WO2017186257A1 - Mischvorrichtung - Google Patents

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WO2017186257A1
WO2017186257A1 PCT/EP2016/002157 EP2016002157W WO2017186257A1 WO 2017186257 A1 WO2017186257 A1 WO 2017186257A1 EP 2016002157 W EP2016002157 W EP 2016002157W WO 2017186257 A1 WO2017186257 A1 WO 2017186257A1
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drive
container
stirrer
rotation
drive shaft
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PCT/EP2016/002157
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Thomas Regen
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Sartorius Stedim Biotech Gmbh
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/233—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements
    • B01F23/2333—Single stirrer-drive aerating units, e.g. with the stirrer-head pivoting around an horizontal axis
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    • B01F23/2336—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements characterised by the location of the place of introduction of the gas relative to the stirrer
    • B01F23/23362—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements characterised by the location of the place of introduction of the gas relative to the stirrer the gas being introduced under the stirrer
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/91—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with propellers
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    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/453—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements
    • B01F33/4534—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements using a rod for supporting the stirring element, e.g. stirrer sliding on a rod or mounted on a rod sliding in a tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
    • B01F35/32—Driving arrangements
    • B01F35/32005—Type of drive
    • B01F35/3203—Gas driven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
    • B01F35/32—Driving arrangements
    • B01F35/32005—Type of drive
    • B01F35/32045—Hydraulically driven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/40—Mounting or supporting mixing devices or receptacles; Clamping or holding arrangements therefor
    • B01F35/41—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles
    • B01F35/411—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles by supporting only one extremity of the shaft
    • B01F35/4112—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles by supporting only one extremity of the shaft at the bottom of the receptacle, e.g. by studs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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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 present invention relates to a mixing device for mixing a medium and a corresponding method for mixing a medium in a mixing device.
  • Bioreactors are containers in which specially grown microorganisms or cells are cultured under optimal conditions in a nutrient medium in order to obtain either the cells themselves, parts of them or one of their metabolites.
  • solid (biomass), liquid (nutrient medium) and / or gaseous (e.g., air, oxygen, carbon dioxide, nitrogen) phases may be processed in the bioreactors.
  • a stirrer is provided in the bioreactor, by the rotation of which the medium is homogenized, suspended or emulsified.
  • a gassing of the medium can take place.
  • drive devices are known from the prior art, which are arranged in the bioreactor and are connected to the stirrer.
  • This is particularly advantageous for disposable bioreactors because it allows the disposable bioreactor to be delivered to the user as a sterile unit and eliminates the need for additional components located outside the disposable bioreactor that must be included.
  • a drive shaft protrudes through the container wall.
  • the sealing of a movable element from the environment turns out to be complicated and problematic, so that the risk of contamination of the disposable bioreactor is increased in this case.
  • both the Drive device and the stirrer is often completely embedded in the medium to be mixed, however, there is the problem of a secure sterile connection of the drive device with the stirrer without the medium to be mixed can penetrate into the drive device and the medium to be mixed contaminated by impurities in the drive device becomes.
  • drive devices with drive shafts are known which protrude from the housing of the drive device and the stirrer is connected to the protruding free end of the drive shaft. The point at which the drive shaft protrudes from the housing of the drive device, however, is difficult and can be sealed with great effort and expense, which should be avoided when used in disposable bioreactors.
  • the mixing device should also be usable for bioreactors, in particular for disposable bioreactors.
  • This object is achieved by the mixing device for mixing a medium according to claim 1 and the method for mixing a medium in a mixing device according to claim 11.
  • Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
  • a mixing device for mixing a medium which comprises;
  • stirring device for mixing the medium, wherein the stirring device is arranged on a container wall of the container and projects into an interior of the container;
  • the stirring device comprises a drive device with a closed drive housing and a drive shaft arranged therein, wherein the drive shaft is set in rotation by means of a fluid; wherein the drive device with at least a first coupling element with at least one first magnet, which is arranged at a free end of the drive shaft and is displaceable by a rotation of the drive shaft in rotation; and
  • the stirring device further comprises a stirrer comprising at least a second coupling element with at least one second magnet, wherein the stirrer with the drive device is coupled and positionable by means of a magnetic coupling between the first and second coupling elements on the drive device and by a rotation of the drive shaft and the first coupling element is set in rotation.
  • the medium to be mixed may contain solid, liquid and / or gaseous components.
  • the container may be formed with a flexible container wall or a solid container wall.
  • the container may be closed or open, which may depend on whether the medium to be mixed is to be mixed under sterile conditions in the container.
  • the container is preferably formed closed.
  • the stirring device is arranged on the container wall and preferably fixedly connected to this, in order to ensure a secure positioning of the stirring device.
  • the position of the stirring device in the container can be determined individually.
  • the stirring device may be arranged at the bottom of the container or hang from the ceiling of the container.
  • the stirrer preferably has a plurality of blades which rotate during operation of the stirring device about an axis of rotation of the drive shaft. The angle of the blade surfaces with respect to the axis of rotation may vary depending on the mixing application.
  • no drive shaft is brought out of the closed drive housing, so that the problem of complex sealing of the drive device relative to the medium to be mixed can be avoided. In particular, this can reduce the manufacturing costs of the drive device.
  • connection between the drive device and the stirrer is preferably a detachable connection, in some cases the stirrer can be reused.
  • the drive shaft By introducing a fluid into the drive device, the drive shaft is set in rotation. Since the first coupling element is arranged at a free end of the drive shaft, the first coupling element is displaceable together with the drive shaft in rotation. That is, the rotational speed of the drive shaft corresponds to the rotational speed of the first clutch element.
  • the second coupling element in the stirrer is coupled in the form of a magnetic coupling with the first coupling element in the drive device, so that the rotation of the first coupling element, the second coupling element is also set in rotation.
  • the fluid may be liquid or gaseous, such as water or compressed air.
  • the free end of the drive shaft is understood to be the end of the drive shaft which faces the stirrer.
  • the at least one magnet in the corresponding coupling elements is preferably a permanent magnet.
  • the use of a fluid for driving the drive shaft is advantageous because only connections for the supply or discharge of the fluid in or out of the drive device are required. These can be incorporated in a simple and safe way in the container wall, since no moving components are installed here. In the event that compressed air is supplied as fluid, for example, only hoses of a compressed air generator must be connected to the terminals before commissioning the mixing device.
  • the fluid delivery and / or removal system preferably has a compressive strength of from 1 to 6 bar, most preferably 6 bar.
  • the first coupling element is annular and on a front end of the drive shaft secured against rotation.
  • the first coupling element can be safely and easily plugged onto the preferably rod-shaped drive shaft.
  • the first coupling element surrounds the drive shaft at least partially, so that a positive connection is made.
  • the free end of the drive shaft can here preferably be the front end of the drive shaft, which is preferably remote from the container wall on which the stirring device is arranged.
  • the first coupling element can be plugged onto the drive shaft, for example by means of a press fit.
  • the first coupling element can be glued to the drive shaft.
  • all other known joining methods are also applicable.
  • the drive shaft can be made of metal or plastic, while the first and second coupling element are preferably made of plastic.
  • the drive shaft, the first coupling element and / or the second coupling element made of stainless steel, ceramic, aluminum or plastic.
  • the first coupling element can be placed on the drive shaft in such a way that the drive shaft is flush with the first coupling element or that the front end of the drive shaft projects beyond the first coupling element to a predetermined extent.
  • the size of the annular first coupling element is determined in particular by the size, shape and / or orientation of the at least one magnet in the first coupling element.
  • the second coupling element in the stirrer preferably has one of the first Coupling element corresponding ring shape, so that the first and second coupling element in the coupled state overlap at least partially.
  • the first coupling element has a plurality of first magnets, which are arranged along the annular first coupling element.
  • the coupling force can be increased, so that the coupling strength between the stirrer and the drive device is correspondingly increased.
  • the coupling strength can be adjusted so that the stirrer is reliably coupled to the drive device despite the high rotational speed of the stirrer.
  • the magnets are evenly distributed over the annular first coupling element.
  • the magnets may in this case also preferably be arranged in ring form.
  • the coupling force can be determined by the size of the magnets, which are preferably formed as a bar magnet.
  • the number of magnets in the first and second coupling elements correspond to each other and each of a first and second magnet are opposite to each other.
  • the drive device has a vane motor and / or an axial motor.
  • the drive housing is a stator whose interior is cylindrical.
  • the entire drive housing is formed cylindrically.
  • the drive shaft is arranged as a rotor eccentric to the cylindrical interior of the drive housing or the stator.
  • Slots are formed in the rotor extending along the axis of rotation of the rotor. Preferably, these slots are equally long and / or evenly distributed around the rotor. In each case at least one blade is used in the slots, which is arranged freely movable in a direction perpendicular to the axis of rotation of the rotor. In other words, the individual lamella can either be pushed deeper into the slot or can be further pushed out of the slot, so that the area of the lamella which projects beyond the lateral surface of the rotor becomes correspondingly larger or smaller.
  • the rotor is in rotation, the blades are preferably pressed by the centrifugal force to the wall of the drive housing.
  • chambers form between the rotor, the stator and two lamellae.
  • the lamellae seal the chambers from each other.
  • the lamellae are preferably made of plastic, such as polyethylene.
  • the slats could also be spring loaded.
  • the above-described connections for the supply and discharge of the fluid into and out of the drive device preferably open into a supply line in the drive housing, through which the fluid can enter the drive housing, and into a discharge line in the drive housing, through which Fluid can escape from the drive housing again. By supplying the fluid via the supply line, the individual chambers can be acted upon by the fluid, so that the rotor can be set in rotation.
  • the supply line opens into the drive housing so that the fluid enters where the chambers are very small or smallest.
  • the discharge line preferably opens into the drive housing where the chambers shrink in relation to the direction of rotation again.
  • One or more discharge lines may be provided to allow the residual fluid to escape.
  • the vane motor has the advantage that it is securely sealed against the medium to be mixed.
  • the vane motor is infinitely adjustable, so that the engine can be easily adjusted depending on the requirement or the medium to be mixed. Only via the pressure and the amount can be influenced in a simple manner, the rotation of the rotor.
  • an axial motor may be provided, the rotor of which can be rotated by the fluid and coupled to the stirrer.
  • the volume of fluid supplied affects the rotational speed of the drive shaft or the stirrer, while the pressure of the fluid influences the torque of the drive shaft or of the stirrer.
  • the mixing device is a bioreactor, in particular a disposable bioreactor.
  • the stirring device can also be used for bioreactors, and in particular for disposable reactors. All units of the stirring device are sterilizable and can be sealed off from the fluid to be mixed, so that there is no risk of contamination of the medium to be mixed by the drive device. In particular, it is not necessary to use an external drive device.
  • the drive housing has a mounting plate which is attached to the container wall.
  • the container for receiving mixing medium is a flexible container, such as in disposable bio-reactors, which are usually formed as a bag.
  • the mounting plate on the Glued or welded inside the container has a cutout into which the mounting plate can be inserted.
  • a peripheral portion of the mounting plate can thereby overlap a peripheral edge region of the cutout in the bag, preferably an outer surface of the container.
  • This peripheral portion of the mounting plate can be welded to the container, so that the stirring device is securely attached to the container and can not enter any contaminants in the container.
  • the drive device further comprises a spacer bar which spaces the stirrer from the container wall to a predefined extent.
  • the predefined dimension, in which the stirrer is spaced from the container wall, is influenced by the desired rotational speed of the stirrer.
  • the spacer rod has at least one gas supply plate for introducing gas into the medium to be mixed, which is oriented perpendicular to an axis of rotation of the spacer rod and / or the drive shaft.
  • this Gaszu 1500platte is further spaced from the container wall.
  • the gas supply plate preferably has at least one bore and / or gas supply.
  • at least one gas feed opening is preferably formed in the gas supply plate, via which gas can be supplied from a gas line to the medium to be mixed.
  • the Gaszu 1500platte is arranged near the drive device or the stirrer to distribute the ejected gas bubbles finely.
  • the gas supplied is oxygen.
  • the gas line may extend at least partially through the spacer bar.
  • the underlying object is achieved by a method for mixing a medium in a mixing device, which following steps include:
  • stirring device in a container for receiving the medium to be mixed, so that the stirring device is arranged on a container wall of the container and projects into an interior of the container, wherein the stirring device comprises a drive device with a closed drive housing and a drive shaft arranged therein, and a stirrer having,
  • Figure 1 shows a stirring device for mixing a medium
  • Figure 2 shows a sectional view of the stirrer of Figure 1 along the
  • Figure 3 shows a plan view of the stirring device of Figure 1;
  • Figure 4 shows a sectional view through the stirring device of Figure 3 along the cutting axis C-C;
  • FIG. 5 shows a sectional view of the drive device from FIG. 1 along the section axis B-B;
  • Figure 6a shows a side view of a mixing device with a
  • FIG. 6b) shows a sectional view of the mixing device from FIG. 6a) along the section axis AA;
  • FIG. 6c) shows a detail X of the connections from FIG. 6b) in enlargements;
  • Figure 7 shows a preferred embodiment of a stirring device with a Gaszu Glassplatte
  • Figures 8a) -8b) show a side view and a bottom view of another
  • Figures 9a) -9b) show a sectional view through the mixing device of FIG.
  • Figure 10 shows a sectional view of the mixing device of Figure 8a) along a plane parallel to the axis of rotation of the stirrer;
  • Figure 11 shows an enlargement of the partial section Y of Figure 11
  • Figure 12a shows a side view of another mixing device with a
  • FIG. 12b shows a sectional view of the mixing device from FIG. 12a) along the section axis B-B.
  • FIG. 1 shows a stirring device 1 for mixing or stirring a medium, which can be inserted into a container (not shown here) in which the medium to be mixed or stirred is contained.
  • the purpose of mixing or stirring may be homogenization, suspension, emulsification or gassing of the medium, wherein the medium may consist of solid, liquid and / or gaseous components.
  • the stirring device 1 comprises a stirrer 3, through the rotation of which the medium is mixed, and a drive device 5, which is coupled to the stirrer 3 and drives the stirrer 3.
  • the stirrer 3 has a stirrer base 7, which is preferably cylindrical, and at least one blade 11, which is arranged on a stirrer jacket surface 9 of the stirrer base 7, which extends around an axis of rotation R of the stirrer 3.
  • the agitator 3 has a multiplicity of blades 11, which are preferably arranged uniformly around the agitator jacket surface 9 with respect to the direction of rotation R of the agitator 3. Depending on the desired mixing purpose, the blades can be aligned differently.
  • the Blade surface 13 may be arranged parallel or at a certain angle to the rotation axis R.
  • all blades 11 of a stirrer 3 have the same shape, size and / or orientation.
  • the drive device 5 has a drive housing 15, in which the components of the drive described later are accommodated and a mounting element 17, which is connected to the drive housing 15 and on which the stirrer 3 is mounted.
  • the drive housing 15 and the attachment element 17 may be integrally formed.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the stirrer 3 from FIG. 1 along the section axis A - A, which runs perpendicular to the axis of rotation R and intersects the attachment element 17 of the drive device 5.
  • the landing member 17 is cut by a landing pad base 19, which in the present case is cylindrical but may be any other shape.
  • a preferably cylindrical attachment element cavity 21 is formed inside the attachment element base 19, .
  • the axis of rotation R1 of the Aufsetzelement cavity 21 is here offset from the axis of rotation R2 of the Aufsetzelement base 19 is formed.
  • the landing element cavity 21 is arranged eccentrically in the landing element base 19.
  • a first coupling element 23 is arranged, which is preferably also cylindrical and whose diameter is designed such that the first coupling element 23 in the Aufsetzelement cavity 21 about the rotation axis R1 is freely rotatable.
  • the length of the first coupling element 23 along the extension direction of the rotation axis R1 is adapted to the size of the fitting element cavity 21. It should be ensured that the first coupling element 23 is rotatably mounted, but slippage along the extension direction of the rotation axis R1 is avoided.
  • the first coupling element 23 is mounted or attached to a free end of a drive shaft 25 of the drive device 5. This can, for example, via a press fit or over a Sticking done.
  • the axis of rotation R3 of the drive shaft 25 corresponds to the axis of rotation R1.
  • the first magnets 27 may be arranged in a circle.
  • the first magnets 27 are bar magnets whose axes of rotation are parallel to the axes of rotation R1 and R3.
  • FIG. 3 shows a plan view of the stirring device 1
  • FIG. 4 shows a sectional view along the section axis CC through the stirring device 1, which is indicated in FIG.
  • the stirrer 3 which is placed on the Aufsetzelement base 19, which in turn is connected to the drive housing 15.
  • the attachment element base 19 has a placement element projection 29 which projects from the attachment element base 19 along the rotation axis R2 to the mounted agitator 3.
  • this Mausetzelement- projection 29 is cylindrical and / or the axis of rotation R2 of the Aufsetzelement base 19 corresponds to the axis of rotation R3 of the drive shaft 25.
  • the stirrer bottom surface 31 of the stirrer base 7, which faces the attachment element 17 in the mounted state is a the Aufsetzelement projection 29 corresponding stirrer cavity 33 is formed, in which the Aufsetzelement- projection 29 at least partially protrudes in the coupled state.
  • the stirrer 3 is positioned on the drive device 5.
  • the diameter or the size of the Aufsetzelement projection 29 and the diameter or the size of the stirrer cavity 33 are to be chosen so that the stirrer 3 is securely placed on the drive housing 15 and lateral slipping is ensured during the stirring process, However, a rotation of the stirrer 3 on the drive housing 15 is possible.
  • a plurality of second magnets 35 is arranged at least in regions.
  • This section of the stirrer base 7 is referred to as "second coupling element" 37 designated.
  • the second magnets 35 are also bar magnets whose axes of rotation R4 are aligned parallel to the direction of rotation R.
  • the number of the second magnets 35 corresponds to the number of the first magnets.
  • first and second magnets 27, 35 correspond to each other in shape and / or size, so that opposite surfaces of respective first and second magnets 27, 35 in the coupled state at least partially overlap.
  • pairs of respective first and second magnets 27, 35 have a common axis of rotation R4 or are aligned along a common longitudinal axis.
  • the drive shaft 25 is drivable by means of a fluid, which may be gaseous or liquid. Preferably, it is compressed air or water.
  • the drive can be done for example by a turbine engine or a gear motor. However, in a preferred manner and as shown in FIG. 4, this also takes place via a vane motor 41.
  • This is arranged in an interior 39 of the drive housing 15, which is arranged below the attachment element 17 with respect to the axis of rotation R3 of the drive shaft 25.
  • a sectional view of this interior 39 perpendicular to the axis of rotation R3 and the Lamellar motor 41 arranged therein is shown in FIG.
  • the section axis runs along the line BB, as shown in FIG.
  • the interior 39 is limited by the drive housing 15, which acts as a stator for the vane motor.
  • the interior 39 has a cylindrical shape.
  • the drive shaft 25 is arranged eccentrically to the rotation axis R5 of the inner space 39, so that the rotation axis R3 of the drive shaft 25 is offset from the rotation axis R5 of the inner space 39 in the inner space 39.
  • the drive shaft 25 is rotatably mounted in the inner space 39 and is by a fluid, preferably compressed air, set in rotation.
  • the drive shaft 25 acts as a rotor in the vane motor 41.
  • the drive shaft 25 is cylindrical.
  • the vane motor 41 is described by way of example as operated with compressed air.
  • a plurality of slots 45 is arranged, each extending along the axis of rotation R3 of the drive shaft. As shown in Figure 5, these are preferably arranged uniformly along the lateral surface 43 of the drive shaft 25 and preferably have the same size.
  • At least one lamella 47 can be inserted into the slots 45, as shown in FIG. This is slidably mounted in the slot 45, so that it is either deeper in the slot 45 can be inserted or further protrudes from the slot 45. Preferably at least a part of the projecting. Slat 47 out of the slot 45, even if the blade 47 is pushed to the rear end of the slot 45.
  • the fins 47 are driven by preferably the centrifugal force to the outside, so that outer ends 49 of the Press blades 47 against the drive housing 15.
  • a chamber 51 is formed between the drive shaft 25, two adjacent lamellae 47 and the drive housing 15. Supporting or supplementing the centrifugal force, the lamellae 47 can be spring-loaded in order to press the lamellae outwards.
  • At least one supply line 53 is formed in the drive housing 15, which opens into the interior 39 of the drive housing 15.
  • the supply line 53 is designed so that it opens at a position in the interior 39 of the drive housing 15, where the chamber (s) 51 is very small or smallest, as shown in Figure 5.
  • At least one discharge line 55 is formed in the drive housing 15, via which residual air can be removed.
  • the discharge line 55 is designed such that it opens at a position in the interior space 39 or led out of the interior, where the chamber (s) 51 with respect to the direction of rotation D become smaller again, as shown in Figure 5.
  • FIG. 5 contains a further discharge line 55, which is arranged in such a way that residual air can be removed from a chamber 51 (briefly) before compressed air is fed back into it through the supply line 53.
  • the supply and discharge lines 53, 55 are formed in a bottom surface 59 of the drive housing 15, so that the compressed air or the residual air enters or exits from below the disk motor 41 into the interior 39 of the drive housing 15.
  • the feed and / or discharge lines 53, 55 open in recesses 57 in the interior 39, which are formed in a lateral surface 61 of the drive housing 15.
  • FIG. 6a shows a side view of a mixing device 100 with the above-described stirring device 1. However, since it is an external view of the mixing device 100, only the container 102 is visible in this figure. In the container 102, the medium to be mixed can be filled and miscible or stirrable by the stirring device 1.
  • the container 102 is a bioreactor, and more particularly to a disposable bioreactor, or a stable tank (zBPalletank ®).
  • the container 102 may be made of a rigid or flexible material, such as a disposable bioreactor bag.
  • the container 102 depending on the requirements of the medium to be mixed, closed, as shown in Figure 6, or be designed open.
  • a closed container 102 has the advantage that sterile conditions can be established and maintained in the container.
  • Figure 6b) shows the mixing device 100 of Figure 6a), which is cut along the section axis AA.
  • the stirring device 1 is visible, which is inserted into the interior 106 of the container 102.
  • the stirring device 1 is arranged on a bottom surface 104 of the container 102 and protrudes into the interior 106 of the container 102.
  • this is only a preferred position of the stirring device 1. It is also possible to arrange the stirring device hanging.
  • the drive device 5 may further comprise a spacer bar 65 which further distances the stirrer 3 from the container wall 112, and in this case from the bottom surface 104 of the container 102. This allows the stirrer 3 to rotate at a higher rotational speed. This may in particular depend on the load capacity of the cell material in the medium to be mixed.
  • the length of the spacer bar 65 is thus to be chosen so that the desired rotational speed can be achieved. Influencing factors here include the size of the container 102 and the size of the stirrer 3.
  • the at least one Feed line 53 and / or the at least one discharge line 55 passed through the spacer rod 65 to the outside of the container 102.
  • the drive housing 15 preferably has a mounting plate 67.
  • This mounting plate 67 is disposed at the lower end 63 of the drive device 5 and preferably extends perpendicular to the axis of rotation R of the stirrer and / or the other defined axes of rotation.
  • the surface of the attachment plate 67 is larger than the area of the drive device 5 when it is cut perpendicular to the rotation axis R.
  • a recess 108 is formed, into which the mounting plate 67 is inserted.
  • a peripheral portion 69 of the mounting plate 67 overlaps a peripheral portion 110 of the container 102, which surrounds the recess 108.
  • These peripheral portions 69, 110 are preferably welded together, so that the container 102 is sealed and sterile conditions could be maintained in the container 102 and no medium can escape.
  • the attachment plate 67 is preferably designed to have a support function and attachment capability to a fixture (not shown) on which the container 102 is disposed.
  • a fixture not shown
  • an attachment collar 70 can additionally project, which can be inserted into a fastening recess in the holding device.
  • a preferably circumferential groove 72 may be formed, which with a corresponding latching means in the Locking recess can be locked.
  • the at least one supply line 53 and the at least one discharge line 55 extend through the attachment plate 67 to the outside of the container 102 in order to be connected there to a compressed air source (not shown here).
  • the attachment plate 67 can have corresponding connections 71 on the side facing the outside of the container 102. At these connections 71 hoses of the compressed air source can be plugged.
  • at least one harvest tube 73 may extend through the attachment plate 67 to the outside of the container 102, through which mixed medium may be withdrawn from the container 102.
  • the harvesting tube 73 preferably extends at least partially into the spacer bar 65.
  • the interior 106 of the container 102 may be connected to the harvesting tube 73 through a lateral inlet (not shown here).
  • the fastening collar 70 extends at least partially around the harvesting tube 73, the supply line 53 and / or the ⁇ bloomtechnisch 55 around.
  • the drive device 5 can be arranged directly in the container 102.
  • a lead out of a drive shaft to the outside of the container 102 can be avoided, so that the container 102 can be securely sealed against the outside.
  • even for sterile conditions, such as are necessary in particular in bioreactors such a drive device for stirrers can be used.
  • the manufacturing costs for the stirring device 1 are low, so that it is even applicable in disposable bioreactors.
  • Figure 7 shows the stirring device 1 of Figure 6 but with an additional Gaszu 1500platte 75 for introducing or supplying gas into the medium to be mixed.
  • At least one such Gaszu 1500platte 75 may be disposed on the spacer rod 65 and extending perpendicular to the axis of rotation R.
  • the gas supply plate 75 is preferably arranged so that it is spaced from the container wall 112, on which the stirring device 1 is arranged.
  • the gas supply plate 75 preferably has at least one Bore and / or gas supply on.
  • at least one gas supply opening is preferably formed in the gas supply plate 75, via which gas can be supplied from a gas line to the medium to be mixed.
  • the gas supply plate 75 is disposed near the driving device 5 and the agitator 3, respectively, to finely disperse the ejected gas bubbles.
  • the gas supplied is oxygen.
  • the gas line may extend at least partially through the spacer bar 65.
  • the drive device 5 according to the preferred embodiments with a fluid such as compressed air or water, operated, it is also conceivable to design the drive device 5 as an electric motor.
  • an axial motor 77 may be used. This drive form will be described below with reference to FIGS. 8 to 11.
  • Figure 8a shows a side view of a mixing device 100 'with a stirring device V according to this further embodiment. Since it is an external view of the mixing device 100 ', in this figure, only the container 102' and a portion of the stirring device 1 ', which protrudes from the container 102', visible. As shown in the present case, the stirring device V may be disposed on a bottom surface 104 'of the container 102'. In the container 102 ', the medium to be mixed can be filled and miscible or stirrable by the stirring device 1'.
  • the container 102 ' is a bioreactor, and particularly a disposable bioreactor, or a stable tank (eg a Palletank ®).
  • the container 102 ' may be made of a rigid or flexible material, such as a disposable bioreactor bag. Furthermore, the container 102 ', as required by the medium to be mixed, closed, as shown in Figure 8a), or be designed open. A closed container 102 'offers the advantage that sterile conditions can be established and maintained within the container 102'.
  • Figure 10 shows a cross-sectional view of the mixing device 00 'of Figure 8a), wherein the mixing device 100' is cut in a plane parallel to the axis of rotation R of the stirrer 3 '. As a result, the interior 106 'of the container 102' and the stirring device V is visible. The region of the mixing device 100 'marked as a detail Y in FIG. 10 is shown enlarged in FIG.
  • the drive device 5 ' has a drive housing 15', which is preferably elongated and / or cylindrical.
  • the first coupling element 23 ' in which the at least one first magnet 27' is arranged so as to be magnetically coupled to the second magnet 35 'in the stirrer 3', is connected to the drive shaft 25 '.
  • the drive shaft 25 ' is rigidly connected to a circular piston base 79, the piston base 79 being spaced from the first coupling element 23'.
  • the piston base 79 is formed substantially plate-shaped and is mounted obliquely to the rotation axis R of the stirrer 3 '.
  • the axis of rotation of the piston base 79 corresponds to the axis of rotation R of the agitator 3 '.
  • a plurality of pistons 83 are arranged on a side of the piston base 79, which is opposite to the side facing the first coupling element 23 '.
  • the pistons 83 extend substantially parallel to the axis of rotation R of the agitator 3 'and are preferably arranged in a circle.
  • the connection between the pistons 83 and the piston base 79 can be rigid, as in FIG. 1 shown to be trained.
  • the piston 83 may include a ball head 85 which is journaled in a corresponding recess in the piston base 79.
  • the pistons 83 each project into a cylinder bore 87 in a cylinder housing 89 which extends along the axis of rotation R of the agitator 3 '.
  • the cylinder housing 89 is cylindrical and the axis of rotation of the cylinder housing 89 corresponds to the axis of rotation R of the stirrer 3 '.
  • the drive shaft 25 ' extends through the cylinder housing 89 as shown in FIG.
  • the cylinder housing 89 is rotatably mounted. Due to the obliquely mounted piston base 79, the pistons 83 protrude at different depths into the cylinder bore 87, so that the respective cavity 91 in the cylinder bore 87 is correspondingly of different sizes.
  • a fluid can be supplied.
  • the fluid may be gaseous or liquid, preferably compressed air or water.
  • a plurality of cavities 91 of adjacent cylinder bores 87 are filled simultaneously with the fluid.
  • 2, 3 or 4 adjacent cavities 91 can be filled simultaneously.
  • such cavities 91 are preferably to be filled, which are the smallest or smaller than the remaining cavities 91 due to the cylinder position.
  • the fluid is via the supply line 53 ', which extends from the cylinder housing 89 to an outside of the container 102'.
  • the exit of the supply line 53 ' is also shown for example in FIG. 8b), which shows a bottom view of the mixing device 100'.
  • a regulating plate 93 may be arranged between the cylinder housing 89 and the supply line 53 ', the axis of rotation of which corresponds to the axis of rotation R of the stirrer 3'.
  • the regulation plate 93 has at least two slits 95 extending in an arcuate manner. Each slot 95 is designed so that it covers at least one cylinder bore 87. A first slot 95 may thus be designed so that the fluid from the supply line 53 'via the first slot 95 in at least one cavity 91 of a cylinder bore 87 can occur.
  • the drive shaft 25' Since the piston base 79 is connected to the drive shaft 25 ', the drive shaft 25' is also set in rotation and with it in turn the first coupling element 23 '. Due to the magnetic coupling with the stirrer 3 ', the stirrer 3' is correspondingly set in rotation With the aid of the volume and the pressure of the supplied fluid, the rotational speed of the stirrer 3 'can be influenced.
  • the already described regulation plate 93 can be used when discharging the fluid to ensure that a correspondingly dimensioned further slot 95 overlaps at least one cylinder bore 87, from which the fluid is discharged shall be.
  • the slot 95 overlaps a plurality of adjacent cylinder bores 87, as shown in Figure 9b).
  • FIG 11 shows the drive housing 15 ', which preferably extends through the recess 108' in the container wall 1 12 'of the container 102' therethrough.
  • the mounting collar 70 ' may be formed.
  • the mounting collar 70 ' may surround the drive housing 15' with respect to the axis of rotation R of the agitator 3 '.
  • the mounting collar 70 ' may be integrally formed with the drive housing 15' or attached thereto.
  • the attachment plate 67 ' also extends around the drive housing 15' with respect to the rotation axis R of the agitator 3 'and is disposed in the recess 108'.
  • the fastening collar 70 ' is at least partially overlapping with the fastening plate 67'.
  • the mounting plate 67 'and the mounting collar 70' may be integrally formed or interconnected. The attachment of the mounting plate 67 'on the container wall 112' is carried out according to the embodiments described above.
  • At least one harvesting tube 73 ' may be provided in the mixing device 100', which is preferably aligned parallel to the axis of rotation R of the agitator 3 'and extends through the attachment collar 70' and the attachment plate 67 ', e.g. mixed medium from the container 102 'to remove.
  • the drive housing 15 ' may be at least partially open or obvious on a bottom side 97 of the drive housing 15'. About this opening the drive unit in the drive housing 15 'can be inserted. The opening can be closed by means of a closure element 99.
  • FIG. 12 a) shows a partial section of a side view of a further mixing device 100 which, like FIGS. 6 a) to 6 c), contains a vane motor 41.
  • a section along the section line BB is shown in Figure 12b).
  • the mixing device 100 here again has a container 102 into which a mixing device 1 in the form of a lamellar motor 41 is arranged in order to mix the medium contained in the container 102.
  • the mixing device 1 is designed such that the drive device 5 is designed to be removable from the container 102.
  • a recess 108 is again formed in the container 102, through which an insert housing 200 projects into an interior 106 of the container 102.
  • This insert housing 200 may also have a mounting plate 67 as in Figures 6a) to 6c), the circumferential portion 69 overlaps a circumferential portion 110 of the recess 108 to be connected to the container 102 by, for example, a welded connection.
  • the insert housing 200 is rigid and / or is formed fluid-tight, so that on the insert housing 200 no medium to be mixed can escape from the container 102.
  • the insert housing 200 has at the recess 102 and at its lower end an insertion opening 202, via which the drive device 5 in the insert housing 200 can be inserted.
  • the insert housing 200 has a diameter or a cross-sectional area perpendicular to the rotation axis R of the mixing device 1, which substantially corresponds to the diameter or the cross-sectional area of the drive device 5.
  • the length of the insert housing 200 may correspond to the length of the drive device 5 along the axis of rotation R of the mixing device 1 or, as shown in FIG. 12b), may be longer than the drive device 5.
  • the drive device 5 is pushed to a front or free end of the insert housing 200.
  • the stirrer 3 is located in the interior 106 of the container 102 and is connectable to the drive device 5 via the described magnetic coupling.
  • the drive device 5 can have at least one supply line 53 and / or at least one discharge line 55, via which the drive fluid can be supplied or removed. As shown in FIG. 12b), the supply line 53 and the discharge line 55 are connected to the drive device 5 via the bottom surface 59 of the drive device 5. In the present case, since the insert housing 200 is longer than the drive device 5, the supply and discharge lines 53, 55 extend at least partially through the insert housing 200 via the insertion opening 202 to an outside of the container 102.
  • the insertion depth of the drive device 5 is defined by a spacing device 204.
  • the spacing device 204 is preferably cylindrical or rod-shaped and is connected to the bottom surface 59 of the drive device 5.
  • the spacer device 204 projects from the bottom surface 59 of the drive device 5 out of the insert housing 200.
  • a depth defining plate 206 is disposed on one side of the spacer 204, which is opposite to the side of the spacer 204 connected to the bottom surface 59 of the driver 5, a depth defining plate 206 is disposed.
  • the diameter of the depth definition plate 206 is at least partially larger than the diameter of the insertion opening 202 and / or the recess 108 of the container 102, so that the maximum insertion depth of the drive device 5 is defined by the depth definition plate 206.
  • the supply and discharge lines 53, 55 preferably extend through the spacer device 20 to the outside of the container 102. List of Reference Numerals, R stirring device

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung (100) zum Mischen eines Mediums umfassend: einen Behälter (102) zur Aufnahme des zu mischenden Mediums; und eine Rührvorrichtung (1) zum Mischen des Mediums, wobei die Rührvorrichtung (1) an einer Behälterwandung (112) des Behälters (102) angeordnet ist und in einen Innenraum (106) des Behälters (102) ragt; wobei die Rührvorrichtung (1) eine Antriebsvorrichtung (5) mit einem geschlossenen Antriebsgehäuse (15) und einer darin angeordneten Antriebswelle (25) umfasst, wobei die Antriebswelle (25) mittels eines Fluids in Rotation versetzbar ist; wobei die Antriebsvorrichtung (5) zumindest ein erstes Kupplungselement (23) mit zumindest einem ersten Magneten (27) aufweist, das an einem freien Ende der Antriebswelle (25) angeordnet ist und durch eine Rotation der Antriebswelle (25) in Rotation versetzbar ist; und wobei die Rührvorrichtung (1) ferner einen Rührer (3) aufweist, der zumindest ein zweites Kupplungselement (37) mit zumindest einem zweiten Magneten (35) umfasst, wobei der Rührer (3) mit der Antriebsvorrichtung (5) kuppelbar ist und mittels einer Magnetkupplung zwischen dem ersten und zweiten Kupplungselementen (23, 37) an der Antriebsvorrichtung (5) positionierbar und durch eine Rotation der Antriebswelle (25) und des ersten Kupplungselements (23) in Rotation versetzbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Mischvorrichtung.

Description

Mischvorrichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums und ein entsprechendes Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Mischvorrichtung.
Als Mischvorrichtungen zum Mischen eines Mediums sind in der Praxis beispielsweise Bioreaktoren bekannt. Bioreaktoren sind Behälter, in denen speziell herangezüchtete Mikroorganismen oder Zellen unter möglichst optimalen Bedingungen in einem Nährmedium kultiviert werden, um entweder die Zellen selbst, Teile von ihnen oder eines ihrer Stoffwechselprodukte zu gewinnen. Im Speziellen können in den Bioreaktoren feste (Biomasse), flüssige (Nährmedium) und/oder gasförmige (z.B. Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff) Phasen verarbeitet werden. In Abhängigkeit des zu mischenden Mediums in dem Bioreaktor ist in dem Bioreaktor ein Rührer vorgesehen, durch dessen Rotation das Medium homogenisiert, suspendiert oder emulgiert werden. Weiterhin kann eine Begasung des Mediums erfolgen.
Um den Rührer in Rotation versetzen zu können, sind aus dem Stand der Technik Antriebsvorrichtungen bekannt, die in dem Bioreaktor angeordnet sind und mit dem Rührer verbunden sind. Dies wird insbesondere für Einwegbioreaktoren als vorteilhaft erachtet, da hierdurch der Einwegbioreaktor als sterile Einheit an den Benutzer ausgeliefert werden kann und keine zusätzlichen außerhalb des Einwegbioreaktor angeordneten Komponenten notwendig sind, die mitgeliefert werden müssen. Insbesondere wird jedoch unter anderem vermieden, dass eine Antriebswelle durch die Behälterwandung hindurch ragt. Die Abdichtung eines beweglichen Elements gegenüber der Umwelt stellt sich als aufwendig und problematisch dar, so dass das Risiko einer Kontamination des Einwegbioreaktors in diesem Fall erhöht ist. Da bei einer Antriebsvorrichtung in dem Bioreaktor jedoch sowohl die Antriebsvorrichtung als auch der Rührer häufig vollständig in dem zu mischenden Medium eingebettet ist, besteht jedoch die Problematik einer sicheren sterilen Verbindung der Antriebsvorrichtung mit dem Rührer ohne dass das zu mischende Medium in die Antriebsvorrichtung eindringen kann und das zu mischende Medium durch Verunreinigungen in der Antriebsvorrichtung kontaminiert wird. Es sind Antriebsvorrichtungen mit Antriebswellen bekannt, die aus dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung herausragen und der Rührer mit dem herausragenden freien Ende der Antriebswelle verbunden ist. Die Stelle, an der die Antriebswelle aus dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung herausragt, ist jedoch schwer und nur mit hohen Aufwand und Kosten abdichtbar, was gerade bei der Verwendung in Einwegbioreaktoren vermieden werden soll.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums bereitzustellen, in der der Rührer zusammen mit einer Antriebsvorrichtung in dem Behälter der Mischvorrichtung angeordnet ist und eine sichere und kostengünstige Verbindung zwischen dem Rührer und der Antriebsvorrichtung ermöglicht wird. Insbesondere soll die Mischvorrichtung auch für Bioreaktoren, insbesondere für Einwegbioreaktoren, verwendbar sein. Diese Aufgabe wird durch die Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Mischvorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Im Speziellen wird gemäß eines ersten Aspekts eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Mediums bereitgestellt, welche umfasst;
- einen Behälter zur Aufnahme des zu mischenden Mediums; und
- eine Rührvorrichtung zum Mischen des Mediums, wobei die Rührvorrichtung an einer Behälterwandung des Behälters angeordnet ist und in einen Innenraum des Behälters ragt;
wobei die Rührvorrichtung eine Antriebsvorrichtung mit einem geschlossenen Antriebsgehäuse und einer darin angeordneten Antriebswelle umfasst, wobei die Antriebswelle mittels eines Fluids in Rotation versetzbar ist; wobei die Antriebsvorrichtung zumindest ein erstes Kupplungselement mit zumindest einem ersten Magneten aufweist, das an einem freien Ende der Antriebswelle angeordnet ist und durch eine Rotation der Antriebswelle in Rotation versetzbar ist; und
wobei die Rührvorrichtung femer einen Rührer aufweist, der zumindest ein zweites Kupplungselement mit zumindest einem zweiten Magneten umfasst, wobei der Rührer mit der Antriebsvorrichtung kuppelbar ist und mittels einer Magnetkupplung zwischen dem ersten und zweiten Kupplungselementen an der Antriebsvorrichtung positionierbar und durch eine Rotation der Antriebswelle und des ersten Kupplungselements in Rotation versetzbar ist.
Wie bereits oben erwähnt, kann das zu mischende Medium feste, flüssige und/oder gasförmige Komponenten enthalten. Der Behälter kann mit einer flexiblen Behälterwandung oder einer festen Behälterwandung ausgebildet sein. Insbesondere kann der Behälter geschlossen oder offen ausgebildet sein, was davon abhängen kann, ob das zu mischende Medium unter sterilen Bedingungen in dem Behälter gemischt werden soll. In diesem Fall ist der Behälter vorzugsweise geschlossen ausgebildet.
Die Rührvorrichtung ist an der Behälterwandung angeordnet und vorzugsweise mit dieser fest verbunden, um eine sichere Positionierung der Rührvorrichtung zu gewährleisten. Die Position der Rührvorrichtung in dem Behälter kann dabei individuell festgelegt werden. Je nach Bedarf kann die Rührvorrichtung am Boden des Behälters angeordnet sein oder auch von der Decke des Behälters hängen. Der Rührer weist vorzugsweise eine Vielzahl von Schaufeln auf, die sich im Betrieb der Rührvorrichtung um eine Rotationsachse der Antriebswelle drehen. Der Winkel der Schaufelflächen in Bezug auf die Rotationsachse kann dabei je nach Mischanwendung variieren. Gemäß der Erfindung wird aus dem geschlossenen Antriebsgehäuse keine Antriebswelle herausgeführt, so dass die Problematik der aufwendigen Abdichtung der Antriebsvorrichtung gegenüber dem zu mischenden Mediums vermieden werden kann. Insbesondere können hierdurch die Herstellungskosten der Antriebsvorrichtung verringert werden. Aufgrund der bereitgestellten Magnetkupplung zwischen dem Antriebsvorrichtung und dem Rührer kann jedoch eine zuverlässige Kupplung bereitgestellt werden, die den Rührer einerseits in Position hält und andererseits zuverlässig in der gewünschten Geschwindigkeit rotieren lässt. Da es sich bei der Verbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Rührer vorzugsweise um eine lösbare Verbindung handelt, kann in einzelnen Fällen der Rührer wiederverwendet werden.
Durch das Einleiten eines Fluids in die Antriebsvorrichtung ist die Antriebswelle in Rotation versetzbar. Da das erste Kupplungselement an einem freien Ende der Antriebswelle angeordnet ist, ist das erste Kupplungselement zusammen mit der Antriebswelle in Rotation versetzbar. Das heißt, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle der Rotationsgeschwindigkeit des ersten Kupplungselements entspricht. Das zweite Kupplungselement in dem Rührer ist in der Form einer Magnetkupplung mit dem ersten Kupplungselement in der Antriebsvorrichtung gekuppelt, so dass durch die Rotation des ersten Kupplungselements das zweite Kupplungselement ebenfalls in Rotation versetzbar ist. Das Fluids kann flüssig oder gasförmig sein, wie beispielsweise Wasser oder Druckluft. Als freies Ende der Antriebswelle wird dabei das Ende der Antriebswelle verstanden, das dem Rührer zugewandt ist. Der zumindest eine Magnet in den entsprechenden Kupplungselementen ist vorzugsweise ein Dauermagnet.
Die Verwendung eines Fluids zum Antrieb der Antriebswelle ist dabei vorteilhaft, da lediglich Anschlüsse zur Zuführung bzw. Abführung des Fluids in die bzw. aus der Antriebsvorrichtung benötigt werden. Diese können in einfacher und sicherer Weise in die Behälterwandung eingearbeitet werden, da hier keinerlei bewegliche Bauteile verbaut sind. Für den Fall, dass Druckluft als Fluid zugeführt wird, müssen beispielsweise lediglich Schläuche eines Druckluftgenerators vor Inbetriebnahme der Mischvorrichtung an die Anschlüsse angeschlossen werden. Das Zuführ- und/oder Abführsystem für das Fluid weist vorzugsweise eine Druckfestigkeit von 1 bis 6 bar, am meisten bevorzugt von 6 bar auf.
Vorzugsweise ist das erste Kupplungselement ringförmig ausgebildet ist und auf ein vorderes Ende der Antriebswelle verdrehsicher aufgesteckt.
Durch eine ringförmige Gestaltung des ersten Kupplungselements kann das erste Kupplungselement sicher und einfach auf die vorzugsweise stabförmige Antriebswelle aufgesteckt werden. Mit anderen Worten umgibt das erste Kupplungselement die Antriebswelle zumindest teilweise, so dass eine formschlüssige Verbindung hergestellt ist. Das freie Ende der Antriebswelle kann hier vorzugsweise das vordere Ende der Antriebswelle sein, das der Behälterwandung, an der die Rührvorrichtung angeordnet ist, vorzugsweise abgewandt ist.
Um ein verdrehsicheres Aufsetzen bzw. Verbinden des ersten Kupplungselements auf bzw. mit der Antriebswelle zu gewährleisten, kann das erste Kupplungselement beispielsweise mittels einer Presspassung auf die Antriebswelle aufgesteckt sein. Alternativ oder ergänzend kann das erste Kupplungselement mit der Antriebswelle verklebt werden. Alle weiteren bekannten Fügeverfahren sind jedoch ebenfalls anwendbar.
Die Antriebswelle kann dabei aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein, während das erste und zweite Kupplungselement vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sind. Insbesondere kann die Antriebswelle, das erste Kupplungselement und/oder zweite Kupplungselement aus Edelstahl, Keramik, Aluminium oder Kunststoff sein. Das erste Kupplungselement kann derart auf die Antriebswelle aufgesetzt sein, dass die Antriebswelle plan mit dem ersten Kupplungselement abschließt oder dass das vordere Ende der Antriebswelle in einem vorbestimmten Maß über das erste Kupplungselement hinausragt. Die Größe des ringförmigen ersten Kupplungselements wird insbesondere durch die Größe, Form und/oder Ausrichtung des zumindest einen Magneten in dem ersten Kupplungselements bestimmt.
Das zweite Kupplungselement in dem Rührer weist vorzugsweise eine dem ersten Kupplungselement entsprechende Ringform auf, so dass sich das erste und zweite Kupplungselement im gekuppelten Zustand zumindest teilweise überlappen. Vorzugsweise weist das erste Kupplungselement eine Vielzahl von ersten Magneten auf, die entlang des ringförmigen ersten Kupplungselements angeordnet sind.
Aufgrund der Vielzahl von Magneten kann die Kupplungskraft erhöht werden, so dass die Kupplungsstärke zwischen dem Rührer und der Antriebsvorrichtung entsprechend erhöht ist. Je nach Auslegung der Rührvorrichtung bzw. der erwünschten maximal zu erzielenden Rotationsgeschwindigkeit des Rührers kann so, die Kupplungsstärke eingestellt werden, so dass der Rührer trotz hoher Rotationsgeschwindigkeit des Rührers sicher mit der Antriebsvorrichtung gekuppelt ist.
Vorzugsweise sind die Magneten gleichmäßig über das ringförmige erste Kupplungselement verteilt. Die Magneten können hierbei vorzugsweise ebenfalls in Ringform angeordnet sein.
Weiterhin kann die Kupplungskraft durch die Größe der Magneten festgelegt werden, die vorzugsweise als Stabmagneten ausgebildet sind.
Vorzugsweise entsprechen die Anzahl der Magnete in dem ersten und zweiten Kupplungselement einander und jeweils ein erster und zweiter Magnet liegen sich einander gegenüber.
Mit anderen Worten überlappen sich die Flächen der Magnete in den ersten und zweiten Kupplungselementen, die einander gegenüberliegen zumindest teilweise. Vorzugsweise überlappen sie sich jedoch vollständig. Handelt es sich bei den Magneten beispielsweise um Stabmagneten, weisen Paare von ersten und zweiten Magneten, die sich im gekuppelten Zustand gegenüberliegen, vorzugsweise eine gemeinsame Rotationsachse oder erstrecken entlang einer gemeinsamen Längsachse. Vorzugsweise weist die Antriebsvorrichtung einen Lamellenmotor und/oder einen Axialmotor auf. In einem derartigen Lamellenmotor stellt das Antriebsgehäuse einen Stator dar, dessen Innenraum zylindrisch ausgebildet ist. Vorzugsweise ist jedoch das gesamte Antriebsgehäuse zylindrisch ausgeformt. In dem Stator ist die Antriebswelle als Rotor exzentrisch zu dem zylindrischen Innenraum des Antriebsgehäuses bzw. des Stators angeordnet. In dem Rotor sind Schlitze ausgebildet, die sich entlang der Rotationsachse des Rotors erstrecken. Vorzugsweise sind diese Schlitze gleichlang und/oder gleichmäßig um den Rotor herum verteilt. In die Schlitze ist jeweils zumindest eine Lamelle einsetzbar, die freibeweglich in einer Richtung senkrecht zu der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die einzelne Lamelle entweder tiefer in den Schlitz hineingeschoben werden oder weiter aus dem Schlitz herausgeschoben werden, so dass der Bereich der Lamelle der über die Mantelfläche des Rotors hinausragt, entsprechend größer oder kleiner wird. Befindet sich der Rotor in Rotation werden die Lamellen vorzugsweise durch die Fliehkraft an die Wandung des Antriebsgehäuses gepresst. Hierdurch bilden sich Kammern zwischen dem Rotor, dem Stator und jeweils zwei Lamellen. Die Lamellen dichten hierbei die Kammern voneinander ab. Die Lamellen sind dabei vorzugsweise aus Kunststoff, wie zum Beispiel Polyethylen, gefertigt. Alternativ oder ergänzend könnten die Lamellen auch federbeaufschlagt sein. Die bereits oben beschriebenen Anschlüsse zur Zuführung und Abführung des Fluids in bzw. aus der Antriebsvorrichtung münden in entsprechender Weise vorzugsweise in eine Zuführleitung in dem Antriebsgehäuse, durch die das Fluid in das Antriebsgehäuse eintreten kann, und in eine Abführleitung in dem Antriebsgehäuse, durch die das Fluid wieder aus dem Antriebsgehäuse austreten kann. Durch eine Zufuhr des Fluids über die Zuführleitung sind die einzelnen Kammern mit dem Fluid beaufschlagbar, so dass der Rotor in Rotation versetzbar ist. Vorzugsweise mündet die Zuführleitung dabei so in das Antriebsgehäuse, dass das Fluid dort eintritt, wo die Kammern sehr klein oder am kleinsten sind. Die Abführleitung mündet dagegen vorzugsweise dort in das Antriebsgehäuse, wo sich die Kammern in Bezug auf die Drehrichtung wieder verkleinern. Es können eine oder mehrere Abführleitungen vorgesehen sein, um das Restfluid entweichen zu lassen. Der Lamellenmotor bietet den Vorteil, dass dieser sicher gegenüber dem zu mischenden Medium abgedichtet ist. Insbesondere ist der Lamellenmotor stufenlos einstellbar, so dass der Motor je nach Anforderung bzw. dem zu mischenden Medium einfach eingestellt werden kann. Lediglich über den Druck und die Menge kann in einfacher Weise die Rotation des Rotors beeinflusst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Axialmotor vorgesehen sein, dessen Rotor durch das Fluid in Drehung versetzt werden kann und mit dem Rührer gekoppelt ist. Das zugeführte Volumen des Fluids beeinflusst insbesondere die Drehzahl der Antriebswelle bzw. des Rührers, während der Druck des Fluids das Drehmoment der Antriebswelle bzw. des Rührers beeinflusst.
Vorzugsweise ist die Mischvorrichtung ein Bioreaktor, insbesondere ein Einwegbioreaktor.
Da das Antriebsgehäuse geschlossen ausgebildet ist und die Kupplung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Rührer über die Magnetkupplung erfolgt, kann die Rührvorrichtung ebenfalls für Bioreaktoren, und insbesondere für Einwegreaktoren genutzt werden. Alle Einheiten der Rührvorrichtung sind sterilisierbar und sind gegenüber dem zu mischenden Fluid abdichtbar, so dass kein Risiko einer Kontamination des zu mischen Mediums durch die Antriebsvorrichtung besteht. Insbesondere ist es nicht von Nöten, eine externe Antriebsvorrichtung zu verwenden.
Vorzugsweise weist das Antriebsgehäuse eine Befestigungsplatte auf, die an der Behälterwandung befestigt ist.
Diese ist insbesondere bevorzugt, wenn es sich bei dem Behälter zur Aufnahme von mischendem Medium um einen flexiblen Behälter handelt, wie beispielsweise bei Einwegbio reaktoren, die üblicherweise als Beutel ausgebildet sind. Um die Rührvorrichtung mit dem Beutel zu verbinden, kann die Befestigungsplatte auf die Innenseite des Behälters geklebt oder geschweißt sein. Alternativ weist der Behälter einen Ausschnitt auf, in den die Befestigungsplatte einsetzbar ist. Ein umlaufender Teilbereich der Befestigungsplatte kann dabei einen umlaufenden Randbereich des Ausschnitts in dem Beutel überlappen, vorzugsweise eine Außenfläche des Behälters. Dieser umlaufende Teilbereich der Befestigungsplatte kann mit dem Behälter verschweißt werden, so dass die Rührvorrichtung sicher an dem Behälter befestigt ist und keinerlei Verunreinigungen in den Behälter eintreten können. Vorzugsweise umfasst die Antriebsvorrichtung ferner eine Beabstandungsstange, welche den Rührer von der Behälterwandung in einem vordefinierten Maß beabstandet.
Das vordefinierte Maß, in dem der Rührer von der Behälterwandung beabstandet ist, ist dabei durch die erwünschte Rotationsgeschwindigkeit des Rührers beeinflusst.
Vorzugsweise weist die Beabstandungsstange zumindest eine Gaszuführplatte zur Einbringung von Gas in das zu mischende Medium auf, welche senkrecht zu einer Rotationsachse der Beabstandungsstange und/oder der Antriebswelle ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist diese Gaszuführplatte weiterhin von der Behälterwandung beabstandet. Die Gaszuführplatte weist vorzugsweise zumindest eine Bohrung und/oder Gaszufuhr auf. Hierzu ist vorzugsweise zumindest eine Gaszuführöffnung in der Gaszuführplatte ausgebildet, über die Gas aus einer Gasleitung dem zu mischenden Medium zuführbar ist. Bevorzugt ist die Gaszuführplatte nahe der Antriebsvorrichtung bzw. dem Rührer angeordnet, um die ausgestossenen Gasbläschen fein zu verteilen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zugeführten Gas um Sauerstoff. Die Gasleitung kann sich beispielsweise zumindest teilweise durch die Beabstandungsstange erstrecken.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Misch Vorrichtung gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Rührvorrichtung in einem Behälter zur Aufnahme des zu mischenden Mediums, so dass die Rührvorrichtung an einer Behälterwandung des Behälters angeordnet ist und in einen Innenraum des Behälters ragt, wobei die Rührvorrichtung eine Antriebsvorrichtung mit einem geschlossenen Antriebsgehäuse und einer darin angeordneten Antriebswelle, und einen Rührer aufweist,
Kuppeln des Rührers mit der Antriebsvorrichtung mittels einer Magnetkupplung zwischen einem ersten Kupplungselement mit zumindest einem ersten Magneten an einem freien Ende der Antriebswelle und einem zweiten Kupplungselement mit zumindest einem zweiten Magneten an dem Rührer; und
Zuführen eines Fluids in die Antriebsvorrichtung, so dass der Rührer durch die Rotation der Antriebswelle zusammen mit dem ersten Kupplungselement in Rotation versetzt wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der beiliegenden Zeichnungen deutlicher. Es ist ersichtlich, dass, obwohl Ausführungsformen separat beschrieben werden, einzelne Merkmale daraus zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
Figur 1 zeigt eine Rührvorrichtung zum Mischen eines Mediums;
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Rührers aus Figur 1 entlang der
Schnittachse A-A;
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Rührvorrichtung aus Figur 1 ;
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht durch die Rührvorrichtung aus Figur 3 entlang der Schnittachse C-C;
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht der Antriebsvorrichtung aus Figur 1 entlang der Schnittachse B-B;
Figur 6a) zeigt eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung mit einer
Rührvorrichtung;
Figur 6b) zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung aus Figur 6a) entlang der Schnittachse A-A; Figur 6c) zeigt einen Detailausschnitt X der Anschlüsse aus Figur 6b) in Vergrößerungen;
Figur 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Rührvorrichtung mit einer Gaszuführplatte;
Figuren 8a)-8b) zeigen eine Seitenansicht und eine Bodensicht einer weiteren
Mischvorrichtung;
Figuren 9a)-9b) zeigen eine Schnittansicht durch die Mischvorrichtung aus Figur
8a) entlang der Schnittachse C-C und eine Vergrößerung des Teilausschnitts X aus der Schnittansicht;
Figur 10 zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung aus Figur 8a) entlang einer Ebene parallel zu der Rotationsachse des Rührers;
Figur 11 zeigt eine Vergrößerung des Teilausschnitts Y aus Figur 11 ;
Figur 12a) zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Mischvorrichtung mit einer
Rührvorrichtung; und
Figur 12b) zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung aus Figur 12a) entlang der Schnittachse B-B.
Figur 1 zeigt eine Rührvorrichtung 1 zum Mischen bzw. Rühren eines Mediums, welche in einen Behälter (hier nicht gezeigt) einsetzbar ist, in dem das zu mischende bzw. zu rührende Medium enthalten ist. Zweck des Mischens bzw. des Rührens kann eine Homogenisieren, Suspendieren, Emulgieren oder Begasen des Mediums sein, wobei das Medium aus festen, flüssigen und/oder gasförmigen Komponenten bestehen kann.
Die Rührvorrichtung 1 umfasst einen Rührer 3, durch dessen Rotation das Medium gemischt wird, und eine Antriebsvorrichtung 5, die mit dem Rührer 3 gekuppelt ist und den Rührer 3 antreibt. Der Rührer 3 weist eine Rührerbasis 7 auf, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist, und zumindest eine Schaufel 11 , die an einer Rührer-Mantelfläche 9 der Rührerbasis 7 angeordnet ist, die sich um eine Rotationsachse R des Rührers 3 herum erstreckt. Im speziellen Fall der Figur 1 weist der Rührer 3 jedoch eine Vielzahl von Schaufeln 11 auf, die vorzugsweise gleichmäßig um die Rührer-Mantelfläche 9 mit Bezug auf die Rotationsrichtung R des Rührers 3 herum angeordnet sind. Je nach dem gewünschten Mischzweck können die Schaufeln anders ausgerichtet sein. Insbesondere kann die Schaufelfläche 13 parallel oder in einem bestimmten Winkel zur Rotationsachse R angeordnet sein. Vorzugsweise weisen alle Schaufeln 11 eines Rührers 3 dieselbe Form, Größe und/oder Ausrichtung auf. Die Antriebsvorrichtung 5 weist ein Antriebsgehäuse 15 auf, in dem die später beschriebenen Komponenten des Antriebs aufgenommen sind und ein Aufsetzelement 17, das mit dem Antriebsgehäuse 15 verbunden ist und auf das der Rührer 3 aufgesetzt ist. Alternativ können das Antriebsgehäuse 15 und das Aufsetzelement 17 einstückig ausgebildet sein.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Rührers 3 aus Figur 1 entlang der Schnittachse A-A, welche senkrecht zur Rotationsachse R verläuft und das Aufsetzelement 17 der Antriebsvorrichtung 5 schneidet. Im Speziellen ist das Aufsetzelement 17 durch eine Aufsetzelement-Basis 19 geschnitten, die in vorliegenden Fall zylindrisch ausgebildet ist, jedoch jede andere Form aufweisen kann. Im Inneren der Aufsetzelement-Basis 19 ist ein vorzugsweise zylindrischer Aufsetzelement-Hohlraum 21 ausgebildet. Die Rotationsachse R1 des Aufsetzelement-Hohlraums 21 ist hier versetzt zu der Rotationsachse R2 der Aufsetzelement-Basis 19 ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Aufsetzelement-Hohlraum 21 exzentrisch in der Aufsetzelement-Basis 19 angeordnet. In dem Aufsetzelement-Hohlraum 21 ist ein erstes Kupplungselement 23 angeordnet, das vorzugsweise ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist und dessen Durchmesser derart ausgelegt ist, dass das erste Kupplungselement 23 in dem Aufsetzelement-Hohlraum 21 um die Rotationsachse R1 frei drehbar ist. Die Länge des ersten Kupplungselements 23 entlang der Erstreckungsrichtung der Rotationsachse R1 ist der Größe des Aufsetzelement-Hohlraums 21 angepasst. Es soll gewährleistet werden, dass das erste Kupplungselement 23 zwar drehbar gelagert ist, jedoch ein Verrutschen entlang der Erstreckungsrichtung der Rotationsachse R1 vermieden wird.
Wie in der Schnittansicht in Figur 2 gezeigt ist, ist das erste Kupplungselement 23 auf ein freies Ende einer Antriebswelle 25 der Antriebsvorrichtung 5 aufgesetzt bzw. aufgesteckt. Dies kann beispielsweise über eine Presspassung oder über ein Aufkleben erfolgen. Durch eine Rotation der Antriebswelle 25 ist somit das erste Kupplungselement 23 in Rotation versetzbar. Die Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25 entspricht dabei der Rotationsachse R1. Um die Antriebswelle 25 herum ist vorzugsweise eine Vielzahl von ersten Magneten 27 in das erste Kupplungselement 23 eingesetzt. Wie im vorliegenden Fall können die ersten Magnete 27 kreisförmig angeordnet sein. Vorzugsweise sind die ersten Magnete 27 Stabmagneten, deren Rotationsachsen parallel zu den Rotationsachsen R1 und R3 verlaufen. Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Rührvorrichtung 1 und Figur 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittachse C-C durch die Rührvorrichtung 1 , welche in Figur 3 angedeutet ist.
Rechts in Figur 4 ist der Rührer 3, der auf die Aufsetzelement-Basis 19 aufgesetzt ist, welche wiederum mit dem Antriebsgehäuse 15 verbunden ist. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, weist die Aufsetzelement-Basis 19 einen Aufsetzelement- Vorsprung 29, der von der Aufsetzelement-Basis 19 entlang der Rotationsachse R2 zu dem aufgesetzten Rührer 3 hin vorragt. Vorzugsweise ist dieser Aufsetzelement- Vorsprung 29 zylindrisch ausgebildet und/oder die Rotationsachse R2 der Aufsetzelement-Basis 19 entspricht der Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25. In der Rührer-Bodenfläche 31 der Rührerbasis 7, welche im aufgesetzten Zustand dem Aufsetzelement 17 zugewandt ist, ist ein dem Aufsetzelement-Vorsprung 29 entsprechender Rührer-Hohlraum 33 ausgebildet, in den der Aufsetzelement- Vorsprung 29 im gekuppelten Zustand zumindest teilweise hineinragt. Hierdurch ist der Rührer 3 auf der Antriebsvorrichtung 5 positioniert. Der Durchmesser bzw. die Größe des Aufsetzelement-Vorsprungs 29 und der Durchmesser bzw. die Größe des Rührer-Hohlraums 33 sind dabei so zu wählen, dass der Rührer 3 sicher auf dem Antriebsgehäuse 15 aufgesetzt ist und ein seitliches Verrutschen während des Rührvorgangs gewährleistet ist, jedoch eine Rotation des Rührers 3 auf dem Antriebsgehäuse 15 möglich ist.
In einem Abschnitt der Rührerbasis 7, welcher den Rührer-Hohlraum 33 umgibt, ist zumindest bereichsweise eine Vielzahl von zweiten Magneten 35 angeordnet. Dieser Abschnitt der Rührerbasis 7 ist als „zweiter Kupplungselement" 37 bezeichnet. Vorzugsweise handelt es sich bei den zweiten Magneten 35 ebenfalls um Stabmagnete, deren Rotationsachsen R4 parallel zur Rotationsrichtung R ausgerichtet sind. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der zweiten Magneten 35 der Anzahl der ersten Magnete. Im gekuppelten Zustand, wenn der Rührer 3 auf das Aufsetzelement 17 aufgesetzt ist, sind gegenüberliegende erste und zweite Magnete 27, 35 vorzugsweise jeweils entlang einer Linie ausgerichtet, welche parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3 verläuft. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die ersten und zweiten Magnete 27, 35 einander in Form und/oder Größe entsprechen, so dass sich gegenüberliegende Flächen entsprechender erster und zweiter Magneten 27, 35 im gekuppelten Zustand zumindest teilweise überlappen. Vorzugsweise weisen Paare aus jeweils einem ersten und zweiten Magneten 27, 35 eine gemeinsame Rotationsachse R4 auf oder sind entlang einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet. Eine derartige Konstruktion erzielt eine Magnetkupplung zwischen dem Rührer 3 und der Antriebsvorrichtung 5, die vermeidet, dass eine Antriebswelle aus der Antriebsvorrichtung 5 herausgeführt werden muss, um mit dem Rührer 3 verbunden zu werden. Die Antriebsvorrichtung 5 kann vollständig geschlossen sein, so dass keinerlei Abdichtungen von Nöten sind, um ein Eindringen von dem zu mischenden Medium in die Antriebsvorrichtung 5 zu vermeiden. Durch den Aufsetzelement-Vorsprung 29 und die Magnetkupplung kann jedoch sichergestellt werden, dass der Rührer 3 sicher gelagert ist und der Rührer 3 zuverlässig in einer gewünschten Geschwindigkeit rotierbar ist. Die Antriebswelle 25 ist mittels eines Fluids, welches gasförmig oder flüssig sein kann, antreibbar. Vorzugsweise handelt es sich um Druckluft oder Wasser. Der Antrieb kann beispielsweise durch einen Turbinenmotor oder einen Zahnradmotor erfolgen. In einer bevorzugten Weise und wie in Figur 4 gezeigt, erfolgt dies jedoch auch über einen Lamellenmotor 41. Dieser ist in einem Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 angeordnet, welcher unterhalb des Aufsetzelements 17 in Bezug auf die Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25 angeordnet ist. Eine Schnittansicht dieses Innenraums 39 senkrecht zur Rotationsachse R3 und dem darin angeordneten Lamellenmotor 41 ist in Figur 5 gezeigt. Die Schnittachse verläuft entlang der Linie B-B, wie in Figur 1 eingezeichnet.
Der Innenraum 39 wird durch das Antriebsgehäuse 15 begrenzt, das als Stator für den Lamellenmotor wirkt. Insbesondere weist der Innenraum 39 eine zylindrische Form auf. In den Innenraum 39 ragt ein Endabschnitt der Antriebswelle 25. Der entgegengesetzte Endabschnitt der Antriebswelle 25 ist mit dem ersten Kupplungselement 23 verbunden, wie dies in Figur 4 gezeigt ist. Die Antriebswelle 25 ist exzentrisch zur Rotationsachse R5 des Innenraums 39 angeordnet, so dass die Rotationsachse R3 der Antriebswelle 25 versetzt zu der Rotationsachse R5 des Innenraums 39 in dem Innenraum 39 angeordnet ist. Die Antriebswelle 25 ist drehbar in dem Innenraum 39 gelagert und ist durch ein Fluid, vorzugsweise Druckluft, in Rotation versetzbar. Mit anderen Worten wirkt die Antriebswelle 25 als Rotor in dem Lamellenmotor 41. Vorzugsweise ist die Antriebswelle 25 zylindrisch ausgebildet.
Im Folgenden wird der Lamellenmotor 41 exemplarisch als mit Druckluft betrieben beschrieben. In einer Mantelfläche 43 der Antriebswelle 25 ist eine Vielzahl von Schlitzen 45 angeordnet, die sich jeweils entlang der Rotationsachse R3 der Antriebswelle erstrecken. Wie in Figur 5 gezeigt sind diese vorzugsweise gleichmäßig entlang der Mantelfläche 43 der Antriebswelle 25 angeordnet und weisen vorzugsweise die gleiche Größe auf.
In die Schlitze 45 ist jeweils zumindest eine Lamelle 47 einsetzbar, wie in Figur 5 gezeigt. Diese ist in dem Schlitz 45 verschiebbar gelagert, so dass sie entweder tiefer in den Schlitz 45 einschiebbar ist oder weiter aus dem Schlitz 45 herausragt. Vorzugsweise ragt noch zumindest ein Teil der. Lamelle 47 aus dem Schlitz 45 heraus, selbst wenn die Lamelle 47 bis zu hinteren Ende des Schlitzes 45 eingeschoben ist.
Ist die Antriebswelle 25 in Rotation versetzt, werden die Lamellen 47 durch vorzugsweise die Fliehkraft nach außen getrieben, so dass äußere Enden 49 der Lamellen 47 gegen das Antriebsgehäuse 15 pressen. In diesem Fall bildet sich jeweils eine Kammer 51 zwischen der Antriebswelle 25, zwei angrenzenden Lamellen 47 und dem Antriebsgehäuse 15. Unterstützend oder ergänzend zur Fliehkraft können die Lamellen 47 federbeaufschlagt sein, um die Lamellen nach außen zu pressen.
In die einzelnen Kammern 51 ist Druckluft einblasbar. Hierzu ist in das Antriebsgehäuse 15 zumindest eine Zuführleitung 53 ausgebildet, die in den Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 mündet. Vorzugsweise ist die Zuführleitung 53 derart ausgelegt, dass diese an einer Position in den Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 mündet, wo die Kammer(n) 51 sehr klein oder am Kleinsten ist bzw. sind, wie in Figur 5 gezeigt.
Ferner ist zumindest eine Abführleitung 55 in dem Antriebsgehäuse 15 ausgebildet, über die Restluft abgeführt werden kann. Vorzugsweise ist die Abführleitung 55 derart ausgelegt, dass diese an einer Position in den Innenraum 39 mündet bzw. aus dem Innenraum herausgeführt ist, wo die Kammer(n) 51 in Bezug auf die Drehrichtung D wieder kleiner werden, wie in Figur 5 gezeigt. Figur 5 enthält eine weitere Abführleitung 55, die derart angeordnet ist, dass aus einer Kammer 51 Restluft abgeführt werden kann, (kurz) bevor in diese durch die Zuführleitung 53 Druckluft wieder zugeführt wird.
Vorzugsweise sind die Zuführ- und Abführleitungen 53, 55 in einer Bodenfläche 59 des Antriebsgehäuses 15 ausgebildet, so dass die Druckluft bzw. die Restluft von unterhalb des Lamellenmotors 41 in den Innenraum 39 des Antriebsgehäuses 15 eintritt bzw. austritt. Vorzugsweise münden die Zuführ- und/oder Abführleitungen 53, 55 in Nischen 57 in den Innenraum 39, die in einer Mantelfläche 61 des Antriebsgehäuses 15 ausgebildet sind.
Ein derartiger Lamellenmotor kann stufenlos über die Druckluftzugabe eingestellt werden und kann sterilisiert werden, so dass dieser Motor auch für Bioreaktoren angewendet werden kann. Das zugeführte Druckluftvolumen beeinflusst insbesondere die Drehzahl der Antriebswelle bzw. des Rührers, während der Druck der Druckluft das Drehmoment der Antriebswelle bzw. des Rührers beeinflusst. Figur 6a) zeigt eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Rührvorrichtung 1. Da es sich jedoch um einen Außenansicht der Mischvorrichtung 100 handelt, ist in dieser Figur lediglich der Behälter 102 sichtbar. In den Behälter 102 ist das zu mischende Medium einfüllbar und durch die Rührvorrichtung 1 mischbar bzw. rührbar. Beispielsweise ist der Behälter 102 ein Bioreaktor, und insbesondere ein Einwegbioreaktor, oder ein stabiler Tank (z.B.Palletank®). Der Behälter 102 kann aus einem starren oder einem flexiblen Material, wie z.B. Einwegbioreaktor-Beutel, hergestellt sein. Weiterhin kann der Behälter 102, je nach den Anforderungen durch das zu mischende Medium, geschlossen, wie in Figur 6 gezeigt, oder offen ausgestaltet sein. Ein geschlossener Behälter 102 bietet den Vorteil, dass in dem Behälter sterile Bedingungen hergestellt und aufrechterhalten werden können. Figur 6b) zeigt die Mischvorrichtung 100 aus Figur 6a), die entlang der Schnittachse A-A geschnitten ist. Hierdurch wird die Rührvorrichtung 1 sichtbar, die in den Innenraum 106 des Behälters 102 eingesetzt ist. Wie in Figur 6b) gezeigt ist die Rührvorrichtung 1 an einer Bodenfläche 104 des Behälters 102 angeordnet und ragt in den Innenraum 106 des Behälters 102 hinein. Dies ist jedoch nur eine bevorzugte Position der Rührvorrichtung 1. Es ist ebenfalls möglich, die Rührvorrichtung hängend anzuordnen.
Ein unteres Ende 63 der Antriebsvorrichtung 5, welches dem Ende entgegengesetzt ist, an dem der Rührer 3 angeordnet ist, ist vorzugsweise fest mit dem Behälter 102 verbunden. Wie in Figur 6b) gezeigt, kann die Antriebsvorrichtung 5 jedoch ferner eine Beabstandungsstange 65 aufweisen, die den Rührer 3 weiter von der Behälterwandung 112, und hier im speziellen Fall von der Bodenfläche 104 des Behälters 102 beabstandet. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Rührer 3 mit einer höheren Rotationsgeschwindigkeit rotieren kann. Diese kann insbesondere von der Belastbarkeit des Zellmaterials in dem zu mischendem Medium abhängen. Die Länge der Beabstandungsstange 65 ist somit so zu wählen, dass die erwünschte Rotationsgeschwindigkeit erzielt werden kann. Einflussgrößen sind hierbei unter anderem die Größe des Behälters 102 sowie die Größe des Rührers 3. Vorzugsweise sind die zumindest eine Zuführleitung 53 und/oder die zumindest eine Abführleitung 55 durch die Beabstandungsstange 65 hindurch zur Außenseite des Behälters 102 hindurchgeführt. Um die Antriebsvorrichtung 5 mit dem Behälter 102 zu verbinden bzw. diese fest an dem Behälter 102 anzuordnen, weist das Antriebsgehäuse 15 vorzugsweise eine Befestigungsplatte 67 auf. Diese Befestigungsplatte 67 ist an dem unteren Ende 63 der Antriebsvorrichtung 5 angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise senkrecht zur Rotationsachse R des Rührers und/oder den übrigen definierten Rotationsachsen. Vorzugsweise ist die Fläche der Befestigungsplatte 67 größer als die Fläche der Antriebsvorrichtung 5, wenn diese senkrecht zur Rotationsachse R geschnitten wird.
In dem Behälter 102 ist eine Aussparung 108 ausgebildet, in die die Befestigungsplatte 67 einsetzbar ist. Ein umlaufender Teilbereich 69 der Befestigungsplatte 67 überlappt hierbei einen umlaufenden Teilbereich 110 des Behälters 102, welcher die Aussparung 108 umrandet. Diese umlaufenden Teilbereiche 69, 110 werden vorzugsweise miteinander verschweißt, so dass der Behälter 102 dicht verschlossen ist und sterile Bedingungen in dem Behälter 102 beibehalten werden könnten und kein Medium austreten kann.
Um eine Anordnung der Befestigungsplatte 67 in der Aussparung 108 zu ermöglichen während der umlaufende Teilbereich 69 der Befestigungsplatte 67 den umlaufenden Teilbereich 110 der Aussparung 108 überlappt, ist die Dicke der Befestigungsplatte 67 innerhalb der Aussparung 108 größer als in dem überlappenden Bereich. Insbesondere ist die Befestigungsplatte 67 vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie eine Stützfunktion und eine Befestigungsmöglichkeit gegenüber einer Haltevorrichtung (hier nicht gezeigt), auf der der Behälter 102 angeordnet ist, aufweist. Wie in Figur 6c) gezeigt, kann hierzu von der Befestigungsplatte 67 nach unten (von dem Innenraum 106 des Behälters 102 entgegengesetzt) zusätzlich ein Befestigungskragen 70 hervorragen, der in eine Befestigungsvertiefung in der Haltevorrichtung einsetzbar ist. In dem Befestigungskragen 70 kann eine vorzugsweise umlaufende Nut 72 ausgebildet sein, die mit einem entsprechenden Verrastungsmittel in der Befestigungsvertiefung verrastbar ist.
Ferner erstreckt sich durch die Befestigungsplatte 67 die zumindest eine Zuführleitung 53 und die zumindest eine Abführleitung 55 zur Außenseite des Behälters 102, um dort mit einer Druckluftquelle (hier nicht gezeigt) verbunden zu werden. Hierzu kann die Befestigungsplatte 67 an der der Außenseite des Behälters 102 zugewandten Seite entsprechende Anschlüsse 71 aufweisen. An diese Anschlüsse 71 können Schläuche der Druckluftquelle aufgesteckt werden. Zusätzlich kann sich durch die Befestigungsplatte 67 hindurch zumindest ein Ernterohr 73 zur Außenseite des Behälters 102 erstrecken, durch das gemischte Medium aus dem Behälter 102 entnommen werden kann. Vorzugsweise erstreckt sich das Ernterohr 73 zumindest teilweise bis in die Beabstandungsstange 65. Durch einen seitlichen Eingang (hier nicht gezeigt) kann der Innenraum 106 des Behälters 102 mit dem Ernterohr 73 verbunden sein. Der Befestigungskragen 70 erstreckt sich zumindest teilweise um das Ernterohr 73, die Zuführleitung 53 und/oder die Äbführleitung 55 herum.
Mit Hilfe einer derartigen Konstruktion kann die Antriebsvorrichtung 5 direkt im Behälter 102 angeordnet sein. Ein Herausführen einer Antriebswelle zur Außenseite des Behälters 102 kann vermieden werden, so dass der Behälter 102 sicher gegenüber der Außenseite abgedichtet werden kann. Selbst für sterile Bedingungen, wie sie insbesondere in Bioreaktoren notwendig sind, kann eine derartige Antriebsvorrichtung für Rührer verwendet werden. Insbesondere sind die Herstellungskosten für die Rührvorrichtung 1 gering, so dass diese selbst in Einwegbioreaktoren anwendbar ist.
Figur 7 zeigt die Rührvorrichtung 1 aus Figur 6 jedoch mit einer zusätzlichen Gaszuführplatte 75 zum Einbringen bzw. Zuführen von Gas in das zu mischende Medium. Zumindest eine derartige Gaszuführplatte 75 kann an der Beabstandungsstange 65 angeordnet sein und sich senkrecht zur Rotationsachse R erstrecken. Die Gaszuführplatte 75 ist vorzugsweise dabei so angeordnet, dass diese von dem Behälterwandung 112 beabstandet ist, an der die Rührvorrichtung 1 angeordnet ist. Die Gaszuführplatte 75 weist vorzugsweise zumindest eine Bohrung und/oder Gaszufuhr auf. Hierzu ist vorzugsweise zumindest eine Gaszuführöffnung in der Gaszuführplatte 75 ausgebildet, über die Gas aus einer Gasleitung dem zu mischenden Medium zuführbar ist. Bevorzugt ist die Gaszuführplatte 75 nahe der Antriebsvorrichtung 5 bzw. dem Rührer 3 angeordnet, um die ausgestoßenen Gasbläschen fein zu verteilen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zugeführten Gas um Sauerstoff. Die Gasleitung kann sich beispielsweise zumindest teilweise durch die Beabstandungsstange 65 erstrecken.
Obwohl die Antriebsvorrichtung 5 gemäß der bevorzugten Ausführungsformen mit einem Fluid, wie beispielsweise Druckluft oder Wasser, betrieben wird, ist es ebenfalls denkbar, die Antriebsvorrichtung 5 als Elektromotor auszulegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann alternativ (oder zusätzlich) zu dem Lamellenmotor 41 zum Antrieb des Rührers 3 ein Axialmotor 77 verwendet werden. Diese Antriebsform wird im Folgenden in Bezug auf die Figuren 8 bis 11 beschrieben.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die nachfolgend diskutierte alternative Antriebsform für den Rührer 3 lediglich bezüglich der alternativen Antriebsform näher beschrieben wird. Die bereits oben beschriebene Magnetkupplung zwischen dem Rührer 3 und der Antriebsvorrichtung 5 wird auch bezüglich des vorliegend diskutierten Axialmotors 77 verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird diese Kupplung daher nicht mehr im Detail beschrieben und entsprechende Bezugszeichen verwendet.
Figur 8a) zeigt eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung 100' mit einer Rührvorrichtung V gemäß dieser weiteren Ausführungsform. Da es sich um eine Außenansicht der Mischvorrichtung 100' handelt, ist in dieser Figur lediglich der Behälter 102' und ein Teilbereich der Rührvorrichtung 1 ', die aus dem Behälter 102' herausragt, sichtbar. Wie im vorliegenden Fall gezeigt, kann die Rührvorrichtung V an einer Bodenfläche 104' des Behälters 102' angeordnet sein. In den Behälter 102' ist das zu mischende Medium einfüllbar und durch die Rührvorrichtung 1 ' mischbar bzw. rührbar. Beispielsweise ist der Behälter 102' ein Bioreaktor, und insbesondere ein Einwegbioreaktor, oder ein stabiler Tank (z.B. ein Palletank®). Der Behälter 102' kann aus einem starren oder einem flexiblen Material, wie z.B. ein Einwegbioreaktor-Beutel, hergestellt sein. Weiterhin kann der Behälter 102', je nach Anforderung durch das zu mischende Medium, geschlossen, wie in Figur 8a) gezeigt, oder offen ausgestaltet sein. Ein geschlossener Behälter 102' bietet den Vorteil, dass in dem Behälter 102' sterile Bedingungen hergestellt und aufrechterhalten werden können.
Figur 10 zeigt eine Querschnittsansicht der Mischvorrichtung 00' aus Figur 8a), wobei die Mischvorrichtung 100' in einer Ebene parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3' geschnitten ist. Hierdurch ist der Innenraum 106' des Behälters 102' sowie die Rührvorrichtung V sichtbar. Der in Figur 10 als Ausschnitt Y gekennzeichnete Bereich der Mischvorrichtung 100' ist in Figur 11 vergrößert gezeigt. Die Antriebsvorrichtung 5' weist ein Antriebsgehäuse 15' auf, das vorzugsweise länglich und/oder zylindrisch ausgebildet ist. Das erste Kupplungselement 23', in dem der zumindest eine erste Magnet 27' angeordnet ist, um wiederum mit dem zweiten Magnet 35' in dem Rührer 3' magnetisch gekoppelt zu werden, ist mit der Antriebswelle 25' verbunden. Diese erstreckt sich entlang der Rotationsachse R des Rührers 3' in eine Richtung entgegengesetzt zu dem Rührer 3'. Entsprechende Ausführungen zur magnetischen Kopplung zwischen dem Rührer 3 und der Antriebsvorrichtung 5 wie bereits bezüglich vorheriger Ausführungsformen beschrieben, gelten hier entsprechend. Die Antriebswelle 25' ist mit einer kreisförmigen Kolbenbasis 79 starr verbunden, wobei die Kolbenbasis 79 beabstandet zu dem ersten Kupplungselement 23' angeordnet ist. Die Kolbenbasis 79 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und ist schräg zur Rotationsachse R des Rührers 3' gelagert. Die Rotationsachse der Kolbenbasis 79 entspricht der Rotationsachse R des Rührers 3'. An einer Seite der Kolbenbasis 79, welche der Seite, die dem ersten Kupplungselement 23' zugewandt ist, entgegengesetzt ist, ist eine Vielzahl von Kolben 83 angeordnet. Die Kolben 83 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3' und sind vorzugsweise kreisförmig angeordnet. Die Verbindung zwischen den Kolben 83 und der Kolbenbasis 79 kann starr, wie in Figur 1 gezeigt, ausgebildet sein. Bei der gelenkigen Ausführung kann der Kolben 83 einen Kugelkopf 85 aufweisen, der in einer entsprechenden Vertiefung in der Kolbenbasis 79 gelagert ist. Die Kolben 83 ragen jeweils in eine Zylinderbohrung 87 in einem Zylindergehäuse 89, welche sich entlang der Rotationsachse R des Rührers 3' erstreckt. Das Zylindergehäuse 89 ist zylindrisch ausgebildet und die Rotationsachse des Zylindergehäuses 89 entspricht der Rotationsachse R des Rührers 3'. Vorzugsweise erstreckt sich die Antriebswelle 25' durch das Zylindergehäuse 89 hindurch, wie in Figur 11 gezeigt. Insbesondere ist das Zylindergehäuse 89 drehbar gelagert. Aufgrund der schräg gelagerten Kolbenbasis 79 ragen die Kolben 83 unterschiedlich tief in die Zylinderbohrung 87, so dass der jeweilige Hohlraum 91 in der Zylinderbohrung 87 entsprechend unterschiedlich groß ist.
In zumindest einen der Hohlräume 91 in den Zylinderbohrungen 87 ist ein Fluid zuführbar. Das Fluid kann gasförmig oder flüssig sein, vorzugsweise Druckluft oder Wasser. Bevorzugterweise werden mehrere Hohlräume 91 benachbarter Zylinderbohrungen 87 gleichzeitig mit dem Fluid befüllt. Beispielsweise können 2, 3 oder 4 benachbarte Hohlräume 91 gleichzeitig befüllt werden. Insbesondere sind bevorzugt solche Hohlräume 91 zu befüllen, die aufgrund der Zylinderstellung am kleinsten oder kleiner als die übrigen Hohlräume 91 sind.
Das Fluid ist über die Zuführleitung 53', die sich von dem Zylindergehäuse 89 zu einer Außenseite des Behälters 102' erstreckt. Der Austritt der Zuführleitung 53' ist beispielsweise auch in Figur 8b) gezeigt, die eine Bodenansicht der Mischvorrichtung 100' zeigt.
Um die Hohlräume 91 zu definieren, in die das Fluid zugeführt werden soll, kann zwischen dem Zylindergehäuse 89 und der Zuführleitung 53' eine Regulierungsplatte 93 angeordnet sein, deren Rotationsachse der Rotationsachse R des Rührers 3' entspricht. Wie in den Figuren 9a) und 9b) gezeigt ist, weist die Regulierungsplatte 93 zumindest zwei Schlitze 95 auf, die sich bogenförmig erstrecken. Jeder Schlitz 95 ist dabei so ausgebildet, dass dieser mindestens eine Zylinderbohrung 87 überdeckt. Ein erster Schlitz 95 kann somit derart ausgelegt sein, dass das Fluid von der Zuführleitung 53' über den ersten Schlitz 95 in zumindest einen Hohlraum 91 einer Zylinderbohrung 87 eintreten kann.
Durch den Druck des eintretenden Fluids wird der Kolben nach rückwärts verschoben, so dass sich der Hohlraum 91 vergrößert. Diese Bewegung löst eine Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 aus, da aufgrund der schräg gelagerten Kolbenbasis 79 nur über eine Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 eine Rückwärtsbewegung des Kolben 83 ermöglicht werden kann. Das Zylindergehäuse 89 und die Kolben 83 drehen sich entsprechend mit. Sobald die Rotationsbewegung ausgeführt wurde, befindet sich zumindest ein weiterer Hohlraum 91 einer Zylinderbohrung 87 vor dem ersten Schlitz 95, so dass dem entsprechenden Hohlraum 91 wiederum Fluid zugeführt werden. Hierdurch wird erneut eine Rotationsbewegung hervorgerufen. Vorzugsweise wird auf diese Weise eine kontinuierliche Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 hervorgerufen.
Da die Kolbenbasis 79 mit der Antriebswelle 25' verbunden ist, wird die Antriebswelle 25' ebenfalls in Rotation versetzt und mit ihr wiederum das erste Kupplungselement 23'. Aufgrund der magnetischen Kupplung mit dem Rührer 3', wird der Rührer 3' entsprechend in Rotation versetzt Mit Hilfe des Volumens und des Drucks des zugeführten Fluids kann die Rotationsgeschwindigkeit des Rührers 3' beeinflusst werden.
Aufgrund der Rotationsbewegung der Kolbenbasis 79 zusammen mit dem Zylindergehäuse 89 und den Kolben 83 werden die Hohlräume 91 in den Zylinderbohrungen 87 automatisch auch wieder verkleinert, da die Kolben 83 aufgrund der schräg gelagerten Kolbenbasis 79 zu einer Vorwärtsbewegung in den Zylinderbohrungen 87 gezwungen werden. Hierdurch wird das Fluid wieder aus den Zylinderbohrungen 87 heraus gepresst. Dies kann über die Abführleitung 55' aus dem Behälter 102' herausgeführt werden, wie beispielsweise in Figur 8b) gezeigt ist.
Die bereits beschriebene Regulierungsplatte 93 kann beim Ausleiten des Fluids dazu genutzt werden, dass ein entsprechend dimensionierter weiterer Schlitz 95 zumindest eine Zylinderbohrung 87 überlappt, aus der das Fluid ausgeleitet werden soll. Vorzugsweise überlappt der Schlitz 95 mehrere benachbarte Zylinderbohrungen 87, wie in Figur 9b) gezeigt.
Figur 11 zeigt das Antriebsgehäuse 15', das sich vorzugsweise durch die Aussparung 108' in der Behälterwandung 1 12' des Behälters 102' hindurch erstreckt. An einem Teilbereich des Antriebsgehäuses 15', das außerhalb des Behälters 102' angeordnet ist, kann der Befestigungskragen 70' ausgebildet sein. Wie in Figur 1 gezeigt, kann der Befestigungskragen 70' in Bezug auf die Rotationsachse R des Rührers 3' das Antriebsgehäuse 15' umgeben. Hierbei kann der Befestigungskragen 70' einstückig mit dem Antriebsgehäuse 15' ausgebildet sein oder an diesem befestigt sein. Die Befestigungsplatte 67' erstreckt sich ebenfalls um das Antriebsgehäuse 15' in Bezug auf die Rotationsachse R des Rührers 3' herum und ist in der Aussparung 108' angeordnet. Mit anderen Worten ist der Befestigungskragen 70' zumindest teilweise mit der Befestigungsplatte 67' überlappend ausgebildet. Die Befestigungsplatte 67' und der Befestigungskragen 70' können einstückig ausgebildet sein oder miteinander verbunden sein. Die Befestigung der Befestigungsplatte 67' an der Behälterwandung 112' erfolgt entsprechend der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen.
Wie in Figur 11 gezeigt, kann zumindest ein Ernterohr 73' in der Mischvorrichtung 100' vorgesehen sein, das vorzugsweise parallel zur Rotationsachse R des Rührers 3' ausgerichtet ist und sich durch den Befestigungskragen 70' und die Befestigungsplatte 67' hindurch erstreckt, um beispielsweise das gemischte Medium aus dem Behälter 102' entnehmen zu können.
Das Antriebsgehäuse 15' kann an einer Bodenseite 97 des Antriebsgehäuses 15' zumindest teilweise offen oder offenbar sein. Über diese Öffnung ist die Antriebseinheit in das Antriebsgehäuse 15' einschiebbar. Die Öffnung kann mittels eines Verschlusselements 99 verschlossen werden.
Figur 12a) zeigt einen Teilausschnitt einer Seitenansicht einer weiteren Mischvorrichtung 100, die wie den Figuren 6a) bis 6c) einen Lamellenmotor 41 enthält. Ein Schnitt entlang der Schnittlinie B-B wird in Figur 12b) gezeigt. Im Folgenden werden insbesondere die Unterschiede zwischen der Ausführungsform aus den Figuren 6a) bis 6c) und der Ausführungsform der Figuren 12a) und 12b) beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Mischvorrichtung 100 weist hier wiederum einen Behälter 102 auf, in den eine Mischvorrichtung 1 in der Form eines Lamellenmotors 41 angeordnet ist, um das in dem Behälter 102 enthaltene Medium zu mischen. Im Gegensatz zu der Mischvorrichtung 1 in den Figuren 6a) bis 6c), ist hier jedoch die Mischvorrichtung 1 derart ausgebildet, dass die Antriebsvorrichtung 5 hiervor aus dem Behälter 102 herausnehmbar gestaltet ist.
Hierzu ist in dem Behälter 102 wiederum eine Aussparung 108 ausgebildet, durch die hindurch ein Einsatzgehäuse 200 in einen Innenraum 106 des Behälters 102 hineinragt. Dieses Einsatzgehäuse 200 kann ebenfalls eine Befestigungsplatte 67 wie in den Figuren 6a) bis 6c) aufweisen, deren umlaufender Teilbereich 69 einen umlaufenden Teilbereich 110 der Aussparung 108 überlappt, um mit dem Behälter 102 durch beispielsweise eine Schweißverbindung fest verbunden zu sein. Vorzugsweise ist das Einsatzgehäuse 200 starr ausgebildet und/oder ist fluiddicht ausgebildet, so dass über das Einsatzgehäuse 200 kein zu mischendes Medium aus dem Behälter 102 austreten kann.
Das Einsatzgehäuse 200 weist an der Aussparung 102 bzw. an seinem unteren Ende eine Einsatzöffnung 202 auf, über die die Antriebsvorrichtung 5 in das Einsatzgehäuse 200 einschiebbar ist. Vorzugsweise weist das Einsatzgehäuse 200 einen Durchmesser oder eine Querschnittsfläche senkrecht zur Rotationsachse R der Mischvorrichtung 1 auf, die im Wesentlichen dem Durchmesser oder der Querschnittsfläche der Antriebsvorrichtung 5 entspricht. Die Länge des Einsatzgehäuses 200 kann der Länge der Antriebsvorrichtung 5 entlang der Rotationsachse R der Mischvorrichtung 1 entsprechen oder, wie in Figur 12b) gezeigt, länger als die Antriebsvorrichtung 5 sein. Im eingesetzten Zustand der Antriebsvorrichtung 5 ist die Antriebsvorrichtung 5 bis an ein vorderes bzw. freies Ende des Einsatzgehäuses 200 eingeschoben.
Der Rührer 3 hingegen befindet sich im Innenraum 106 des Behälters 102 und ist mit der Antriebsvorrichtung 5 über die beschriebene Magnetkupplung verbindbar.
Wie bereits bezüglich der Figuren 6a) bis 6c) beschrieben wurde, kann die Antriebsvorrichtung 5 zumindest eine Zuführleitung 53 und/oder zumindest eine Abführleitung 55 aufweisen, über die das Antriebsfluid zu- bzw. abgeführt werden kann. Wie in Figur 12b) gezeigt, werden die Zuführleitung 53 bzw. die Abführleitung 55 über die Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 mit der Antriebsvorrichtung 5 verbunden. Da im vorliegenden Fall das Einsatzgehäuse 200 länger als die Antriebsvorrichtung 5 ist, erstrecken sich die Zuführ- und Abführleitungen 53, 55 zumindest teilweise durch das Einsatzgehäuse 200 über die Einsatzöffnung 202 hindurch zu einer Außenseite des Behälters 102.
Vorzugsweise wird die Einschubtiefe der Antriebsvorrichtung 5 durch eine Beabstandungsvorrichtung 204 definiert. Die Beabstandungsvorrichtung 204 ist vorzugsweise zylindrisch oder stabförmig ausgebildet und ist mit der Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 verbunden. Die Beabstandungsvorrichtung 204 ragt von der Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 aus dem Einsatzgehäuse 200 heraus. An einer Seite der Beabstandungsvorrichtung 204, die der Seite der Beabstandungsvorrichtung 204 entgegengesetzt ist, die mit der Bodenfläche 59 der Antriebsvorrichtung 5 verbunden ist, ist eine Tiefendefinitionsplatte 206 angeordnet. Der Durchmesser der Tiefendefinitionsplatte 206 ist zumindest teilweise größer als der Durchmesser der Einsatzöffnung 202 und/oder der Aussparung 108 des Behälters 102, so dass durch die Tiefendefinitionsplatte 206 die maximale Einschubtiefe der Antriebsvorrichtung 5 definiert ist. Die Zuführ- und Abführleitungen 53, 55 erstrecken sich vorzugsweise durch die Beabstandungsvorrichtung 20 hindurch zur Außenseite des Behälters 102. Bezugszeichenliste , r Rührvorrichtung
Rührer
, 5' Antriebsvorrichtung
Rührerbasis
Rührer-Mantelfläche
1 Schaufel
3 Schaufelfläche
5 Antriebsgehäuse
7 Aufsetzelement
9 Aufsetzelement-Basis
1 Aufsetzelement-Hohlraum
3, 23' erstes Kupplungselement
5, 25' Antriebswelle
7, 27' erster Magnet
9 Aufsetzelement- Vorsprung
1 Rührer-Bodenfläche
3 Rührer-Hohlraum
5, 35' zweite Magnete
7 zweites Kupplungselement
9 Innenraum des Antriebsgehäuses1 Lamellenmotor
3 Mantelfläche
5 Schlitz
7 Lamelle
9 äußeres Ende der Lamelle
1 Kammer
3, 53' Zuführleitung
5, 55' Abführleitung
7 Nische
9 Bodenfläche des Antriebsgehäuses1 Mantelfläche des Antriebsgehäuses unteres Ende der Antriebsvorrichtung
Beabstandungsstange
, 67' Befestigungsplatte
umlaufender Teilbereich der Befestigungsplatte, 70' Befestigungskragen
Anschluss
, 72' Nut
, 73' Ernte rohr
Gaszuführplatte
Axialmotor
Kolbenbasis
Kolben
Kugelkopf
Zylinderbohrung
Zylindergehäuse
Hohlraum
Regulierungsplatte
Schlitz
Bodenseite
Verschlusselement 0, 100' Mischvorrichtung
2, 102' Behälter
4, 104' Bodenfläche des Behälters
6, 106' Innenraum des Behälters
8, 108' Aussparung
0 umlaufender Teilbereich der Aussparung2,112' Behälterwandung
0 Einsatzgehäuse
2 Einsatzöffnung
4 Beabstandungsvorrichtung
6 Tiefendefinitionsplatte
Rotationsachse des Rührers R1 Rotationsachse des Aufsetzelement-Hohlraums
R2 Rotationsachse der Aufsetzelement-Basis
R3 Rotationsachse der Antriebswelle
R4 Rotationsachse der ersten und zweiten Magnete
R5 Rotationsachse des Innenraums
D Drehrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Mischvorrichtung (100; 100') zum Mischen eines Mediums umfassend:
- einen Behälter (102; 102') zur Aufnahme des zu mischenden Mediums; und
- eine Rührvorrichtung (1 ; 1 ') zum Mischen des Mediums, wobei die Rührvorrichtung (1 ; 1 ') an einer Behälterwandung (112; 112') des Behälters (102; 102') angeordnet ist und in einen Innenraum (106; 106') des
Behälters (102; 102') ragt;
wobei die Rührvorrichtung (1 : 1 ') eine Antriebsvorrichtung (5; 5') mit einem geschlossenen Antriebsgehäuse (15) und einer darin angeordneten Antriebswelle (25; 25') umfasst, wobei die Antriebswelle (25; 25') mittels eines Fluids in Rotation versetzbar ist;
wobei die Antriebsvorrichtung (5; 5') zumindest ein erstes Kupplungselement (23; 23') mit zumindest einem ersten Magneten (27; 27') aufweist, das an einem freien Ende der Antriebswelle (25; 25') angeordnet ist und durch eine Rotation der Antriebswelle (25; 25') in Rotation versetzbar ist; und
wobei die Rührvorrichtung (1 ; 1 ') ferner einen Rührer (3) aufweist, der zumindest ein zweites Kupplungselement (37) mit zumindest einem zweiten Magneten (35; 35') umfasst, wobei der Rührer (3) mit der Antriebsvorrichtung (5; 5') kuppelbar ist und mittels einer Magnetkupplung zwischen dem ersten und zweiten Kupplungselementen (23, 37; 23') an der Antriebsvorrichtung (5; 5') positionierbar und durch eine Rotation der Antriebswelle (25; 25') und des ersten Kupplungselements (23; 23') in Rotation versetzbar ist.
2. Mischvorrichtung (100; 100') nach Anspruch 1 , wobei das erste Kupplungselement (23; 23') ringförmig ausgebildet ist und auf ein vorderes Ende der Antriebswelle (25; 25') verdrehsicher aufgesteckt ist.
3. Mischvorrichtung (100; 100') nach Anspruch 2, wobei das erste Kupplungselement (23; 23') eine Vielzahl von ersten Magneten (27; 27') aufweist, die entlang des ringförmigen ersten Kupplungselements (23; 23') angeordnet sind.
4. Mischvorrichtung (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Magnete (27, 35; 27', 35') in dem ersten und zweiten Kupplungselement (23, 37; 23') einander entsprechen und sich jeweils ein erster und zweiter Magnet (27, 35; 27', 35') einander gegenüberliegen.
5. Mischvorrichtung (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung (5; 5') einen Lamellenmotor (41 ) und/oder einen Axialmotor (77) aufweist.
6. Mischvorrichtung (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mischvorrichtung (100; 100') ein Bioreaktor, insbesondere ein Einwegbioreaktor, ist.
7. Mischvorrichtung (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Antriebsgehäuse (15) eine Befestigungsplatte (67; 67') aufweist, die an der Behälterwandung (112; 112') befestigt ist.
8. Mischvorrichtung (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung (5; 5') ferner eine Beabstandungsstange (65) umfasst, welche den Rührer (3) von der Behälterwandung (112; 112') in einem vordefinierten Maß beabstandet.
9. Mischvorrichtung (100; 100') nach Anspruch 8, wobei die Beabstandungsstange (65) zumindest eine Gaszuführplatte (75) zur Einbringung von Gas in das zu mischende Medium aufweist, welche senkrecht zu einer Rotationsachse der Beabstandungsstange (65) und/oder der Antriebswelle (25; 25') ausgerichtet ist.
10. Verfahren zum Mischen eines Mediums in einer Mischvorrichtung (100; 100'), umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer Rührvorrichtung (1 ; 1 ') in einem Behälter (102; 102') zur Aufnahme des zu mischenden Mediums, so dass die Rührvorrichtung (1 ; 1 ') an einer Behälterwandung (112; 112') des Behälters (102; 102') angeordnet ist und in einen Innenraum (106; 106') des Behälters (102; 102') ragt, wobei die Rührvorrichtung (1 ; 1 ') eine Antriebsvorrichtung (5; 5') mit einem geschlossenen Antriebsgehäuse (15) und einer darin angeordneten Antriebswelle (25; 25'), und einen Rührer (3; 3') aufweist,
Kuppeln des Rührers (3; 3') mit der Antriebsvorrichtung (5; 5') mittels einer Magnetkupplung zwischen einem ersten Kupplungselement (23; 23') mit zumindest einem ersten Magneten (27; 27') an einem freien Ende der Antriebswelle (25; 25') und einem zweiten Kupplungselement (37) mit zumindest einem zweiten Magneten (35; 35') an dem Rührer (3; 3'); und
Zuführen eines Fluids in die Antriebsvorrichtung (5; 5'), so dass der Rührer (3; 3') durch die Rotation der Antriebswelle (25; 25') zusammen mit dem ersten Kupplungselement (23; 23') in Rotation versetzt wird.
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