Vibrationsmischtechnologie:
Jenseits des rotierenden Rührwerks
Eine oszillierende Platte ersetzt das rotierende Rührwerk und erzeugt einen kontrollierten axialen Fluss für effizientes Mischen in scherempfindlichen industriellen und pharmazeutischen Prozessen.
Der Kernmechanismus des Vibrationsmischens
Beim Vibrationsmischen ersetzt eine vertikal oszillierende Platte die rotierende Welle. Drei Merkmale dieses Mechanismus bestimmen, wie er sich im Behälter verhält.
Oszillation ersetzt Rotation
Eine Mischplatte bewegt sich mit hoher Frequenz und geringer Amplitude auf und ab, angetrieben von einer elektromagnetischen oder mechanischen Antriebseinheit, statt dass eine Welle ein Rührwerk dreht.
Axialer Fluss, kein Wirbel
Während die Platte durch ihre perforierten Bohrungen oszilliert, erzeugt sie einen gerichteten Fluss nach oben oder unten durch den Behälter, statt des zirkulären, wirbelbildenden Strömungsmusters, das für ein rotierendes Rührwerk typisch ist.
Intensität durch Amplitude und Frequenz bestimmt
Die Mischintensität wird durch die Auslenkung und die Geschwindigkeit der Plattenoszillation eingestellt, nicht durch die Drehzahl des Rührwerks oder die Schaufelgeometrie, wodurch derselbe Mechanismus schonend oder intensiv betrieben werden kann.
Wie erzeugt das Vibrationsmischen einen Fluss?
Die meisten Mischplatten sind mit konischen Bohrungen perforiert, statt als massive Scheibe gefertigt zu sein. Da jede Bohrung auf einer Seite enger ist als auf der anderen, ist der Strömungswiderstand beim Auf- und Abbewegen der Platte in eine Richtung höher als in die andere. Dieses Ungleichgewicht erzeugt pro Zyklus einen Nettovolumenstrom in eine einzelne Richtung, wodurch aus der einfachen Vertikalbewegung eine kontinuierliche axiale Zirkulation durch den Behälter entsteht, statt dass die Platte die Flüssigkeit lediglich hin und her schiebt.
Dasselbe Plattendesign kann so eingebaut werden, dass es überwiegend nach oben oder nach unten fördert. Eine Konfiguration mit Aufwärtsfluss kann nahe dem Behälterboden montiert werden, wodurch das Volumen an Flüssigkeit minimiert wird, das bei niedrigem Füllstand ungemischt bleibt, und eignet sich in der Regel für ein schnelles, effizientes Mischen von Flüssigkeiten und leichten Feststoffen. Eine Konfiguration mit Abwärtsfluss ist besser geeignet für Prozesse, bei denen Feststoffe schnell absetzen, Schaumbildung ein Problem darstellt oder keine Luft in die Charge eingebracht werden soll. Eine dritte Variante leitet Gas durch eine Hohlwelle unterhalb der Platte und kombiniert so Mischen und Begasen für Belüftungs- oder Fermentationsaufgaben.
Wie schneidet Vibrationsmischen im Vergleich zu Rührkesseln ab?
Vibrationsmischen erreicht turbulentes, effektives Mischen bei geringerem Energieeinsatz und niedrigeren Reynolds-Zahlen als ein Rührkessel mit rotierendem Rührwerk.
| Metrik | Vibrationsmischen | Rührkessel / rotierendes Rührwerk | Quelle |
|---|---|---|---|
| Einsetzen der turbulenten Strömung | Re 20 bis 300 | Re über 10.000 | Gimba et al., 2026 |
| Spezifischer Energieeintrag | 510 bis 1.530 W/m³ | 8.600 W/m³ (Rushton-Turbine) | Gimba et al., 2026 |
| Dimensionslose Mischzeit | 1,5 bis 3 | 10 bis 100 | Gimba et al., 2026 |
| Zellüberlebensrate (scherempfindliche Kulturen) | Über 99 % | 60 bis 70 % | DrM-Kundentests |
| Energieverbrauch | Etwa 50 % niedriger | Referenzwert | DrM-Tests |
Niedrige Scherung für empfindliche Produkte wie Zellen, Proteine oder empfindliche Emulsionen wichtig ist. Ein Vibrationsmischer mischt schonender als ein rotierendes Rührwerk.
Schaum- oder Wirbelbildung ein Problem darstellt. Ohne rotierendes Rührwerk erzeugt ein Vibrationsmischer keinen zentralen Wirbel, der Luft in die Charge zieht.
Sterilität, geschlossener Betrieb oder der Verzicht auf Dichtungen entscheidend ist. Vibrationsmischen entfernt die rotierende Wellendichtung vollständig und schließt damit eine häufige Kontaminationsquelle aus.
Effizientes Mischen bei geringer Leistung Priorität hat, insbesondere für schnelle Homogenisierung oder kontinuierliche Umwälzaufgaben.
Der Prozess Gasverteilung, Suspendierung, Emulgierung oder Auflösung in einem Behälter umfasst, dessen Größe auf die Mischplatte abgestimmt ist.
Derselbe Mechanismus, drei Wege zum Einsatz
Jedes Mischprodukt von DrM nutzt den oben beschriebenen Mechanismus der oszillierenden Platte. Das richtige Format hängt von Ihrem Behälter, Ihren Sterilitätsanforderungen und der Art der Integration in Ihren Prozess ab.
FUNDAMIX® Vibrationsmischer
StandardmischerDas Standardformat für Neuinstallationen oder die Nachrüstung bestehender Behälter, erhältlich in vier Antriebsgrößen vom Labor- bis zum vollindustriellen Maßstab.
Kompakte Mischsysteme
Schlüsselfertiges SystemVollständige eigenständige oder auf Skids montierte Systeme, die den Mischer mit Behälter, Steuerung und Versorgungseinrichtungen kombinieren, von Glasreaktor-Laboraufbauten bis zu vollautomatisierten Industrieanlagen.
FUNDAMIX® SU
Single-Use-MischerDasselbe vibrationsbasierte Mischprinzip, konzipiert für Einwegbeutel, mit außen am Beutel montiertem Antrieb für einen nicht invasiven, sterilen Aufbau.
Die Ursprünge der Vibrationsmischtechnologie
Den ersten elektromagnetischen Vibrationsmischer entwickelte er bei Chemap AG, dem Unternehmen, das er zur Vermarktung seiner Erfindungen im Bereich Fest-Flüssig-Trennung und Mischtechnik gegründet hatte. Als er Chemap Anfang der 1980er Jahre verkaufte und ein neues Unternehmen gründete, DrM, Dr. Mueller AG, blieb der Vibrationsmischer nicht bei ihm. Er wurde die folgenden 29 Jahre von Graber & Pfenninger GmbH produziert und weiterentwickelt, bevor DrM die Technologie zurückkaufte.
Zurück bei DrM
2012: DrM erwirbt die ursprüngliche Vibrationsmischer-Technologie zurück und führt sie unter dem Namen FUNDAMIX® mit einem neu entwickelten Antrieb wieder ein.
2018: Ein überarbeiteter Antrieb führt zum FUNDAMIX® Silent mit leiserem, effizienterem Betrieb.
2020: DrM stellt den FUNDAMIX® SU vor und passt dasselbe vibrationsbasierte Mischprinzip für die Single-Use-Bioprozesstechnik an.
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Häufig gestellte Fragen
FAQWie wird die Welle abgedichtet, wenn sie sich auf und ab bewegt?
Statt einer Gleitringdichtung führt die Welle durch eine flexible Elastomermembran, die zwischen den Dichtungsbauteilen eingespannt ist. Die Membran verformt sich elastisch mit dem vertikalen Hub der Welle, sodass der Prozess ohne rotierende Dichtflächen oder andere reibungsbasierte Dichtelemente abgedichtet bleibt. Damit entfallen der Verschleiß an den Dichtflächen und die dabei entstehende Wärme, ebenso wie Schmier- oder Sperrflüssigkeitssysteme. Weniger Verschleißteile und keine Schmierstoffe oder Sperrflüssigkeiten an der Dichtstelle senken das Kontaminationsrisiko, während die Membran eine physische Barriere zwischen Prozess und Umgebung aufrechterhält.
Wie lässt sich das Vibrationsmischen vom Labor- in den Produktionsmaßstab übertragen?
Das Vibrationsmischen wird auf geometrischer Grundlage skaliert. Beim Übergang vom Labor- oder Pilotmaßstab in die Produktion wird das Verhältnis von Behälterinnendurchmesser zu Mischplattendurchmesser möglichst nahe an dem im Versuch verwendeten gehalten. So bleibt das Strömungsbild, das die oszillierende Platte erzeugt, unabhängig von der Anlagengröße erhalten. Die Schwingungsamplitude ist dann der wichtigste Einstellparameter und wird so gewählt, dass die geforderte Mischwirkung erreicht wird. Jede FUNDAMIX® Antriebsgröße ist mit verschiedenen Plattendurchmessern erhältlich, sodass sich dieses Verhältnis über die gesamte Modellreihe abbilden lässt.
Eignet sich das Vibrationsmischen nur für schonendes Mischen?
Nein. Die Mischintensität wird durch Amplitude und Frequenz der Platte bestimmt, nicht durch eine feste Rührorgangeometrie, sodass dasselbe Prinzip einen großen Intensitätsbereich abdeckt. Bei geringer Amplitude hält es Zellkulturen und Proteinlösungen schonend in Bewegung. Bei höherer Amplitude erzeugt es intensive Turbulenzzonen, die stark genug sind, um zwei nicht mischbare Flüssigkeiten zu emulgieren.
Wann ist ein rotierendes Rührwerk dennoch die bessere Wahl?
Ein Rotor-Stator-Homogenisator mit hoher Scherung ist die bessere Wahl, wenn die kleinstmögliche Tröpfchengröße das Ziel ist, da seine konzentrierte Scherung Tröpfchen weiter zerkleinert als eine oszillierende Platte. Der zweite entscheidende Faktor ist die Viskosität. Das Vibrationsmischen arbeitet am besten in niedrigviskosen Flüssigkeiten, in denen die Pumpwirkung der Platte den gesamten Behälter schnell umwälzt. Mit steigender Viskosität hängen die Ergebnisse zunehmend vom jeweiligen Produkt ab. Manche hochviskosen Formulierungen lassen sich gut mischen, für andere eignet sich ein rotierendes Rührwerk, das für viskose Medien ausgelegt ist, besser. Für Produkte in diesem Bereich ist ein Versuch auf einer DrM Testanlage der zuverlässigste Weg zur Entscheidung.
Ressourcen & Downloads
Laden Sie detaillierte Broschüren zu FUNDAMIX®, den Kompakten Mischsystemen und FUNDAMIX® SU herunter, um jedes Format zu erkunden und die richtige Lösung für Ihren Prozess zu finden.