Sechs Rollen kreisen um eine Mitte

Karin Koller

Peristaltikpumpen sind einfach zu handhaben. Da der Schlauch das einzige produktberührte Teil dieser Pumpen ist, werden sie häufig eingesetzt, wenn die geförderte Flüssigkeit weder die Umwelt kontaminieren soll noch selbst kontaminiert werden darf. Das Medium wird bei Peristaltikpumpen durch einen flexiblen Schlauch gefördert, der eng am Pumpenkopf anliegt. Der Pumpenkopf besteht aus mehreren Rollen und rotiert während die Pumpe in Betrieb ist. Die Rotation der Rollen und die daraus resultierende Kompression des Schlauchs an mehreren Stellen erzeugen einen kontinuierlichen Fluss in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit.

Der Antrieb steuert die gesamte Pumpe und bestimmt somit die Vielfalt von Funktionen. Peripexpumpen von Bioengineering verwenden ein Leistungsmodul, das einen bürstenlosen Gleichstrommotor steuert. Somit ist der Motor nahezu wartungsfrei. Bei der kontinuierlichen Prozessführung einer Zellkultur oder der Aufreinigung eines Produkts durch Flüssigchromatographie sind sowohl die Fördergeschwindigkeit als auch die Dosiergenauigkeit wichtig. Gleichzeitig sollten gerade Proteine oder Zellen möglichst schonend transportiert werden. Diese schonende Förderung begünstigt die Peripexpumpe durch eine variable Drehzahleinstellung. Die stufenlose Verstellbarkeit der Rotationsgeschwindigkeit des Pumpenkopfs führt zur stufenlosen und schockfreien Änderung der Fördermenge. Zur Kontrolle der Pumpenaktivität lässt sich eine Trendliniengrafik und eine Anzeige der Aktivität aller Ein- und Ausgänge aufrufen. Der Verbrauch der geförderten Flüssigkeit wird nach Kalibrierung genau angezeigt. Der Messwert lässt sich ebenfalls kalibrieren. Dies spielt vor allem bei Schlauch- und Medienwechsel eine entscheidende Rolle für die Betriebsgenauigkeit. Werden definierte Grenzwerte während des Betriebs über- oder unterschritten, löst das System einen Alarm am Display aus. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, diesen Alarm über einen digitalen Ausgang mit einem externen Signal zu verbinden und beispielsweise ein Trockenlaufen der Vorlagegefäße frühzeitig anzuzeigen. Die externe Steuerung der Peripexpumpe kann über Analog/Digital-Schnittstelle oder über eine Profibusschnittstelle erfolgen.

Spezialfunktionen wie die Profil- oder Kaskadenregelung erweitern das Funktionsspektrum der Peripexpumen. Kaskadenregelung bedeutet die Verknüpfung der Pumpe mit einem weiteren Regler. Die Steuerung erfolgt dann in Abhängigkeit dieses Reglersignals. Ein konkretes Anwendungsbeispiel ist die Regelung der Sauerstoffkonzentration in einer Zellkultur durch Zugabe von frischem Medium. Die Profilfunktion erlaubt ein zeitabhängiges Steigern oder Senken der Fördermenge nach einem genau definierten Schema. Diese Funktion kann beispielsweise bei der Antischaumregelung zum Anheben der Dosiermenge bei exzessiver Schaumbildung verwendet werden.

Die Konstruktion des Pumpenkopfs definiert nicht nur die Förderleistung der Pumpe, sondern auch die Genauigkeit und die Gleichmäßigkeit der Förderung. Wegen der Schlauchkompression durch rotierende Rollen entsteht bei Peristaltikpumpen unweigerlich ein Pulsationseffekt. Dieser ist abhängig vom Schlauchdurchmesser und dem Abstand der Rollen. Pumpenköpfe mit einer geringen Anzahl an Rollen haben einen höheren Pulsationseffekt. Gleichzeitig ist die Fördermenge größer, weil jeweils zwischen zwei Rollen mehr Raum zur Förderung vorhanden ist. Peripexpumpen erreichen eine pulsationsarme Förderung mit zwei verschiedenen Pumpenköpfen für Flussraten von bis zu 30 bzw. 380 ml/min. Der Pumpenkopf für geringere Flussraten ist nach einem speziellen Prinzip aufgebaut. Sechs lagerfreie, speziell geformte Wälzrollen werden von einer zentralen Rolle entlang einer kreisförmigen Rollfläche des Pumpenkopfs bewegt. Ohne zusätzliche Klemmeinrichtung wird der Schlauch zwischen Rolle und Rollfläche ge- halten und dessen Lebensdauer somit erhöht. Dieses Sechs-Rollen-Planetenprinzip führt zu einer exakten und nahezu pulsationsfreien Förderung. Dadurch eignet sich die Peripexpumpe selbst zur Förderung empfindlichster Zellkultursysteme für die Perfusion oder die kontinuierliche Kulturführung.

Für größere Flussraten kann der Pumpenkopf mit wenigen Handgriffen ohne Werkzeuge gewechselt werden. Eine zweifach gelagerte Welle treibt bei diesem Pumpenkopf fünf Rollen an. Seine solide Konstruktion bedingt eine hohe Lebensdauer und eine pulsationsarme und exakte Förderung. Die Schlauchführung durch den Pumpenkopf erlaubt ein Stapeln der Pumpen, was bei der Vielzahl an benötigten Pumpen für Fermentations- und Zellkulturprozesse die Übersichtlichkeit erhöht. Um den zur Verfügung stehenden Platz optimal auszunutzen, können die Pumpen vertikal und horizontal aufgestellt werden.

Die volle Funktionalität einer Peristaltikpumpe kann nur im Zusammenspiel mit dem passenden Schlauch ausgeschöpft werden. Die Schlauchdimension wird durch den Pumpenkopf vorgegeben. Der Innendurchmesser bestimmt die Flussrate und die Wandstärke die Flexibilität des Schlauchs und somit auch seine Lebensdauer. Nach den Schlauchdimensionen ist die chemische Beständigkeit das zweite Auswahlkriterium. Dabei muss die mechanische Belastung des Schlauchs während des Pumpvorgangs berücksichtigt werden. Zur Vermeidung von Schlauchbrüchen und Kontaminationen durch sich ablösendes Schlauchmaterial sind Druck- und Belastungstests unter Prozessbedingungen durchzuführen. Auf die Gaspermeabilität des Schlauchs muss bei der Förderung von sauerstoffsensitiven Medien geachtet werden. Ob ein durchsichtiger Schlauch gewählt wird, hängt davon ab, ob die geförderte Flüssigkeit während des Pumpvorgangs beobachtet werden soll.

cav 467

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