DE19726524C2 - Kupplung für die Verbindung von zwei Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungsteil für sterile Zwecke, das insbesondere im Labor- und Technikums­ maßstab zum Einsatz kommen.

Die Handhabung von sterilen Flüssigkeiten ist wesentli­ cher Bestandteil von Prozessen und Verfahren in der Biotechnologie. Sterilisiere Nährmedien werden zur Bil­ dung und Versorgung der Biomasse in die entsprechenden Fermentationssysteme hineingepumpt. Die Produkte werden meist in gelöster oder suspendierter Form aus dem Fer­ mentationssystem wieder herausgeleitet. Um Verunreini­ gungen der Anlagen und Produkte mit unerwünschten Mik­ roorganismen zu verhindern, muß der gesamte Prozeß un­ ter sterilen Bedingungen ablaufen. Die Anforderungen an die Steriltechnik erstrecken sich auf alle Komponenten einer entsprechenden Anlage. Die Schnittstellen einer geschlossenen Fermentationsanlage zur Außenwelt, wie beispielsweise zum Austausch von Frischmedien- oder Produktgefäßen stellen hierbei besonders kritische Ele­ mente dar. Diese Schnittstellen werden nach dem Stand der Technik durch Kupplungen hergestellt, die verschie­ denartig ausgebildet sein können.

So sind beispielsweise Kupplungssysteme bekannt, die Anstichsepten aufweisen, bei denen eine Verbindung zwi­ schen zwei Leitungen hergestellt wird, indem ein Roh­ rende in ein Septum eingestochen wird, welches an der Öffnung eines anderen Rohrendes angebracht ist. Weiter­ hin sind mechanische Stecksysteme bekannt, bei denen Rohrenden über Clip-Mechanismen oder Stecksysteme ver­ bunden werden.

Diese Verbindungsteile weisen für die Anwendung im Ste­ rilbereich erhebliche Mängel auf. So müssen die An­ stichsepten manuell montiert werden wodurch Kontamina­ tionsgefahr besteht. Weiterhin sind sie mechanisch nicht belastbar und stellen Fehlerquellen dar, wenn beispielsweise bei Versuchen im Labor- und Techni­ kumsmaßstab Erschütterungen aufkommen. Bei den Stecksy­ stemen können beim Öffnen und Schließen Substrat- oder Organismenteile verschleppt werden, die sich im Steck- oder Clip-Mechanismus festsetzen. Bei dem Einsatz in Folgeversuchen stellen diese Reste eine Kontaminations­ quelle dar. Bei der Montage werden diese Steckverbin­ dungen durch Abflammen mit einem Bunsenbrenner sterili­ siert. Bei allen bisher bekannten Kupplungsteilen tritt das Problem auf, daß zwei baulich füreinander vorgese­ hene Hälften zusammengefügt werden müssen. Im Labor- und Technikumsbetrieb werden jedoch häufig Einzelteile schnell gegeneinander ausgetauscht, insbesondere dann, wenn kurzfristig ausprobiert werden soll, welcher Ver­ suchsaufbau am günstigsten ist. Hierbei sind zueinander passende Zeile nicht immer gleichzeitig verfügbar. Die Zahl der verfügbaren Kupplungsteile ist oft begrenzt, da es sich um teure Fertigungsteile handelt, die nur in begrenzter Menge zu Verfügung gestellt werden. Somit wird die Wahrscheinlichkeit, zueinander passende Teile zu finden nochmals begrenzt.

Im industriellen Maßstab werden vollständig und durch­ gehend fest verrohrte Anlagen standardmäßig eingesetzt. Dabei sind alle Ventile, gleichgültig ob es sich um Ein- oder Mehrwegventile handelt, mit Heißdampf in si­ tu-sterilisierbar. Derartige Anlagen sind für den La­ bor- und Technikumsbetrieb nicht geeignet, da sie nicht wechselnden konstruktiven Bedingungen angepaßt werden können.

Die DE-AS 10 31 595 zeigt Ventile in Batteriean­ ordnung mit verbindenden Zwischengliedern für die Wei­ terleitung eines Mediums, wobei die Zwischenglieder aus in die Ventilgehäuse einsteckbaren Hülsen bestehen, auf deren Umfang Dichtringe in Ausnehmung festgelegt sind. Die FR 23 66 502 A offenbart ein Ventil für den Durchlaß von Medien, die unter hohem Druck stehen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung Kupplungsteile zur Verfügung zu stellen, die zum einen in der Ferti­ gung preiswert sind, zum anderen das Auffinden zweier zueinander passenden Kupplungsgegenstücke erleichtern und in zusammengebauten Zustand sterilisierbar sind.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Auf­ gabe erfindungsgemäß gelöst mit dem im kennzeichnen den Teil des Anspruch 1 angegebenen Merkmal.

Die erfindungsgemäße Kupplung ermöglicht somit ein schnelleres Auffinden zueinander passender Kupplungs­ teile, sowie eine beliebige Wiederholung von in-situ Sterili­ sierungen, die ohne jegliche Kontaminationsgefahr vorge­ nommen werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an­ hand von Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer anderen Einstellung,

Fig. 3 eine detaillierte Ausgestaltung der Vorrichtung,

Fig. 4, 4a eine Konstruktionszeichnung in Seitenansicht,

Fig. 5, 5a eine Konstruktionszeichnung im Schnittbild,

Fig. 6 die Zentrierhülse,

Fig. 7 den Spannstift im Detail.

Fig. 1 zeigt eine Kupplung 1, bei der zwei erfindungsge­ mäße Kupplungselemente 2 und 3 miteinander verbunden sind. Sie werden von den Rohrleitungen 4, 5, 6 und 7 durch­ laufen, welche einen Kanal für heißen Sterilisationsdampf bilden. Weiterhin weisen die Kupplungselemente 2 und 3 Rohrleitungen 8 und 9 auf. Die Rohrleitungen 4, 5 und 8 so­ wie 6, 7 und 9 sind mit Dreiwegehähnen 10 und 11 ausge­ stattet. An den Rohrleitungen 4 und 7 befinden sich Hähne 12 und 13 sowie Schnellkupplungen 14 und 15. Innenseitig ist der Querschnitt eines O-Ringes 16 als Dichtung wieder­ gegeben. Die gestrichelten Linien 17 und 18 zeigen den Ver­ lauf einer Inbusschraube, die als Befestigungsmittel für die Blöcke 19 und 20 dient, in denen die Rohrleitungen sowie die Dreiwegehähne 10 und 11 integriert sind.

In Fig. 2 sind den gleichen Vorrichtungsmerkmalen die selben Bezugszeichen zugeordnet. Die Dreiwegehähne 10 und 11 befinden sich jedoch in einer anderen Stellung, so daß eine offene Rohrleitungeverbindung entlang den Rohr­ leitungsstücken 8, 5, 6 und 9 entsteht.

In Fig. 3 ist eine zerlegte erfindungsgemäße Vorrichtung wiedergegeben, in der die gleichen Nummern die selben Vorrichtungsmerkmale bedeuten. Zwischen den Kupplungs­ elementen 2 und 3 ist eine Hülse 21 angeordnet, welche in die Durchtrittsenden 22 und 23 eingeschoben wird. An den Durchtrittsenden 22 und 23 sind die Querschnitte 24 und 25 der Rohrleitungen 5 und 6 aufgeweitet um den O-Ring 16 aufzunehmen. Weiterhin befinden sich in den Rohrleitungs­ stücken 5 und 6 Querschnittsaufweitungen 26 und 27 um die Hülse 21 aufzunehmen.

In den Fig. 4 bis 7 sind den gleichen Vorrichtungemerk­ malen die selben Bezugszeichen zugeordnet. Alle Zeich­ nungen haben den gleichen Maßstab. Als Bezugsgröße weist die Öffnung für die Imbusschraube einen Querschnitt von 11 mm auf.

Bei Betrieb wird die Vorrichtung wie in Fig. 1 angegeben montiert und die Dreiwegehähne 10 und 11 in die angege­ bene Stellung gebracht. Hierzu werden die Blöcke 19 und 20 über die Hülse 21 mit dem O-Ring 16 zusammengeführt und mit den Inbusschrauben, die entlang den gestrichelten Linien 17 und 18 verlaufen miteinander befestigt. Der O- Ring 16 übernimmt hierbei die Abdichtungsarbeit, während die Hülse 21 zur sicheren Führung und Zentrierung des O- Rings 16 bei der Montage zwischen den beiden Metallblöc­ ken dient. An die Rohrleitung 4 ist eine Heißdampfquelle, und an Rohrleitung 7 ein Kondensator über die Schnell­ kupplungen 14 und 15 angeschlossen, welche in der Figur nicht dargestellt sind. An die Rohrleitung 8 wird ein Fer­ menter und an Rohrleitung 9 ein Vorratsbehälter für den Fermenter angebracht, welche den Fermenter mit Substrat ver­ sorgt. Von dem Begriffen Rohrleitung 8 oder 9 soll erfin­ dungsgemäß auch eine Öffnung umfaßt sein, welche sich beispielsweise in einem Behälter befindet und die den Durchfluß von verschiedenen Medien erlaubt. Sowohl der Fermenter als auch der Vorratsbehälter werden in an die Kupplung angeschlossenem Zustand sterilisiert. In den Blöcken 19 und 20 sind die Dreiwegehähne 10 und 11 ein­ gelassen, die zur Regelung des Dampfstromes und zum Öff­ nen und Schließen der Medienverbindung dienen. Da die Dreiwegehähne 10 und 11 den Fermenter sowie den Vorrats­ behälter in der beschriebenen Einstellung schließen, werden die beiden Behälter unabhängig voneinander sterilisiert, wo­ bei die Rohrleitungsstücke 8 und 9 vor den Sterilisation mit­ umfaßt werden.

Zur Sterilisation des Kupplungsteils wird nun über die Rohrleitung 4 über eine Dauer von ca. 60 Minuten Heiß­ dampf eingegeben, der die Wegstrecke der Rohrleitungen 4, 5, 6 und 7 durchläuft. In einem in den Figuren nicht darge­ stellten Kondensator, welcher an der Rohrleitung 7 ange­ bracht ist, wird der Heißdampf kondensiert. Nach der Steri­ lisation wird der Hahn 13, der als Zweiwegehahn ausgebil­ det ist, vorzugsweise geschlossen und eine Abkühlung des Rohrleitungssystems abgewartet, damit in den Verrohrun­ gen kein Unterdruck entsteht. Anschließend wird auch der Hahn 14 geschlossen. Anschließend werden die Dreiwege­ hähne 10 und 11 in die in Fig. 2 dargestellte Position ge­ bracht und der Fermenterprozeß kann unter Versorgung mit Substrat aus dem Vorratsbehälter begonnen werden. Mit Hilfe der beiden Dreiwegehähne 10 und 11 kann die Verbin­ dung beliebig oft unter Beibehaltung steriler Bedingungen abgesperrt und wieder geöffnet werden. Um die Verbindung zu trennen, werden beide Dreiwegehähne 10 und 11 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung gebracht und die Blöcke 2 und 3 werden auseinandergeschraubt. Jeder Dreiwegehahn 10 und 11 bildet mit dem damit verbundenen Gefäß einen sterilen Verschluß.

Der Einsatz der Blöcke 19 und 20 führt zu einer beson­ ders guten Stabilität der Anordnung, jedoch können die Dreiwegehähne auch mit anderen Befestigungsmitteln mit­ einander in Verbindung treten, wobei erfindungsgemäß eine Anschlußstelle zwischen den Rohrleitungstücken 5 und 6 geschaffen wird, die bezüglich ihrer Schnittstelle spiegel­ symmetrisch ausgebildet ist. Als Rohrleitungen 8, 4, 7 und 9 werden vorzugsweise Edelstahlverrohrungen (1/4 Zoll) mit Einschraubadaptern eingesetzt, die über Schnellkupplungen 14, 15 angebracht werden, diese können jedoch auch durch flexible Wellrohrschläuche oder Kunststoffschläuche ersetzt werden, die gegebenenfalls auch ohne Schnellkupplungsan­ schlüsse auskommen. Als Hähne 12 und 13 kommen Zwei­ wegehähne oder andere Ventile in Betracht. Die Anordnung nach den Fig. 1 bis 3 in denen der Heißdampfeinlaß und der Kondensatausgang (Rohrleitungen 4 und 7) aufeinander ent­ gegengesetzten Seiten der Kupplung angeordnet sind, ist aus ergonomischen Gründen besonders bevorzugt. Da zur Sterilisierung oftmals Vakuumisolierte Schläuche eingesetzt werden, die einen im Vergleich zu der Größe der Kupplung erheblichen Durchmesser aufweisen ist eine räumliche Ver­ teilung gemäß den Fig. 1 bis 3 günstiger, da man in diesem Fall auch nicht darauf angewiesen ist, Rohrstücke 4 und 7 verschiedener Länge einzubauen, die eine gegenseitige Be­ hinderung der Schnellkupplungen 14 und 15 verhindern, für den Fall daß diese Rohrleitungen in die selbe Richtung aus­ gerichtet sind. Eine entgegengesetzte Anordnung der Rohr­ leitungen 4 und 7 war mit Kupplungsbauteilen, die derzeit käuflich zu erwerben, sind nicht möglich.

Die bezüglich des Verbindungsquerschnittes zwischen den Rohrleitungen 5 und 6 erfindungsgemäß geschaffene Spiegelsymmetrie der Kontaktstelle zwischen den Blöcken beziehungsweise zwischen den Rohrteilen 5 und 6 führt dazu, daß es keine "Männchen" und "Weibchen" unter den Anschlußstellen mehr gibt, von denen nur jeweils füreinan­ der vorgesehene Hälften, welche verschiedenartig ausge­ staltet sind zueinanderpassen. Dies führt dazu, daß insbe­ sondere bei Versuchen im Labor- oder Technikumsmaßstab schneller zwei Kupplungsteile gefunden werden, die anein­ ander montiert werden können. Die nach dem Stand der Technik verfügbaren Teile sind sehr teuer, wodurch deren Anzahl in der Regel auf ein Minimum begrenzt ist. Die er­ findungsgemäßen Teile sind an ihrer Schnittstelle identisch ausgestaltet, wodurch die Anzahl der zusammenpassenden Teile nicht durch Paarbildung verschiedener Teile begrenzt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer sterilisierbaren Verbindung zwischen zwei oder mehreren Gefäßen, Rohrleitungen oder Schlauchleitungen sowie ver­ schiedenen Apparaturen basiert auf einer in situ-Bedampf­ technik, wie sie auch bei den o. g. Industrieanlagen verwen­ det wird. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Sterilkupp­ lung erlaubt einen flexiblen Einsatz dieser Methode auch an Labor- und Pilotfermentern jeder Größe. Da einzelnen Kupplungsteile leichter zu fertigen und baugleich sind, so daß nur ein Teil gefertigt werden muß, sind sie preiswerter, wodurch Kosten gespart werden.

Die Kupplungsteile sind beliebig oft auseinanderbaubar und verwendbar. Ein Vorteil besteht jedoch darin, daß eine Sterilisierung der Kupplung auch in zusammengebautem Zustand erfolgen kann, da die Fertigungsteile keine Nischen aufweisen, in denen sich Rückstände aus Substrat- oder Fer­ menterinhaltsrückständen festsetzen können. Selbstver­ ständlich können an die Rohrleitungen 8 und 9, auch meh­ rere Behälter angeschlossen werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine auto­ klavierbare, auftrennbare und beliebig oft sterilisierbare Verbindung zum Anschluß von sterilen Flüssigkeiten an Ap­ paraturen insbesondere für die Biotechnologie und Medizin geschaffen werden, sie ist jedoch selbstverständlich nicht auf diese Anwendungsgebiete beschränkt.

Claims (3)

1. Kupplungsteil (1) für sterile Zwecke, umfassend zwei Dreiwegehähne (10, 11) sowie Bohrungen (6, 7, 9), welche an den ersten Dreiwegehahn (11) anschließen, wobei die Bohrungen (6, 7, 9) in einem Block (20) fest eingefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrung (6) eine Aufweitung (27) für die Aufnahme einer Hülse (21), eine zusätzliche Aufweitung (25) für die Aufnahme einer Dichtung (16), und daß der Block (20) Befestigungsmittel (18) aufweist, die den Block (20) mit dem Block (19) zusammenhalten, welcher ebenfalls einen Dreiwegehahn (10) aufweist, der mit den Rohrleitungen (8, 4, 5) in Verbindung steht, wobei eine Bohrung (5) eine Aufweitung (26) für die Aufnahme einer Hülse (19) sowie eine Aufweitung (24) für eine Dichtung (16) aufweist.

2. Kupplungsteil (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (4, 7) in entgegengesetzten Richtungen abzweigen.

3. Kupplungsteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (16) ein sterilisierbarer O-Ring ist.