem Mischbehälter angeordneten Rotor, mit welchem mindestens ein Flügel zum Mischen oder Rühren der Substanzen zur Rotation um eine axiale Richtung antreibbar ist, sowie mit einem ausserhalb des Mischbehälters angeordneten Stator, mit welchem der Rotor im Betriebszustand berührungslos magnetisch zur Rotation um die axiale Richtung antreibbar und bezüglich des Stators magnetisch lagerbar ist, wobei eine Kippsicherung für den Rotor vorgesehen ist, welche einen sich in axialer Richtung erstreckenden Stab umfasst, der drehfest mit dem Rotor verbunden ist, sowie ein bezüglich des Mischbehälters fixiertes Begrenzungselement, welches mit dem Stab zusammenwirkt, wobei die Kippsicherung so ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Stab bezüglich des Begrenzungselements rotieren kann, und eine Verkippung des Rotors durch einen körperlichen Kontakt zwischen dem Stab und dem Begrenzungselement begrenzt ist.
  • Durch das Vorsehen der Kippsicherung ist es gewährleistet, dass der magnetisch gelagerte Rotor besser und zuverlässiger gegen Verkippungen bezüglich der axialen Richtung stabilisiert ist, weil seine maximal mögliche Verkippung mechanisch begrenzt wird. Solche Verkippungen stellen zwei Freiheitsgrade der Bewegung des Rotors dar, welche beide durch die Kippsicherung begrenzt werden. Dabei ist es ein wesentlicher Aspekt, dass sich das Begrenzungselement und der Stab nur dann berühren, wenn die Verkippung des Rotors zu stark bzw. zu gross wird. Ist der Rotor nicht oder nur geringfügig verkippt, so berühren sich der Stab und das Begrenzungselement nicht, d. h. in diesem Zustand wird die magnetische Lagerung des Rotors durch die Kippsicherung nicht beeinflusst. Die Kippsicherung dient also nicht als vollwertiges Lager für den Rotor, sondern begrenzt seine maximal mögliche Verkippung.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Stator als Lager- und Antriebsstator ausgestaltet, mit welchem der Rotor im Betriebszustand berührungslos magnetisch antreibbar und zumindest radial bezüglich des Stators berührungslos magnetisch lagerbar ist. Das heisst, zumindest die Position des Rotors in der radialen Ebene ist durch eine aktive magnetische Lagerung kontrollierbar. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders kostengünstige und auch platzsparende, kompakte Ausgestaltung, weil der Stator nicht nur als Antriebsstator ausgestaltet ist, sondern gleichzeitig der Stator für die magnetische Lagerung des Rotors ist. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise nach dem Prinzip des lagerlosen Motors erfolgen, bei welcher der Rotor bezüglich dreier seiner Freiheitsgrade, nämlich der Rotation um die axiale Richtung und seiner Position in der zur axialen Richtung senkrechten radialen Ebenen aktiv magnetisch ansteuerbar ist.
  • Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Rotor im Betriebszustand bezüglich der axialen Richtung passiv magnetisch stabilisiert ist und vorzugsweise bezüglich der axialen Richtung zusätzlich passiv magnetisch gegen Verkippungen stabilisiert ist. Auch eine solche Ausgestaltung ist nach dem Prinzip des lagerlosen Motors möglich. Zusätzlich zu den drei aktiv magnetisch kontrollierbaren Freiheitsgraden sind dann die drei verbleibenden Freiheitsgrade, nämlich die Position des Rotors in der axialen Richtung und die beiden Freiheitsgrade der Verkippung, passiv magnetisch, also nicht ansteuerbar, durch Reluktanzkräfte stabilisiert.
  • Vorzugsweise ist die Kippsicherung so ausgestaltet ist, dass bei einer Verkippung des Rotors der Stab in Kontakt mit dem Begrenzungselement kommt, bevor der Rotor in körperlichen Kontakt mit einer ihn umgebenden Wandung kommt. D. h. der Abstand bzw. das Spiel zwischen dem Stab und dem Begrenzungselement ist so bemessen, dass der Stab mit dem Begrenzungselement in Kontakt kommt und somit die weitere Verkippung des Rotors unterbindet, bevor der Rotor die ihn umgebenden Wandung kontaktieren kann.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Begrenzungselement innenliegend an einer der beiden axialen Begrenzungsflächen des Mischbehälters angeordnet. Dies stellt eine konstruktiv besonders einfache Massnahme dar.
  • Gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Begrenzungselement dem Rotor gegenüberliegend angeordnet, sodass sich der Stab bezüglich der axialen Richtung im Wesentlichen durch den ganzen Mischbehälter erstreckt. Beispielsweise ist dazu der Rotor im Bereich des Bodens des Mischbehälters im Stator angeordnet, während das Begrenzungselement an der gegenüberliegenden Innenseite oder Innenwand des Mischbehälters also an seiner oberen Begrenzungsfläche angeordnet ist. Der Stab erstreckt sich dann vom Zentrum des Rotors in axialer Richtung durch den gesamten Mischbehälter und wird dann von dem Begrenzungselement aufgenommen.
  • Eine bevorzugte Massnahme besteht darin, dass der Stab gegen eine Trennung von dem Begrenzungselement gesichert ist. Nach Zusammenbau des Mischbehälters wird dadurch nämlich verhindert, dass der Stab seine Wirkverbindung mit dem Begrenzungselement ungewollt verliert, wodurch sich die Betriebssicherheit der Mischvorrichtung erhöht.
  • Eine vorteilhafte Möglichkeit, den Stab gegen eine Trennung von dem Begrenzungselement zu sichern, besteht darin, dass sich der Stab in axialer Richtung durch das Begrenzungselement hindurch erstreckt. Das Begrenzungselement hat dazu beispielsweise eine kreisförmige in axialer Richtung durchgängige Öffnung, durch welche der Stab beim Zusammenbau der Mischvorrichtung hindurchgesteckt wird, sodass anschliessend das Begrenzungselement den Stab vollständig umgibt.
  • Eine andere vorteilhafte Massnahme, den Stab gegen eine Trennung von dem Begrenzungselement zu sichern, besteht darin, dass der Stab an seinem dem Rotor abgewandten Ende ein Abschlusselement aufweist, welches zur Aufnahme durch das Begrenzungselement ausgestaltet ist.
  • Dabei ist es bevorzugt, wenn das Abschlusselement über eine Schnappverbindung in das Begrenzungselement einführbar ist. Dazu ist das Abschlusselement mit einem Durchmesser versehen, der grösser ist als der Durchmesser des Rests des Stabs. Das Abschlusselement kann dann durch eine Öffnung des Begrenzungselements in dieses eingeführt werden, wobei die Öffnung einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Abschlusselements und grösser als der Durchmesser des Rests des Stabs. Nach dem Einschnappen des Abschlusselements ist dadurch gewährleistet, dass der Stab in dieser Öffnung frei, d.h. kontaktlos rotieren kann, wenn der Rotor nicht verkippt ist.
  • Zur Realisierung der Schnappverbindung ist es insbesondere bevorzugt, wenn das Abschlusselement kugelförmig oder kegelstumpfförmig ausgestaltet ist, weil dann der Stab bei einem Kontakt mit dem Begrenzungselement auf diesem abrollen kann.
  • Eine andere vorteilhafte Massnahme, den Stab gegen eine Trennung von dem Begrenzungselement zu sichern, besteht darin, dass das Begrenzungselement einen Stift umfasst, welcher sich in axialer Richtung erstreckt, und welcher in das Ende des Stabs einführbar ist. Dabei können der Stift und das ihn aufnehmende Ende des Stabs so ausgestaltet sein, dass der Stift über eine Schnappverbindung in den Stab eingeführt wird.
  • Um eine besonders gute Durchmischung der Substanzen im Mischbehälter bzw. ein effizientes Rühren der Substanzen zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn an dem Stab eine Mehrzahl von Flügeln zum Mischen oder Rühren der Substanzen vorgesehen ist.
  • Insbesondere im Hinblick auf eine Ausgestaltung als Einmalteil ist es vorteilhaft, wenn das Begrenzungselement formstabil ausgestaltet ist und aus einem Kunststoff hergestellt ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung. Aus dem gleichen Grunde ist es auch bevorzugt, wenn der Stab und alle Flügel aus einem Kunststoff hergestellt sind.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Mischvorrichtung Komponenten, die als Einmalteile für den Einmalgebrauch ausgestaltet sind. Dazu hat die Mischvorrichtung eine Einmalvorrichtung, die für den Einmalgebrauch ausgestaltet ist, sowie eine wiederverwendbaren Vorrichtung, die für den Mehrfachgebrauch ausgestaltet ist, wobei die Einmalvorrichtung den Mischbehälter, den Rotor, alle Flügel, sowie die Kippsicherung umfasst, wobei der Mischbehälter als flexibler Mischbehälter ausgestaltet und aus einem Kunststoff hergestellt ist, und wobei die wiederverwendbare Vorrichtung den Stator umfasst, sowie einen Stützbehälter zur Aufnahme des Mischbehälters.
  • Durch die Erfindung wird ferner eine Einmalvorrichtung vorgeschlagen für eine erfindungsgemässe Mischvorrichtung, welche die wiederverwendbare Vorrichtung umfasst, die für den Mehrfachgebrauch ausgestaltet ist, wobei die Einmalvorrichtung für den Einmalgebrauch ausgestaltet ist, und den flexiblen Mischbehälter zur Aufnahme der zu mischenden oder zu rührenden Substanzen umfasst, welcher aus einem Kunststoff hergestellt ist, sowie den in dem Mischbehälter angeordneten Rotor, mit welchem der mindestens eine Flügel zum Mischen oder Rühren der Substanzen zur Rotation um die axiale Richtung antreibbar ist, sowie die Kippsicherung für den Rotor, welche den sich in axialer Richtung erstreckenden Stab umfasst, der drehfest mit dem Rotor verbunden ist, und das bezüglich des Mischbehälters fixierte Begrenzungselement, welches mit dem Stab zusammenwirkt, wobei die Kippsicherung so ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Stab bezüglich des Begrenzungselements rotieren kann, und eine Verkippung des Rotors durch einen körperlichen Kontakt zwischen dem Stab und dem Begrenzungselement begrenzt ist, wobei ferner die Einmalvorrichtung für das Zusammenwirken mit der wiederverwendbaren Vorrichtung ausgestaltet ist, und in den Stützbehälter der wiederverwendbaren Vorrichtung einsetzbar ist, wobei der Rotor durch den Stator der wiederverwendbaren Einrichtung berührungslos durch ein magnetisches Drehfeld um die axiale Richtung antreibbar und bezüglich des Stators magnetisch lagerbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Massnahmen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen (teilweise im Schnitt):
    • Fig. 1:
    eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung,
    Fig. 2:
    eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung,
    Fig. 3:
    eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung,
    Fig. 4:
    eine Aufsicht auf das Begrenzungselement des dritten Ausführungsbeispiels aus der axialen Richtung,
    Fig. 5:
    eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung, und
    Fig. 6 - 8
    verschiedene Varianten für die Ausgestaltung der Kippsicherung, jeweils in einer Schnittdarstellung.
  • Fig. 1 zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Derartige Mischvorrichtungen 1 können insbesondere in der pharmazeutischen Industrie und in der biotechnologischen Industrie Verwendung finden. Speziell eignet sich die erfindungsgemässe Mischvorrichtung auch für solche Anwendungen, bei denen ein sehr hohes Mass an Reinheit oder Sterilität derjenigen Komponenten wesentlich ist, die mit den zu mischenden Substanzen in Kontakt kommen. Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 kann auch als Bioreaktor oder als Fermenter ausgestaltet ist. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf solche Ausgestaltungen beschränkt ist, sondern ganz allgemein Mischvorrichtungen betrifft, mit denen Medien oder Substanzen gemischt oder gerührt werden. Insbesondere können diese Substanzen Fluide oder Feststoffe, vorzugsweise Pulver, sein. Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 eignet sich zum Mischen oder Rühren von Flüssigkeiten untereinander und/oder zum Mischen von mindestens einer Flüssigkeit mit einem Pulver oder sonstigen Feststoff und/oder zum Mischen von Gasen mit Flüssigkeiten und/oder Feststoffen.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Mischvorrichtung 1 einen Mischbehälter 2 zur Aufnahme der zu mischenden oder zu rührenden Substanzen, welcher formstabil ausgestaltet ist und vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt ist. Beispiele für geeignete Kunststoffe werden weiter hinten noch genannt. Der Mischbehälter 2 kann mehrere Einlässe und Auslässe für flüssige, gasförmige oder feste Substanzen oder für die Aufnahme von Sonden oder Messsensoren aufweisen, die in Fig. 1 aus Gründen der besseren Übersicht nicht dargestellt sind.
  • Der Mischbehälter 2 weist zwei axiale Begrenzungsflächen auf, nämlich einen Boden 22 (darstellungsgemäss unten in Fig. 1) und eine Decke 23 (darstellungsgemäss oben in Fig. 1). In dem Mischbehälter 2 ist an seinem Boden 22 ein scheiben- oder ringförmiger Rotor 3 angeordnet, mit welchem mehrere Flügel 6 zu einer Rotation um eine axiale Richtung A angetrieben werden können, welche die Substanzen in dem Mischbehälter 2 mischen oder rühren. Ausserhalb des Mischbehälters 2 ist ein Stator 4 mit mehreren Spulenkernen 41 vorgesehen, die Spulen oder Wicklungen 42 tragen, mit welchem der Rotor 3 im Betriebszustand berührungslos magnetisch antreibbar ist. Vorzugsweise ist der Stator 4 als Lager- und Antriebsstator ausgestaltet, mit welchem der Rotor 3 im Betriebszustand berührungslos magnetisch antreibbar und bezüglich des Stators 4 berührungslos magnetisch lagerbar ist. Der Stator 4 und der Rotor 3 bilden somit einen elektromagnetischen Drehantrieb, der vorzugsweise nach dem Prinzip des lagerlosen Motors ausgestaltet ist.
  • Bei einem lagerlosen Motor ist der Rotor 3 berührungslos magnetisch antreibbar und berührungslos magnetisch bezüglich des Stators 4 lagerbar. Dazu ist der Stator 4 als Lager- und Antriebsstator ausgestaltet, mit welchem der Rotor 3 im Betriebszustand berührungslos magnetisch um eine Solldrehachse antreibbar - also in Rotation versetzbar- und bezüglich des Stators 4 berührungslos magnetisch lagerbar ist. Mit der Solldrehachse wird diejenige Achse bezeichnet, um welche sich der Rotor 3 im Betriebszustand dreht, wenn sich der Rotor 3 bezüglich des Stators 4 in einer zentrierten und unverkippten Lage befindet. Diese Solldrehachse definiert die axiale Richtung A, d.h. die axiale Richtung A ist die Richtung der Solldrehachse. Üblicherweise stimmt die die axiale Richtung A festlegende Solldrehachse mit der Mittelachse des Stators 4 überein. Mit einer radialen Richtung wird eine zur axialen Richtung senkrechte Richtung bezeichnet.
  • Der lagerlose Motor ist dem Fachmann mittlerweile hinlänglich bekannt, sodass eine detaillierte Beschreibung seiner Funktion nicht mehr notwendig ist. Mit dem Begriff lagerloser Motor ist gemeint, dass der Rotor 3 vollkommen magnetisch gelagert ist, wobei keine separaten Magnetlager vorgesehen sind. Der Stator 4 ist dazu als Lager- und Antriebsstator ausgestaltet, er ist also sowohl Stator des elektrischen Antriebs als auch Stator der magnetischen Lagerung. Dabei umfasst der Stator 4 die Wicklungen 42, mit denen sich ein magnetisches Drehfeld erzeugen lässt, welches zum einen ein Drehmoment auf den Rotor 3 ausübt, das dessen Rotation bewirkt, und welches zum anderen eine beliebig einstellbare Querkraft auf den Rotor 3 ausübt, sodass dessen radiale Position -also seine Position in der zur axialen Richtung A senkrechten radialen Ebene- aktiv steuerbar bzw. regelbar ist. Somit sind zumindest drei Freiheitsgrade des Rotors 3 aktiv regelbar. Bezüglich seiner axialen Auslenkung in axialer Richtung A ist der Rotor 3 zumindest passiv magnetisch, das heisst nicht ansteuerbar, durch Reluktanzkräfte stabilisiert. Auch bezüglich der verbleibenden zwei Freiheitsgrade, nämlich Verkippungen bezüglich der zur Solldrehachse senkrechten radialen Ebene kann der Rotor 3 -je nach Ausführungsform - ebenfalls passiv magnetisch stabilisiert sein.
  • Beim lagerlosen Motor wird im Unterschied zu klassischen Magnetlagern die magnetische Lagerung und der Antrieb des Motors über elektromagnetische Drehfelder realisiert, deren Summe zum einen ein Antriebsmoment auf den Rotor 3 erzeugen, sowie eine beliebig einstellbare Querkraft, mit welcher die radiale Position des Rotors 3 regelbar ist. Diese Drehfelder können entweder separat - also mit unterschiedlichen Spulen -, generiert werden, oder die Drehfelder können durch rechnerische Überlagerung der benötigten Ströme und dann mithilfe eines einzigen Spulensystems generiert werden.
  • Zur Platzierung des Rotors 3 im Mischbehälter 2 weist der Mischbehälter 2 an seinem Boden 22 einen im wesentlichen zylindrischen Becher 21 auf, der sich bezüglich des Mischbehälters 2 als Auswölbung nach aussen erstreckt, und im Zentrum des Bodens 22 angeordnet ist. Der zylindrische Becher 21 ist vorzugsweise formstabil und aus einem Kunststoff gefertigt. Der Rotor 3 ist in dem Becher 21 angeordnet.
  • Der Stator 4 ist so angeordnet, dass er den Becher 21 in Umfangsrichtung vollständig umgibt, sodass der Rotor 3 zentral zwischen den von den Spulenkernen 41 gebildeten Statorpolen 43 angeordnet ist.
  • Der Rotor 3 umfasst einen magnetisch wirksamen Kern 31, welcher über magnetische Felder mit dem Stator 4 wechselwirkt, um den Rotor 3 magnetisch anzutreiben und zu lagern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der magnetisch wirksame Kern 31 des Rotors 3 ein ringförmiger Permanentmagnet, dessen Magnetisierung in Fig. 1 durch die beiden Pfeile ohne Bezugszeichen angezeigt ist. Der magnetisch wirksame Kern 31 ist mit einer Ummantelung 32 versehen, welche aus Kunststoff besteht.
  • Im Folgenden wird mit der magnetischen Rotorebene C die magnetische Mittelebene des magnetisch wirksamen Kerns 31 des Rotors 3 bezeichnet. Dies ist diejenige Ebene senkrecht zur axialen Richtung A, in welcher der Rotor 3 bzw. der magnetisch wirksame Kern 31 des Rotors 3 im Betriebszustand gelagert wird, wenn der Rotor 3 nicht verkippt ist. In der Regel ist die magnetische Rotorebene C die geometrische Mittelebene des magnetisch wirksamen Kerns 31 des Rotors 3, die senkrecht zur axialen Richtung A liegt. Diejenige Ebene, in welcher der Rotor 3 im Betriebszustand gelagert wird, wird auch als radiale Ebene bezeichnet. Die radiale Ebene definiert die x-y -Ebene eines kartesischen Koordinatensystems, dessen z-Achse in axialer Richtung A verläuft. Ist der Rotor 3 also nicht verkippt, so stimmt die radiale Ebene mit der magnetischen Rotorebene C überein.
  • Der Becher 21 weist in axialer Richtung A eine Tiefe auf, die etwas grösser ist als Erstreckung des magnetisch wirksamen Kerns 31 des Rotors 3 in axialer Richtung A. Somit kann der Rotor 3 beim Aktivieren des elektromagnetischen Drehantriebs durch die magnetischen Kräfte vom Boden des Bechers 21 abgehoben und in eine zentrierte Position zwischen den Statorpolen 43 gebracht werden, wo der Rotor 3 dann kontaktlos bezüglich des Bechers 21 rotieren kann.
  • Der Stator 4 ist in einem im Wesentlichen zylindrischen Spalttopf 5 angeordnet, welcher an seiner darstellungsgemässen Oberseite eine zentral angeordnete, ebenfalls zylindrische Ausnehmung 51 aufweist, welche so bemessen ist, dass sie den Becher 21 aufnehmen kann. Im zusammengesetzten Zustand ist der Becher 21 des Mischbehälters 2 koaxial mit dem Spalttopf 5 bzw. der Ausnehmung 51 angeordnet. Die Abmessungen des Spalttopfs 5 und des Bechers 21 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Spalttopf 5 den Becher 21 im zusammengesetzten Zustand eng umschliesst und mit seiner Mantelfläche an der Mantelfläche des Bechers 21 anliegt.
  • Der Spalttopf 5 ist integraler Bestandteil eines Statorgehäuses 52 oder er ist fest mit dem Statorgehäuse 52 verbunden, welches den Stator 4 aufnimmt. Der Stator 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mittels einer thermisch leitfähigen Vergussmasse im Statorgehäuse 52 eingegossen und somit im Statorgehäuse 52 fixiert.
  • Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der von dem Stator 4 und dem Rotor 3 gebildete Drehantrieb als sogenannter Tempelmotor ausgestaltet. Das Charakteristische einer Ausgestaltung als Tempelmotor ist es, dass der Stator 4 eine Mehrzahl von separaten Spulenkernen 41 umfasst, von denen jeder einen stabförmigen Längsschenkel umfasst, welcher sich von einem ersten Ende in axialer Richtung A bis zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei alle ersten Enden - gemäss der Darstellung in Fig. 1 sind dies die unteren Enden - durch einen Rückschluss 44 miteinander verbunden sind. Dabei umfasst der Rückschluss 44 mehrere Segmente, von denen jedes jeweils das erste Ende eines Spulenkerns 41 mit dem ersten Ende des benachbarten Spulenkerns 41 verbindet. Dabei sind die individuellen Spulenkerne 41 vorzugsweise so angeordnet, dass sie den Rotor 3 kreisförmig umgeben und auf diesem Kreis äquidistant angeordnet sind. Im Betrieb ist der Rotor 3 zwischen den zweiten Enden der Spulenkerne 41, welche die radial nach innen gerichteten Statorpole 43 aufweisen, berührungslos magnetisch gelagert. Die zueinander parallel ausgerichteten Längsschenkel der Spulenkerne 41, die sich alle parallel zur axialen Richtung A erstrecken, und welche den Rotor 3 umgeben, sind es, welche dem Tempelmotor seinen Namen gegeben haben, weil diese parallelen Längsschenkel an die Säulen eines Tempels erinnern.
  • Ein weiteres Merkmal des Tempelmotors ist es, dass die Wicklungen 42 des Stators 4 jeweils um die Längsschenkel der Spulenkerne 41 angeordnet sind und somit ausserhalb der magnetischen Rotorebene C angeordnet sind, darstellungsgemäss unterhalb der magnetischen Rotorebene C. Vorzugsweise sind die Wicklungen 42 vollständig unterhalb des magnetisch wirksamen Kerns 31 angeordnet. Die Wicklungen 42 sind also nicht in der Ebene angeordnet, in welcher der Rotor 3 im Betriebszustand angetrieben und gelagert wird. Im Unterschied zu anderen elektromagnetischen Drehantrieben, bei welchen die Wicklungen des Stators so angeordnet sind, dass die Spulenachsen jeweils in der magnetischen Rotorebene liegen, also in der Ebene, in welcher der Rotor angetrieben und gelagert wird, sind beim Tempelmotor die Wicklungen 42 des Stators 2 so angeordnet, dass die Achsen der Wicklungen 42 senkrecht auf der magnetischen Rotorebene C stehen und somit parallel zur axialen Richtung A ausgerichtet sind.
  • Es versteht sich natürlich, dass die Erfindung nicht auf solche Ausgestaltungen als Tempelmotor beschränkt ist. Es sind auch zahlreiche andere Ausgestaltungen des Stators 4 möglich. Wesentlich ist nur, dass der Rotor 3 im Betriebszustand berührungslos magnetisch zur Rotation um die axiale Richtung antreibbar ist.
  • Erfindungsgemäss weist die Mischvorrichtung 1 eine Kippsicherung 7 auf, mit welcher die Verkippung des Rotors 3 im Betriebszustand begrenzbar ist. Mit einer Verkippung des Rotors 3 ist dabei gemeint, dass die magnetische Mittelebene C des Rotors nicht mehr genau senkrecht auf der axialen Richtung A steht, sondern mit dieser einen von 90° verschiedenen Winkel einschliesst. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die magnetische Rotorebene C und die radiale Ebene, in welcher der Rotor 3 gelagert wird, nicht mehr deckungsgleich und nicht mehr parallel zueinander sind, sondern einen von Null verschiedenen Winkel miteinander einschliessen.
  • Mit einer axialen Verschiebung des Rotors 3 ist gemeint, dass der unverkippte Rotor 3 in axialer Richtung A verschoben ist, ohne dabei verkippt zu sein. In diesem Fall ist die magnetische Rotorebene C noch parallel zur radialen Ebene, aber nicht mehr deckungsgleich mit dieser.
  • Die Kippsicherung 7 umfasst einen sich in axialer Richtung A erstreckenden Stab 8, der drehfest mit dem Rotor 3 verbunden ist, sowie ein bezüglich des Mischbehälters 2 fixiertes Begrenzungselement 9, welches mit dem Stab 8 zusammenwirkt. Dabei ist die Kippsicherung 7 so ausgestaltet und angeordnet, dass der Stab 8 mit geringem Spiel bezüglich des Begrenzungselements 9 rotieren kann, und eine Verkippung des Rotors 3 durch einen körperlichen Kontakt zwischen dem Stab 8 und dem Begrenzungselement 9 begrenzt ist.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der zylindrisch ausgestaltete Stab 8 im Zentrum des Rotors 3 angeordnet, sodass die Achse des Stabs 8 bei unverkipptem Rotor 3 mit der axialen Richtung A zusammenfällt. Der Stab 8 erstreckt sich bezüglich der axialen Richtung A durch den gesamten Mischbehälter 2. Das Begrenzungselement 9 ist innenliegend an der Decke 23 des Mischbehälters angeordnet, und zwar so, dass das Zentrum des Begrenzungselements 9 mit dem Zentrum des Rotors 3 fluchtet. Das Begrenzungselement 9 ist hier als Hülse ausgestaltet, deren innerer Durchmesser ID grösser ist als der Durchmesser D des Stabs 8. Beim Zusammensetzen der Mischvorrichtung 1 wird der Stab 8 in das Begrenzungselement 9 eingeführt, wobei die Länge des Stabs 8 und sein Durchmesser D so bemessen sind, dass zwischen der inneren Wandung des Begrenzungselements 9 und dem Stab 8 ein Spiel S existiert. Bezüglich der axialen Richtung A ist der Stab 8 so bemessen, dass er auch in axialer Richtung A kontaktfrei von dem Begrenzungselement 9 aufgenommen wird.
  • Der Rotor 3 ist bezüglich Verkippungen passiv magnetisch, d. h. nicht ansteuerbar, im Stator 4 stabilisiert. Das heisst, wenn es im Betriebszustand zu einer Verkippung des Rotors 3 kommt, so werden dadurch magnetische Rückstellkräfte hervorgerufen, welche ein Drehmoment bezüglich der axialen Richtung A auf den Rotor 3 bewirken, das den Rotor 3 in seine unverkippte Stellung zurück bewegt. Diese magnetischen Rückstellkräfte sind üblicherweise Reluktanzkräfte, welche durch die Verkippung des Rotors 3 generiert werden. Diese passive magnetische Stabilisierung des Rotors 3 gegen Verkippungen soll auch durch das Begrenzungselement 9 nicht beeinflusst werden. Der Rotor 3 rotiert im Betriebszustand berührungslos im Stator 4 und auch der Stab 8 rotiert bei verkippungsfreiem Rotor 3 berührungslos in dem Begrenzungselement 9. Kommt es im Betrieb zu einer Verkippung des Rotors 3, so wird diese zunächst durch die passive magnetische Stabilisierung des Rotors 3 kompensiert, welche den Rotor 3 in seine unverkippte Lage zurückbewegt, ohne dass es zu einem körperlichen Kontakt zwischen dem Stab 8 und dem Begrenzungselement 9 kommt.
  • Erst wenn die Verkippung des Rotors 3 zu gross, bzw. zu stark wird, kommt es zu einem körperlichen Kontakt zwischen dem Begrenzungselement 9 und dem Stab 8, welcher dann die maximale Verkippung des Rotors 3 begrenzt. Wird der Rotor 3 im Betrieb zu stark verkippt, so kommt der Stab 8 in körperlichen Kontakt mit dem Begrenzungselement 9, wodurch eine weitere Zunahme der Verkippung des Rotors 3 verhindert wird.
  • Dabei ist es wesentlich, dass der Stab 8 bei unverkippten Rotor 3 und bei Verkippungen des Rotors 3, die von seiner passiven magnetischen Lagerung rückgängig gemacht werden können, berührungslos in dem Begrenzungselement 9 rotieren kann. Erst wenn die Verkippung des Rotors 3 zu gross werden könnte, verhindert der körperliche Kontakt zwischen dem Stab 8 und dem Begrenzungselement 9 eine weitere Zunahme der Verkippung des Rotors 3.
  • Die Kippsicherung 7 ist somit kein vollwertiges Lager für den Rotor 3, sondern lediglich eine Begrenzung für die Verkippung des Rotors 3.
  • Das Spiel S zwischen dem Stab 8 und dem Begrenzungselement 9 ist vorzugsweise so bemessen, dass der Stab 8 in Kontakt mit dem Begrenzungselement 9 kommt, bevor der Rotor 3 in körperlichen Kontakt mit der Wandung des Bechers 21 kommt.
  • Ein weiteres Kriterium für die Bestimmung eines geeigneten Spiels S zwischen dem Stab 8 und dem Begrenzungselement 9 ist es, dass ein körperlicher Kontakt zwischen dem Rotor 3 und der ihn umgebenden Wandung oder dem Boden des Bechers 21 vermieden werden soll. Es lässt sich in einfacher Weise bestimmen, wie stark der Rotor 3 verkippt werden kann, bevor es zu einem solchen Kontakt mit dem Becher 21 kommt. Das Spiel S wird dann so gewählt, dass ein Kontakt zwischen dem Rotor 3 und dem Becher 21 sicher vermieden wird.
  • Der Stab 8 ist vorzugsweise auch aus einem Kunststoff hergestellt und kann entweder als integraler Bestandteil an die Ummantelung 32 des Rotors 3 angeformt sein oder - wie dies die Darstellung in Fig. 1 zeigt - der Stab 8 wird als separate Komponente hergestellt, welche dann in eine zentrale Öffnung des Rotors 3 eingesteckt wird, sodass der Stab 8 drehfest mit dem Rotor 3 verbunden ist. Natürlich ist es auch möglich, den Stab 8 mit dem Rotor 3 zu verkleben oder zu verschweissen. Ferner ist es möglich, das der Stab 8 aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl oder Aluminium besteht. Das vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Begrenzungselement 9 kann als separates Bauteil hergestellt und dann an der Decke 23 des Mischbehälters 2 fixiert werden, beispielsweise durch Verschweissen oder Verkleben. Es ist natürlich auch möglich, dass das Begrenzungselement 9 als integraler Bestandteil der Decke 23 hergestellt wird. Natürlich kann auch das Begrenzungselement ganz oder teilweise aus einem metallischen Material bestehen.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist in dem Mischbehälter 2 eine Mehrzahl von Flügeln 6 zum Mischen oder Rühren der Substanzen vorgesehen. Die Flügel 6 sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und an dem Stab 8 angeordnet und befestigt. Dabei sind die Flügel 6 bezüglich der axialen Richtung A auf verschiedenen Höhen angeordnet, sodass die Flügel 6 in axialer Richtung A über den gesamten Mischbehälter 2 verteilt sind. Hierdurch lässt sich eine besonders homogene Durchmischung der Substanzen im Mischbehälter 2 realisieren. Da der Stab 8 mit den darauf befestigten Flügeln 6 drehfest mit dem Rotor 3 verbunden ist, sind die Flügel 6 durch die Rotation des Rotors 3 zur Rotation um die axiale Richtung A antreibbar. Die Flügel 6 können als separate Komponenten gefertigt werden, die dann mit dem Stab 8 verbunden werden, beispielsweise durch Verschweissen oder Verkleben, oder die Flügel 6 können integraler Bestandteil des Stabs 8 sein.
  • Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es natürlich auch möglich, dass alle Flügel 6 zu einem Flügelrad zusammengefasst sind und ein oder mehrere solche Flügelräder an dem Stab 8 vorgesehen sind. Ferner ist es möglich, alternativ oder ergänzend die Flügel direkt auf dem Rotor 3 bzw. direkt auf der Ummantelung 32 des Rotors vorzusehen.
  • Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt entlang der axialen Richtung A ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Mischvorrichtung 1. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu dem vorangehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Insbesondere haben die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie sie bereits im Zusammenhang mit dem vorangehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erläutert sind. Es versteht sich, dass alle vorangehenden Erläuterungen in gleicher Weise oder in sinngemäss gleicher Weise auch für das zweite Ausführungsbeispiel gelten.
  • Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist hier als Bioreaktor ausgestaltet. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Rotor 3 und der Stator 4 an der Decke 23 des Mischbehälters 2 angeordnet. Der Becher 21 ist im Zentrum der Decke 23 angeordnet und wiederum - in Bezug auf den Mischbehälter 2 - als Ausstülpung nach aussen ausgestaltet. Der Spalttopf 5 mit dem darin angeordneten Stator 4 ist dementsprechend aussen auf dem Deckel 23 angeordnet, sodass seine Ausnehmung 51 den Becher 21 mit dem darin angeordneten Rotor 3 in sinngemäss gleicher Weise aufnimmt bzw. umschliesst wie dies schon für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
  • Das Begrenzungselement 9 ist dem Zentrum des Rotors 3 gegenüberliegend am Boden 22 des Mischbehälters 2 fixiert, sodass das Begrenzungselement 9 das Ende des Stabs 8 aufnehmen kann.
  • Der Mischbehälter 2 ist in einem Fuss 10 angeordnet, welcher dem Mischbehälter 2 einen sicheren Stand gibt.
  • In Fig. 2 sind nun mit beispielhaftem Charakter auch noch weitere Komponenten der Mischvorrichtung dargestellt, die z. B. bei einer Ausgestaltung als Bioreaktor vorgesehen sein können. So ist eine Zuführung 26 vorgesehen, welche sich durch die Wandung des Mischbehälters 2 erstreckt und durch welche Substanzen in den Mischbehälter 2 einbringbar sind. Ferner ist eine Gaszuführung 25 vorgesehen, welche sich durch die Wandung des Mischbehälters 2 erstreckt, und durch welche ein Gas, beispielsweise Sauerstoff in den Mischbehälter einbringbar ist. Weiterhin ist eine Gasabführung 24 mit einem Gasfilter vorgesehen, welche sich durch die Wandung des Mischbehälters 2 erstreckt. Über die Gasabführung 24 können Gase, wie beispielsweise Kohlendioxid, welche z. B. bei biologischen Prozessen in dem Mischbehälter 2 generiert werden, aus diesem abgeführt werden. Auch ist eine weitere Durchführung27 vorgesehen, welche sich durch die Wandung des Mischbehälters 2 erstreckt und welche für die Aufnahme von Sonden 271 oder Messsensoren verwendbar ist, mit denen Parameter während des Mischprozesses überwacht werden können, z. B. pH-Wert, Temperatur, Druck, Konzentrationen etc.. Am Boden 22 des Mischbehälters 2 ist eine Abführung 28 vorgesehen, welche sich durch die Wandung des Mischbehälters 2 erstreckt und durch welche Substanzen aus dem Mischbehälter 2 abführbar sind oder mittels welcher der Mischbehälter 2 entleert werden kann. Es können auch noch weitere Durchführungen 29 vorgesehen sein, die für unterschiedliche Zwecke nutzbar sind.
  • Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt entlang der axialen Richtung A ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Mischvorrichtung 1. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen. Insbesondere haben die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie sie bereits im Zusammenhang mit den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erläutert sind. Es versteht sich, dass alle vorangehenden Erläuterungen in gleicher Weise oder in sinngemäss gleicher Weise auch für das dritte Ausführungsbeispiel gelten.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den beiden ersten im Wesentlichen dadurch, dass sich der Stab 8 bezüglich der axialen Richtung A nicht durch den gesamten Mischbehälter 2 hindurch erstreckt, sondern innerhalb des Mischbehälters 2, also deutlich beabstandet von seiner Decke 23 endet.
  • Das Begrenzungselement 9 ist hier am Boden 22 des Mischbehälters 2 vorgesehen und fixiert. Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 4 noch eine Aufsicht auf das Begrenzungselement 9 der in Fig. 3 dargestellten Mischvorrichtung 1. Das Begrenzungselement 9 umfasst einen zentralen Ring 91 zur Aufnahme des Stabs 8. Dabei ist der innere Durchmesser ID des Rings 91 grösser ist als der Durchmesser D des Stabs 8. Beim Zusammensetzen der Mischvorrichtung 1 wird der Stab 8 durch den Ring 91 hindurch geführt, wobei der Durchmesser D des Stabs so bemessen ist, dass zwischen der inneren Wandung des Rings 91 und dem Stab 8 das Spiel S existiert, das durch die Differenz des Innendurchmessers ID des Rings 91 und des Durchmessers D des Stabs 8 festgelegt ist. Bei dieser Ausgestaltung erstreckt sich also der Stab 8 in axialer Richtung A durch das Begrenzungselement 9 hindurch.
  • Das Begrenzungselement 9 umfasst ferner eine Mehrzahl, hier vier Arme 92 welche äquidistant verteilt jeweils am radial äusseren Rand des Rings 91 beginnen und sich von dort zunächst in radialer Richtung und dann in axialer Richtung A bis zum Boden 22 des Mischbehälters 2 erstrecken, wo sie jeweils fixiert sind. Je nachdem wie lang der Stab 8 ist, können die Arme 92 des Begrenzungselements 9 auch an der Decke 22 des Mischbehälters 2 fixiert sein.
  • Natürlich ist es auch bei solchen Ausgestaltungen, bei welchen sich der Stab 8 bezüglich der axialen Richtung A nicht durch den ganzen Mischbehälter 2 hindurch erstreckt, möglich, das Begrenzungselement 9 so auszugestalten, dass es ein Ende des Stabs 8 aufnimmt und nicht vollständig von dem Stab 8 durchdrungen wird.
  • Fig. 5 zeigt in einem Längsschnitt entlang der axialen Richtung A ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Mischvorrichtung 1. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen. Insbesondere haben die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie sie bereits im Zusammenhang mit den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erläutert sind. Es versteht sich, dass alle vorangehenden Erläuterungen in gleicher Weise oder in sinngemäss gleicher Weise auch für das vierte Ausführungsbeispiel gelten.
  • Das vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Mischvorrichtung 1 ist speziell für Anwendungen mit Einmalgebrauch ausgestaltet. Um die Reinheit bzw. die Sterilität derjenigen Komponenten der Mischvorrichtung 1 zu gewährleisten, die mit den zu mischenden oder zu rührenden Substanzen in Kontakt kommen, umfasst das vierte Ausführungsbeispiel eine Einmalvorrichtung, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist und für den Einmalgebrauch ausgestaltet ist, sowie eine wiederverwendbare Vorrichtung, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet ist und die für den dauerhaften Gebrauch, also den Mehrfachgebrauch ausgestaltet ist. Dabei umfasst die Einmalvorrichtung 20 diejenigen Komponenten, welche während des Mischvorgangs mit den zu mischenden Substanzen in Kontakt kommt. Dies sind insbesondere der Mischbehälter 2, der Rotor 3, alle Flügel 6 sowie die Kippsicherung 7.
  • Mit dem Begriff "Einmalvorrichtung" und anderen Zusammensetzungen mit dem Bestandteil "Einmal", wie z. B. Einmalteil, Einmalkomponente usw., sind dabei solche Komponenten bzw. Teile gemeint, die für den Einmalgebrauch ausgestaltet sind, die also bestimmungsgemäss nur ein einziges Mal benutzt werden können und dann entsorgt werden. Für eine neue Anwendung muss dann ein neues, bisher unbenutztes Einmalteil eingesetzt werden. Bei der Konzipierung bzw. der Ausgestaltung der Einmalvorrichtung 20 sind es daher wesentliche Aspekte, dass die Einmalvorrichtung 20 möglichst einfach und wirtschaftlich herstellbar ist, wenige Kosten verursacht und aus möglichst preisgünstig erhältlichen Materialen herstellbar ist. Ein anderer wesentlicher Aspekt ist es, dass die Einmalvorrichtung 20 in möglichst einfacher Weise mit der wiederverwendbaren Vorrichtung 60 zu der Mischvorrichtung 1 zusammenfügbar ist. Die Einmalvorrichtung 20 soll also in sehr einfacher Weise ersetzt werden können, ohne dass dafür ein hoher Montageaufwand notwendig ist. Besonders bevorzugt soll die Einmalvorrichtung 20 ohne die Verwendung von Werkzeugen mit der wiederverwendbaren Vorrichtung 60 zusammenfügbar bzw. von dieser trennbar sein.
  • Auch ist es ein wichtiger Aspekt, dass die Einmalvorrichtung 20 nach ihrem Gebrauch möglichst einfach zu entsorgen ist. Daher werden solche Materialien bevorzugt, die eine möglichst geringe Umweltbelastung, insbesondere auch bei der Entsorgung mit sich bringen.
  • Bei der Ausgestaltung mit der Einmalvorrichtung 20 ist der Mischbehälter 2 als flexibler Mischbehälter 2 ausgestaltet, welcher aus einem Kunststoff hergestellt ist. Der Mischbehälter 2 ist vorzugsweise ein flexibler Beutel, beispielsweise ein Plastik- oder ein Kunststoffsack, der zusammengefaltet werden kann, sodass er bei der Lagerung möglichst wenig Platz beansprucht. Der Mischbehälter 2 weist bei dem vierten Ausführungsbeispiel mehrere Ein- oder Auslässe 11 auf, die wie vorangehend beschrieben beispielsweise zum Zu- und Abführen von Substanzen und Gasen oder für die Aufnahme von Sonden oder Messsensoren nutzbar sind. Dabei sind beispielsweise an manchen der Ein- oder Auslässen 11 in an sich bekannter Weise Schläuche oder schlauartige Fortsetzungen vorgesehen, die aus Kunststoff hergestellt sind und mit dem Mischbehälter 2 verschweisst sind, sodass durch diese Schläuche Substanzen zu- oder abführbar sind. Andere Ein- oder Auslässe 11 können auch in an sich bekannter Weise als selbstdichtende Durchgänge ausgestaltet sein.
  • Insbesondere können an dem Mischbehalter 2 sogenannte Sampling Ports 111 angeklebt oder angeschweisst sein. Dabei handelt es sich um kurze schlauchartige Kunststoffgebilde, durch welche beispielsweise Proben aus dem Mischbehälter 2 entnommen werden können. Jeder Sampling Port 111 ist dabei üblicherweise in an sich bekannter Art an seinem aus dem Mischbehälter 2 herausragenden Ende mit einer Klemme gesichert, sodass keine ungewünschten Substanzen durch diese Sampling Ports 111 in das Innere des Mischbehälters 2 gelangen können.
  • Auch kann an dem Mischbehälter 2 die Gasabführung 24 mit dem Gasfilter vorgesehen sein, wobei auch der Gasfilter für den Einmalgebrauch ausgelegt ist.
  • Der zylindrische Becher 21 für die Aufnahme des Rotors 3 ist vorzugsweise formstabil und aus einem Kunststoff gefertigt. Er kann aber beispielsweise auch in Form eines flexiblen Schlauches oder Beutels aus Kunststofffolie ausgestaltet sein. Die Kippsicherung 7 sowie alle Flügel 6 sind formstabil ausgestaltet und vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt. Die formstabilen Teile, welche an dem Mischbehälter 2 fixiert sind, also insbesondere der Becher 21 und das Begrenzungselement 9 können mittels Verkleben oder Verschweissen fluiddicht mit dem flexiblen Mischbehälter 2 verbunden werden. Es ist natürlich auch bei der Ausgestaltung für den Einmalgebrauch möglich, die Kippsicherung 7 ganz oder teilweise aus einem metallischen Werkstoff herzustellen. So kann das Begrenzungselement 9 beispielsweise eine metallische Hülse, z. B. aus Aluminium sein. Auch der Stab 8 kann bei der Ausgestaltung für den Einmalgebrauch aus einem metallischen Werkstoff bestehen, um beispielsweise eine grössere Stabilität zu gewährleisten. Da sowohl das Begrenzungselement 9 als auch der Stab 8 sehr einfach ausgestaltete Komponenten sind, insbesondere bezüglich ihrer Geometrie, können sie auch sehr kostengünstig hergestellt werden.
  • Die wiederverwendbare Vorrichtung 60 umfasst einen formstabilen Stützbehälter 61 zur Aufnahme des Mischbehälters 2, sowie den Stator 4. Der Stützbehälter 61 weist an seinem Boden mehrere Füsse 62 auf, auf denen der Stützbehälter 61 steht. Ferner ist im Boden mindestens eine Öffnung 12 vorgesehen, sodass Substanzen aus dem Mischbehälter 2 abgeführt bzw. in diesen eingebracht werden können. An seiner Oberseite ist der im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Stützbehälter 61 offen oder optional -wie in Fig. 5 gezeigt - mit einem abnehmbaren Deckel 63 versehen, sodass der Mischbehälter 2 problemlos in den Stützbehälter 61 eingebracht werden kann. Ferner können an der Wand des Stützbehälters 61 Fenster 64 vorgesehen sein, durch welche ein optischer Zugang zu dem Mischbehälter 2 möglich ist.
  • Am Boden des Stützbehälters 61 ist zentral der im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Spalttopf 5 und das Statorgehäuse 52 mit dem darin enthaltenen Stator 4 angeordnet. Der Spalttopf 5 ist in das Statorgehäuse 52 integriert oder an diesem fixiert. Der Spalttopf 5 erstreckt sich in Richtung seiner Zylinderachse darstellungsgemäss nach unten, sodass er im zusammengesetzten Zustand koaxial den Becher 21 aufnehmen kann. Die Abmessungen des Spalttopfs 5 und des Bechers 21 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Ausnehmung 51 des Spalttopfs 5 den Becher 21 im zusammengesetzten Zustand eng umschliesst und mit ihrer Mantelfläche an der Mantelfläche des Bechers 21 anliegt.
  • Das Statorgehäuse 52 mit dem Spalttopf 5 ist vorzugsweise mittels Schrauben am Boden des Stützbehälters 61 fixiert.
  • In dem Statorgehäuse 52 ist der Stator 4 angeordnet, welcher als Lager- und Antriebsstator ausgestaltet ist, mit welchem der Rotor 3 im Betriebszustand berührungslos antreibbar und bezüglich des Stators 3 berührungslos magnetisch lagerbar ist.
  • Das Zusammensetzen der Einmalvorrichtung 20 und der wiederverwendbaren Vorrichtung 60 zu der Mischvorrichtung 1 ist äusserst einfach, sowie schnell und insbesondere ohne Werkzeuge durchführbar. Dazu wird der üblicherweise für die Lagerung zusammengefaltete oder um den Stab 8 herum gewickelte Mischbehälter 2 mit dem darin befindlichen Rotor 3, dem Begrenzungselement 9 und den Flügeln 6 seiner Verpackung entnommen, in den Stützbehälter 61 eingelegt und der Becher 21 mit dem Rotor 3 in den Spalttopf 5 eingesetzt. Falls der Stab 8 noch nicht mit dem Rotor 3 verbunden ist, wird der Stab 8 in den Rotor 3 eingesetzt und dann in Wirkverbindung mit dem Begrenzungselement 9 gebracht. Optional wird der Deckel 63 aufgesetzt, um den Stützbehälter 61 zu verschliessen. Schon dann ist die Mischvorrichtung 1 bereit für die Anwendung. Nach der Anwendung wird der Mischbehälter 2 mit dem Becher 21, dem Stab 8, dem Begrenzungselement 9 und dem Rotor 3 einfach aus dem Stützbehälter 61 herausgezogen. Der Becher 21 löst sich dabei einfach vom Spalttopf 5 ab. Diese besonders einfache und problemlose Verbindung bzw. Trennung der Einmalvorrichtung 20 mit bzw. von der wiederverwendbaren Vorrichtung 60 trägt somit einem wesentlichen Aspekt der Ausgestaltung für den Einmalgebrauch Rechnung.
  • Insbesondere bei der Ausgestaltung des Mischbehälters 2 als flexibler Mischbehälter 2 kann es vorteilhaft sein, wenn das Begrenzungselement 9 eine Fixierung 90 umfasst, mit welchem das Begrenzungselement bezüglich der wiederverwendbaren Vorrichtung 60 fixierbar ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst diese Fixierung 90 einen Stift oder einen Gewindestift, welcher durch eine entsprechende Öffnung im Deckel 63 der wiederverwendbaren Vorrichtung 60 greift und dann mittels einer Mutter oder einer anderen geeigneten Massnahme am Deckel 63 fixiert wird.
  • Der Rotor 3 kann - wie in Fig. 5 gezeigt - mit einem Permanentmagneten als magnetisch wirksamen Kern 31 ausgestaltet sein. Insbesondere bei der Ausgestaltung als Einmalteil kann es je nach Anwendung aber auch vorteilhaft sein, den Rotor 3 permanentmagnetfrei, also ohne Permanentmagnete und spulenfrei auszugestalten. Der magnetisch wirksame Kern 31 ist dann beispielsweise aus einem weichmagnetischen Material wie Eisen, Nickel-Eisen oder Silizium-Eisen gefertigt. Diese Massnahme ermöglicht eine kostengünstige Ausgestaltung des Rotors 3 als Einmalteil, denn insbesondere sind für die Herstellung des Rotors 3 keine Seltenen Erden wie z. B. Neodym oder Samarium, bzw. Verbindungen oder Legierungen dieser notwendig, die häufig für die Herstellung von Permanentmagneten verwendet werden.
  • Bei solchen Ausgestaltungen, bei welchen der Rotor 3 ohne Permanentmagnete ausgestaltet ist, ist es besonders bevorzugt, wenn im Stator 4 ein oder mehrere Permanentmagnet(e) vorgesehen ist/sind, um einen permanentmagnetischen Vormagnetisierungsfluss zu generieren, sodass nicht der gesamte für den Antrieb und die Lagerung benötigte magnetische Fluss als elektromagnetischer Fluss generiert werden muss.
  • Da die Komponenten der Einmalvorrichtung 20, also der Mischbehälter 2, der Rotor 3, alle Flügel 6 und die Kippsicherung 7 für den Einmalgebrauch ausgelegt sind, sollten die aus Kunststoff gefertigten Teile aus einem möglichst preisgünstigen, handelsüblichen Kunststoff hergestellt werden. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist es, dass die Einmalvorrichtung 20 bzw. ihre Komponenten für gewisse Anwendungsbereiche sterilisierbar sein müssen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einmalvorrichtung 20 gamma-sterilisierbar ist. Bei dieser Art der Sterilisierung wird das zu sterilisierende Element mit Gamma-Strahlung beaufschlagt. Der Vorteil der Gamma-Sterilisierung, beispielsweise im Vergleich zur Dampfsterilisierung, liegt insbesondere darin, dass die Sterilisierung auch durch die Verpackung hindurch erfolgen kann. Gerade bei Einmalteilen ist es eine gängige Praxis, dass die Teile nach ihrer Herstellung in die Verpackung gebracht werden und dann noch eine Zeit lagern, bevor sie an den Kunden ausgeliefert werden. In solchen Fällen erfolgt die Sterilisierung durch die Verpackung hindurch, was bei einer Dampfsterilisierung oder anderen Verfahren nicht möglich ist.
  • Die Einmalvorrichtung 20 bietet andererseits durch ihre nur einmalige Verwendbarkeit, den grossen Vorteil, dass man bei der Konstruktion keinen Wert auf eine gute Reinigbarkeit der Einmalvorrichtung 20 legen muss, weil die Einmalvorrichtung bei bestimmungsgemässem Gebrauch nicht gereinigt werden muss. Ferner ist es in der Regel nicht notwendig, dass die Einmalvorrichtung 20 bzw. ihre Komponenten mehr als einmal sterilisierbar sein müssen. Dies ist insbesondere bei der Gamma-Sterilisierung ein grosser Vorteil, weil die Beaufschlagung mit Gamma-Strahlung bei Kunststoffen zu Degradationen führen kann, sodass eine mehrfache Gamma-Sterilisierung den Kunststoff unbrauchbar machen kann.
  • Da in der Regel bei Einmalteilen auf eine Sterilisierung unter hohen Temperaturen und /oder unter hohem (Dampf-) Druck verzichtet werden kann, können kostengünstigere Kunststoffe eingesetzt werden, beispielsweise solche, die keine hohen Temperaturen aushalten, oder die nicht mehrfach hohen Temperatur- und Druckwerten ausgesetzt werden können.
  • Unter Berücksichtigung all dieser Aspekte ist es daher bevorzugt, für die Herstellung der Einmalvorrichtung 20 solche Kunststoffe zu verwenden, die zumindest einmal gamma-sterilisierbar sind. Die Materialien sollten dabei gammastabil für eine Dosis von mindestens 40 kGy sein, um eine einmalige Gamma-Sterilisierung zu ermöglichen. Bei der Gamma-Sterilisierung sollten zudem keine giftigen Stoffe entstehen. Zudem ist es bevorzugt, wenn alle Materialien, die mit den zu mischenden bzw. den durchmischten Substanzen in Berührung kommen, USP Class VI Standards erfüllen.
  • Für die Herstellung des flexiblen Mischbehälters 2 sind beispielsweise folgende Kunststoffe bevorzugt: PolyEthylene (PE), Low Density PolyEthylene (LDPE), Ultra Low Density PolyEthylene (ULDPE), Ethylene Vinyl Acetate (EVA), PolyEthylene Terephthalate (PET), PolyVinylChlorid (PVC), PolyPropylene (PP), PolyUrethan (PU), Silicone
    Für die Herstellung des Bechers 21, der Kippsicherung 7, der Flügel 6 und der aus Kunststoff bestehenden Teile des Rotors 3, also z. B. die Ummantelung 32, sind beispielsweise folgende Kunststoffe bevorzugt: PolyEthylene (PE), PolyPropylene (PP), Low Density PolyEthylene (LDPE), Ultra Low Density PolyEthylene (ULDPE), Ethylene Vinyl Acetate (EVA), PolyEthylene Terephthalate (PET), PolyVinylChlorid (PVC), PolyVinyliDene Fluoride (PVDF), Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), PolyAcryl, PolyCarbonate (PC).
  • Diese genannten Kunststoffe eignen sich unter anderen auch für die Herstellung eines formstabilen Mischbehälters 2, der für den Mehrfachgebrauch ausgestaltet ist.
  • Weniger geeignete oder sogar ungeeignete Materialien für die Herstellung der Kunststoffteile der Einmalvorrichtung 20 sind beispielsweise die unter dem Markennamen Teflon bekannten Materialien Polytetrafluoroethylene (PTFE) und und Perfluoralkoxy-Polymere (PFA). Bei diesen Materialien besteht nämlich bei der Gamma-Sterilisierung die Gefahr, dass gefährliche Gase austreten, wie beispielsweise Fluor, das dann giftige oder schädliche Verbindungen wie Flusssäure (HF) bilden kann.
  • Ist der Mischbehälter 2 für den Mehrfachgebrauch konzipiert, so kann er natürlich auch aus PTFE oder PFA oder auch aus einem Metall, beispielsweise Edelstahl oder auch aus Glas hergestellt sein.
  • Auch ist es bevorzugt, wenn die aus Kunststoff bestehenden Komponenten mittels eines Spritzgiessverfahrens herstellbar sind, weil dies eine besonders kostengünstige Art der Herstellung ist.
  • Im Folgenden werden anhand der Fig. 6, 7 und 8 beispielhaft noch verschiedene Varianten für die Ausgestaltung des Begrenzungselements 9 erläutert, die für alle der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele geeignet sind. Wie bereits erläutert, wirken der Stab 8 und das Begrenzungselement 9 vorzugsweise so zusammen, dass der Stab 8 gegen eine Trennung von dem Begrenzungselement 9 gesichert ist. Neben der bereits beschriebenen Variante mit dem Ring 91 des Begrenzungselements 9, bei welcher sich der Stab 8 in axialer Richtung durch das Begrenzungselement 9 hindurch erstreckt, zeigen die Fig. 6-8 Ausführungsformen, bei denen das Begrenzungselement 9 mit dem Rotor 3 abgewandten Ende des Stabs 8 zusammenwirkt.
  • Bei den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Varianten ist dabei das Begrenzungselement 9 so ausgestaltet, dass das dem Rotor 3 abgewandte Ende des Stabs 8 von dem Begrenzungselement 9 aufgenommen wird, während die in Fig. 6 gezeigte Variante einer Ausführungsform entspricht, bei welcher das dem Rotor 3 abgewandte Ende des Stabs 8 so ausgestaltet ist, dass es einen Teil des Begrenzungselements 9 umschliesst.
  • Die in Fig. 6 dargestellte Variante des Begrenzungselements 9 umfasst einen Stift 93, welcher aus einem Grundkörper 94 des Begrenzungselements 9 in axialer Richtung A herausragt. Dieser Stift 93 weist an seinem dem Grundkörper 94 abgewandten Ende einen Kugelkopf 95 auf, welcher zum Zusammenwirken mit dem Stab 8 ausgestaltet ist. Das mit diesem Stift 94 zusammenwirkende Ende des Stabs 8 ist hohl ausgestaltet und umfasst eine Zunge 82 an seinem Ende, welche die Öffnung des Stabs 8 so begrenzt, dass der von der Zunge 82 gebildete Durchlass einerseits grösser ist als der Durchmesser DS des Stifts und andererseits kleiner als der Durchmesser des Kugelkopfs 95. Somit lässt sich der Kugelkopf 95 in Form einer Schnappverbindung in das Ende des Stabs 8 einführen und ist anschliessend berührungsfrei in diesem Ende des Stabs 8 aufgenommen, solange der Rotor 3 unverkippt oder in einer durch die passiv magnetische Lagerung ausgleichbaren Verkippung orientiert ist. Erst wenn die Verkippung des Rotors 3 zu stark bzw. zu gross wird, legt sich der Kugelkopf 95 an die innere Wandung des Stabs 8 an, rollt auf dieser ab und begrenzt somit die maximal mögliche Verkippung des Rotors 3. Die Verkippung des Rotors 3 ist in Fig. 6 durch den Doppelpfeil ohne Bezugszeichen angedeutet.
  • Bei den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Varianten für das Begrenzungselement 9 handelt es sich um Varianten, bei welchen das dem Rotor 3 abgewandte Ende des Stabs 8 von dem Begrenzungselement 9 aufgenommen wird. Bei diesen beiden Varianten ist der Stab 8 an seinem dem Rotor 3 abgewandten Ende mit einem Abschlusselement 81 versehen, welches zur Aufnahme durch das Begrenzungselement 9 ausgestaltet ist. Dabei ist die Wirkverbindung zwischen dem Ende des Stabs 8 und dem Begrenzungselement 9 vorzugsweise durch eine Schnappverbindung realisiert.
  • Bei der in Fig. 7 dargestellten Variante ist das Abschlusselement 81 kegelstumpfförmig ausgestaltet. Das Begrenzungselement 9 weist einen als Klaue 98 ausgestalteten Bereich mit einer zentralen Eintrittsöffnung 99 auf, die so bemessen ist, dass der Durchmesser der Eintrittsöffnung 99 grösser ist als der Durchmesser D des Stabs 8, aber kleiner als der maximale Durchmesser des kegelstumpfförmigen Abschlusselements 81. Die Klaue 98 bildet eine Kegelfläche 96 um die Eintrittsöffnung 99 herum, durch welche das Abschlusselement 81 in das Begrenzungselement 9 einführbar ist. Unterhalb der Klaue 98 ist eine Kavität 97 vorgesehen, die so ausgestaltet ist, dass sich das Abschlusselement 81 kontaktlos in der Kavität 97 bewegen kann, solange die Verkippung des Rotors 3 den vorgebbaren Grenzwert nicht überschreitet, der durch die Kapazität der passiv magnetischen Stabilisierung des Rotors 3 gegeben ist. Falls dieser Grenzwert überschritten wird, kommt das Abschlusselement 81 in körperlichen Kontakt mit dem Begrenzungselement 9 und behindert so eine weitere Zunahme der Verkippung des Rotors 3. Dabei ist es vorteilhaft, dass das kegelstumpfförmige Abschlusselement 81 auf der Innenfläche des Begrenzungselements 9 abrollen kann.
  • Die in Fig. 8 dargestellte Variante zeigt eine Ausgestaltung, bei welcher das Abschlusselement 81 als Kugelkopf ausgestaltet ist.
  • Das vorzugsweise formstabile Begrenzungselement 9 kann - wie in Fig. 8 dargestellt - durch Verschweissen oder Verkleben mit dem Mischbehälter 2 verbunden und bezüglich diesem fixiert werden.
  • Insbesondere die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Varianten bieten den zusätzlichen Vorteil, dass durch diese Ausgestaltung auch die Verschiebung des Rotors 3 in axialer Richtung A begrenzt ist, und zwar sowohl für Verschiebungen des Rotors 3 in axialer Richtung A nach oben als auch für Verschiebungen des Rotors 3 in axialer Richtung A nach unten.

Claims (15)

  1. Mischvorrichtung zum Mischen oder Rühren von Substanzen mit einem Mischbehälter (2) zur Aufnahme der zu mischenden oder zu rührenden Substanzen, mit einem in dem Mischbehälter (2) angeordneten Rotor (3), mit welchem mindestens ein Flügel (6) zum Mischen oder Rühren der Substanzen zur Rotation um eine axiale Richtung (A) antreibbar ist, sowie mit einem ausserhalb des Mischbehälters (2) angeordneten Stator (4), mit welchem der Rotor (3) im Betriebszustand berührungslos magnetisch zur Rotation um die axiale Richtung (A) antreibbar und bezüglich des Stators (4) magnetisch lagerbar ist, gekennzeichnet durch eine Kippsicherung (7) für den Rotor (3), welche einen sich in axialer Richtung (A) erstreckenden Stab (8) umfasst, der drehfest mit dem Rotor (3) verbunden ist, sowie ein bezüglich des Mischbehälters (2) fixiertes Begrenzungselement (9), welches mit dem Stab (8) zusammenwirkt, wobei die Kippsicherung (7) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Stab (8) bezüglich des Begrenzungselements (9) rotieren kann, und eine Verkippung des Rotors (3) durch einen körperlichen Kontakt zwischen dem Stab (8) und dem Begrenzungselement (9) begrenzt ist.
  2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stator (4) als Lager- und Antriebsstator ausgestaltet ist, mit welchem der Rotor (3) im Betriebszustand berührungslos magnetisch antreibbar und zumindest radial bezüglich des Stators (4) berührungslos magnetisch lagerbar ist.
  3. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Rotor (3) im Betriebszustand bezüglich der axialen Richtung (A) passiv magnetisch stabilisiert ist und vorzugsweise bezüglich der axialen Richtung (A) zusätzlich passiv magnetisch gegen Verkippungen stabilisiert ist.
  4. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kippsicherung (7) so ausgestaltet ist, dass bei einer Verkippung des Rotors (3) der Stab (8) in Kontakt mit dem Begrenzungselement (9) kommt, bevor der Rotor (3) in körperlichen Kontakt mit einer ihn umgebenden Wandung kommt.
  5. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Begrenzungselement (9) innenliegend an einer der beiden axialen Begrenzungsflächen (22, 23) des Mischbehälters (2) angeordnet ist.
  6. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Begrenzungselement (9) dem Rotor (3) gegenüberliegend angeordnet ist, sodass sich der Stab (8) bezüglich der axialen Richtung (A) im Wesentlichen durch den ganzen Mischbehälter (2) erstreckt.
  7. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stab (8) gegen eine Trennung von dem Begrenzungselement (9) gesichert ist.
  8. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich der Stab (8) in axialer Richtung (A) durch das Begrenzungselement (9) hindurch erstreckt.
  9. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Stab (8) an seinem dem Rotor (3) abgewandten Ende ein Abschlusselement (81) aufweist, welches zur Aufnahme durch das Begrenzungselement (9) ausgestaltet ist.
  10. Mischvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Abschlusselement (81) über eine Schnappverbindung in das Begrenzungselement (9) einführbar ist.
  11. Mischvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Abschlusselement (81) kugelförmig oder kegelstumpfförmig ausgestaltet ist.
  12. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Begrenzungselement (9) einen Stift (93) umfasst, welcher sich in axialer Richtung (A) erstreckt, und welcher in das Ende des Stabs (8) einführbar ist.
  13. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an dem Stab (8) eine Mehrzahl von Flügeln (6) zum Mischen oder Rühren der Substanzen vorgesehen ist.
  14. Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Einmalvorrichtung (20), die für den Einmalgebrauch ausgestaltet ist, sowie mit einer wiederverwendbaren Vorrichtung (60), die für den Mehrfachgebrauch ausgestaltet ist, wobei die Einmalvorrichtung (20) den Mischbehälter (2), den Rotor (3), alle Flügel (6), sowie die Kippsicherung (7) umfasst, wobei der Mischbehälter (2) als flexibler Mischbehälter (2) ausgestaltet und aus einem Kunststoff hergestellt ist, und wobei die wiederverwendbare Vorrichtung (60) den Stator (4) umfasst, sowie einen Stützbehälter (61) zur Aufnahme des Mischbehälters (2).
  15. Einmalvorrichtung für eine Mischvorrichtung gemäss Anspruch 14, welche die wiederverwendbare Vorrichtung (60) umfasst, die für den Mehrfachgebrauch ausgestaltet ist, wobei die Einmalvorrichtung (20) für den Einmalgebrauch ausgestaltet ist, und den flexiblen Mischbehälter (2) zur Aufnahme der zu mischenden oder zu rührenden Substanzen umfasst, welcher aus einem Kunststoff hergestellt ist, sowie den in dem Mischbehälter (2) angeordneten Rotor (3), mit welchem der mindestens eine Flügel (6) zum Mischen oder Rühren der Substanzen zur Rotation um die axiale Richtung (A) antreibbar ist, sowie die Kippsicherung (7) für den Rotor (3), welche den sich in axialer Richtung (A) erstreckenden Stab (8) umfasst, der drehfest mit dem Rotor (3) verbunden ist, und das bezüglich des Mischbehälters (2) fixierte Begrenzungselement (9), welches mit dem Stab (8) zusammenwirkt, wobei die Kippsicherung (7) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Stab (8) bezüglich des Begrenzungselements (9) rotieren kann, und eine Verkippung des Rotors (3) durch einen körperlichen Kontakt zwischen dem Stab (8) und dem Begrenzungselement (9) begrenzt ist, wobei ferner die Einmalvorrichtung (20) für das Zusammenwirken mit der wiederverwendbaren Vorrichtung (60) ausgestaltet ist, und in den Stützbehälter (61) der wiederverwendbaren Vorrichtung (60) einsetzbar ist, wobei der Rotor (3) durch den Stator (4) der wiederverwendbaren Einrichtung (60) berührungslos durch ein magnetisches Drehfeld um die axiale Richtung (A) antreibbar und bezüglich des Stators (4) magnetisch lagerbar ist.
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