專利名稱：用于流體攪拌元件和相關(guān)容器的滾子軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及流體攪拌，更具體地，涉及一種用于流體攪拌元 件和相關(guān)容器、具體為可折疊混合容器或袋的滾子軸承。
背景技術(shù)：
大部分在工業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)的藥用溶液和懸浮液需要高控、徹底的 混合以實(shí)現(xiàn)滿意的產(chǎn)率并確保成分在最終產(chǎn)品中的均勻分布?；蛟S用 于攪拌此流體的最普通的提議是使用由TEFLON、玻璃等的惰性層覆 蓋的旋轉(zhuǎn)的、永磁體棒。磁性"攪拌器"棒放在攪拌器容器的底部上 并通過(guò)設(shè)置在容器外部的驅(qū)動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)然，此外部驅(qū)動(dòng)磁棒的使用避免了對(duì)容器中用以將旋轉(zhuǎn)力從驅(qū) 動(dòng)磁體傳遞到攪拌磁體的動(dòng)態(tài)軸承、密封件或其它開(kāi)口的需求。因此， 提供完全封閉的系統(tǒng)。這自然防止了泄漏以及由有害材料(例如，細(xì) 胞毒素劑、具有低閃點(diǎn)的溶劑、血液制品等)產(chǎn)生的污染物的可能， 易于清洗，并能夠保持理想的無(wú)菌內(nèi)部環(huán)境，所有這些都認(rèn)為是顯著 的優(yōu)點(diǎn)。
盡管具有這些優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題是在流體攪拌元件與容器 之間產(chǎn)生不需要的摩擦。傳統(tǒng)滾子軸承的使用將有助于在流體攪拌元 件旋轉(zhuǎn)時(shí)為其提供理想的低摩擦支撐。然而，在很多應(yīng)用中，無(wú)菌性 是非常重要的，而傳統(tǒng)的滾子軸承通常不設(shè)計(jì)用于在這樣的環(huán)境中使 用。在用于最終引入生物中的醫(yī)藥品等產(chǎn)品的混合期間，污染物，特別是脫落顆粒的存在需要諸如嚴(yán)密過(guò)濾的昂貴補(bǔ)救步驟，并且如果沒(méi)有保持檢査或控制，則可能是有害的。此外傳統(tǒng)的軸承生產(chǎn)和購(gòu)買昂貴，因此一般不認(rèn)為是一次性產(chǎn)品。
因而，確定對(duì)于確保為諸如袋的混合容器中的通過(guò)外部動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)的流體攪拌元件提供理想的低摩擦支撐的改進(jìn)方式的需求。通過(guò)本發(fā)明提供的改進(jìn)容易使用現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)實(shí)施并且沒(méi)有顯著的附加費(fèi)用?？傮w上，作為改進(jìn)的結(jié)果將實(shí)現(xiàn)效率和使用便利性上的明顯益處，并將大大擴(kuò)展高級(jí)混合系統(tǒng)可使用的潛在應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于對(duì)容器中的流體進(jìn)行攪拌的設(shè)備。該設(shè)備包括位于該容器中的流體攪拌元件和用于可旋轉(zhuǎn)地支撐該流體攪拌元件的軸承。該軸承包括第一和第二座圈以及多個(gè)滾子，所述座圈的至少一個(gè)包括聚偏氟乙稀。
優(yōu)選，滾子包括陶瓷材料，并最優(yōu)選，氮化硅，但也可包括金屬，
諸如不銹鋼。甚至更優(yōu)選，第一和第二座圈都包括聚偏氟乙稀(PVDF)。
軸承可以是止推軸承，滾子采用球的形式。在一個(gè)具體實(shí)施例中，第一座圈與流體攪拌元件成整體，該流體攪拌元件是至少部分磁性的。
此公開(kāi)的另一方面是一種用于對(duì)容器中的流體進(jìn)行攪拌的設(shè)備。該設(shè)備包括位于該容器中的流體攪拌元件和用于可旋轉(zhuǎn)地支撐該流體攪拌元件的止推軸承。該止推軸承包括與流體攪拌元件成整體的第一座圈和與該第二座圈隔開(kāi)并與第二座圈大體相對(duì)的第二座圈。該止推軸承進(jìn)一步包括用于在流體攪拌元件的旋轉(zhuǎn)期間與第一和第二座圈中的至少一個(gè)接合的多個(gè)滾子。
在一個(gè)實(shí)施例中，由容器支撐的接收器(諸如柱)接收和保持該流體攪拌元件。該接收器可與第一座圈大體是同心的，并且可進(jìn)一步
7包括用于將流體攪拌元件保持在接收器上的保持器。最優(yōu)選，該保持器形成接收器的一部分。此外，保持器可連接到第二座圈，以便與流體攪拌元件聯(lián)接，從而將滾子保持在第一座圈與第二座圈之間的空間中。
在本公開(kāi)的另一方面中，該設(shè)備進(jìn)一步包括能夠接收和保持流體和流體攪拌元件的容器。該容器包括柔性部(諸如在袋的情形中)和剛性部。流體攪拌元件包括上座圈，而容器的剛性部包括位于與該上座圈大體相對(duì)的位置處的下座圈。多個(gè)位于上座圈與下座圈之間的滾子為流體攪拌元件提供理想的低摩擦旋轉(zhuǎn)。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的局部示意性、局部橫剖側(cè)視圖，該實(shí)施例包括以具有柔性部和剛性部的袋形式的容器；
圖la是圖1的實(shí)施例中的容器的剛性部的局部示意性、局部橫剖、放大剖面?zhèn)纫晥Dlb是圖1的實(shí)施例中的流體攪拌元件的局部示意性、局部橫剖、放大剖面?zhèn)纫晥Dlc是放大的局部剖面?zhèn)纫晥D，顯示了將柱形式的第一接收器附接到容器的剛性部的一種可能方式；
圖2是顯示圖1的定位在剛性容器中的容器的局部示意性、局部橫剖側(cè)視圖，流體攪拌元件與鄰近的動(dòng)力裝置對(duì)準(zhǔn)并通過(guò)該動(dòng)力裝置懸浮/旋轉(zhuǎn)；
圖3、圖3a和圖3b示出了支撐裝置的各種實(shí)施例，所述支撐裝置分別包括用于支撐流體攪拌元件的滾子軸承；
圖4是支撐裝置的又一實(shí)施例的局部橫剖、局部剖面視圖，該支撐裝置包括用于支撐流體攪拌元件的滾子軸承；
圖5是圖4的裝置的分解視圖6是形成圖4的滾子軸承的一部分的下座圈的頂部平面圖；圖7是流體攪拌元件的分解視圖。
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具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在對(duì)圖1進(jìn)行參照，圖1公開(kāi)了以袋IO形式的本發(fā)明的容器的一個(gè)實(shí)施例，自然當(dāng)排空時(shí)，該袋10是可折疊的。在此實(shí)施例中，袋
10包括具有示意性示出的柔性或非剛性部12和以橫截面顯示的剛性或剛硬部14的本體。袋10可進(jìn)行氣密密封并且可具有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口或接頭(未示出)，用于引入或重新獲得流體?？商娲兀?0可以是未密封或開(kāi)口的。所采用的袋10的具體幾何形狀通常取決于應(yīng)用并認(rèn)為對(duì)本發(fā)明不是關(guān)鍵的。例如，在無(wú)菌流體的情形中，具有無(wú)菌接頭的氣密密封、預(yù)殺菌的袋可能是理想的；而在無(wú)菌性不重要的情形中，開(kāi)口或未密封的袋可能是合適的。要點(diǎn)在于袋IO能夠接收并至少暫時(shí)地保持流體(此處用于表示任何能夠流動(dòng)的物質(zhì)，其可包括液體、液態(tài)懸浮物、氣體、氣態(tài)懸浮物等，沒(méi)有限制)。
剛性部14包括第一接收器16，用于當(dāng)流體攪拌元件18位于袋10中時(shí)將該流體攪拌元件18接收和保持在起始位置(或預(yù)期位置)處。注意此處所用的"保持"限定了流體攪拌元件18直接通過(guò)第一接收器16保持和支撐(見(jiàn)下文)而抵抗任何明顯的左右移動(dòng)(保留公差)的情形以及第一接收器16將流體攪拌元件僅限于在袋10內(nèi)的特定程度的左右移動(dòng)的情形。在此實(shí)施例中，開(kāi)口 18a設(shè)置在流體攪拌元件18中，而第一接收器16是朝著袋10的內(nèi)腔突出的柱20(見(jiàn)圖la和圖lb)。柱20的尺寸設(shè)置為通過(guò)延伸穿過(guò)形成在流體攪拌元件18的本體18b中的開(kāi)口 18a來(lái)接收該流體攪拌元件18(流體攪拌元件18在橫截面中圖示為環(huán)形的，但不一定是圓形的)。如圖1中所示，優(yōu)選開(kāi)口18a的尺寸為使得流體攪拌元件18可自由旋轉(zhuǎn)并且在不與柱20的外表面接觸的情況下在軸向方向上沿柱20移動(dòng)。盡管具有此移動(dòng)自由度，但是仍認(rèn)為用作第一接收器16的柱20通過(guò)作為任何左右移動(dòng)(移動(dòng)的界限由開(kāi)口的尺寸限定)的結(jié)果而與鄰近開(kāi)口 18a的表面接觸來(lái)將流體攪拌元件18固定、限制或保持在容器20內(nèi)的起始位置或預(yù)期位置。袋10的柔性部12可由薄(例如，具有在O.l與0.2毫米之間的厚度)聚乙烯膜制成。該膜優(yōu)選是清澈或半透明的，盡管使用不透明或彩色膜也是可能的。包括柱20的剛性部14可由塑性材料，諸如高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量(UHMW)聚乙烯或類似的材料形成。當(dāng)然，當(dāng)用于形成相對(duì)薄的部件或當(dāng)向其施加適中量的彎曲力時(shí)，這些材料確實(shí)具有某種固有柔性。盡管具有此柔性，但是剛性部14與柔性部12的區(qū)別在于剛性部14通常在引入袋IO中的任何流體的重量之下保持其形狀。
可選地，柱20可包括用于捕獲(capture)流體攪拌元件18并有助于將該流體攪拌元件18保持在其上的部分20a。該部分20a優(yōu)選是超尺寸的并形成柱20的頭或末端。"超尺寸"是指柱20的此部分20a的至少一個(gè)尺寸(長(zhǎng)度、寬度、直徑)大于流體攪拌元件18中的開(kāi)口18a的相應(yīng)尺寸。例如，部分20a在圖1中顯示為盤形的，從而它為柱20的頭端提供大致T形的橫截面。為了防止對(duì)流體攪拌元件18的懸浮和旋轉(zhuǎn)的干擾，超尺寸部20a沿柱20策略性地定位在特定距離處。在它是超尺寸的情形中，柱20通過(guò)流體攪拌元件18中的開(kāi)口 18a可拆卸地附接到剛性部14 (諸如通過(guò)在剛性部中提供用于接收柱的螺紋端的螺紋孔，或者如圖lc中所示，提供具有用于與柱的錐形端部20c上的相應(yīng)突出部20b建立卡扣接合的凹槽14b的孔14a)。在柱20與剛性部14整體形成并包括超尺寸的頭部20a的情形中，此部分應(yīng)足夠薄，使得它彎曲或暫時(shí)變形以使流體攪拌元件18能最初穿過(guò)(見(jiàn)圖lb并注意動(dòng)作箭頭A，其展示了用于使超尺寸頭20a變形從而它穿過(guò)開(kāi)口 18a的力的方向)。
可替代地，柱20的此部分20a不需要如上文所限定地那樣是超尺寸的，而是完全可具有與開(kāi)口 18a足夠接近的尺寸，從而流體攪拌元件18必須與柱20精確地對(duì)齊和對(duì)準(zhǔn)以便接收或取出。在任何情形中，都要著重注意的是將流體攪拌元件18保持在柱20附近的適當(dāng)位置，但保持不直接附接。換言之，盡管第一接收器16 (柱20)將流體攪拌元件18限制或保持在袋10內(nèi)的起始位置或預(yù)期位置，但是它仍能夠在
某種程度上自由地左右移動(dòng)(在此情形中，該程度由開(kāi)口 18a的尺寸限 定)，并且能沿第一接收器16在軸向(在圖1中所示的實(shí)施例中為豎 直)方向上移動(dòng)，此軸向移動(dòng)對(duì)于懸浮是必須的。
如圖la中或許最好地示出，在此實(shí)施例中，剛性部14進(jìn)一步包 括基本平面的外周凸緣22。該凸緣22可以為任意的形狀或尺寸，并且 優(yōu)選在兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的界面I處直接附接或連接到袋IO(該界面I可通 過(guò)將形成袋的柔性部12的材料疊置在凸緣22的內(nèi)側(cè)或外側(cè)表面上以 形成搭接或可能地在某些情形中通過(guò)形成對(duì)接來(lái)形成)。在袋10和凸 緣22由相容的塑性材料制成的情形中，可使用諸如超聲或熱焊接(熱 或激光)的公知技術(shù)在界面處制成該連接以形成密封(該密封至少是 不透液體的并且優(yōu)選是氣密的)?？商娲?，在界面I處也可使用其它 連接裝置(例如，粘合劑)，盡管由于使用焊接技術(shù)能夠提供更可靠的、 防漏密封，在大部分情形中這在理想性方面明顯不是優(yōu)選的。在任一 情形中，可沿這樣形成的接頭明智地使用惰性密封劑以確保防漏、氣 密密封的結(jié)果。如下文進(jìn)一步討論的，通過(guò)簡(jiǎn)單地將剛性部14附接到 袋10的內(nèi)側(cè)或外側(cè)表面可完全地消除對(duì)此界面的需求。
如應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)的，圖1中所示的袋IO可如上所述進(jìn)行制造，流體攪 拌元件18接收在柱20上(這可使用圖lb和lc中所示的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn))。 然后可在通過(guò)柱20將流體攪拌元件18保持在起始位置的情況下對(duì)空 袋10進(jìn)行密封和折疊，以用于運(yùn)輸。在軸向方向(即，圖l中的豎直 方向)的保持可通過(guò)在柱20上方折疊袋10或通過(guò)提供超尺寸或尺寸 與流體攪拌元件18中的開(kāi)口 18a非常接近的部分20a來(lái)實(shí)現(xiàn)。
然后當(dāng)準(zhǔn)備使用時(shí)，將袋IO展開(kāi)。然后可將它放在諸如容器C的 剛性或半剛性的支撐結(jié)構(gòu)中，該容器C沿至少一端部分地打開(kāi)，從而 至少剛性部14保持暴露(見(jiàn)圖2)。然后可諸如通過(guò)開(kāi)口或接頭(在袋 10進(jìn)行預(yù)殺菌或以其它方式在無(wú)菌環(huán)境中使用的情形中，其可以是消過(guò)毒或無(wú)菌的接頭)將流體F引入袋10中。如應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)的，鑒于袋IO 的柔性或非剛性特征，當(dāng)流體F(液體或壓力下的氣體)引入其中時(shí)， 袋IO通常將占據(jù)設(shè)置在鄰近支撐結(jié)構(gòu)或容器C中的任何鄰近空間(見(jiàn) 圖2)。
然后使用外部動(dòng)力裝置24來(lái)促使流體攪拌元件18(其是至少部分 磁性或鐵磁的)至少旋轉(zhuǎn)以攪拌袋IO中的任何流體F。在圖2的實(shí)施 例中，流體攪拌元件18是至少部分磁性的并顯示為通過(guò)動(dòng)力裝置24 懸浮，該動(dòng)力裝置24是可選的，但是理想的。如美國(guó)專利No.6416215
(該專利的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)參引合并于此)中所述，懸浮可通過(guò)定位在 動(dòng)力裝置24內(nèi)并熱聯(lián)接到冷卻源(未示出)的勵(lì)磁冷卻的、熱絕緣超 導(dǎo)元件SE (在圖2中以虛線顯示)提供。此外，如其中所述的，然后 可通過(guò)旋轉(zhuǎn)該超導(dǎo)元件SE來(lái)旋轉(zhuǎn)流體攪拌元件18(在此情形中，流體 攪拌元件18應(yīng)諸如通過(guò)使用至少兩個(gè)具有交變極性的間隔磁體來(lái)產(chǎn)生 非對(duì)稱磁場(chǎng))。另一選擇是使用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(例如，電磁線圈)以 形成能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩傳遞到特定流體攪拌元件的聯(lián)接(該流體攪拌元件可 通過(guò)液力軸承"懸浮"；例如參見(jiàn)Shiobara的美國(guó)專利No.5141327)。 盡管消除對(duì)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(諸如軸)延伸所通過(guò)的袋中的動(dòng)態(tài)密封或開(kāi)口 的需求當(dāng)然是理想的，但是不認(rèn)為用于懸浮和/或旋轉(zhuǎn)流體攪拌元件18
(其優(yōu)選是磁性的)的具體裝置對(duì)實(shí)施此處公開(kāi)的發(fā)明是關(guān)鍵的。
此外，流體攪拌元件18圖示為包括多個(gè)輪葉或葉片B以提高流體 攪拌的程度。如果存在，輪葉或葉片B優(yōu)選沿與剛性部14的相應(yīng)表面 相對(duì)的方向突出。輪葉或葉片B的具體數(shù)量、類型和形式不認(rèn)為是重 要的，只要針對(duì)具體應(yīng)用提供預(yù)期程度的流體攪拌。實(shí)際上，在僅需 要平緩攪拌的應(yīng)用中，諸如防止對(duì)精細(xì)懸浮液的損壞或僅防止袋10中 的流體F的停滯，則不需要提供輪葉或葉片B，因?yàn)樾D(zhuǎn)的平壁環(huán)形 元件18仍提供一定程度的流體攪拌。
如上所述，重要的是不僅要了解流體攪拌元件18在袋10內(nèi)的大體定位或位置，而且要確保它相對(duì)于動(dòng)力裝置24的位置。要做到這一
點(diǎn)，剛性部14可設(shè)有第二接收器26以當(dāng)流體攪拌元件18保持在起始 位置處時(shí)，便于動(dòng)力裝置24相對(duì)于流體攪拌元件18的正確定位。在 圖la和圖lb中所示的實(shí)施例中，第二接收器26采用沿與第一柱20 相對(duì)的方向突出的第二柱28的形式。優(yōu)選，第二柱28與第一柱20基 本同軸(盡管柱20可以是裝配到由第二柱28限定的接收器14a中的獨(dú) 立部件；見(jiàn)圖lc)并適于接收鄰近端面24b中的開(kāi)口 24a，諸如孔，該 端面24b形成用于動(dòng)力裝置24的外殼的一部分。由此，第二柱28有 助于確保流體攪拌元件18 (其通常保持在第一接收器16/柱20附近， 處于起始位置)與動(dòng)力裝置14之間的對(duì)準(zhǔn)形成用于傳遞懸浮或旋轉(zhuǎn)力 的理想耦合。
優(yōu)選，第二接收器26，諸如第二柱28具有與開(kāi)口 24a的形狀相對(duì) 應(yīng)的橫截面形狀。例如，第二柱28的橫截面可以是方形的，用于裝配 到對(duì)應(yīng)形狀的開(kāi)口 24a或定位孔中。同樣地，第二柱28能具有三角形 的橫截面形狀，在此情形中開(kāi)口 28將是三角形的。各種其它形狀也可 使用，只要第二接收器26的形狀補(bǔ)足開(kāi)口 24a的形狀，從而第二接收 器26可自由接收在開(kāi)口 24a中。在此方面，匹配的接收器和開(kāi)口的系 統(tǒng)可用于確保袋10中的流體攪拌元件18對(duì)應(yīng)于特定的動(dòng)力裝置24。 例如，在流體攪拌元件18包括產(chǎn)生與特定超導(dǎo)元件或驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng) 的磁場(chǎng)的特定布置的磁體的情形中，第二接收器26可設(shè)有一定的形狀， 該形狀僅對(duì)應(yīng)于具有此類超導(dǎo)元件或驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力裝置24中的開(kāi)口 24。使用相對(duì)大小的第二接收器26和開(kāi)口 24a以及通過(guò)設(shè)計(jì)流體攪拌 元件18中的開(kāi)口 18a的尺寸，使得它僅裝配在具有較小寬度或直徑的 第一接收器16上，然后使第二接收器26僅對(duì)應(yīng)于與此流體攪拌元件 18相對(duì)應(yīng)的動(dòng)力裝置開(kāi)口 24a也可實(shí)現(xiàn)相似的結(jié)果。
在以往很多的將剛性容器與直接通過(guò)軸承支撐的流體攪拌元件一 起使用的配置中，提供一種外部結(jié)構(gòu)，動(dòng)力裝置能直接或間接地附接 到該外部結(jié)構(gòu)并以懸掛方式保持。此結(jié)構(gòu)用于將動(dòng)力裝置與支撐在其
13中的流體攪拌元件自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。然而，袋10本身通常不能為重達(dá)20千 克的動(dòng)力裝置24提供可靠的支撐。因而，在此處公開(kāi)的實(shí)施例中，用 于與袋10形式的容器一起使用的動(dòng)力裝置24通常從穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu) (未示出)，諸如地板、輪式的高度可調(diào)節(jié)的平臺(tái)等獲得支撐。因?yàn)檫@ 樣一來(lái)與袋10沒(méi)有直接附接，所以由第二接收器26執(zhí)行的將此裝置 與流體攪拌元件18對(duì)準(zhǔn)的功能是重要的。
圖3示出了一實(shí)施例，在該實(shí)施例中，容器是包括剛性部的可折 疊袋卯0的形式，該剛性部限定具有柱920的第一剛性接收器916，該 柱920朝著袋的內(nèi)腔突出。用于支撐流體攪拌元件918的低摩擦軸承 940鄰近柱920，并因而與形成袋(可折疊容器)的一部分的接收器916 關(guān)聯(lián)。優(yōu)選，此軸承940是與柱920獨(dú)立的結(jié)構(gòu)(因而可整體相對(duì)于 柱920旋轉(zhuǎn)或者換言之作為整體旋轉(zhuǎn))，并包括保持器(諸如環(huán)942) 和多個(gè)離散的滾子元件。流體攪拌元件918可以是上文所述并在圖1 中所示的類型的，并因而包括用于經(jīng)由磁耦合而與外部驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(未 示出)相連的磁體918b以便引起以預(yù)期速度的旋轉(zhuǎn)。
在圖示的實(shí)施例中，柱920通過(guò)形成軸承940的一部分的環(huán)942 中的開(kāi)口 942a突出。此環(huán)942又支撐多個(gè)滾子元件，諸如球形滾球944 (并因而形成止推滾珠軸承，盡管在此實(shí)施例中也可使用止推滾柱軸 承)。這些球944至少與同接收器916關(guān)聯(lián)的相應(yīng)剛性支撐面916a接合， 并優(yōu)選從環(huán)942的兩側(cè)以相對(duì)的方式突出，由此還與流體攪拌元件918 的相應(yīng)表面接合并為其提供理想的低摩擦支撐。與柱920關(guān)聯(lián)(可包 括摩擦配合、搭扣配合或螺紋接合的方法)的獨(dú)立鎖定元件950可將 流體攪拌元件918和軸承940保持或捕獲在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 在使用中，在選定的外部動(dòng)力裝置(諸如"磁"驅(qū)動(dòng)或其它方式) 之間可形成磁耦合以旋轉(zhuǎn)流體攪拌元件918。當(dāng)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體攪拌 元件918因而與軸承940接合，這提供理想的低摩擦支撐。即使球944 僅朝著接收器916的剛性支撐面916a突出并與其接合，也是這種情況。
14接收器916和流體攪拌元件918的接合面可由塑料制成，根據(jù)條 件，所述接合面可能遭受磨損以及有害磨損顆粒的形成。要避免這種 情形，能在流體攪拌元件918的鄰近表面、支撐面916a的任一個(gè)或兩 個(gè)之間插入耐磨(例如，金屬或不銹鋼)表面或板(未示出)。此配置 為軸承940的滾動(dòng)元件提供了合適的接觸面。
圖3a和圖3b顯示了可替代實(shí)施例。在圖3A中，滾子軸承940 例如是球軸承，其附接或安裝到鄰近接收器(柱920)的支撐面和另一 附接或安裝到流體攪拌元件918的座圈(諸如外座圈，未示出)。圖3b 示出了一可替代實(shí)施例，在該實(shí)施例中，同樣優(yōu)選為球軸承形式的滾 子軸承940分別直接附接到柱920。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，示出了用于流體攪拌元件1018的支撐裝置的又一 實(shí)施例。在此實(shí)施例中，止推軸承1000形式的滾子軸承支撐流體攪拌 元件1018，該流體攪拌元件1018優(yōu)選是至少部分磁性或鐵磁的(注意 該優(yōu)選實(shí)施例的磁體G)。優(yōu)選，軸承1000包括與流體攪拌元件1018 成整體的第一或上座圈1002以及通過(guò)容器，諸如通過(guò)剛性部1014支 撐的第二或下座圈1004。如同其它實(shí)施例一樣，容器還可包括柔性部， 諸如袋1010 (圖4和圖5中的局部剖面，但參見(jiàn)圖1可見(jiàn)到其完整的 圖示)，該袋1010連接或固定到剛性部1014，優(yōu)選使得氣密密封形成 以阻止任何流體泄漏或污染。
諸如球1003的多個(gè)滾子設(shè)置用于與座圈1002、 1004接合以在旋 轉(zhuǎn)期間為流體攪拌元件1018提供理想的低摩擦。所設(shè)置的滾子的數(shù)量 可根據(jù)它們的尺寸或具體的應(yīng)用而改變，但應(yīng)足以確保為流體攪拌元 件提供均勻、可靠的支撐。要保持圖示實(shí)施例的球1003，同時(shí)允許預(yù) 期滾動(dòng)，用于與滾子接合的座圈1002、 1004的通道或軌道優(yōu)選是U形 或V形的，但能采用其它形式(可能地取決于滾子的形狀)，只要提供 保持功能。下座圈1004包括用于相對(duì)于上座圈1002保持下座圈1004從而將 滾子容納和捕獲在預(yù)期位置以及用于接收流體攪拌元件1018的結(jié)構(gòu)， 從而形成整套組件。如參照?qǐng)D5或許最好地理解的，此保持結(jié)構(gòu)可采 用卡爪1006的形式，該卡爪1006適于彎曲以便沿一個(gè)方向穿過(guò)流體 攪拌元件1018中的開(kāi)口 1018a，然后返回到其初始位置。優(yōu)選，這通 過(guò)設(shè)置具有多個(gè)隔開(kāi)的、細(xì)長(zhǎng)支腿1006a的卡爪1006來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述支 腿1006a各包括外唇緣或凸緣1006b。間隔優(yōu)選為使得支腿1006a可向 內(nèi)彎曲以穿過(guò)流體攪拌元件1018中的開(kāi)口 1018a,但然后迅速?gòu)?fù)原以 確保它們的初始狀態(tài)。
在組裝狀態(tài)中，如圖4中所示，卡爪1006將流體攪拌元件1018 互連到下座圈1004，從而可靠地保持滾子。然而，該聯(lián)接使得沿豎直 方向產(chǎn)生有限程度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便不干擾用以驅(qū)動(dòng)或懸浮流體攪拌 元件的任何磁耦合的形成和保持。如應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)的，此聯(lián)接配置決不阻 礙流體攪拌元件1018由于與容器外部的動(dòng)力裝置的相互作用而自由旋 轉(zhuǎn)的能力，并且在使用期間還將滾子可靠地捕獲在座圈1002、 1004之 間。
如在若干其它實(shí)施例中那樣，接收器也可設(shè)置用于將流體攪拌元 件1018接收和保持在容器內(nèi)。在圖示的實(shí)施例中，此接收器包括具有 保持器諸如超尺寸的頭部1020a的柱1020。這確保在使用期間組裝的 流體攪拌元件1018和下座圈1004保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ缟纤?，?1020可諸如通過(guò)形成在剛性部1014中的孔1014a中的搭扣配合或摩擦 配合進(jìn)行拆裝(諸如在凹槽1014b與保護(hù)裝置1020b之間)。此外，下 座圈1004可具有開(kāi)口 1004a，用于以同心的方式接收柱1020。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定的優(yōu)選實(shí)施例，使用特殊的材料來(lái)形成座 圈1002、 1004和諸如球1003的滾子。具體地，座圈1002、 2004的至
少一個(gè)并優(yōu)選兩個(gè)包括塑性材料，該塑性材料抵抗由于與滾子接合而出現(xiàn)的顆粒脫落。最優(yōu)選，此材料包括聚偏氟乙稀(PVDF)。此類型 材料的具體示例是由KYNAR商標(biāo)標(biāo)識(shí)的材料。滾子可由耐用、耐磨 損的材料，諸如金屬(并優(yōu)選是非腐蝕性的類型，諸如不銹鋼)制成。 優(yōu)選，滾子包括陶瓷材料，并最優(yōu)選氮化硅。如應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)的，軸承940 也能由此材料制成。
在試驗(yàn)期間，當(dāng)與包括PVDF的座圈1002、 1004結(jié)合使用時(shí)，包 括氮化硅的滾子在充分使用之后令人驚訝地具有很少甚至沒(méi)有顆粒脫 落。此外由此產(chǎn)生的組件在材料方面具有最小的成本，因而當(dāng)流體處 理完成時(shí)完全能優(yōu)選與容器一起丟掉或拋棄。下面的所進(jìn)行試驗(yàn)的示 例示出了所實(shí)現(xiàn)的利益和優(yōu)點(diǎn) 示例
試驗(yàn)使用來(lái)自McMaster的7/32" 316不銹鋼球和來(lái)自Barden Corp 的7/32"球的形式的滾子進(jìn)行。所使用的座圈1002、 1004由KYNAR 形成。容器包括剛性塑料水箱，而用作流體攪拌元件1018的磁性葉輪 的旋轉(zhuǎn)通過(guò)外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供。使用三種不同容積的水(100ml,300ml 和1L)。
使用四步Barnsted凈化系統(tǒng)(Model D4541 Epure， 8.3 MegaOhm cm)來(lái)獲得清水。將光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS BX-60,MPlan OLYMPUS 10x/0.25x2BD)與明線計(jì)數(shù)池(Hausser Scientific) —起用于顆粒生成 的后混合判定。
首先，對(duì)球、下座圈、用于水的塑料箱和葉輪進(jìn)行清洗先在丙 酮中，然后在純水中。對(duì)球進(jìn)一步地進(jìn)行超聲清洗。
第一試驗(yàn)使用一升(1L)的清水來(lái)執(zhí)行。然后將水的容 積減小到 300 ml和100 ml。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行6.5-8小時(shí)的旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)停止后，用吸 管將水探針從塑料箱中取出，并在顯微鏡下使用明線計(jì)數(shù)池對(duì)顆粒的 存在進(jìn)行檢測(cè)。此外，在試驗(yàn)前后，在光學(xué)顯微鏡下對(duì)球的表面進(jìn)行檢查，以用于比較。此外使用光學(xué)顯微鏡對(duì)與球接觸的座圈1002、 1004 的表面進(jìn)行研究，試圖檢測(cè)任何的損壞。
對(duì)于金屬球，在lL水中旋轉(zhuǎn)8h之后，在水中沒(méi)有觀察到顆粒。 在試驗(yàn)之后沒(méi)有觀察到球表面的損壞。然而，水的容積的減少(8h減 少100ml)生成了大量的金屬顆粒。球的表面也損失了其光亮的光澤。 此外，在光學(xué)顯微鏡下的檢查顯示出球的表面包括由球碰撞產(chǎn)生的痕 跡。另一方面，沒(méi)有觀察到對(duì)座圈1002、 1004的損壞，并且在水中沒(méi) 有發(fā)現(xiàn)KYNAR顆粒。
使用金屬球，葉輪在300 ml水中旋轉(zhuǎn)7.5h大約產(chǎn)生5個(gè)顆粒/0.1 mn^水。在試驗(yàn)之后，在光學(xué)顯微鏡下對(duì)金屬球的表面進(jìn)行了研究， 并且沒(méi)有觀察到損壞。陶瓷球在試驗(yàn)前后看起來(lái)相同。也沒(méi)有觀察到 對(duì)座圈1002、 1004的損壞。
現(xiàn)在參照用于示出本發(fā)明的又一方面的圖6，下座圈1004可進(jìn)一 步包括板1004b。除了用于接收柱1020 (如使用)的任何開(kāi)口 1004a 之外，此板1004b可包括一個(gè)或多個(gè)外周開(kāi)口 1004c。流體當(dāng)然可流過(guò) 這些開(kāi)口 1004c以激勵(lì)循環(huán)并消除停滯區(qū)。
圖7示出了在圖4-6中顯示的流體攪拌元件1018的一個(gè)可能構(gòu)造。 上部1040連接到下部1050以捕獲優(yōu)選弓形分段形式的多個(gè)磁體G。 下部1050可諸如通過(guò)使用粘合劑、焊接或共模塑直接連接到止推軸承 1000的下座圈1004和/或與該下座圈1004形成整體結(jié)構(gòu)。
已經(jīng)為了示例和描述的目的而提出了上文本發(fā)明的各種實(shí)施例的 描述。這些描述并非意謂著詳盡無(wú)遺或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開(kāi)的確切形 式。明顯的修改是可能的。例如，下座圈1004能直接構(gòu)造到剛性部1014 中，或者可具有用于將下座圈1004連接到剛性部1014的卡爪。所述 的實(shí)施例提供了本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用的最佳示例，從而使本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠在各種實(shí)施例中以及利用各種適于所設(shè)想的 具體應(yīng)用的修改來(lái)使用本發(fā)明。所有的這些修改和變形都在本發(fā)明的 范圍內(nèi)，當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求被公平、合法和公正授權(quán)的范圍對(duì)其進(jìn)行解 釋時(shí)，本發(fā)明的范圍由這些附帶的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)容器中的流體進(jìn)行攪拌的設(shè)備，包括位于所述容器中的流體攪拌元件；以及軸承，所述軸承用于可旋轉(zhuǎn)地支撐所述流體攪拌元件；所述軸承包括第一座圈和第二座圈以及多個(gè)滾子，所述座圈中的至少一個(gè)包括聚偏氟乙稀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述滾子包括陶瓷材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述滾子包括氮化硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述滾子包括金屬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一座圈和所述第二座 圈包括聚偏氟乙稀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述軸承包括止推軸承。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述滾子包括球。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一座圈與所述流體攪 拌元件成整體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述流體攪拌元件是至少部 分磁性的。
10. —種用于對(duì)容器中的流體進(jìn)行攪拌的設(shè)備，包括 位于所述容器中的流體攪拌元件；以及止推軸承，所述止推軸承用于可旋轉(zhuǎn)地支撐所述流體攪拌元件，所述止推軸承包括與所述流體攪拌元件成一體的第一座圈、與第二座 圈間隔開(kāi)并與第二座圈大體相對(duì)的第二座圈、以及用于在所述流體攪 拌元件的旋轉(zhuǎn)期間與所述第一座圈和所述第二座圈中的至少一個(gè)接合 的多個(gè)滾子。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括接收器，所述接收 器由所述容器支撐以接收和保持所述流體攪拌元件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的設(shè)備，其中所述接收器與所述第一座 圈大體是同心的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的設(shè)備，其中進(jìn)一步包括用于將所述流 體攪拌元件保持在所述接收器上的保持器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述保持器形成所述接收 器的一部分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述保持器連接到所述第二座圈。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述第二座圈的所述保持 器與所述流體攪拌元件聯(lián)接，以將所述滾子保持在所述第一座圈與所 述第二座圈之間的空間內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的設(shè)備，其中所述接收器包括柱，所述 柱向內(nèi)突入所述容器的內(nèi)腔中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述第二座圈包括板，所 述板包括用于接收所述流體的至少一個(gè)開(kāi)口。
19. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述流體攪拌元件是至少部分磁性的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述滾子包括陶瓷材料。
21. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述滾子包括氮化硅。
22. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述滾子包括金屬。
23. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述第一座圈和所述第二 座圈中的至少一個(gè)包括聚偏氟乙稀。
24. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述滾子包括球。
25. —種用于攪拌流體的設(shè)備，包括容器，所述容器能夠接收和保持所述流體和流體攪拌元件，所述 容器包括柔性部和剛性部；流體攪拌元件，所述流體攪拌元件包括上座圈；所述容器的所述剛性部包括位于與所述上座圈大體相對(duì)的位置處 的下座圈；以及多個(gè)滾子，所述多個(gè)滾子位于所述上座圈與所述下座圈之間。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述容器的所述剛性部進(jìn) 一步包括用于接收和保持所述流體攪拌元件的接收器。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于將所述流體攪 拌元件保持在所述接收器上的保持器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述保持器形成所述接收 器的一部分。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述保持器形成所述下座 圈的一部分。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述下座圈的所述保持器 與所述流體攪拌元件聯(lián)接，以將所述滾子保持在所述上座圈與所述下 座圈之間的空間內(nèi)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述接收器包括柱，所述 柱向內(nèi)突入所述容器的內(nèi)腔中。
32. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述下座圈包括板，所述 板包括用于接收所述流體的至少一個(gè)開(kāi)口。
33. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述流體攪拌元件是至少 部分磁性的。
34. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述滾子包括陶瓷材料。
35. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述滾子包括氮化硅。
36. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述滾子包括金屬。
37. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述第一座圈和所述第二 座圈中的至少一個(gè)包括聚偏氟乙稀。
38. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述滾子包括球。
39. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述容器包括柔性袋。
全文摘要
流體接收在諸如柔性袋的容器中，并使用由外部動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)并通過(guò)諸如滾子軸承的軸承支撐的內(nèi)部流體攪拌元件進(jìn)行攪拌。該軸承可包括止推軸承，該止推軸承具有至少一個(gè)由聚偏氟乙烯制成的座圈以及多個(gè)相關(guān)滾子，所述滾子優(yōu)選包括諸如氮化硅的陶瓷材料。試驗(yàn)顯示了當(dāng)在攪拌流體的過(guò)程中使用此特定的材料組合時(shí)在顆粒生成方面的有益結(jié)果以及當(dāng)使用不同的材料來(lái)形成滾子時(shí)的益處。
文檔編號(hào)B01F13/08GK101657250SQ200880012031
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者亞歷山大·N·捷連季耶夫, 菲利普·M·曼蒂, 謝爾蓋·捷連季耶夫, 阿爾貝特·沃斯 申請(qǐng)人:萊弗泰克有限公司