WO2017041880A2 - Mischsystem, rührelement hierfür und verfahren zum mischen eines fluids und/oder eines feststoffs - Google Patents

Mischsystem, rührelement hierfür und verfahren zum mischen eines fluids und/oder eines feststoffs Download PDF

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mixing
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Lars BÖTTCHER
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Sartorius Stedim Biotech Gmbh
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/051—Stirrers characterised by their elements, materials or mechanical properties
    • B01F27/054—Deformable stirrers, e.g. deformed by a centrifugal force applied during operation
    • B01F27/0543—Deformable stirrers, e.g. deformed by a centrifugal force applied during operation the position of the stirring elements depending on the direction of rotation of the stirrer
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    • B01F31/445—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with stirrers performing an oscillatory, vibratory or shaking movement performing an oscillatory movement about an axis
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    • B01F35/33—Transmissions; Means for modifying the speed or direction of rotation
    • B01F35/332—Transmissions; Means for modifying the speed or direction of rotation alternately changing the direction of rotation
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    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/50—Mixing receptacles
    • B01F35/513—Flexible receptacles, e.g. bags supported by rigid containers

Definitions

  • the invention relates to a mixing system, a stirring element for this and a method for mixing a fluid and / or a solid and the use of such a mixing system.
  • Mixing systems such as bioreactors and pallet tanks serve to receive, store and / or mix biological media such as e.g. Fluids and / or solids.
  • Biological media in containers such as e.g. Beuteln be provided.
  • the biological media are introduced within such a container in the bioreactor or the pallet tank, in which they can be stored, tempered and / or mixed. In such a bioreactor, different studies can be made on the biological medium.
  • the mixing system has at least one sliding bearing, via which the stirring rod is mounted slidably in the hollow, rigid guide.
  • the stirring rod is mounted so that it can perform its substantially linear movement inside the guide safely, without entanglement of the stirring bar relative to the guide.
  • the stirring rod is preferably mounted in the interior of the guide by means of at least two spaced sliding bearings.
  • a further aspect relates to a mixing system for mixing a fluid and / or a solid, with a container for receiving the fluid and / or the solid, and a stirring element for mixing the fluid and / or solid arranged in the container by means of a rotary movement of the stirring element about one axis of rotation.
  • the mixing system further comprises a stirring rod, which can be coupled to a motor for causing a rotational movement of the stirring rod about the axis of rotation, by means of which the rotational movement of the stirring element is driven about the axis of rotation.
  • the mixing system also has a guide, within which the stirring rod is guided by the motor to the stirring element. In this case, the guide may be rigid.
  • the stirring element can be supported on the guide.
  • Fig. 4 is a sectional view of a mixing system of a second preferred
  • Fig. 5 is a perspective sectional view of the mixing system of Fig. 4;
  • Fig. 8 is a sectional view of a mixing system of a third preferred
  • FIG. 1 shows a sectional view through a section of a mixing system 1 according to a first preferred embodiment.
  • the mixing system 1 has a container 40, of which only a section of a wall is shown in Fig. 1, in which an opening is formed. In this opening, more specifically, pointing substantially perpendicularly through this opening, a stirring rod 20 is arranged.
  • the stirring rod 20 extends from a drive-side end 23 to a stirring-side end 24. At and / or with the drive-side end 23, the stirring rod 20 contacts a drive axle 31, which is driven by a motor 30. At the opposite end of the stirring rod 20, the stirring end 24, the stirring rod 20 directly or indirectly contacts a stirring element 10.
  • a container 50 In the container 40 is disposed a container 50, e.g. can be designed as a (preferably flexible) disposable bag. Inside the container 50, a fluid and / or a solid and / or a mixture (e.g., liquid / liquid, solid / liquid, solid) which and / or which can be mixed by the agitating element 10 are arranged.
  • the container 50 is preferably at least partially disposed in the interior of the container 40 or can be arranged, in particular in a receptacle of the container 40.
  • the fluid and / or the solid is disposed in the interior of the container 40.
  • the drive shaft 31 is formed substantially hollow rod or rod-shaped, that is in the form of an (possibly hollow) elongated cylinder, ie a cylinder in which the cylinder axis is formed substantially longer than the diameter of the cylinder. At at least one point of the cylinder jacket, the drive shaft 31 has a drive shaft thread 32 which performs a screwing movement about the drive axis A when the drive shaft 31 rotates.
  • the drive shaft thread 32 is engaged with a drive thread 21 which is on and / or adjacent to Drive-side end 23 of the stirring rod 20 is formed, in particular on its outer surface.
  • the motor 30 alternately drives the drive shaft 31 to rotate clockwise and counterclockwise about the drive axis A, alternating the rake rod 20 up and down in and against the Z-axis with a specified (predetermined or predeterminable) Hub or deflection drives.
  • the stirring rod 20 is mounted on at least one sliding bearing 26 in the interior of the hollow guide 25.
  • the stirring rod 20 is mounted in the interior of the guide 25 via at least two slide bearings 26 which are spaced apart from one another in the Z direction.
  • the plain bearings 26 allow a low-friction movement of the stirring rod 20 in the interior of the fixed guide 25th
  • the stirring element 10 has a stirring head 12, which has a displacement 13 in the form of a cavity in the interior. In this cavity, the stirring-side end 24 of the stirring rod 20 may be inserted and / or be.
  • the free inner volume of the displacement 13 is dimensioned larger than the dimensions of the cylinder jacket of the stirring rod 20.
  • the displacement 13 is designed and provided to receive the drive-side end 24 of the stirring rod 20 and provide sufficient space inside for the linear movement L of the stirring rod 20th ,
  • the stirring element 10 is connected to the guide 25 via at least one ball bearing 27 stored, more precisely at the cylinder end of the guide 25, which faces the stirring element 10. At this cylinder end of the guide 25, the ball bearing 27 along the cylinder jacket of the guide 25 is arranged. The ball bearing 27 is arranged so that the stirring element 10 can perform a low-friction rotational movement relative to the stationary guide 25.
  • the transition between fixed guide 25 and rotatable or oscillating stirring element 10 may be sealed by a bellows 60 (as a preferred sealing element), which at least the ball bearing 27 is arranged across.
  • the bellows 60 may be attached on the one hand to the guide 25, e.g. in a guide groove 28, which may be formed as a recess in the outer cylinder jacket of the guide 25.
  • the bellows 60 may be attached to the agitating element 10, e.g. in a stirring groove 17, which may be formed in an outer surface of the stirring head 12.
  • the bellows 60 may be attached to the guide 25 and / or the stirring element 10 by means of a clamping ring and / or cable tie.
  • the bellows 60 serves to seal the mixing system 1.
  • the stirring element 10 has a central stirring head 12 as a middle part, in which the displacement 13 is formed and which is mounted on the guide 25.
  • the rotation axis R can form an axis of symmetry of the stirring head 12.
  • At the stirring head 12 of the stirring element 10 at least one stirring element or wing 14 is arranged, which is arranged pointing away from the stirring head 12 substantially perpendicular to the axis of rotation R in a radial direction.
  • the stirring element 10 preferably has a plurality of such stirring blades 14, for example two or three.
  • the stirring blades 14 serve to mix the fluid and / or the solid when the stirring element 10 is driven in the operation of the mixing system 1 to rotational movements about the rotation axis R.
  • the stirring rod 20 is made longer than the guide 25, in particular, the cylinder axis of the stirring rod 20 is longer than the cylinder axis of the hollow guide 25.
  • the stirring rod 20 is disposed in the interior of the guide 25, that in operation of the mixing system 1 both the drive end 23 as well as the stirring end 24 of the stirring rod protrudes from the cavity of the guide 25.
  • both the drive thread 21 and the stirring gear 22 of the stirring rod 20 are arranged at least partially outside the cavity of the guide 25 at any time. The two threads are at any time, especially in the operation of the mixing system, in engagement with their respective mating thread.
  • a comparatively small stroke of the stirring rod 20 is sufficient, provided that the direction of movement of the substantially linear movement of the stirring rod 20 is changed and / or reversed in rapid succession.
  • an oscillating rotational movement of the stirring element 10 is achieved with a rotational guidance of the stirring element 10 about the axis of rotation R of preferably approximately +/- 360 ° with respect to the central position.
  • the Drelenk steering depends in particular on the stroke of the stirring rod 20 and / or the implementation by drive shaft thread 32 and internal thread 11 and can be adjusted appropriately.
  • the stirring element 10, in particular the stirring head 12, can be arranged freely “floating" in the interior of the container 40 on a side facing away from the stirring rod.
  • the stirring element 10 or the stirring head 12 can be rotatably supported on a wall of the container 40 and / or stored.
  • FIG. 2A shows a schematic representation of a side view of a stirring element 10 with two rigid stirring blades 14.
  • the stirring blades 14 are arranged on opposite sides of the stirring head 12 and formed so rigid and / or stiff that they are at a rotation of the stirring element 10 to substantially not deform the axis of rotation R, but are also arranged rigidly and substantially perpendicularly away from the axis of rotation in the radial direction.
  • FIG. 2B shows a schematic representation of a view from below of the stirring element 10 shown in FIG. 2A. It is shown that the two hollow wings 14 both rotate in a first rotational direction R1 and in a second rotational direction R2 about the rotational axis R in one rigid arrangement remain.
  • FIG. 3A shows in a schematic representation a side view of a stirring element 10 'with a first folding wing 14a and a second folding wing 14b.
  • the first folding wing 14a is connected to the head 12 of the stirring element 10 'via a first joint 16a.
  • the second folding wing 14b is connected via a second joint 16b to the head 12 of the stirring element 10 '.
  • the axis of rotation R extends centrally through the head 12 of the stirring element 10 '.
  • FIG. 3B shows a view from below of the stirring element 10 'during rotational movement of the stirring element 10' about the axis of rotation R in a first direction of rotation R1.
  • the first folding wing 14a is arranged so that it protrudes substantially radially from the rotation axis R and the stirring head 12 and assumes an active position in which the folding wing 14a causes a mixing action of the fluid / solid in the container 50 ,
  • the second folding wing 14b is pivoted in this rotational movement by substantially 90 ° against the first rotational direction R1 to the rear, so that it provides a significantly reduced stirring resistance in the fluid and / or solid and occupies an inactive position in which the folding wing 14b no ( or only a very small) stirring or mixing action of the fluid / solid contained in the container 50 causes.
  • FIG. 4 is a sectional view
  • Fig. 5 is a perspective sectional view of the mixing system 1 'of the second preferred embodiment and wherein similar or substantially similar elements to the first embodiment with the same reference numerals are provided
  • the mixing system 1 "a stirring rod 20", which extends at least partially into the interior of a container 50.
  • the container 50 preferably has an at least partially flexible wall running, wherein the container is preferably a disposable bag.
  • the stirring rod 20 extendends from a drive-side end 23 to a stirring-side end 24.
  • An engine 30 which can drive the stirring rod 20 "can be coupled to and / or with the drive-side end 23.
  • the motor 30" is a stepping motor and / or includes a drive sprocket 32 "which can be rotated clockwise / counterclockwise D and engages with a threaded or engaging portion 21" of the stirring rod 20 "to substantially uniformly bias the stirring rod 20" along a direction L.
  • the agitator rod 20 directly or indirectly engages or is in contact with a stirring element 10.
  • a fluid and / or a solid and / or a mixture eg liquid / liquid, solid / liquid, solid / solid
  • the wall of the container 50 is fixed in a fluid-tight manner to a fastening 29 of a guide 25 "for the stirring rod 20" (eg by gluing, welding, soldering, clamping or the like).
  • the stirring rod 20 is drivingly coupled to or near the stirring end 24 with the stirring element 10".
  • the stirring rod 20 has a stirring thread 22 which engages with a matching internal thread 11 of the stirring element 10".
  • the stirring element 10 is coupled axially to the guide 25" via a seating ring or clamping ring or cap nut 70, which prevents an axial displacement along the direction L of the stirring element 10 "away from the guide 25".
  • the Aufsetz- or clamping ring overlaps 70 a connecting portion of guide 25 "and stirring element 10" in the axial direction.
  • the clamping ring 70 is engaged with a guide-side latching protrusion 25A "of the guide 25".
  • a first pivot bearing eg, a ball bearing
  • a second pivot bearing eg a ball bearing
  • the mounting ring 70 may be formed as a multi-part ring, the parts of which are placed around the latching projections 10A725A "and locked.
  • any gaps of the Aufsetz- or clamping ring 70 itself or between Aufsetz- or clamping ring 70 and stirring rod 20 "or stirring head 12" are sealed or covered, so that they are not in contact with the medium in Container 50 can get.
  • the bellows 60 is preferably rotatably or against rotation with the guide 25 "and / or the stirring element 10" connected (eg by engagement in a corresponding groove, by at least one clamping ring, by welding and / or by bonding or the like).
  • the maximum axial stroke of the guide rod 20 "(and thus the maximum rotation of the agitator 10" about the axis of rotation R) is axially limited by the mechanical configuration of the drive thread 21 "and / or by the maximum axial deformation of the bellows 60, the bellows 60 is rotated with a rotary displacement of the stirring element 10 "with respect to the guide 25", which depending on the torsional characteristics of the bellows 60 can lead to a shortening of the maximum axial deformation of the bellows 60.
  • the bellows 60 is formed resilient so that it returns to the rotational starting position again can essentially assume its original form independently.
  • the stirring element 10 also has a stirring head 12", which has a cavity 13 "in the form of a cavity in the interior, into which cavity the stirring-side end 24 of the stirring rod 20" can be inserted and / or inserted.
  • the free inner volume of the displacement 13 is larger than the dimensions of the cylinder jacket of the stirring rod 20".
  • the displacement 13 is designed or intended to receive the drive-side end 24 of the stirring rod 20" and to provide sufficient space in its interior for the linear movement L of the stirring rod 20 ".
  • the stirring element 14" it is conceivable for the stirring element 14" to be at an angle different from 0 ° or 180 ° (For example, approximately perpendicular) to the axis of rotation R aligned axis (not shown) is arranged rotatably or pivotally. Furthermore, the stirring head 12 "one or more stops 12 C” which form a stop for a stirring member 14 ", so that the rotation of the stirring member (s) 14" is limited so that this a specific (predetermined or predeterminable) position However, it is also conceivable that a stop for the positioning of the stirring element 14 "in the respective active position at another location (eg within or on the rotary axis 2B" and / or the socket 14A ”) is arranged.
  • the stops 12C are provided on the stirring head 12" such that a first stirring element 14 "is in an active position in a first direction of rotation R1 of the stirring element 10, in which the first stirring element 14" has a mixing action of the medium Container 50 operates while a second agitator 14 "is in an inactive position where it achieves little or no mixing action.” If the rotation of agitator 10 "is inverted (ie agitator 10" rotates in a second direction R2 opposite) to the first direction), the first stirrer 14 "rotates to an inactive position while the second stirrer 14" shifts to an active position, in other words, upon rotation of the stirrer head 10 "in the first direction R1, the first stirrer 14" for the mixing action active and the second stirrer 14 "inactive, while upon rotation of the stirring head 10" in the second direction R2, the second stirrer 14 "is active, while the first stirrer 14" is inactive.
  • FIGs 6A and 6B show perspective views of the mixing system with both stirrers 14 "in the first active position ( Figure 6A) and with both stirrers 14" in the second inactive position ( Figure 6B).
  • a schematic plan view of the stirring head 12 "or the stirring carrier plate 12A” is shown in Fig. 7, with both stirring elements 14 "positioned in the active position Position at different rotational direction R1 / R2 of the mixing head 12 "occupy.
  • the stirring elements 14 is arranged in the active and the other stirring element 14" in the inactive position.
  • the stops 12C are therefore arranged so that they in each case in the opposite direction of rotation of the stirring members 14" (or the stirring head 12 ") are effective (see Fig. 7).
  • the stirring element 10 performs an alternating oscillation in opposite directions R1 / R2 Flow advantageously allows for improved mixing efficiency and / or shortened mixing time for a given mixing result, advantageously allowing thorough mixing of the substantially complete medium within the container 50.
  • the pivotal movement of the stirring members 14 "between active and inactive positions may be due to the inertia of the medium in the container 50, it is preferable to achieve only an inversion of the direction of rotation R1 / R2 of the stirring element 10 ".
  • the stirring head 12 ", or parts thereof, can preferably be designed as partial elements or half shells, which are arranged around the stirring rod 20" and connected to one another (eg screwed) or latched or fixed in order to engage with the stirring rod 20 ". to be able to interact as described above.
  • the stirring element 10 ", the stirring rod 20" and / or the guide 25 “(with the exception of the sliding and / or pivot bearings) are preferably each made from one or more (preferably biocompatible) plastics Friction resistance between mutually movable elements (eg between the stirring rod 20 "and guide 25") and / or a suitable lubricating action can be adjusted in the region of the drive thread 21 ", on which the motor 30" attacks, is a metallic reinforcement (eg in the form of a suitable molded steel sleeve) conceivable.
  • Fig. 8 shows a perspective sectional view through a mixing system 1 "'a third preferred embodiment.
  • the mixing system 1 "' has a stirring rod 20"' which extends at least partially into the interior of a container 50.
  • the container 50 preferably has an at least partially flexible running wall, wherein the container is preferably a disposable bag.
  • the stirring rod 20 "' extends from a drive-side end 23 to a stirring-side end 24.
  • a motor 30"' can be coupled, which can drive the stirring rod 20 "'.
  • the wall of the container 50 is fixed in a fluid-tight manner to a fastening 29 "'of a guide 25"' for the stirring rod 20 "'(eg by gluing, welding, soldering, clamping or the like). is partially movably mounted in and / or positioned by the guide 25 "', and one or more sliding bearings 26 and / or one or more ball bearings may be provided between the guide 25"' and the stirring rod 20 " a positive and substantially concentric arrangement of guide 25 "'and stirring rod 20"' be provided.
  • the agitating element 10 '' has, at its side facing the agitating end 24 of the stirring rod 20 '', an interference clamp 10B, via which it is coupled axially to the guide 25 '' on the outside and can engage with a projection in a corresponding recess of the guide 25 "', whereby an axial displacement can be prevented and / or reduced along the rotation axis R.
  • the engagement clamp 10B engages over a stirring-side connection region of the guide 25" axial direction.
  • the agitating element 10 "'and in particular the gripping clamp 0B can be supported via one or more ball bearings 27A, 27B relative to the agitating end of the guide 25"'.
  • at least a first ball bearing 27A, the stirring-side end of the guide 25 '' radially encompass, and thus radially between the stirring end of the guide 25 '' and the override clamp 10B be arranged.
  • at least one second ball bearing 27B can rotatably support the stirring-side end of the guide 25 '' in the direction of the interior of the container 50 with respect to the stirring element 10 ''.
  • the stirring member 10 "'and the stirring end of the guide 25''further pivot bearing may be provided between the stirring member 10 "'and the stirring end of the guide 25''further pivot bearing (eg ball bearings) may be provided.
  • the bellows 60 is preferably rotatably or against rotation with the guide 25 "'and / or the stirring element 10"' connected (eg by engagement in a corresponding groove, by at least one clamping ring, by welding and / or by bonding oa).
  • the stirring element 10 "' has stirring blades 14"', with which the fluid is mixed during rotation of the stirring head 10 "'about the axis of rotation R.

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Abstract

Ein Mischsystem (1; 1 ") zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, mit einem Behältnis (40) zum Aufnehmen des Fluids und/oder des Feststoffs, und einem Rührelement (10; 10'; 10") zum Mischen des im Behältnis (40) angeordneten Fluids und/oder Feststoffs mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements (10; 10; 10"') um eine Rotationsachse (R); und eine Rührstange (20; 20"), die mit einem Motor (30; 30") koppelbar ist zum Verursachen einer Bewegung (L) der Rührstange (20; 20") entlang der Achsrichtung der Rotationsachse (R), um mittels der Bewegung (L) entlang der Achsrichtung das Rührelement (10; 10'; 10") zu der Rotationsbewegung um die Rotationsachse (R) anzutreiben.

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Mischsystem, ein Rührelement hierfür und ein Verfahren zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs sowie die Verwendung eines solchen Mischsystems. Mischsysteme wie zum Beispiel Bioreaktoren und Pallettanks dienen zur Aufnahme, zur Lagerung und/oder zum Mischen von biologischen Medien wie z.B. Fluiden und/oder Feststoffen. Dabei können biologische Medien in Behältern wie z.B. Beuteln bereitgestellt werden. Die biologischen Medien werden innerhalb eines solchen Behälters in den Bioreaktor oder den Pallettank eingebracht, in dem sie gelagert, temperiert und/oder durchmischt werden können. In einem solchen Bioreaktor können unterschiedliche Untersuchungen an dem biologischen Medium vorgenommen werden.
Dabei erfolgt die Handhabung des Bioreaktors üblicherweise in einer sterilen Umgebung. Das Mischen des biologischen Mediums kann dabei mittels eines rotierenden Rührelements erfolgen, das in den Beutel hineingesteckt wird und von außerhalb des Behälters angetrieben wird. Dabei wird das medienberührende Rührelement zu einer Rotation angetrieben. Der Antrieb des Rührelements, wie z.B. ein Motor, sollte dabei nicht mit dem Medium in Kontakt kommen, um nicht kontaminiert zu werden und für einen nachfolgenden Prozess nicht gereinigt und/oder sterilisiert werden zu müssen. An einer besonders kritischen Stelle jedoch wird eine Antriebswelle von außen in das Innere des Behälters eingeführt, um das darin befindliche Medium rührend durchmischen zu können. Dabei ist es technisch aufwendig, eine angetriebene Welle, die um ihre Längsachse rotiert, sicher und steril so in das Innere des Behälters einzuführen, dass das Innere des Behälters auch unter einer Rotationsbewegung der Antriebswelle dicht bleibt gegenüber dem Äußeren des Behälters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Mischsystem zu ermöglichen, das insbesondere eine sichere Einführung der Antriebskraft in das Fluid und/oder den Feststoff ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche. Ein erster Aspekt betrifft ein Mischsystem zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, mit einem Behältnis zum Aufnehmen des Fluids und/oder des Feststoffs, und einem Rührelement zum Mischen des im Behältnis angeordneten Fluids und/oder Feststoffs mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements um eine Rotationsachse; und eine Rührstange, die mit einem Motor koppelbar ist zürn Verursachen einer Bewegung der Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsachse, um das Rührelement mittels der (z.B. im Wesentlichen linearen) Bewegung entlang der Achsrichtung zu der Rotationsbewegung um die Rotationsachse anzutreiben. Somit wird bevorzugt ein Mischsystem bereitgestellt zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs. Das Mischsystem weist einen Behälter zum Aufnehmen des Fluids und/oder des Feststoffs auf sowie ein Rührelement zum Mischen des im Behälter angeordneten Fluids und/oder Feststoffs (bzw. eines flüssigen und/oder festen Mediums) mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements. Das Mischsystem kann an einen Motor gekoppelt werden zum Antreiben des Rührelements zu der Rotationsbewegung um eine Rotationsachse auf, wobei der Motor zum Antreiben des Rührelements eine Bewegung einer Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsachse verursacht.
Das Mischsystem kann insbesondere zur Verwendung in einem Bioreaktor und/oder in einem Pallettank der eingangs beschriebenen Art ausgebildet sein. Das Mischsystem eignet sich insbesondere für eine Pufferherstellung, zur Homogenisierung des Mediums im Behälter, zum Suspendieren von einem oder mehreren festen Stoffen in einem oder mehreren Flüssigkeiten, zum Zubereiten von (z.B. wässrigen und/oder lösungsmittelhaltigen) Lösungen, zur Durchmischung von zwei oder mehreren Flüssigkeiten und/oder zur Mischung von festen und flüssigen Substanzen. Hierbei kann das Mischsystem ebenfalls bei Applikationen zum Einsatz kommen, in denen das Medium im Behälter eine hohe Viskosität aufweist. Das Mischsystem weist ein Behältnis auf, dass zum Aufnehmen des Fluids und/oder des Feststoffs ausgebildet ist. Das Fluid und/oder der Feststoff kann als biologisches Medium ausgebildet sein. Weiterhin kann das Behältnis auch zur Aufnahme eines Fluidgemischs und/oder eines Feststoffgemischs ausgebildet sein. Das Behältnis kann insbesondere zur Aufnahme eines Behälters ausgebildet sein, in dem sich das Fluid und/oder der Feststoff befindet. Der Behälter kann als flexibler Beutel ausgebildet sein, also eine flexible Beutelwand aufweisen. Alternativ kann der Behälter im Wesentlichen steife und/oder starre Behälterwände aufweisen, die zum Beispiel metallisch oder aus einem Hartkunststoff ausgebildet sein können. Der Behälter kann als ein sogenannter "single-use-bag" ausgebildet sein, also als ein Einwegbeutel, der nach dem Mischvorgang entsorgt werden kann. Der Behälter enthält das Fluid und/oder den Feststoff, das bzw. der in dem Behältnis gemischt wird. Zum Mischen des Fluids und/oder des Feststoffs dient die Rotationsbewegung des Rührelements. Die Rotationsbewegung des Rührelements erfolgt um die Rotationsachse, wobei die Rotationsachse so angeordnet ist, dass die Rotationsachse durch das Rührelement hindurch verläuft, z.B. durch einen Mittelpunkt und/oder Schwerpunkt des Rührelements.
Zum Antreiben der Rotationsbewegung dient ein Motor bzw. kann ein Motor angekoppelt werden, insbesondere ein elektrischer Motor, der außerhalb des Behältnisses und somit nicht medienberührend angeordnet sein kann. Die Antriebskraft des Motors wird dabei zumindest teilweise über die Rührstange vom Motor auf das Rührelement übertragen. Mit anderen Worten treibt der Motor der Rührstange zu der Bewegung entlang der Rotationsachse an, also zu einer im Wesentlichen linearen Bewegung. Die Rührstange kann so angeordnet sein, dass sie von außerhalb des Behältnisses in das Innere des Behältnisses hinein weisend angeordnet ist. Ein außerhalb und/oder am Rand des Behältnisses angeordnetes Ende der Rührstange kann dabei direkt oder indirekt mit dem Motor verbunden werden, der die Bewegung der Rührstange antreibt. Ein gegenüberliegendes Ende der Rührstange, das in das Innere des Behältnisses hinein weist, insbesondere ein Ende, das im Inneren des Behältnisses angeordnet ist, ist direkt oder indirekt (z.B. über eine Lagerung und/oder Kupplung) mit dem Rührelement verbunden.
Dabei ist die Rührstange im Wesentlichen länglich ausgebildet, z.B. in Form eines Zylinders, dessen Zylinderachse um ein Vielfaches größer ist als dessen Durchmesser. Dabei kann der Umfang des Zylinders zumindest teilweise rund und/oder zumindest teilweise kantig bzw. eckig ausgebildet sein. Die Rührstange kann dabei zumindest teilweise so angeordnet sein, dass die Zylinderachse der Rührstange mit der Rotationsachse zusammenfällt, um die die Rotationsbewegung des Rührelements erfolgt.
Ist der Motor angekoppelt und eingeschaltet, treibt er die Rührstange zu einer Bewegung entlang der Achsrichtung der Rotationsachse an, insbesondere zu einem "Hin- und Herbewegen" der Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsachse. Dabei kann der Motor die Rührstange insbesondere abwechselnd zur Bewegung sowohl in die Achsrichtung der Rotationsachse antreiben als auch in die entgegengesetzte Richtung gegen die Achsrichtung der Rotationsachse.
An dem Ende der Rührstange, das im Inneren des Behältnisses angeordnet ist, wird die im Wesentlichen lineare Bewegung der Rührstange umgewandelt in die Rotationsbewegung des Rührelements. Zum Antreiben des Rührelements ist im Mischsystem gemäß dem ersten Aspekt somit keine rotierende Antriebswelle mehr notwendig, die vom Äußeren ins Innere des Behältnisses eindringt. Eine solche Rotationsbewegung einer Antriebswelle kann sich im Betrieb schnell zu einer undichten Stelle zwischen dem Inneren des Behältnisses, insbesondere dem medienberührenden Teil des Mischsystems, und dem äußeren Teil des Behältnisses, insbesondere dem nicht medienberührenden Teil des Mischsystems, entwickeln. Durch die im Wesentlichen lineare Bewegung ist es technisch einfacher, einen Übergang zwischen dem Antrieb und dem Rührelement mediendicht auszubilden.
Hierbei wird unter dem Rührelement das eigentliche Rührorgan verstanden, z.B. ein Rührkopf, eine Rührschraube und/oder ein ähnliches Rührorgan mit Rührflügeln, das durch das Fluid und/oder den Feststoff bewegt wird und dabei Verwirbelungen zum Mischen des Mediums erzeugt.
Somit wird durch das Mischsystem gemäß dem ersten Aspekt ein verbessertes, insbesondere ein abgedichtetes, Vermischen ermöglicht. Die Übertragung der Antriebskraft von der Rührstange auf das Rührelement wird verursacht durch eine im Wesentlichen lineare Bewegung der Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsachse. Somit kann es für die Kraftübertragung ausreichend sein, wenn sich die Rührstangen ausschließlich linear entlang ihrer Zylinderachse bewegt. Dabei kann es bei einigen Ausführungsbeispielen der Fall sein, dass sich die Rührstange zusätzlich auch ein wenig um ihre Zylinderachse dreht. Diese Drehbewegung muss jedoch nicht zur Kraftübertragung der Antriebskraft notwendig sein. Für den Kraftübertrag kann allein die Linearbewegung der Rührstange entlang der Rotationsachse ausreichend sein. Gemäß einer Ausführungsform treibt der Motor abhängig von der Bewegungsrichtung der Rührstange eine Rotationsbewegung des Rührelements im oder gegen den Uhrzeigersinn um die Rotationsachse an. In dieser Ausführungsform treibt der Motor das Rührelement zu einer Rotationsbewegung, z.B. im Uhrzeigersinn, an, solange er die Rührstange in eine erste Bewegungsrichtung entlang der Achsrichtung antreibt. Dreht der Motor den Antrieb der Rührstange um, bewegt er die Rührstange also entgegen der ersten Bewegungsrichtung in eine zweite Bewegungsrichtung entlang der Achsrichtung der Rotationsachse, so wird das Rührelement zu einer Rotationsbewegung in die Gegenrichtung um die Rotationsachse angetrieben, im Beispiel also gegen den Uhrzeigersinn. In diesem Ausführungsbeispiel ist somit die Orientierung und/oder Drehrichtung der Rotationsbewegung des Rührelements um die Rotationsachse direkt abhängig von der Antriebsrichtung entlang der Rotationsachse, in der der Motor die Rührstange antreibt. Dadurch kann eine im Wesentlichen direkte Umsetzung zwischen der Bewegung der Rührstange und der Rotationsbewegung des Rührelements erfolgen, z.B. mittels eines Umwandlers wie eines Getriebes. Gemäß einer Ausführungsform ist die Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsrichtung um zumindest etwa einen Zentimeter durch den Motor bewegbar. In anderen Worten, ist der Motor dazu ausgelegt, die Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsrichtung um zumindest etwa einen Zentimeter zu bewegen. Dies bedeutet, dass während des Antriebs der Rührstange, also im Betrieb des Mischsystems, die Rührstange an zumindest zwei unterschiedlichen Positionen angeordnet sein kann, die um zumindest etwa einen Zentimeter voneinander beabstandet sind. So kann z.B. ein Ende der Rührstange, z.B. das dem Rührelement zugewandte Ende der Rührstange, in einer ersten Position um zumindest etwa einen Zentimeter von einer zweiten Position entfernt sein, wobei dieses Ende der Rührstange im Betrieb des Mischsystems regelmäßig beide Positionen einnimmt. So kann der Motor z.B. dieses Ende sowie die Rührstange von der ersten in die zweite Position und zurück antreiben. In einer Analogie zum klassischen Verbrennungsmotor kann diese Auslenkung auch als eine minimale Auslenkung bzw. als ein minimaler Hub der Rührstange im Betrieb des Mischsystems angesehen und/oder bezeichnet werden. Die Rührstange hat somit einen Hub von zumindest einem Zentimeter.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Mischsystem ein im Rührelement angeordnetes Rührschneckengetriebe auf zum Umwandeln einer im Wesentlichen linearen Bewegung der Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsachse in die Rotationsbewegung des Rührelements. Das Rührschneckengetriebe dient als Umwandler der linearen Bewegung der Rührstange in die Rotationsbewegung des Rührelements. Dabei kann das Ende der Rührstange, das dem Rührelement zugewandt ist, ein spiralförmiges Gewinde aufweisen, das in ein komplementäres Gewinde des Rührelements eingreift. Dabei kann das Gewinde an der Rührstange insbesondere als ein Außengewinde ausgebildet sein, ähnlich wie bei einer Schraube. Das Gewinde des Rührelements kann als ein Innengewinde ausgebildet sein, ähnlich wie bei einer Mutter. Wird die Rührstange tiefer in das Gewinde des Rührelements hineingetrieben und/oder wird es dort weiter herausgezogen, wie dies im Betrieb des Mischsystems, also beim Antrieb durch den Motor der Fall ist, wird die lineare Bewegung der Rührstange über die beiden Gewinde in die Rotationsbewegung des Rührelements umgewandelt. Die Rotationsrichtung ist dabei abhängig von der Bewegungsrichtung der Rührstange. Ein solches Rührschneckengetriebe ist dabei ein besonders effizienter Umwandler der Antriebskraft. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Antriebswelle mittels eines als Schrittmotor ausgebildeten Motors zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist, und wobei das Mischsystem ein Antriebsschneckengetriebe aufweist zum Umwandeln der Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine im Wesentlichen lineare Bewegung der Rührstange. Anders ausgedrückt ist der Motor als Schrittmotor, insbesondere als ein elektrischer Schrittmotor, ausgebildet, der eine Antriebswelle zu einer Rotationsbewegung antreibt. Hierbei weist das Mischsystem ein Antriebsschneckengetriebe auf zum Umwandeln der Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine im Wesentlichen lineare Bewegung der Rührstange. Der Schrittmotor wird so angesteuert, dass er eine Antriebswelle des Motors in Rotationsbewegung versetzt, und zwar abwechselnd im und gegen den Uhrzeigersinn. Die Antriebswelle weist ein Gewinde auf, das in ein Gegengewinde der Rührstange eingreift. Diese beiden Gewinde können jeweils als ein Außengewinde ausgebildet sein, ähnlich wie bei einer Schraube. Hierbei können die Antriebswelle des Schrittmotors und die Zylinderachse der Rührstange im Wesentlichen senkrecht zueinander und/oder im Wesentlichen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein. Bei einer Rotationsbewegung der Antriebswelle um ihre eigene Achse erfolgt somit auch eine Schraubbewegung des an der Antriebswelle angeordneten Gewindes. Durch diese Schraubbewegung wird das komplementäre Gewinde der Rührstange durch das Gewinde der Antriebswelle bewegt, was eine Bewegung der Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsachse des Rührelements verursacht. Hierbei sind die Antriebswelle und die Rührstange so relativ zueinander gelagert, dass die beiden Gewinde sicher und/oder im Wesentlichen rutschfrei ineinander eingreifen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Rührstange in einer hohlen, starren Führung geführt. Hierbei ist die hohle, starre Führung relativ zum Behältnis bzw. Behälter ortsfest und so angeordnet, dass die hohle, starre Führung ins Innere des Behältnisses bzw. des Behälters herein weist. Die hohle starre Führung kann z.B. als steifes Rohr ausgebildet sein, z.B. aus Metall und/oder Hartkunststoff. Hierbei kann die Führung mehrere Funktionen erfüllen. Die Führung der Rührstange ist relativ zum Behältnis ortsfest angeordnet. Im Inneren der Führung kann die Rührstange beliebige Bewegungen ausführen, ohne diese Bewegungen an die Führung weiterzugeben. Somit kann "ortsfest" insbesondere bedeuten, dass die Führung durch die im Wesentliche lineare Bewegung der Rührstange nicht bewegt wird, sondern die Führung sicher gegen ein Mitbewegen mit dieser Bewegung der Rührstange angeordnet und/oder befestigt ist. Die Führung kann z.B. an einer Wandung des Behältnisses bzw. Behälters befestigt sein, ebenso kann die ortsfeste Führung sicher ins Innere des Behältnisses bzw. Behälters führend angeordnet sein, z.B. durch die Wand eines Behälters wie z.B. eines Einwegbeutels. Da die Führung selber ortsfest ist, wird der Übergang zwischen medienberührenden Elementen des Mischsystems und nicht medienberührenden Elementen des Mischsystems nicht durch eine Bewegung der Rührstange belastet, da diese Bewegung nach außen hin von der hohlen starren Führung zumindest im Wesentlichen abgeschirmt ist. Die Führung kann weiterhin als Abstützmöglichkeit für das Rührelement ausgebildet sein. Ist das Rührelement an der ortsfesten Führung gelagert und/oder abgestützt, die selber nicht in Achsrichtung der Rotationsachse bewegbar ist, so kann die Linearbewegung der Rührstange im Wesentlichen ohne Verluste in die Rotationsbewegung des Rührelements umgewandelt werden. Die Führung kann dabei als eine hohle Röhre bzw. als ein Hohlzylinder ausgebildet sein. Im Inneren des Hohlraums der Führung ist die Rührstange angeordnet. Somit umfasst der Hohlraum der Führung zumindest die Rotationsachse des Rührelements. Weiterhin kann die Führung im Wesentlichen zylindersymmetrisch um die Rotationsachse des Rührelements angeordnet sein.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist das Mischsystem zumindest ein Kugellager auf, über welches das Rührelement drehbar an der hohlen, starren Führung gelagert ist. In dieser Ausführungsform dient die Führung als Abstützpunkt des Rührelements in und gegen die Achsrichtung. Zugleich ist das Rührelement drehbar an der Führung gelagert, insbesondere rotierbar um die Rotationsachse des Rührelements.
Gemäß einer Weiterbildung der Ausführungsform mit der Führung weist das Mischsystem zumindest ein Gleitlager auf, über das die Rührstange gleitend in der hohlen, starren Führung gelagert ist. Über das Gleitlager ist die Rührstange so gelagert, dass es seine im Wesentlichen lineare Bewegung im Inneren der Führung sicher ausführen kann, ohne dass eine Verschränkung der Rührstange relativ zur Führung erfolgt. Bevorzugt ist die Rührstange dafür über zumindest zwei voneinander beabstandete Gleitlagern im Inneren der Führung gelagert. Durch das oder die Gleitlager wird eine Reibung zwischen Rührstange und Führung reduziert.
In einer weiteren Weiterbildung dieser Ausführungsform dichtet ein Abdichtelement (bevorzugt ein Faltenbalg) einen Übergangsbereich zwischen der hohlen, starren Führung und dem Rührelement ab. An diesem Übergang treffen ortsfeste Elemente des Mischsystems, wie z.B. die hohle, starre Führung, auf bewegliche Teile des Mischsystems, insbesondere rotierende Teile wie z.B. das Rührelement selber. Dieser Übergangsbereich ist bevorzugt so abgedichtet, dass keine Kontamination des Mediums erfolgt, das durch das Mischsystem gemischt wird. Ebenso erfolgt keine Kontamination der nicht medienberührenden Elemente des Mischsystems. Dafür ist das Abdichtelement (bevorzugt der Faltenbalg) ausgebildet und angeordnet, der eine besonders effiziente Abdichtung ermöglicht. Gemäß einer Ausführungsform weist das Rührelement zumindest einen starren Rührflügel auf, der bevorzugt starr von der Rotationsachse wegstehend ausgebildet ist, z.B. im Wesentlichen radial von der Rotationsachse weg. Der Rührflügel kann z.B. als eine Art Schraubflügel ausgebildet sein, der bei Rotationsbewegung des Rührelements durch das Fluid und/oder den Feststoff gezogen wird und dabei Verwirbelungen im Fluid und/oder dem Feststoff erzeugt. Das Rührelement kann weiterhin Flächen oder Durchlassöffnungen aufweisen, um mehr oder weniger Verwirbelungen zu erzeugen. Alternativ kann der Rührflügel auch zumindest teilweise als Stange, Platte, Zylinder und/oder eine andere geeignete geometrische Form ausgebildet sein. Hierbei weist das Rührelement bevorzugt zumindest zwei oder zumindest drei starre Rührflügel auf, um ein verbessertes Vermischen des Fluids und/oder des Feststoffs zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Rührelement zumindest einen ersten Klappflügel auf, der so um ein erstes Gelenk klappbar ausgebildet ist, dass
bei einer Rotationsbewegung des Rührelements in eine erste Rotationsrichtung um die Rotationsachse der erste Klappflügel im Wesentlichen radial von der Rotationsachse absteht, und
bei einer Rotationsbewegung in eine zweite Rotationsrichtung entgegen der ersten Rotationsrichtung um die Rotationsachse der erste Klappflügel so um das Gelenk klappt, dass sein Mischwiderstand reduziert ist.
Der erste Klappflügel dient somit hauptsächlich zum Rühren des Fluids und/oder des Feststoffs, wenn das Rührelement in die erste Rotationsrichtung um die Rotationsachse rotiert, z.B. im Uhrzeigersinn. Rotiert das Rührelement in die zweite Rotationsrichtung, also die Gegenrichtung, im Beispiel im Gegenuhrzeigersinn, so klappt der erste Klappflügel um das erste Gelenk nach hinten weg. Der erste Klappflügel klappt dabei bevorzugt um zumindest etwa 80° gegenüber der radial abstehenden Anordnung weg, wobei er einen deutlich reduzierten Rührwiderstand aufweist. Das erste Gelenk ist dabei so angeordnet, dass der erste Klappflügel beim Mischen in die erste bzw. zweite Rotationsrichtung automatisch vom Widerstand des Fluids und/oder des Feststoffs um das Gelenk geklappt wird. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist das Rührelement zumindest einen zweiten Klappflügel auf, der so um ein zweites Gelenk klappbar ausgebildet ist, dass
- bei einer Rotationsbewegung des Rührelements in die zweite Rotationsrichtung um die Rotationsachse der zweite Klappflügel im Wesentlichen radial von der Rotationsachse absteht, und
bei einer Rotationsbewegung in die erste Rotationsrichtung um die Rotationsachse der zweite Klappflügel so um das zweite Gelenk klappt, dass sein Mischwiderstand reduziert ist.
Für den zweiten Klappflügel und das zweite Gelenk gilt das zum ersten Klappflügel und ersten Gelenk Ausgeführte analog für die jeweilige Gegenrichtung. In dieser Ausführungsform weist das Rührelement mit dem ersten und zweiten Klappflügel gegensinnige Klappflügel auf, die nur bei einer Rotation in eine Rotationsrichtung einen wesentlichen Beitrag zum Vermischen des Fluids und/oder des Feststoffs leisten, während bei einer Rotation in die Gegenrichtung vom jeweiligen Klappflügel ein deutlich reduzierter Beitrag zum Vermischen geleistet wird. Dies ist insbesondere bei Klappflügeln sinnvoll, deren Form genau auf das Erzeugen von bestimmten Verwirbelungen in einer vorgegebenen Rotationsrichtung angepasst ist. Der erste und zweite Klappflügel können z.B. an bezüglich der Rotationsachse gegenüberliegenden Seiten des Rührelements angeordnet und/oder ausgebildet sein. Das Rührelement kann zusätzlich einen oder mehrere starre Rührflügel aufweisen, die mit den Klappflügeln zusammenwirken können.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Behältnis dazu ausgelegt, einen Behälter mit dem Fluid und/oder dem Feststoff aufzunehmen. Hierbei ist der Behälter so in das Behältnis einbringbar, dass die Rührstange ins Innere des Behälters eindringend angeordnet ist. Das Mischsystem kann also dazu ausgebildet und vorgesehen sein, zunächst einen Behälter mit dem zu mischenden Medium im Behältnis aufzunehmen. Anschließend wird die Rührstange, gegebenenfalls zusammen mit einer Führung, so angeordnet, dass sie ins Innere des Behälters eindringt. Wenn der Motor außerhalb des Behälters angeordnet ist, kann die Rührstange einen Übergang zwischen den nicht medienberührenden Elementen des Systems und den medienberührenden Elementen des Mischsystems bereitstellen, indem sie durch eine Wand des Behälters und/oder des Behältnisses hindurch von außen ins Innere führt, wobei das Rührelement am rührseitigen Ende der Rührstange das Fluid und/oder den Feststoff kontaktiert.
Hierbei kann der Behälter insbesondere als ein Einwegbeutel ausgebildet sein, als ein sogenannter "single-use-bag".
Ein zweiter Aspekt betrifft die Verwendung des Mischsystems gemäß dem ersten Aspekt zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs in einem Bioreaktor und/oder einem Pallettank. Durch die voranstehend beschriebene Antriebstechnik eignet sich das Mischsystem insbesondere für die Verwendung bei einem Bioreaktor und/oder einem Pallettank, bei dem durch die beschriebene Antriebsart ein besonders sicherer Übergang zwischen medienberührenden und nicht medienberührenden Elementen des Mischsystems ermöglicht wird.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Rührelement für ein Mischsystem, insbesondere nach dem ersten Aspekt bzw. eine bevorzugte Ausführungsform hiervon, zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, mit einer Rührträgerplatte, die durch einen Antrieb in eine in Drehrichtung alternierender Schwenkbewegung (bzw. einer Hin- und-Her-Drehbewegung) in entgegengesetzten Drehrichtungen versetzbar ist, zumindest zwei Rührorganen, welche verschwenkbar an der Rührträgerplatte gelagert sind, und jeweils in einer aktiven und einer inaktiven Stellung (d.h. mit keiner oder reduzierter Mischwirkung) anordenbar sind, wobei bei einer Drehung der Rührträgerplatte in einer ersten Richtung ein erstes Rührorgan in einer aktiven Rührstellung, in der eine Mischung des Fluids bzw. Feststoffs bewirkt wird, und ein zweites Rührorgan in einer inaktiven Rührstellung befindlich ist, in der im Wesentlichen keine Mischung oder eine erheblich kleinere Mischung des Fluids bzw. Feststoffs bewirkt wird, und wobei bei einer Drehung der Rührträgerplatte in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung das erste Rührorgan in der inaktiven Rührstellung und das zweite Rührorgan in der aktiven Rührstellung befindlich ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zumindest zwei Rührorgane austauschbar an der Rührträgerplatte vorgesehen sind. Somit ist es möglich, selektiv Rührorgane an der Rührplatte für den durchzuführenden speziellen Mischvorgang vorzusehen, wodurch die Verwendbarkeit verbessert wird.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Mischsystem zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, mit einem Behältnis zum Aufnehmen des Fluids und/oder des Feststoffs, und einem Rührelement zum Mischen des im Behältnis angeordneten Fluids und/oder Feststoffs mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements um eine Rotationsachse. Das Mischsystem weist weiterhin eine Rührstange auf, die mit einem Motor koppelbar ist zum Verursachen einer Rotationsbewegung der Rührstange um die Rotationsachse, mittels der die Rotationsbewegung des Rührelements um die Rotationsachse angetrieben wird. Das Mischsystem weist zudem eine Führung auf, innerhalb der die Rührstange vom Motor zum Rührelement geführt ist. Hierbei kann die Führung steif ausgebildet sein. Das Rührelement kann an der Führung abgestützt sein.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, wobei
das Fluid und/oder der Feststoff in einem Behältnis aufgenommen wird/werden,
- ein Rührelement das im Behältnis angeordnete Fluid und/oder den im Behältnis angeordneten Feststoff mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements mischt und
ein Motor das Rührelement zu der Rotationsbewegung um eine
Rotationsachse antreibt;
wobei der Motor zum Antreiben des Rührelements zu der Rotationsbewegung um eine Rotationsachse eine Rührstange entlang der Achsrichtung der Rotationsachse bewegt. Das Verfahren kann insbesondere mittels dem Mischsystem gemäß dem ersten Aspekt und/oder mit dem Rührelement gemäß dem weiteren Aspekt durchgeführt werden. Somit treffen alle im Zusammenhang mit dem Mischsystem gemäß dem ersten Aspekt und/oder mit dem Rührelement gemäß dem weiteren Aspekt gemachten Ausführungen auch auf das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt zu und umgekehrt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren gezeigten Ausführungsformen näher beschrieben. Einzelne, in den Figuren gezeigte Merkmale der Ausführungsformen können mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Ausschnitt eines Mischsystems einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2A in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht auf ein
Rührelement mit starren Rührflügeln;
Fig. 2B in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von unten auf ein
Rührelement mit starren Rührflügeln;
Fig. 3A in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht auf ein
Rührelement mit Klappflügeln;
Fig. 3B in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von unten auf das in
Fig. 3A gezeigte Rührelement bei Rotation in eine erste
Rotationsrichtung;
Fig. 3C in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von unten auf das in
Fig. 3A gezeigte Rührelement bei Rotation in eine zweite Rotationsrichtung;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Mischsystems einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform;
Fig. 5 eine perspektivische Schnittansicht des Mischsystems aus Fig. 4;
Fig. 6A eine perspektivische Ansicht des Mischsystems aus Fig. 4 mit
Rührorganen in einer ersten Position; Fig. 6B eine perspektivische Ansicht des Mischsystems aus Fig. 4 mit
Rührorganen in einer zweiten Position;
Fig. 7 eine schematische Aufsicht auf den Rührkopf aus Fig. 6B; und
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Mischsystems einer dritten bevorzugten
Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Ausschnitt eines Mischsystems 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Das Mischsystem 1 weist ein Behältnis 40 auf, von dem in Fig. 1 lediglich ein Ausschnitt einer Wandung dargestellt ist, in der eine Öffnung ausgebildet ist. In dieser Öffnung, genauer gesagt im Wesentlichen senkrecht durch diese Öffnung hindurch weisend, ist eine Rührstange 20 angeordnet. Die Rührstange 20 erstreckt sich von einem antriebsseitigen Ende 23 bis zu einem rührseitigen Ende 24. An und/oder mit dem antriebsseitigen Ende 23 kontaktiert die Rührstange 20 eine Antriebsachse 31 , die von einem Motor 30 angetrieben wird. Am gegenüberliegenden Ende der Rührstange 20, dem rührseitigen Ende 24, kontaktiert die Rührstange 20 direkt oder indirekt ein Rührelement 10.
Im Behältnis 40 ist ein Behälter 50 angeordnet, der z.B. als ein (bevorzugt flexibler) Einwegbeutel ausgebildet sein kann. Im Inneren des Behälters 50 ist ein Fluid und/oder ein Feststoff und/oder ein Gemisch (z.B. flüssig/flüssig, fest/flüssig, fest/fest) angeordnet, das und/oder der von dem Rührelement 10 durchmischt werden kann. Der Behälter 50 ist bevorzugt zumindest teilweise im Inneren des Behältnisses 40 angeordnet bzw. anordenbar, insbesondere in einer Aufnahme des Behältnisses 40. Somit ist auch das Fluid und/oder der Feststoff im Inneren des Behältnisses 40 angeordnet.
Der Motor 30, die Antriebsachse 31 und das antriebsseitige Ende 23 der Rührstange 20 sind als nicht medienberührende Elemente des Mischsystems 1 ausgebildet. Dies bedeutet, dass diese Elemente im Betrieb nicht in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Fluid und/oder dem Feststoff angeordnet sind. Das Rührelement 10 ist medienberührend ausgebildet, d.h. es steht in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Fluid und/oder dem Feststoff.
In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist zudem auch das rührseitige Ende 24 der Rührstange 20 sowie die gesamte Rührstange 20 als nicht medienberührendes Element des Mischsystems 1 ausgebildet. Die Rührstange 20 ist im Inneren einer Führung 25 gelagert, die über Befestigungen 29 am Behältnis 40 ortsfest befestigt ist. Der Behälter 50 ist fluiddicht und/oder mechanisch mit der Führung 25 (bevorzugt an der Befestigung 29) verbunden. Die Führung 25 ist zumindest teilweise als medienberührendes Element ausgebildet. An und/oder mit den Befestigungen 29 kann die Führung 25 mit einer Wandung des Behältnisses 40 verklemmt, verlötet,(z.B. mittels Ultraschall) verschweißt, verschraubt und/oder verklebt sein. Über die ein oder mehreren Befestigungen 29 ist die Führung 25 ortsfest an dem Behältnis 40 bevorzugt fixiert, so dass es sich bei einer Bewegung der Rührstange 20 relativ zum Behältnis 40 im Wesentlichen nicht verschiebt.
Der Motor 30 kann als ein Schrittmotor ausgebildet sein, der die Antriebswelle 31 zu einer Rotation um eine Antriebsachse A antreibt. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist die Achse A parallel zur Y-Achse ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform liegen sowohl Y-Achse als auch die X-Achse eines kartesischen Koordinatensystems in einer horizontalen Richtung im Bezugssystem der Erde. Die Z-Achse des kartesischen Koordinatensystems ist vertikal im Bezugssystem der Erde angeordnet und weist vom Erdboden weg nach oben.
Die Antriebswelle 31 ist im Wesentlichen hohlstab- bzw. stabförmig ausgebildet, also in Form eines (ggf. hohlen) langgestreckten Zylinders, d.h. eines Zylinders bei dem die Zylinderachse wesentlich länger als der Durchmesser des Zylinders ausgebildet ist. An zumindest einer Stelle des Zylindermantels weist die Antriebswelle 31 ein Antriebswellengewinde 32 auf, das bei Rotation der Antriebswelle 31 um die Antriebsachse A eine Schraubbewegung ausführt. Das Antriebswellengewinde 32 ist im Eingriff mit einem Antriebsgewinde 21 , das am und/oder benachbart zum antriebsseitigen Ende 23 der Rührstange 20 ausgebildet ist, insbesondere an dessen Außenfläche.
Die Rührstange 20 ist ebenfalls als ein (ggf. hohler) langgestreckter Zylinder ausgebildet und weist an seiner Zylinderaußenfläche das Antriebsgewinde 21 auf, das bei Rotationsbewegung der Antriebswelle 31 zu einer Linearbewegung der Rührstange 20 angetrieben wird. Die Zylinderachse der Antriebswelle 31 steht im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht auf der Zylinderachse der Rührstange 20. Die Zylinderachse der Rührstange 20 ist im Wesentlichen parallel zur Z-Achse angeordnet, im gezeigten Beispiel also in einer vertikalen Richtung. Das Antriebswellengewinde 32 bildet zusammen mit dem Antriebsgewinde 21 ein Antriebsschneckengetriebe, mittels dem eine Rotationsbewegung der Antriebswelle 31 in eine lineare Bewegung L der Rührstange 20 in und entlang der Z-Richtung umgewandelt wird, also im gezeigten Ausführungsbeispiel in eine vertikale Linearbewegung.
Der Motor 30 treibt die Antriebswelle 31 abwechselnd zu einer Rotation in und gegen den Uhrzeigersinn um die Antriebsachse A an, womit er die Rührstange 20 abwechselnd zu einer Auf- und Abbewegung in und gegen die Z-Achse mit einem spezifizierten (vorbestimmten bzw. vorbestimmbaren) Hub bzw. Auslenkung antreibt. Die Rührstange 20 ist über zumindest ein Gleitlager 26 im Inneren der hohlen Führung 25 gelagert. Bevorzugt ist die Rührstange 20 über zumindest zwei voneinander in Z-Richtung beabstandete Gleitlager 26 im Inneren der Führung 25 gelagert. Die Gleitlager 26 ermöglichen eine reibungsarme Bewegung der Rührstange 20 im Inneren der ortsfesten Führung 25.
Die Führung 25 ist im Wesentlichen in Form eines Hohlzylinders ausgebildet, der an den beiden Zylinderenden offen ist und dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser, also der Zylinderdurchmesser, der Rührstange 20. Bevorzugt kontaktiert die Rührstange 20 die Führung 25 nicht direkt, sondern kontaktiert diese lediglich über das zumindest eine Gleitlager 26. Am rührseitigen Ende 24 der Rührstange 20 ist ebenfalls ein Gewinde ausgebildet, nämlich ein Rührgewinde 22. Das Rührgewinde 22 befindet sich im Eingriff in ein komplementäres Innengewinde 11 des Rührelements 10. Das Innengewinde 11 bildet zusammen mit dem Rührgewinde 22, welches als ein Außengewinde ausgebildet ist, ein zweites Schneckengetriebe, nämlich ein Rührschneckengetriebe zum Umwandeln der im Wesentlichen linearen Bewegung der Rührstange 20 in bzw. entlang der Z-Richtung in eine Rotationsbewegung des Rührelements 10. Das Rührelement 10 ist dazu ausgebildet und vorgesehen, eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse R auszuführen, um dabei das in Figur 1 nicht gezeigte Fluid/Feststoff zu durchmischen. Die Rotationsachse R ist in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform parallel zur Z Achse ausgebildet, also vertikal angeordnet. Die Rotationsachse R fällt dabei mit der Zylinderachse der Rührstange 20 sowie mit der Zylinderachse der Führung 25 zusammen. In anderen Worten bildet der Motor 30 zusammen mit der Antriebswelle 31 und dem Rührgewinde 22 einen Spindelantrieb bzw. einen spindelartigen Antrieb aus, der einen Antrieb des Motors 10 in eine Drehbewegung des Rührelements 20 über eine lineare Bewegung der Rührstange 20 umsetzt bzw. überträgt. Durch eine lineare Verschiebung (bevorzugt durch eine Hin- und Herbewegung) der Rührstange 20 wird eine (bevorzugt oszillierende) Drehbewegung des Rührelements 20 erreicht, ohne das insbesondere ein oder mehrere Drehlager und eine entsprechende Abschirmung bzw. Abdichtung zum zu mischenden Fluid und/oder Feststoff notwendig sind.
Das Rührelement 10 weist einen Rührkopf 12 auf, der im Inneren einen Hubraum 13 in Form eines Hohlraums aufweist. In diesen Hohlraum kann das rührseitige Ende 24 der Rührstange 20 eingeführt sein und/oder werden. Dazu ist das freie Innenvolumen des Hubraums 13 größer dimensioniert als die Ausmaße des Zylindermantels der Rührstange 20. Der Hubraum 13 ist dazu ausgebildet und vorgesehen, das antriebsseitige Ende 24 der Rührstange 20 aufzunehmen und in seinem Inneren ausreichend Raum bereitzustellen für die Linearbewegung L der Rührstange 20.
Das Rührelement 10 ist über zumindest ein Kugellager 27 an der Führung 25 gelagert, genauer gesagt an dem Zylinderende der Führung 25, das dem Rührelement 10 zugewandt ist. An diesem Zylinderende der Führung 25 ist das Kugellager 27 entlang des Zylindermantels der Führung 25 angeordnet. Das Kugellager 27 ist dabei so angeordnet, dass das Rührelement 10 eine reibungsarme Rotationsbewegung relativ zur ortsfesten Führung 25 durchführen kann.
Der Übergang zwischen ortsfester Führung 25 und rotierbarem bzw. oszillierenden Rührelement 10 kann von einem Faltenbalg 60 (als ein bevorzugtes Abdichtelement) abgedichtet sein, der zumindest das Kugellager 27 übergreifend angeordnet ist. Der Faltenbalg 60 kann einerseits an der Führung 25 befestigt sein, z.B. in einer Führungsnut 28, die als Vertiefung in den äußeren Zylindermantel der Führung 25 ausgebildet sein kann. Zudem kann der Faltenbalg 60 am Rührelement 10 befestigt sein, z.B. in einer Rührnut 17, die in einer Außenfläche des Rührkopfes 12 ausgebildet sein kann. Alternative oder zusätzlich kann der Faltenbalg 60 an der Führung 25 und/oder dem Rührelement 10 mittels eines Klemmrings und/oder Kabelbinders befestigt sein. Der Faltenbalg 60 dient zum Abdichten des Mischsystems 1.
Das Rührelement 10 weist einen zentralen Rührkopf 12 als ein Mittelteil auf, in dem der Hubraum 13 ausgebildet ist und der an der Führung 25 gelagert ist. Die Rotationsachse R kann eine Symmetrieachse des Rührkopfes 12 bilden. Am Rührkopf 12 des Rührelements 10 ist zumindest ein Rührelement bzw. -flügel 14 angeordnet, der im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse R in eine radiale Richtung vom Rührkopf 12 wegweisend angeordnet ist. Das Rührelement 10 weist bevorzugt mehrere solcher Rührflügel 14 auf, z.B. zwei oder drei. Die Rührflügel 14 dienen zum Durchmischen des Fluids und/oder des Feststoffs, wenn das Rührelement 10 im Betrieb des Mischsystems 1 zu Rotationsbewegungen um die Rotationsachse R angetrieben wird. Im Betrieb treibt der Motor 30 die Antriebswelle 31 abwechselnd zur Rotationsbewegungen in einander entgegengesetzte Rotationsrichtungen an. Über das Antriebswellengewinde 32 und das Antriebsgewinde 23 werden diese Rotationsbewegungen in die im Wesentlichen lineare Bewegung L der Rührstange 20 umgewandelt und/oder übersetzt. Die Linearbewegung L der Rührstange 20 wird über das Rührgewinde 22 und das Innengewinde 11 in die Rotationsbewegung des Rührelements 10 umgewandelt, das abwechselnd in und gegen den Uhrzeigersinn um die Rotationsachse R rotiert. Dabei hebt und senkt sich die Rührstange 20 im Inneren der Führung 25, insbesondere hebt und senkt sich das rührseitige Ende 24 im Inneren des Hubraums 13.
Die Rührstange 20 ist länger ausgebildet als die Führung 25, insbesondere ist die Zylinderachse der Rührstange 20 länger als die Zylinderachse der hohlen Führung 25. Die Rührstange 20 ist so im Inneren der Führung 25 angeordnet, dass auch im Betrieb des Mischsystems 1 sowohl das antriebsseitige Ende 23 als auch das rührseitige Ende 24 der Rührstange aus dem Hohlraum der Führung 25 hinausragt. Insbesondere sind zu jedem Zeitpunkt sowohl das Antriebsgewinde 21 als auch das Rührgetriebe 22 der Rührstange 20 zumindest teilweise außerhalb des Hohlraums der Führung 25 angeordnet. Die beiden Gewinde befinden sich zu jedem Zeitpunkt, insbesondere im Betrieb des Mischsystems, im Eingriff mit ihrem jeweiligen Gegengewinde. Zum Durchmischen des Fluids und/oder des Feststoffs ist bevorzugt ein vergleichsweise geringer Hub der Rührstange 20 ausreichend, sofern die Bewegungsrichtung der im Wesentlichen linearen Bewegung der Rührstange 20 in rascher Abfolge geändert und/oder umgedreht wird. Somit wird eine oszillierende Drehbewegung des Rührelements 10 mit einer Drehauslenkung des Rührelements 10 um die Drehachse R von bevorzugt etwa +/- 360° bzgl. der Mittellage erreicht. Die Drehauslenkung hängt insbesondere von dem Hub der Rührstange 20 und/oder der Umsetzung durch Antriebswellengewinde 32 und Innengewinde 11 ab und können geeignet eingestellt werden. Der Faltenbalg 60 erlaubt hierbei die oszillierende Drehbewegung des Rührelements 10 durch dessen Verformung insbesondere ohne eine Drehbefestigung des Faltenbalges 60 an der Führung 25 und/oder dem Rührelement 10 zu benötigen. Die Eigensteifigkeit bzw. Rückstellfähigkeit des Faltenbalges 60 erlaubt hierbei bevorzugt eine geordnete Verdrehung des Faltenbalges 60 insbesondere ohne dass dieser sich verhakt bzw. verklemmt. Denkbar ist jedoch auch ein von einem Faltenbalg unterschiedliches Abdichtelement (insbesondere ohne eine Rückstellfähigkeit, wie z.B. ein beschichtetes Gewebe), das die Führung 25 und das Rührelement 10 überbrückt und zum Inneren des Behälters 50 hin abdichtet.
Die Rührstange 20 kann mit einem runden Außendurchmesser, also Zylindermantel, ausgebildet sein, oder als eine kantige Stange, die im Inneren der Führung 25 an entsprechenden Innengegenkanten so gelagert ist, dass Rotationsbewegung der Rührstange 20 um die Rotationsachse R gehemmt und/oder im Wesentlichen verhindert wird. In dieser Ausführungsform mit der kantigen Rührstange 20 werden unabsichtliche Rotationsbewegungen der Rührstange 20 verhindert, die den Wirkungsgrad der Kraftübertragung reduzieren könnten.
Das Rührelement 10, insbesondere der Rührkopf 12, kann an einer der Rührstange abgewandten Seite frei "schwebend" im Inneren des Behältnisses 40 angeordnet sein. Alternativ kann das Rührelement 10 bzw. der Rührkopf 12 drehbar an einer Wandung des Behältnisses 40 abgestützt und/oder gelagert sein.
Figur 2A zeigt in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht auf ein Rührelement 10 mit zwei starren Rührflügeln 14. Die Rührflügel 14 sind an einander gegenüberliegenden Seiten des Rührkopfes 12 angeordnet und so starr und/oder steif ausgebildet, dass sie sich bei einer Rotation des Rührelements 10 um die Rotationsachse R im Wesentlichen nicht verformen, sondern weiterhin starr und im Wesentlichen senkrecht von der Rotationsachse weg in radialer Richtung angeordnet sind.
Figur 2B zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von unten auf das in Figur 2A gezeigte Rührelement 10. Dabei ist gezeigt, dass die beiden Hohlflügel 14 sowohl bei Rotationsbewegung in eine erste Rotationsrichtung R1 als auch in eine zweite Rotationsrichtung R2 um die Rotationsachse R in einer starren Anordnung verharren.
Figur 3A zeigt in einer schernatischen Darstellung eine Seitenansicht auf ein Rührelement 10' mit einem ersten Klappflügel 14a und einem zweiten Klappflügel 14b. Der erste Klappflügel 14a ist über ein erstes Gelenk 16a mit dem Kopf 12 des Rührelements 10' verbunden. Der zweite Klappflügel 14b ist über ein zweites Gelenk 16b mit dem Kopf 12 des Rührelements 10' verbunden. Die Rotationsachse R verläuft mittig durch den Kopf 12 des Rührelements 10'. Figur 3B zeigt eine Ansicht von unten auf das Rührelement 10' bei Rotationsbewegung des Rührelements 10' um die Rotationsachse R in eine erste Rotationsrichtung R1. Dabei ist der erste Klappflügel 14a so angeordnet, dass er im Wesentlichen radial von der Rotationsachse R und dem Rührkopf 12 absteht und eine aktive Stellung einnimmt, in der der Klappflügel 14a eine Rühr- bzw. Mischaktion des in dem Behälter 50 befindlichen Fluids/Feststoffes bewirkt.
Der zweite Klappflügel 14b ist bei dieser Rotationsbewegung um im Wesentlichen 90° gegen die erste Rotationsrichtung R1 nach hinten geschwenkt angeordnet, so dass er einen deutlich reduzierten Rührwiderstand im Fluid und/oder Feststoff bereitstellt und eine inaktive Stellung einnimmt, in der der Klappflügel 14b keine (oder eine nur sehr geringe) Rühr- bzw. Mischaktion des in dem Behälter 50 befindlichen Fluids/Feststoffes bewirkt.
Figur 3C zeigt das Rührelement 10' bei Rotationsbewegung um die Rotationsachse R in die Gegenrichtung, nämlich in eine zweite Rotationsrichtung R2. Hierbei ist der erste Klappflügel 14a um das erste Gelenk 16a nach hinten in eine inaktive Stellung verschwenkt, während der zweite Klappflügel 14b wieder um das zweite Gelenk 16b zurück in eine aktive Stellung geschwenkt ist und im Wesentlichen radial von der Rotationsachse R und dem Rührkopf 12 absteht. Bei Rotationsbewegung in die zweite Rotationsrichtung R2 bietet der zweite Klappflügel 14b einen großen Rührwiderstand (aktiv Stellung) und trägt somit viel zum Durchmischen des Mediums bei, während der erste Klappflügel 14a einen reduzierten Rührwiderstand (inaktive Stellung) aufweist. Dies ist bei der Rotationsbewegung des Rührelements 10' in die erste Rotationsrichtung R1 genau umgekehrt.
Somit ist aufgrund der aktiven/inaktiven Stellung der (insbesondere gegenläufig klappenden) Klappflügel 14a/14b je nach Drehrichtung R1/R2 eine im Wesentlichen gerichtete Strömung des Mediums innerhalb des Behälters 50 möglich, wodurch insbesondere eine vorteilhafte Mischwirkung bzw. Durchmischung innerhalb des Behälters 50 erreicht wird. In anderen Worten ist trotz der alternierenden (bzw. oszillierenden) Drehbewegung des Rührelements 10' aufgrund der alternativ aktiven/inaktiven Stellung der jeweiligen Klappflügel 14a/14b sichergestellt, dass lediglich der in Drehrichtung des Mediums innerhalb des Behälters 50 befindliche Klappflügel 14a/14b eine Mischwirkung erzielt, so dass eine im Wesentlichen gerichtete Strömung des Mediums (d.h. des zu mischenden Inhaltes des Behälters 40) vorteilhaft erreicht wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform wird mit Bezug auf Fig. 4 bis 7 beschrieben, wobei Fig. 4 eine Schnittansicht und Fig. 5 eine perspektivische Schnittansicht des Mischsystems 1 " der zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt und wobei ähnliche oder im Wesentlichen gleiche Elemente zu der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen sind,
Ähnlich zur ersten Ausführungsform weist das Mischsystem 1 " eine Rührstange 20" auf, die sich zumindest teilweise in den Innenraum eines Behälters 50 erstreckt. Der Behälter 50 weist bevorzugt eine zumindest teilweise flexible ausgeführte Wandung auf, wobei der Behälter bevorzugt ein Einwegbeutel ist. Die Rührstange 20" erstreckt sich von einem antriebsseitigen Ende 23 bis zu einem rührseitigen Ende 24. An und/oder mit dem antriebsseitigen Ende 23 ist ein Motor 30" ankoppelbar, der die Rührstange 20" antreiben kann. Insbesondere ist der Motor 30" als Schrittmotor ausgeführt und/oder umfasst ein Antriebsritzel 32", welches im/entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht D werden kann und mit einem Gewinde oder Eingriffsbereich 21 " der Rührstange 20" in Eingriff steht, um die Rührstange 20" im Wesentlichen linear entlang einer Richtung L bzgl. des Behälters 50 (d.h. teilweise in diesen rein bzw. aus diesem heraus) zu verschieben bzw. zu verlagern. Am gegenüberliegenden Ende der Rührstange 20" (d.h. dem rührseitigen Ende 24) kontaktiert die Rührstange 20" direkt oder indirekt ein Rührelement 10" bzw. steht mit diesem in Eingriff. Im Inneren des Behälters 50 ist ein Fluid und/oder ein Feststoff und/oder ein Gemisch (z.B. flüssig/flüssig, fest/flüssig, fest/fest) angeordnet, das und/oder der von dem Rührelement 10" durchmischt werden kann. Die Wandung des Behälters 50 ist fluiddicht an einer Befestigung 29 einer Führung 25" für die Rührstange 20" befestigt (z.B. durch Kleben, Schweißen, Löten, Klemmen o.ä.). Die Rührstange 20" ist somit zumindest teilweise in der Führung 25" beweglich angeordnet und wird durch diese (axial und/oder radial) positioniert. Zwischen Führung 25" und Rührstange 20" können ein oder mehrere (in Fig. 5 nicht dargestellte) Gleitlager vorgesehen sein. Denkbar ist jedoch ebenfalls eine formschlüssige im Wesentlichen konzentrische Anordnung von Führung 25" und Rührstange 20". Ferner kann in der Rührstange 20" ein Langloch 20A" vorgesehen sein, in das ein Führungszapfen 25B" eingreift, um eine Relativbewegung von Rührstange 20" und Führung 25" zu führen und/oder eine axiale Auslenkung der Rührstange entlang der Längsrichtung L zu beschränken.
Der Motor 30" und das antriebsseitige Ende 23" der Rührstange 20" sind als nicht medienberührende Elemente des Mischsystems 1 " ausgebildet. Dies bedeutet, dass diese Elemente im Betrieb nicht in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Fluid und/oder dem Feststoff angeordnet sind. Das Rührelement 10" hingegen ist medienberührend ausgebildet, d.h. es steht in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Fluid und/oder dem Feststoff.
Die Rührstange 20" ist an bzw. Nahe dem rührseitigem Ende 24 mit dem Rührelement 10" antriebsmäßig gekoppelt. Hierzu weist die Rührstange 20" ein Rührgewinde 22, die mit einem passenden Innengewinde 11 des Rührelements 10" in Eingriff steht. Das Rührelement 10" ist axial mit der Führung 25" gekoppelt über einen Aufsetzring bzw. Klemmring bzw. Überwurfmutter 70, die eine axiale Verschiebung entlang der Richtung L von dem Rührelement 10" weg von der Führung 25" unterbindet. In anderen Worten übergreift der Aufsetz- bzw. Klemmring 70 einen Verbindungsbereich von Führung 25" und Rührelement 10" in axialer Richtung. Der Klemmring 70 steht mit einem führungsseitigen Verrastungsvorsprung 25A" der Führung 25" in Eingriff. Zwischen dem Verrastungsvorsprung 25A" und einem rührelementseitigen Verrastungsvorsprung 10A" ist ein erstes Drehlager (z.B. ein Kugellager) zur drehbaren Lagerung von Führung 25" und Rührelement 10" vorgesehen. Ferner kann zwischen dem rührelementseitigen Verrastungsvorsprung 10A" und dem Klemmring 70 kann ein zweites Drehlager (z.B. ein Kugellager) vorgesehen sein. Somit sind das Rührelement 10" und die Führung 25" gegeneinander um die Drehachse R drehbar gelagert, und zwar bei gleichzeitiger Unterbindung einer axialen Verlagerung zueinander entlang der Richtung L. Der Aufsetz- bzw. Klemmring 70 kann als mehrteiliger Ring ausgebildet sein, dessen Teile um die Verrastungsvorsprünge 10A725A" herum gelegt und verrastet werden.
Somit bildet bevorzugt der Aufsetz- bzw. Klemmring 70 eine axiale Sicherung für das Rührelement 10" gegenüber der Führung 25" aus, so dass die lineare Verschiebung entlang der Richtung L der Rührstange 20" innerhalb (und bezüglich) der Führung 25" in eine Drehbewegung des Rührelements 10" um die Rotationsachse R (insbesondere über das Innengewinde 11 und das Rührgewinde 22) umgesetzt wird. Demnach wird eine Auf-und-Ab-Bewegung der Rührstange 20" in eine oszillierende Drehbewegung (in entgegengesetzten Drehrichtungen R1 , R2) des Rührelements 10" umgewandelt, so dass ein spindelartiger Antrieb des Rührelements 10" in Rotationsrichtung R über eine lineare Verschiebung L der Rührstange 20" erreicht wird. Ein (bevorzugt als Faltenbalg 60 ausgeführtes) Abdichtelement ist über dem Aufsetzbzw. Klemmring 70 hinweg zwischen Führung 25" und Rührelement 10" vorgesehen und dichtet den Innenraum vom Behälter 50, in dem das zu mischende Medium (Fluid und/oder Feststoff) anzuordnen ist, von dem Inneren der Führung 25", der Rührstange 20", dem Innengewinde 11 und/oder den Drehlagern 27") ab. Insbesondere sind etwaige Spalte des Aufsetz- bzw. Klemmrings 70 selber bzw. zwischen Aufsetz- bzw. Klemmring 70 und Rührstange 20" bzw. Rührkopf 12" abgedichtet bzw. abgedeckt, so dass diese nicht in Kontakt mit dem Medium im Behälter 50 gelangen können. Der Faltenbalg 60 ist bevorzugt drehfest bzw. verdrehsicher mit der Führung 25" und/oder dem Rührelement 10" verbunden (z.B. durch Eingriff in eine entsprechende Nut, durch zumindest einen Klemmring, durch Verschweißung und/oder durch Verklebung o.a.).
Der maximale axiale Hub der Führungsstange 20" (und somit die maximale Drehung des Rührelements 10" um die Rotationsachse R herum) ist durch die mechanische Ausgestaltung des Antriebsgewinde 21 " und/oder durch die maximale axiale Verformung des Faltenbalgs 60 axial begrenzt, wobei der Faltenbalg 60 bei einer Drehverlagerung des Rührelements 10" gegenüber der Führung 25" verdreht wird, was je nach Verdrehcharakteristik des Faltenbalgs 60 zu einer Verkürzung der maximalen axialen Verformung des Faltenbalgs 60 führen kann. Bevorzugt ist der Faltenbalg 60 rückstellfähig ausgebildet, so dass er nach Rückkehr in die Dreh- Ausgangslage wieder im Wesentlichen seine Ursprungsform selbständig annehmen kann.
Das Rührelement 10" weist ferner einen Rührkopf 12" auf, der im Inneren einen Hohl- bzw. Hubraum 13" in Form eines Hohlraums aufweist. In diesen Hohlraum kann das rührseitige Ende 24 der Rührstange 20" eingeführt sein und/oder werden. Dazu ist das freie Innenvolumen des Hubraums 13" größer dimensioniert als die Ausmaße des Zylindermantels der Rührstange 20". Der Hubraum 13" ist dazu ausgebildet bzw. vorgesehen, das antriebsseitige Ende 24 der Rührstange 20" aufzunehmen und in seinem Inneren ausreichend Raum bereitzustellen für die Linearbewegung L der Rührstange 20".
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt weist der Rührkopf 12" weiterhin eine (bevorzugt scheibenförmige) Rührträgerplatte 12A" auf, an dem ein oder mehrere Rührorgane bzw. -flügel 14" (direkt oder indirekt) angebracht bzw. anbringbar sind (der Einfachheit halber ist in Fig. 5 ein Rührelement bzw. Rührorgan 14" weggelassen worden und lediglich seine Lagerbuchse 14A" ist sichtbar). Bevorzugt ist das zumindest ein Rührorgan 14" über eine jeweilige Drehachse 12B" beweglich bzw. drehbar an dem Rührkopf 12" angebracht. Die Drehachse 12B" springt von dem Rührkopf 12" bevorzugt im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse R hervor und ermöglicht dem jeweiligen Rührorgan 14" eine Drehung über eine entsprechende Lagerbuchse 14A". Es ist jedoch denkbar, dass das Rührorgan 14" an einer unter einem von 0° oder 180° unterschiedlichen Winkel (z.B. etwa senkrecht) zu der Rotationsachse R ausgerichteten Achse (nicht gezeigt) drehbar bzw. schwenkbar angeordnet ist. Ferner weist der Rührkopf 12" ein oder mehrere Anschläge 12C" auf, die einen Anschlag für ein Rührorgan 14" ausbilden, so dass die Drehung der Rührorgan(e) 14" derart beschränkt wird, dass diese eine spezifische (vorbestimmte bzw. vorbestimmbare) Stellung insbesondere je nach Drehrichtung R1/R2 des Rührkopfes 12" einnehmen können. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein Anschlag für die Positionierung des Rührorgans 14" in der jeweiligen aktiven Stellung an einer anderen Stelle (z.B. innerhalb bzw. an der Drehachsel 2B" und/oder der Buchse 14A") angeordnet ist. Vorteilhaft sind die Rührorgane 14" austauschbar an dem Rührkopf 12" anbringbar, so dass insbesondere die Gestalt bzw. Form und/oder Größe der Rührorgane 14" an den durchzuführenden Mischvorgang angepasst werden können. Hierfür wird nach Bestimmung des durchzuführenden Mischvorgangs (z.B. ob es sich um einen flüssig/flüssig, fest/flüssig oder fest/fest Mischvorgang handelt) das oder die für den bestimmten Mischvorgang vorgesehene Rührorgan(e) 14" ausgewählt und selektiv an den Rührkopf 12" angebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anschläge 12C" derart an dem Rührkopf 12" vorgesehen, dass ein erstes Rührorgan 14" in einer ersten Drehrichtung R1 des Rührelements 10 in einer aktiven Stellung befindlich ist, in der das erste Rührorgan 14" eine Mischwirkung des Mediums im Behälter 50 bewirkt während sich ein zweites Rührorgan 14" in einer inaktiven Stellung befindet, in der es keine oder lediglich eine sehr geringe Mischwirkung erzielt. Wird die Drehung des Rührelements 10" invertiert (d.h. das Rührelement 10" dreht sich in einer zweiten Richtung R2 entgegengesetzt zur ersten Richtung) so dreht sich das erste Rührorgan 14" in eine inaktive Stellung während sich das zweite Rührorgan 14" in eine aktive Stellung verlagert. In anderen Worten ist bei Drehung des Rührkopfes 10" in der ersten Richtung R1 das erste Rührorgan 14" für die Mischwirkung aktiv und das zweite Rührorgan 14" inaktiv, während bei Drehung des Rührkopfes 10" in der zweiten Richtung R2 das zweite Rührorgan 14" aktiv ist, während das erste Rührorgan 14" inaktiv ist. In Fig. 6A und 6B sind perspektivische Ansichten des Mischsystems mit beiden Rührorganen 14" in der ersten aktiven Position (Fig. 6A) und mit beiden Rührorganen 14" in der zweiten inaktiven Position (Fig. 6B) dargestellt. Eine schematische Aufsicht auf den Rührkopf 12" bzw. die Rührträgerplatte 12A" ist in Fig. 7 dargestellt, wobei beide Rührorgane 14" in der aktiven Stellung positioniert sind. Aus der Anordnung der Anschläge 12C" ist ersichtlich, dass die Rührorgane 14" diese aktive Stellung bei unterschiedlichen Drehrichtung R1/R2 des Rührkopfes 12" einnehmen werden. Diesbezüglich sei jedoch bemerkt, dass bei einem Mischvorgang bevorzugt eines der Rührorgane 14" in der aktiven und das andere Rührorgan 14" in der inaktiven Stellung angeordnet ist. Die Anschläge 12C" sind daher derart angeordnet, dass sie jeweils bei entgegengesetzter Drehrichtung der Rührorgane 14" (bzw. des Rührkopfes 12") wirksam werden (siehe Fig. 7).
Somit wird vorteilhaft sichergestellt, dass das im Behälter 50 befindliche Medium in einer gleichen Drehrichtung gemischt wird (d.h. eine gerichtete Strömung ausgebildet wird), obwohl das Rührelement 10" eine alternierende Schwingung bzw. Verschwenkung in entgegengesetzte Richtungen R1/R2 durchführt. Eine im Wesentlichen gerichtete Strömung ermöglicht vorteilhaft einen verbesserten Mischwirkungsgrad und/oder eine verkürzte Mischzeit für ein gegebenes Mischergebnis, wobei eine Durchmischung des im Wesentlichen vollständigen Mediums innerhalb des Behälters 50 vorteilhaft ermöglicht wird. Die Schwenkbewegung der Rührorgane 14" zwischen aktiver und inaktiver Stellung kann aufgrund der Trägheit des Mediums in dem Behälter 50 bevorzugt lediglich mit einer Inversion der Drehrichtung R1/R2 des Rührelementes 10" erzielt werden. Diese Auf- und Zuklapp-Funktion der entsprechenden Rührorgane 14" je nach Drehrichtung R1/R2 des Rührelementes 10" ist umso einfacher zu realisieren, je größer die Drehauslenkung in Umfangsrichtung (d.h. um die Rotationsachse R) des Rührelementes 10" ausgebildet ist. Der Rührkopf 12", bzw. Teile hiervon, können bevorzugt als teilelemente bzw. Halbschalen ausgebildet sein, die entsprechend um die Rührstange 20" herum angeordnet und miteinander verbunden (z.B. verschraubt) bzw. verrastet bzw. fixiert werden, um mit der Rührstange 20" wie vorangehend beschrieben wechselwirken zu können.
Das Rührelement 10", die Rührstange 20" und/oder die Führung 25" (mit Ausnahme der Gleit- und/oder Drehlager) sind bevorzugt aus jeweils einem oder mehreren (bevorzugt biokompatiblen) Kunststoffen gefertigt. Durch geeignete Auswahl der jeweiligen Kunststoffe kann ein geeigneter Reibungswiderstand zwischen gegeneinander beweglichen Elementen (z.B. zwischen Rührstange 20" und Führung 25") und/oder eine geeignete Schmierwirkung eingestellt werden. Im Bereich des Antriebsgewindes 21", an dem der Motor 30" angreift, ist eine metallische Verstärkung (z.B. in Form einer geeignet geformten Stahlhülse) denkbar.
Im Falle der Ausgestaltung des Behälters 50 als Single use Behälter bzw. Einwegbehälter bildet der Behälter 50 in Kombination mit der Rührstange 20", der Führung 25" und dem Rührelement 10" bevorzugt eine Einheit (als Mischsystem 1 "), die nach Gebrauch gemeinsam entsorgt werden kann. Hierbei wird lediglich der gesonderte Antrieb bzw. Motor 30 mit dem Mischsystem 1" gekoppelt (z.B. angeflanscht) bzw. nach Beendigung des Mischvorganges entkoppelt und kann somit wiederverwendet werden. Da eine mechanische Einkopplung der Antriebskräfte des Antriebs 30 über die Rührstange 20" in das Rührelement 10" erfolgt, ergeben sich vorteilhaft kein Beschränkungen (wie z.B. bei einer lediglich magnetischen Kopplung) in der Größe der in den Behälter 50 einbringbaren Antriebs- bzw. Mischkräfte, so dass auch (bevorzugt Einweg-) Behälter 50 mit einem Volumen von 500 L oder mehr (z.B. 1000 L, 3000 L oder 5000 L) zum Einsatz kommen kann.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Schnittansicht durch ein Mischsystem 1 "' einer dritten bevorzugten Ausführungsform. Hierbei sind ähnliche oder im Wesentlichen gleiche Elemente zu der ersten bzw. zweiten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ähnlich zur ersten und zweiten Ausführungsform weist das Mischsystem 1 "' eine Rührstange 20"' auf, die sich zumindest teilweise in den Innenraum eines Behälters 50 erstreckt. Der Behälter 50 weist bevorzugt eine zumindest teilweise flexibel ausgeführte Wandung auf, wobei der Behälter bevorzugt ein Einwegbeutel ist. Die Rührstange 20"' erstreckt sich von einem antriebsseitigen Ende 23 bis zu einem rührseitigen Ende 24. An und/oder mit dem antriebsseitigen Ende 23 ist ein Motor 30"' ankoppelbar, der die Rührstange 20"' antreiben kann. Der Motor 30"' kann die Rührstange 20"' zu einer Rotation um die Rotationsachse R der Rührstange 20"' antreiben. Am gegenüberliegenden Ende der Rührstange 20"' (d.h. dem rührseitigen Ende 24) kontaktiert die Rührstange 20"' direkt oder indirekt ein Rührelement 10"' bzw. steht mit diesem in Eingriff. Hierbei kann die Rührstange 20"' und das Rührelement 10"' einstückig und somit als ein Bauteil ausgebildet sein. Die Rotationsbewegung der Rührstange 20"' treibt hierbei unmittelbar eine Rotationsbewegung des Rührelements 10"' um die Rotationsachse R an. Im Inneren des Behälters 50 ist ein Fluid und/oder ein Feststoff und/oder ein Gemisch (z.B. flüssig/flüssig, fest/flüssig, fest/fest) angeordnet, das und/oder der von dem Rührelement 10"' durchmischt werden kann. Die Wandung des Behälters 50 ist fluiddicht an einer Befestigung 29"' einer Führung 25"' für die Rührstange 20"' befestigt (z.B. durch Kleben, Schweißen, Löten, Klemmen o.ä.). Die Rührstange 20"' ist somit zumindest- teilweise in der Führung 25"' beweglich angeordnet und wird durch diese (axial und/oder radial) positioniert. Zwischen Führung 25"' und Rührstange 20"' können ein oder mehrere Gleitlager 26 und/oder ein oder mehrere Kugellager vorgesehen sein. Ebenfalls kann eine formschlüssige und im Wesentlichen konzentrische Anordnung von Führung 25"' und Rührstange 20"' vorgesehen sein.
Der Motor 30"' und das antriebsseitige Ende 23"' der Rührstange 20"' sind als nicht medienberührende Elemente des Mischsystems 1 "' ausgebildet. Dies bedeutet, dass diese Elemente im Betrieb nicht in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Fluid und/oder dem Feststoff angeordnet sind. Das Rührelement 10"' hingegen ist medienberührend ausgebildet, d.h. es steht in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Fluid und/oder dem Feststoff.
Das Rührelement 10"' weist an seinem dem rührseitigen Ende 24 der Rührstange 20"' zugewandten Seite eine Übergriffschelle 10B auf, über die es axial mit der Führung 25"' gekoppelt ist. Die Übergriffschelle 10B umgreift ein rührseitiges Ende der Führung 25"' von außen und kann dabei mit einem Vorsprung in eine dazu korrespondierende Aussparung der Führung 25"' eingreifen, wodurch eine axiale Verschiebung entlang der Rotationsachse R unterbunden und/oder reduziert werden kann. In anderen Worten übergreift die Übergriffschelle 10B einen rührseitigen Verbindungsbereich der Führung 25" in axialer Richtung.
Das Rührelement 10"' und insbesondere die Übergriffschelle 0B kann über ein oder mehrere Kugellager 27A, 27B gegenüber dem rührseitigen Ende der Führung 25"' abgestützt sein. Hierbei kann zumindest ein erstes Kugellager 27A das rührseitige Ende der Führung 25"' radial umgreifen, und somit radial zwischen dem rührseitige Ende der Führung 25"' und der Übergriffschelle 10B angeordnet sein. Weiterhin kann zumindest ein zweites Kugellager 27B das rührseitige Ende der Führung 25"' in Richtung zum Inneren des Behälters 50 hin gegenüber dem Rührelement 10"' hin drehbar abstützen.! Ferner können zwischen dem Rührelement 10"' und dem rührseitigen Ende der Führung 25"' weitere Drehlager (z.B. Kugellager) vorgesehen sein. Somit sind das Rührelement 10"' und die Führung 25"' gegeneinander um die Rotationsache R drehbar gelagert, und zwar bei gleichzeitiger Unterbindung einer axialen Verlagerung zueinander entlang der Rotationsache R. Die Übergriffschelle 10B kann als mehrteiliger Ring ausgebildet sein, dessen Teile um das rührseitigen Ende der Führung 25"'herum gelegt und/oder verrastet werden. Ein (bevorzugt als Faltenbalg 60 ausgeführtes) Abdichtelement ist über den Übergang zwischen Rührelement 10"' und Führung 25"' vorgesehen und dichtet den Innenraum vom Behälter 50, in dem das zu mischende Medium (Fluid und/oder Feststoff) anzuordnen ist, von dem Inneren der Führung 25"', der Rührstange 20"' und/oder den Drehlagern 27A, 27B und 26 ab. Der Faltenbalg 60 ist bevorzugt drehfest bzw. verdrehsicher mit der Führung 25"' und/oder dem Rührelement 10"' verbunden (z.B. durch Eingriff in eine entsprechende Nut, durch zumindest einen Klemmring, durch Verschweißung und/oder durch Verklebung o.a.). Das Rührelement 10"' weist Rührflügel 14"' auf, mit denen das Fluid bei Rotationsbewegung des Rührkopfes 10"' um die Rotationsachse R durchmischt wird.
Bezugszeichenliste
1 , 1 ", 1 "' Mischsystem
10, 10", 10"' Rührelement
10A" rührelementseitigen Verrastungsvorsprung
10B Übergriffschelle
11 Innengewinde
12, 12" Rührkopf
12A" Rührträgerplatte
12B" Drehachse
12C" Anschlag
13, 13" Hubraum
4, 14", 14"' Rührogan bzw. -flügel
14A" (Lager-) Buchse
14a erster Klappflügel
14b zweiter Klappflügel
15 abgewandtes Ende
16a erstes Gelenk
16b zweites Gelenk 17 Rührnut
20, 20" Rührstange
20A" Langloch
21 , 21 " Antriebsgewinde
22 Rührgewinde
23 antriebseitiges Ende
24 rührseitiges Ende
25, 25", 25' " Führung
25A" führungsseitigen Verrastungsvorsprung
25B" Führungszapfen
26 Gleitlager
27 Kugellager
27A, 27B erstes/zweites Kugellager
27A", 27B" erstes/zweites Kugellager
28 Führungsnut
29, 29"' Befestigung
30, 30"' Antrieb bzw. Motor
31 Antriebswelle
32 Antriebswellengewinde
40 Behältnis
50 Behälter
60 Faltenbalg
70 Aufsetzring bzw. Klemmring bzw. Überwurfmutter
A Antriebsachse
L Linearbewegung
R Rotationsachse
R1 erste Rotationsrichtung
R2 zweite Rotationsrichtung

Claims

Anmelder: Sartorius Stedim Biotech GmbH "Mischsystem, Rührelement hierfür und Verfahren zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs" Unser Zeichen: S12955WO - ds / mu Patentansprüche
1. Mischsystem (1 ; 1 ") zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, mit
einem Behältnis (40) zum Aufnehmen des Fluids und/oder des Feststoffs, und
- einem Rührelement (10; 10'; 10") zum Mischen des im Behältnis (40) angeordneten Fluids und/oder Feststoffs mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements (10; 10; 10"') um eine Rotationsachse (R); und
eine Rührstange (20; 20"), die mit einem Motor (30; 30") koppelbar ist zum Verursachen einer Bewegung (L) der Rührstange (20; 20") entlang der Achsrichtung der Rotationsachse (R), um mittels der Bewegung (L) entlang der Achsrichtung das Rührelement (10; 10'; 10") zu der Rotationsbewegung um die Rotationsachse (R) anzutreiben.
2. Mischsystem nach Anspruch 1 , wobei in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Rührstange (20; 20") eine Rotationsbewegung des
Rührelements (10; 10'; 10") im oder gegen den Uhrzeigersinn (R1 ; R2) um die Rotationsachse (R) verursacht wird.
3. Mischsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rührstange (20; 20") entlang der Achsrichtung der Rotationsrichtung um zumindest etwa 1 cm durch den Motor (30; 30") bewegbar ist.
4. Mischsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem im Rührelement (10; 10'; 10") angeordneten Rührschneckengetriebe (22, 11 ) zum Umwandeln einer im Wesentlichen linearen Bewegung (L) der Rührstange (20; 20") entlang der Achsrichtung der Rotationsachse (R) in die Rotationsbewegung des Rührelements (10; 10'; 0").
5. Mischsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Antriebswelle (31 ) mittels eines als Schrittmotor ausgebildeten Motors (30) zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist, und wobei das Mischsystem (1 ) ein Antriebsschneckengetriebe (32, 23) aufweist zum Umwandeln der Rotationsbewegung der Antriebswelle (31 ) in eine im Wesentlichen lineare Bewegung (L) der Rührstange (20; 20").
6. Mischsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Rührstange (20; 20") in einer hohlen, starren Führung (25; 25") geführt ist, und wobei die hohle, starre Führung (25; 20") relativ zum Behälter (50") ortsfest und so angeordnet ist, dass die hohle, starre Führung (25; 25") ins Innere des Behälters (50) herein weist.
7. Mischsystem nach Anspruch 6, mit zumindest einem Kugellager (27; 27A"; 27B"), über das das Rührelement (10; 10'; 20") drehbar an der hohlen, starren Führung (25; 25") gelagert ist.
8. Mischsystem nach Anspruch 6 oder 7, mit zumindest einem Gleitlager (26), über das die Rührstange (20; 20") gleitend in der hohlen, starren Führung (25;
25") gelagert ist.
9. Mischsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein Abdichtelement (60) einen Übergangsbereich zwischen der hohlen, starren Führung (25; 25") und dem Rührelement (10; 10'; 10") abdichtet.
10. Mischsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Rührelement (10; 10'; 10") zumindest einen starren Rührflügel (14; 14") aufweist, der bevorzugt starr von der Rotationsachse (R) wegstehend ausgebildet ist.
11. Mischsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Rührelement (10'; 10") zumindest einen ersten Klappflügel (14a; 14") aufweist, der so um ein erstes Gelenk (16a; 12B", 14A") klappbar ausgebildet ist, dass
bei einer Rotationsbewegung des Rührelements (10'; 10") in eine erste Rotationsrichtung (R1 ) um die Rotationsachse (R) der erste Klappflügel (14a; 14") im Wesentlichen radial von der Rotationsachse (R) absteht, und bei einer Rotationsbewegung in eine zweite Rotationsrichtung (R2) entgegen der ersten Rotationsrichtung (R1 ) um die Rotationsachse (R) der erste Klappflügel (14a; 14") so um das erste Gelenk (16a; 12B", 14A") klappt, dass sein Mischwiderstand reduziert ist.
12. Mischsystem nach Anspruch 11 , wobei das Rührelement (10'; 10") zumindest einen zweiten Klappflügel (14b; 14") aufweist, der so um ein zweites Gelenk (16b; 12B", 14A") klappbar ausgebildet ist, dass
bei einer Rotationsbewegung des Rührelements (10'; 10") in die zweite Rotationsrichtung (R2) um die Rotationsachse (R) der zweite Klappflügel (16b; 14") im Wesentlichen radial von der Rotationsachse (R) absteht, und bei einer Rotationsbewegung in die erste Rotationsrichtung (R1 ) um die Rotationsachse (R) der zweite Klappflügel (14b; 14") so um das zweite
Gelenk (16b; 12B", 14A") klappt, dass sein Mischwiderstand reduziert ist.
13. Mischsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Behältnis (40) dazu ausgelegt ist, einen Behälter (50) mit dem Fluid und/oder dem Feststoff aufzunehmen, wobei der Behälter (50) so in das Behältnis (40) einbringbar ist, dass die Rührstange (20; 20") ins Innere des Behälters (50) eindringend angeordnet ist.
14. Mischsystem nach Anspruch nach 13, wobei der Behälter (50) ist als ein Einwegbeutel ausgebildet ist.
15. Verwendung des Mischsystem (1 ) nach einem der vorangegangen Ansprüche zum Mischen eines Fluids und/oder Feststoffs in einem Bioreaktor und/oder Pallettank.
16. Rührelement (10") für ein Mischsystem (1 ) zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, mit
einer Rührträgerplatte (12A"), die durch einen Antrieb (30) in eine in Drehrichtung alternierender Schwenkbewegung in entgegengesetzten Drehrichtungen (R1 , R2) versetzbar ist,
zumindest zwei Rührorganen (14"), welche verschwenkbar an der Rührträgerplatte (12A") gelagert sind, und jeweils in einer aktiven und einer inaktiven Stellung anordenbar sind,
wobei bei einer Drehung der Rührträgerplatte (12A") in einer ersten Richtung (R1 ) ein erstes Rührorgan (14") in einer aktiven Rührstellung, in der eine Mischung des Fluids bzw. Feststoffs bewirkt wird, und ein zweites Rührorgan (14") in einer inaktiven Rührstellung befindlich ist, in der im Wesentlichen keine Mischung oder eine erheblich kleinere Mischung des Fluids bzw. Feststoffs bewirkt wird, und
wobei bei einer Drehung der Rührträgerplatte (12A") in einer zweiten Richtung (R2) entgegengesetzt zu der ersten Richtung (R1 ) das erste Rührorgan (14") in der inaktiven Rührstellung und das zweite Rührorgan (14") in der aktiven Rührstellung befindlich ist.
17. Rührelement (10") für ein Mischsystem (1 ) gemäß Anspruch 16, wobei die zumindest zwei Rührorgane (14") austauschbar an der Rührträgerplatte (12A") vorgesehen sind.
18. Mischsystem (1 "') zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, mit einem Behältnis (40) zum Aufnehmen des Fluids und/oder des Feststoffs; einem Rührelement (10"') zum Mischen des im Behältnis (40) angeordneten Fluids und/oder Feststoffs mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements (10"') um eine Rotationsachse (R);
- einer Rührstange (20"'), die mit einem Motor (30"') koppelbar ist zum Verursachen einer Rotationsbewegung der Rührstange (20"') um die Rotationsachse (R), mittels der die Rotationsbewegung des Rührelements (10"') um die Rotationsachse (R) angetrieben wird; und
- einer Führung (25"'), innerhalb der die Rührstange (25"') vom Motor (30"') zum Rührelement (10"') geführt ist.
19. Verfahren zum Mischen eines Fluids und/oder eines Feststoffs, wobei
das Fluid und/oder der Feststoff in einem Behältnis (40) aufgenommen wird/werden, ein Rührelement (10; 10') das im Behältnis (40) angeordnete Fluid und/oder den im Behältnis (40) angeordneten Feststoff mittels einer Rotationsbewegung des Rührelements (10; 10') mischt, und
ein Motor (30) das Rührelement (10; 10') zu der Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (R) antreibt,
wobei der Motor (30) zum Antreiben des Rührelements (10; 10') zu der Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (R) eine Rührstange (20) entlang der Achsrichtung der Rotationsachse (R) bewegt.
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