DE102019115162A1 - Device for the exchange of substances and / or energy between two media and process for its production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen einem ersten Austauschmedium und wenigstens einem zweiten Austauschmedium umfassend ein Gehäuse (1), das wenigstens eine Kammer umgibt, in der ein Paket (3) von stoff- und/oder energiepermeablen Hohlfasern (3h) angeordnet ist und die durch die Hohlfasern (3h) in zwei Kammerbereiche (1a, 11a/b) unterteilt ist, wobei die Hohlfasern (3h) in einem ersten Kammerbereich (1a) der wenigstens einen Kammer von dem ersten Austauschmedium umströmbar sind und die Hohlfasern (3h) in einem zweiten Kammerbereich (11a/b) der wenigstens einen Kammer von dem wenigstens einen zweiten Austauschmedium durchströmbar sind, wobei das Hohlfaserpaket (3) eine Paketachse aufweist (4), zu der alle Hohlfasern (3h) des Hohlfaserpaketes (3) quer, bevorzugt senkrecht orientiert sind, wobei das Hohlfaserpaket (3) radial beabstandet zur Paketachse (4) über volle 360 Grad um die Paketachse (4) herum mit einer Vergussmasse durchsetzt ist, mittels der die Hohlfasern (3h) des Hohlfaserpaketes (3) untereinander verklebt sind, und das Hohlfaserpaket (3) an seinem äußeren Umfang wenigstens zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandete und jeweils axial erstreckte Dichtelemente (5) aufweist, insbesondere die durch die Vergussmasse ausgebildet sind, und die Dichtelemente (5) in einem in radialer Richtung komprimierten Zustand dicht an der Innenwandung des Gehäuses (1) anliegen und der zweite Kammerbereich (11a/b) der wenigstens einen Kammer durch die Dichtelemente (5) in der Umfangsrichtung in wenigstens zwei Kammerteilbereiche (11a, 11b) unterteilt ist.The invention relates to a device for material and / or energy exchange between a first exchange medium and at least one second exchange medium comprising a housing (1) which surrounds at least one chamber in which a package (3) of material and / or energy-permeable hollow fibers (3h) and which is divided into two chamber areas (1a, 11a / b) by the hollow fibers (3h), wherein the hollow fibers (3h) in a first chamber area (1a) of the at least one chamber can be flowed around by the first exchange medium and the hollow fibers (3h) in a second chamber region (11a / b) of the at least one chamber can be traversed by the at least one second exchange medium, the hollow fiber packet (3) having a packet axis (4), to which all hollow fibers (3h) of the hollow fiber packet ( 3) are oriented transversely, preferably vertically, the hollow fiber package (3) being penetrated with a potting compound at a radial distance from the package axis (4) over a full 360 degrees around the package axis (4) is, by means of which the hollow fibers (3h) of the hollow fiber package (3) are glued to one another, and the hollow fiber package (3) has on its outer circumference at least two circumferentially spaced apart and axially extending sealing elements (5), in particular those formed by the potting compound are, and the sealing elements (5) in a state compressed in the radial direction lie tightly against the inner wall of the housing (1) and the second chamber region (11a / b) of the at least one chamber through the sealing elements (5) in the circumferential direction in at least two Chamber subregions (11a, 11b) is divided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen einem ersten Austauschmedium, insbesondere Blut, und wenigstens einem zweiten Austauschmedium, insbesondere einem Gas, umfassend ein Gehäuse, das wenigstens eine Kammer umgibt, in der ein Paket von stoff- und/oder energiepermeablen Hohlfasern angeordnet ist und die durch die Hohlfasern in zwei Kammerbereiche unterteilt ist, wobei die Hohlfasern in einem ersten Kammerbereich der wenigstens einen Kammer von dem ersten Austauschmedium umströmbar sind und die Hohlfasern in einem zweiten Kammerbereich der wenigstens einen Kammer von dem wenigstens einem zweiten Austauschmedium durchströmbar sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for the exchange of substances and / or energy between a first exchange medium, in particular blood, and at least one second exchange medium, in particular a gas, comprising a housing that surrounds at least one chamber in which a package of substance and / or energy-permeable hollow fibers and which is divided by the hollow fibers into two chamber areas, the hollow fibers in a first chamber area of the at least one chamber being able to flow around the first exchange medium and the hollow fibers in a second chamber area of the at least one chamber by the at least one second exchange medium are permeable. The invention also relates to a method for manufacturing such a device.
Vorrichtungen dieser Art und Verfahren zu deren Herstellung sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Solche Vorrichtungen mit stoffpermeablen Hohlfasern dienen zum Beispiel dazu, den Kohlendioxid-Partialdruck im Blut eines Lebewesens abzusenken, insbesondere unter Erhöhung des Sauerstoff-Partialdruckes. Als erstes Austauschmedium kann somit Blut dienen und als zweites ein Gas, worunter auch ein Gemisch mehrerer Gase verstanden wird, insbesondere das einen höheren Sauerstoffpartialdruck aufweist als das zu behandelnde Blut. Vorrichtungen dieser Art werden z.B. als Oxygenatoren bezeichnet.Devices of this type and methods for their production are basically known in the prior art. Such devices with material-permeable hollow fibers are used, for example, to lower the carbon dioxide partial pressure in the blood of a living being, in particular by increasing the oxygen partial pressure. Blood can thus serve as the first exchange medium and a gas as the second, which is also understood to mean a mixture of several gases, in particular which has a higher oxygen partial pressure than the blood to be treated. Devices of this type are used e.g. referred to as oxygenators.
Es sind des Weiteren solche Vorrichtungen bekannt, bei denen mittels energiepermeablen Hohlfasern Energie zwischen den am Austausch teilnehmenden Medien transportiert wird, insbesondere über die Hohlfaserwandungen hinweg. Hier dient die Vorrichtung z.B. als Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen den Medien.Furthermore, such devices are known in which energy is transported between the media participating in the exchange by means of energy-permeable hollow fibers, in particular across the hollow fiber walls. Here the device serves e.g. as a heat exchanger for exchanging heat between the media.
In Vorrichtungen der genannten Art können somit sowohl nur stoffpermeable als auch nur energiepermeable Hohlfasern, sowie auch Kombinationen beider Fasertypen vorkommen.In devices of the type mentioned, both only material-permeable and only energy-permeable hollow fibers, as well as combinations of both fiber types, can occur.
Im Gehäuse der Vorrichtung steht der genannte erste Kammerbereich in Fluidverbindung mit den Außenflächen der stoff- und/oder energiepermeablen Hohlfasern, wohingegen der genannte zweite Kammerbereich mit den inneren Volumina der Hohlfasern in Verbindung steht. Die Kammer der Vorrichtung ist somit faktisch durch die Hohlfaserwandungen bzw. Membranen in die beiden Kammerbereiche unterteilt. Zwischen den beiden Kammerbereichen kann somit der Stoffaustausch und/oder Energieaustausch zwischen den Austauschmedien über die Hohlfaserwandungen hinweg stattfinden. So kann in den einen Kammerbereich das erste Austauschmedium fließen, z.B. Blut und in den zweiten Kammerbereich ein zweites Austauschmedium, z.B. das Gas zur Sauerstoffanreicherung und/oder Kohlendioxidabreicherung.In the housing of the device, said first chamber area is in fluid connection with the outer surfaces of the material and / or energy-permeable hollow fibers, whereas said second chamber area is in connection with the inner volumes of the hollow fibers. The chamber of the device is thus effectively divided into the two chamber areas by the hollow fiber walls or membranes. The exchange of substances and / or energy between the exchange media can thus take place between the two chamber areas across the hollow fiber walls. In this way, the first exchange medium can flow into one chamber area, e.g. Blood and, in the second chamber area, a second exchange medium, e.g. the gas for oxygen enrichment and / or carbon dioxide depletion.
Die Hohlfasern werden insofern als stoffpermeabel verstanden, als dass diese für bestimmte Stoffe, die hohlfaserspezifisch sind, durchlässig sind, für andere Stoffe hingegen nicht. Solche semipermeablen Hohlfasern lassen in der beispielhaft genannten Anwendung z.B. Kohlendioxidmoleküle und Sauerstoffmoleküle durch die Wandungen der Hohlfaser in beiden Richtungen hindurch, jedoch Blutbestandteile nicht. Als energiepermeabel werden solche Hohlfasern verstanden, welche einen Energieaustausch, z.B. Wärmeaustausch zwischen den Medien beidseits der Hohlfaserwandungen erlauben, insbesondere wobei solche energiepermeablen Hohlfasern nicht stoffpermeabel sind, jedoch auch sein können.The hollow fibers are understood to be material-permeable to the extent that they are permeable to certain substances that are hollow-fiber-specific, but not to other substances. Such semipermeable hollow fibers can be used e.g. Carbon dioxide molecules and oxygen molecules through the walls of the hollow fiber in both directions, but blood components not. Such hollow fibers are understood to be energy-permeable, which allow an energy exchange, e.g. Allow heat exchange between the media on both sides of the hollow fiber walls, in particular where such energy-permeable hollow fibers are not material-permeable, but can also be.
Die Erfindung bezieht sich auch auf solche eingangs genannten energie- und/oder stoffpermeablen Vorrichtungen, wie z.B. Wärmetauscher und/oder Oxygenator-Vorrichtungen, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.The invention also relates to such energy- and / or substance-permeable devices as mentioned at the beginning, e.g. Heat exchangers and / or oxygenator devices, but is not limited to these.
Im Stand der Technik werden solche Vorrichtungen größenspezifisch für die jeweils zu behandelnden Lebewesen hergestellt. Z.B. haben die Vorrichtungen für erwachsene Menschen größere Gehäuse und die Hohlfaserpakete eine größere Austauschoberfläche als für Kinder und besonders Neugeborene. Die Herstellung und Lagerhaltung ist somit entsprechend aufwändig und kostenintensiv.In the prior art, such devices are manufactured specifically for the size of the living being to be treated. E.g. the devices for adult humans have larger housings and the hollow fiber packages a larger exchange surface than for children and especially newborns. The production and storage is accordingly complex and costly.
Des Weiteren ist es im Stand der Technik vorgesehen, die Hohlfasern des Hohlfaserpaketes untereinander und gleichzeitig auch mit dem Gehäuse, welches das Hohlfaserpaket aufnimmt, mit einer Vergussmasse zu verkleben. Dieser Vorgang wird auch Verpottung genannt. Hierdurch sind die Hohlfasern des Hohlfaserpaketes mit dem Gehäuse stoffschlüssig durch die Verklebung verbunden. Es ist daher nicht möglich ein Hohlfaserpaket nach einer Verwendung einer solchen Vorrichtung aus dem Gehäuse zerstörungsfrei zu entfernen, was jedoch für Forschungsanwendungen wünschenswert wäre.Furthermore, the prior art provides for the hollow fibers of the hollow fiber package to be glued to one another and, at the same time, also to the housing which receives the hollow fiber package, with a potting compound. This process is also called mocking. As a result, the hollow fibers of the hollow fiber package are materially connected to the housing by the adhesive bond. It is therefore not possible to remove a hollow fiber package from the housing without destroying it after such a device has been used, but this would be desirable for research applications.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bevorzugt für die Anwendung als Oxygenator und/oder Wärmetauscher bereitzustellen, bei der auf einfache Art und Weise unterschiedlich große Austauschflächen im Hohlfaserpaket realisiert werden können, bevorzugt Hohlfaserpakete unterschiedlicher axialer Länge in ungeänderten Gehäuseanordnungen eingesetzt werden können. Bevorzugt ist es eine Aufgabe, ein benutztes Hohlfaserpaket auch aus einem Gehäuse nachträglich wieder zerstörungsfrei entfernen zu können, z.B. um Forschungsarbeiten daran vornehmen zu können. Weiterhin ist es eine Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a device of the type mentioned at the beginning, preferably for use as an oxygenator and / or heat exchanger, in which exchange surfaces of different sizes can be easily implemented in the hollow fiber package, preferably hollow fiber packages of different axial lengths in unchanged housing arrangements can be used. It is preferred to be able to subsequently remove a used hollow fiber package from a housing without destroying it, for example in order to be able to carry out research work on it. Furthermore, it is a task to provide a method of making such a device.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Hohlfaserpaket eine Paketachse aufweist, zu der alle Hohlfasern des Hohlfaserpaketes quer, bevorzugt senkrecht orientiert sind, wobei das Hohlfaserpaket radial beabstandet zur Paketachse über volle 360 Grad um die Paketachse herum mit einer, insbesondere erhärteten, Vergussmasse durchtränkt/durchsetzt ist, mittels der die Hohlfasern des Hohlfaserpaketes untereinander, insbesondere ausschließlich nur untereinander verklebt sind, und das Hohlfaserpaket an seinem äußeren Umfang wenigstens zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandete und jeweils axial erstreckte Dichtelemente aufweist, insbesondere die durch die Vergußmasse, bevorzugt nach deren Erhärtung, ausgebildet sind und die Dichtelemente in einem in radialer Richtung komprimierten Zustand dicht an der Innenwandung des Gehäuses anliegen und der zweite Kammerbereich durch die Dichtelemente in der Umfangsrichtung in wenigstens zwei Kammerteilbereiche unterteilt ist. Diese Dichtelemente haben bevorzugt eine axiale Länge, die genau oder zumindest der axialen Länge des Hohlfaserpakete betrachtet in der Richtung der Paketachse entspricht. In einer möglichen Ausführung können somit die axialen Enden der Dichtelemente jeweils mit der axialen Stirnfläche des Hohlfaserpaketes fluchtend enden oder gemäß einer nachfolgend noch beschriebenen Ausführung in axialer Richtung darüber hinausstehen.With regard to the device, this object is achieved in that the hollow fiber package has a package axis to which all hollow fibers of the hollow fiber package are oriented transversely, preferably perpendicularly, the hollow fiber package being radially spaced from the package axis over a full 360 degrees around the package axis with an, in particular hardened, Sealing compound is impregnated / penetrated, by means of which the hollow fibers of the hollow fiber package are glued to one another, in particular exclusively only to one another, and the hollow fiber package has on its outer circumference at least two circumferentially spaced apart and each axially extending sealing elements, in particular those through the sealing compound, preferably after them Hardening, are formed and the sealing elements lie tightly against the inner wall of the housing in a compressed state in the radial direction and the second chamber area is divided into at least two chamber subareas by the sealing elements in the circumferential direction is. These sealing elements preferably have an axial length which corresponds exactly or at least to the axial length of the hollow fiber packet viewed in the direction of the packet axis. In one possible embodiment, the axial ends of the sealing elements can thus each end in alignment with the axial end face of the hollow fiber packet or, according to an embodiment described below, protrude beyond it in the axial direction.
Unter einer Anordnung der Hohlfasern quer zur Paketachse wird bevorzugt verstanden, dass die Richtungen der Hohlfaserlängserstreckungen die Richtung der Paketachse kreuzen, die beiden Richtungen also zumindest einen Winkel verschieden von 0 oder 180 Grad zueinander einnehmen. Bevorzugt sind die Hohlfasern senkrecht zur Paketachse orientiert.An arrangement of the hollow fibers transversely to the package axis is preferably understood to mean that the directions of the hollow fiber longitudinal extensions cross the direction of the package axis, that is, the two directions assume at least an angle different from 0 or 180 degrees to one another. The hollow fibers are preferably oriented perpendicular to the package axis.
Nachfolgend wird eine axiale Richtung als die Richtung der Paketachse oder parallel dazu verstanden, insbesondere wobei die Paketachse als bevorzugt zentrisch im Paket liegend angenommen wird. Eine radiale Richtung ist eine Richtung, die auf die Paketachse zuweist oder von dieser startend wegweist, insbesondere senkrecht zur Paketachse.In the following, an axial direction is understood as the direction of the package axis or parallel thereto, in particular the package axis being assumed to be preferably located centrally in the package. A radial direction is a direction that points towards the package axis or starting away from it, in particular perpendicular to the package axis.
Dadurch, dass das Hohlfaserpaket radial beabstandet von der Vergussmasse durchsetzt ist ergibt sich direkt angrenzend an die Paketachse und diese umgebend im Hohlfaserpaket ein von Vergussmasse freier Bereich, insbesondere ein Innenbereich, der somit einen Raum im Hohlfaserpaket darstellt, in welchem die Hohlfasern in der Kammer der Vorrichtung freiliegen. Dieser Bereich stellt den ersten Kammerbereich der wenigstens einen Kammer dar oder ist zumindest mit diesen fluidisch verbunden. Der radiale Abstand der Vergussmasse von der Paketachse muss nicht für alle Winkelpositionen um die Paketachse gleich sein. Z.B. kann der von Vergussmasse freie Raum im Querschnitt senkrecht zur Paketachse eckig, insbesondere rechteckig, oder teilkreisförmig oder parabolisch sein. In axialer Richtung kann der Querschnitt bevorzugt für alle Achspositionen gleich sein. Der Querschnitt kann sich auch mit der axialen Position ändern, z.B. von einem axialen Ende des Paketes in Richtung zum anderen ändern, z.B. verringern. Der radiale Abstand der Vergussmasse von der Paketachse kann hingegen auch für alle Winkelpositionen um die Paketachse, insbesondere auch für alle Axialpositionen im Paket, gleich sein. In diesem Fall ist der von Vergussmasse freie Raum im Hohlfaserpaket ein zylindrischer Raum mit einer Kreisfläche als Grundfläche, der in radialer Richtung außen von Vergussmasse umgeben ist.The fact that the hollow fiber packet is penetrated by the potting compound at a radial distance results in an area in the hollow fiber packet that is free of potting compound directly adjacent to the packet axis and surrounding it, in particular an inner area, which thus represents a space in the hollow fiber packet in which the hollow fibers in the chamber of the Device exposed. This area represents the first chamber area of the at least one chamber or is at least fluidically connected to it. The radial distance between the casting compound and the package axis does not have to be the same for all angular positions around the package axis. E.g. The space free of potting compound can be angular, in particular rectangular, or partially circular or parabolic in cross section perpendicular to the package axis. In the axial direction, the cross section can preferably be the same for all axis positions. The cross-section can also change with the axial position, e.g. change from one axial end of the package towards the other, e.g. reduce. The radial distance between the potting compound and the package axis, on the other hand, can also be the same for all angular positions around the package axis, in particular also for all axial positions in the package. In this case, the space in the hollow fiber package free of potting compound is a cylindrical space with a circular area as the base area, which is surrounded on the outside in the radial direction by potting compound.
Allgemein kann somit der von Vergussmasse freie Raum z.B. ein zylindrischer Raum mit beliebiger Zylindergrundfläche oder ein kegelabschnittförmiger Raum mit beliebiger Kegelgrundfläche sein. Bevorzugt sind die jeweiligen Grundflächen kreisförmig oder eckig. Die Paketachse ist bevorzugt eine Achse, die in diesem von Vergussmasse freien Raum im Hohlfaserpaket liegt, weiter bevorzugt zentrisch in dem von Vergussmasse freien Raum liegt.In general, the space free of casting compound can thus e.g. be a cylindrical space with any cylinder base or a cone section-shaped space with any cone base. The respective base areas are preferably circular or angular. The package axis is preferably an axis that lies in this space free of potting compound in the hollow fiber packet, more preferably lies centrally in the space free of potting compound.
Die Vergussmasse, welche im Hohlfaserpaket den freien Bereich über volle 360 Grad um die Paketachse herum umgibt, und die Hohlfasern untereinander stoffschlüssig verbindet, ist erfindungsgemäß bevorzugt nicht mit den Innenwandungen des Gehäuses stoffschlüssig verbunden, in dem das Hohlfaserpaket angeordnet ist.The potting compound, which surrounds the free area in the hollow fiber package over a full 360 degrees around the package axis and cohesively connects the hollow fibers to one another, is preferably not materially bonded according to the invention to the inner walls of the housing in which the hollow fiber package is arranged.
Anders als im bisherigen Stand der Technik erfolgt die Abdichtung zwischen den Hohlfasern und dem Gehäuse der Vorrichtung nicht über einen stoffschlüssigen Anschluss der Vergussmasse an die Gehäuseinnenwandung, sondern darüber, dass die axial, also parallel zur Paketachse erstreckten Dichtelemente am Außenumfang des Hohlfaserpakets im komprimierten Zustand an der Gehäuseinnenwandung anliegen, somit also aufgrund der Kompression mit einer Kraft an die Gehäuseinnenwandung angedrückt werden und bevorzugt hierdurch dichten. Es ergibt sich somit ein Kraftschluß und/oder Formschluß zwischen einem jeweiligen Dichtelement und der Gehäusewand wodurch die Dichtigkeit erzielt wird.In contrast to the previous state of the art, the sealing between the hollow fibers and the housing of the device does not take place via a material connection of the potting compound to the inner wall of the housing, but rather because the sealing elements, which extend axially, i.e. parallel to the package axis, attach to the outer circumference of the hollow fiber package in the compressed state the housing inner wall, thus being pressed against the housing inner wall with a force due to the compression and thereby preferably sealing. There is thus a force fit and / or form fit between a respective sealing element and the housing wall, whereby the tightness is achieved.
Die Dichtelemente werden bevorzugt durch die Vergussmasse, insbesondere nach Erhärtung einer beim Vergiessen flüssigen Vergussmasse, ausgebildet, welche auch das Hohlfaserpaket um den freien Bereich herum umgibt. Sofern das nicht der Fall ist können die Dichtelemente auch als separate Elemente in die Vergussmasse stoffschlüssig eingebunden sein.The sealing elements are preferably formed by the potting compound, in particular after a potting compound that is liquid during potting has hardened, which compound also surrounds the hollow fiber package around the free area. If this is not the case, the sealing elements can also be used separately Elements to be integrated into the potting compound in a materially bonded manner.
Das Material der Dichtelemente, bevorzugt der Vergussmasse ist vorzugsweise ein solches, das - insbesondere im abgebundenen, erhärteten Zustand - eine Shore A-Härte von 1 bis 100 hat, z.B. ein Elastomer, vorzugsweise, das durch Polymerisation oder Vulkanisation abbindet, beispielsweise ein Silikon oder Latex.The material of the sealing elements, preferably the potting compound, is preferably one which - especially in the set, hardened state - has a Shore A hardness of 1 to 100, e.g. an elastomer, preferably that sets by polymerization or vulcanization, for example a silicone or latex.
Der Vorteil der Erfindung ist es, dass das Hohlfaserpaket nicht stoffschlüssig an die Gehäuseinnenwandung der Vorrichtung angebunden, sondern dichtend, insbesondere die Kammerbereiche dicht voneinander trennend, daran angedrückt ist durch die radial wirkenden Kräfte, so dass ein solches Hohlfaserpaket nach einer Benutzung aus der Vorrichtung zerstörungsfrei entnommen werden kann.The advantage of the invention is that the hollow fiber packet is not firmly bonded to the inner wall of the housing of the device, but is pressed against it in a sealing manner, in particular tightly separating the chamber areas from one another, by the radial forces, so that such a hollow fiber packet is non-destructive after use from the device can be taken.
Selbst wenn eine spätere Entnahme nicht beabsichtig ist, hat die Erfindung den Vorteil, dass das Hohlfaserpaket separat vom Gehäuse der Vorrichtung gefertigt und bevorratet werden kann. Es können so verschiedene Hohlfaserpakete mit verschiedener axialer Länge in der Richtung der Paketachse oder mit verschieden großen freien Innenbereichen gefertigt werden, um unterschiedlich große Austauschflächen bereitstellen zu können, die aber beispielsweise alle den gleichen Außenquerschnitt haben und somit alle in Gehäuse mit demselben Innenquerschnitt eingesetzt werden können. So kann problemlos eine Maßfertigung für den jeweiligen Anwendungsfall unter Nutzung von standardisierten Gehäusekomponenten erfolgen.Even if a later removal is not intended, the invention has the advantage that the hollow fiber package can be manufactured and stored separately from the housing of the device. In this way, different hollow fiber packages with different axial lengths in the direction of the package axis or with different sized free inner areas can be produced in order to be able to provide exchangeable areas of different sizes, which for example all have the same external cross section and can therefore all be used in housings with the same internal cross section . In this way, custom-made production for the respective application can be carried out using standardized housing components.
Durch die wenigstens zwei Dichtelemente wird der zweite Kammerbereich in wenigstens zwei Kammerteilbereiche unterteilt, die in der Umfangsrichtung, also um die Paketachse herum, beabstandet sind, insbesondere also unterschiedliche Winkelerstreckung um die Paketachse haben.The at least two sealing elements subdivide the second chamber region into at least two chamber subregions which are spaced apart in the circumferential direction, ie around the package axis, and in particular have different angular extensions around the package axis.
Bei z.B. genau zwei Dichtelementen können diese bevorzugt um 180 Grad zueinander beabstandet sein, also einander gegenüberliegend am Hohlfaserpaket angeordnet sein. Die Kammerteilbereiche sind durch die Hohlfasern des Hohlfaserpaketes hindurch verbunden und bilden einen Einlassbereich und einen Auslassbereich für das in diesem Fall eine zweiteAustauschmedium, das durch die Hohlfasern fließt.For e.g. exactly two sealing elements, these can preferably be spaced apart by 180 degrees, that is to say they can be arranged opposite one another on the hollow fiber package. The chamber subareas are connected through the hollow fibers of the hollow fiber packet and form an inlet area and an outlet area for the in this case a second exchange medium which flows through the hollow fibers.
Die Kammerteilbereiche die zwischen benachbarten Dichtelementen ausgebildet sind, können beispielsweise durch Hohlfasern verschiedener Legerichtung verbunden sein.The chamber subareas that are formed between adjacent sealing elements can be connected, for example, by hollow fibers in different laying directions.
Bevorzugt kann die Erfindung vorsehen, dass das Hohlfaserpaket mehrere ebene Lagen von Hohlfasern umfasst, die in der Richtung der Paketachse übereinander gestapelt sind. Das Stapeln kann dabei abstandslos, bevorzugt aber auch mit einem Abstand zwischen den Lagen in Richtung der Paketachse erfolgen, z.B. realisiert durch ein flächiges Abstandselement zwischen benachbarten Lagen.The invention can preferably provide that the hollow fiber package comprises several flat layers of hollow fibers which are stacked on top of one another in the direction of the package axis. The stacking can take place without a gap, but preferably also with a distance between the layers in the direction of the package axis, e.g. realized by a flat spacer element between adjacent layers.
Eine jeweilige Lage kann z.B. durch je eine Matte von Hohlfasern ausgebildet sein, bevorzugt in welcher die Hohlfasern durch Kettfäden verbunden sind. Innerhalb einer Lage sind die Richtungen der Hohlfasern bevorzugt immer gleich, d.h. die Hohlfasern liegen parallel. Weiterhin sind innerhalb einer Lage die Hohlfasern alle mit demselben Querschnitt ausgebildet, bevorzugt mit identischer Stoff- und/oder Energiepermeabilität. Eine Lage kann auch durch einen gefalteten Bereich einer Matte gebildet sein.A respective position can e.g. be formed by a mat of hollow fibers, preferably in which the hollow fibers are connected by warp threads. Within a layer the directions of the hollow fibers are preferably always the same, i.e. the hollow fibers are parallel. Furthermore, within a layer, the hollow fibers are all designed with the same cross section, preferably with identical material and / or energy permeability. A layer can also be formed by a folded area of a mat.
Die Lagen im Hohlfaserpaket können beispielsweise alle dieselbe Orientierung der Hohlfasern haben.The layers in the hollow fiber package can all have the same orientation of the hollow fibers, for example.
Die Erfindung kann aber auch vorsehen, dass das Hohlfaserpaket verschiedene Lagen von Hohlfasern mit wenigstens zwei verschiedenen Legerichtungen der Hohlfasern aufweist, d.h. also dass verschiedene Lagen verschiedene Legerichtungen der Hohlfasern haben, wobei die Richtung aller Hohlfasern derselben Lage gleich ist. Lagen mit verschiedener Legerichtung können z.B. abwechselnd im Hohlfaserpaket gestapelt sein. Dabei kann es vorgesehen sein, dass bei verschiedenen Legerichtungen die Lagen so gelegt sind, dass bei einer Anzahl von N verschiedenen Legerichtungen die Hohlfasern der Lagen unter einem Winkel von 180 Grad / N zueinander orientiert sind.However, the invention can also provide that the hollow fiber package has different layers of hollow fibers with at least two different laying directions of the hollow fibers, i.e. So that different layers have different laying directions of the hollow fibers, the direction of all hollow fibers in the same layer being the same. Layers with different laying directions can e.g. be stacked alternately in the hollow fiber package. It can be provided that with different laying directions the layers are laid so that with a number of N different laying directions the hollow fibers of the layers are oriented at an angle of 180 degrees / N to one another.
Je zwei Kammerteilbereiche der zweiten Kammer können durch die Hohlfasern, insbesondere die Hohlfasern der Lagen wenigstens einer bestimmten Legerichtung verbunden sein, insbesondere wobei diese Kammerteilbereiche die Ein- und Auslassbereiche von einem zweiten Austauschmedium bilden.Two chamber subareas of the second chamber can be connected by the hollow fibers, in particular the hollow fibers of the layers, of at least one specific laying direction, in particular with these chamber subareas forming the inlet and outlet areas of a second exchange medium.
Bevorzugt weist das Hohlfaserpaket eine Anzahl von 2xN Dichtelemente auf, wobei N eine ganze Zahl größer gleich 1 ist. Es ergeben sich dann 2xN Kammerteilbereiche, die in Umfangsrichtung um die Paketachse herum angeordnet sind. Bevorzugt sind die 2xN Kammerteilbereiche in N Paare von Kammerteilbereiche aufgeteilt, wobei die Kammerteilbereiche eines Paares durch die Hohlfasern verbunden sind, bevorzugt durch diejenigen einer von mehreren Legerichtungen. Bei N verschiedenen Legerichtungen der Lagen von Hohlfasern können so bis zu N verschiedene Kammerteilbereich-Paarungen erzeugt werden. Es können so z.B. N verschiedene zweite Austauschmedien durch das Hohlfaserpaket geführt werden, wenn Hohlfasern verschiedener Legerichtungen auch verschiedene Austauschmedien führen.The hollow fiber package preferably has a number of 2 × N sealing elements, where N is an integer greater than or equal to 1. This then results in 2xN chamber subareas which are arranged in the circumferential direction around the package axis. The 2xN chamber subareas are preferably divided into N pairs of chamber subareas, the chamber subareas of a pair being connected by the hollow fibers, preferably by those of one of several laying directions. With N different laying directions of the layers of hollow fibers, up to N different pairing of chamber sections can be generated. For example, N different second exchange media can be used by the Hollow fiber packet are guided when hollow fibers of different laying directions also lead different exchange media.
Bevorzugt weist im Gehäuse der Vorrichtung jeder Kammerteilbereich der zwischen zwei Dichtelementen gebildet ist, einen eigenen durch die Gehäusewandung führenden Anschluss auf, durch den ein zweites Austauschmedium in den Kammerteilbereich eingeführt oder aus diesem abgeführt werden kann.In the housing of the device, each chamber sub-area which is formed between two sealing elements preferably has its own connection leading through the housing wall, through which a second exchange medium can be introduced into the chamber sub-area or removed from it.
Die Hohlfasern verschiedener Lagen können auch unterschiedliche Stoff- und/oder Energiepermeabilität aufweisen. Es können in einem Hohlfaserpaket Lagen mit ausschließlich stoffpermeablen Hohlfasern und Lagen mit ausschließlich energiepermeablen Hohlfasern angeordnet sein, bevorzugt wobei die energiepermeablen Hohlfasern keine Stoffpermeabilität für die betrachteten Austauschmedien haben. Auch innerhalb einer Lage können stoff- und energiepermeable Hohlfasern gemischt sein.The hollow fibers of different layers can also have different material and / or energy permeability. Layers with exclusively material-permeable hollow fibers and layers with exclusively energy-permeable hollow fibers can be arranged in a hollow fiber package, preferably with the energy-permeable hollow fibers having no material permeability for the exchange media under consideration. Material- and energy-permeable hollow fibers can also be mixed within a layer.
Sofern in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mehr als ein Hohlfaserpaket der erfindungsgemäßen Art eingesetzt ist, kann es vorgesehen sein, dass ein erstes Hohlfaserpaket Hohlfasern mit einer ersten Stoffpermeabilität aufweist und ein anderes Hohlfaserpaket Hohlfasern mit einer anderen (zweiten) Stoffpermeabilität oder nur mit einer Energiepermeabilität aufweist, insbesondere jeweils die Hohlfaserpakete mit demselben ersten Austauschmedium aber verschiedenen zweiten Austauschmedien verwendet werden. Sofern ein Hohlfaserpaket nur energiepermeable Hohlfasern, aber keine stoffpermeablen Hohlfasern aufweist gelten die in dieser Anmeldung genannten Angaben zu einem Paket mit stoffpermeablen Hohlfasern in gleicher Weise auch für ein Paket mit energiepermeablen Hohlfasern und umgekehrt. Ein Hohlfaserpaket mit energiepermeablen Hohlfasern, insbesondere ausschließlich nur mit energiepermeablen Hohlfasern, das zusammen mit einem Hohlfaserpaket mit stoffpermeablen Hohlfasern in einer Vorrichtung der Erfindung eingesetzt wird, kann bevorzugt in der Fließrichtung des ersten Austauschmediums, insbesondere Blut dem Hohlfaserpaket mit den stoffpermeablen Hohlfasern vorgeschaltet sein.If more than one hollow fiber package of the type according to the invention is used in a device according to the invention, it can be provided that a first hollow fiber package has hollow fibers with a first material permeability and another hollow fiber package has hollow fibers with a different (second) material permeability or only with one energy permeability , in particular the hollow fiber packets with the same first exchange medium but different second exchange media can be used. If a hollow fiber package has only energy-permeable hollow fibers but no material-permeable hollow fibers, the information given in this application for a package with material-permeable hollow fibers also applies in the same way to a package with energy-permeable hollow fibers and vice versa. A hollow fiber package with energy-permeable hollow fibers, in particular exclusively only with energy-permeable hollow fibers, which is used together with a hollow fiber package with material-permeable hollow fibers in a device of the invention, can preferably be connected upstream of the hollow-fiber package with the material-permeable hollow fibers in the flow direction of the first exchange medium, in particular blood.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren gelöst, bei dem zur Herstellung einer Vorrichtung für den Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen einem ersten Austauschmedium, insbesondere Blut, und wenigstens einem zweiten Austauschmedium, insbesondere einem Gas, folgende Schritte umfasst sind:
- • Die Bildung eines Paketes von stoff- und/oder energiepermeablen Hohlfasern durch Anordnen einer Vielzahl von stoff- und/oder energiepermeablen Hohlfasern, insbesondere eines Stapels mehrerer Lagen aus Matten von stoff- und/oder energiepermeablen Hohlfasern in dem Hohlraum eines Formnestes, wobei die Längsrichtung der Hohlfasern quer, bevorzugt senkrecht zu einer im Hohlraum des Formnestes liegenden Paketachse angeordnet ist, die parallel ist zu einer Rotationsachse, um die das Formnest rotierbar ist;
- • Rotieren des Formnestes um die Rotationsachse. Diese Rotationsachse kann z.B. durch den Hohlraum des Formnestes laufen, insbesondere mit der Paketachse identisch sein. In diesen Fall rotiert das Formnest um sich selbst. Es bildet sich ein von Vergussmasse freier Innenbereich, bevorzugt mit kreiszylindrischer Form, um die Rotationsachse / Paketachse aus. Die Rotationsachse kann auch außerhalb vom Hohlraum des Formnestes liegen. So wird durch die Zentrifugalkräfte die flüssige Vergussmasse radial nach außen in Richtung einer Formnestwandung gedrängt und das nachfolgend benannte Befüllen wird für mehrere Drehwinkel-Positionen des Formnestes um die Paketachse wiederholt. Bevorzugt bildet sich so eine mehreckige Form des von Vergussmasse freien Raumes um die Paketachse aus.
- • Befüllen des Hohlraumes während der Rotation mit einer flüssigen erhärtbaren Vergussmasse an wenigstens einer Position radial beabstandet zur Paketachse und Durchtränkung eines zur Paketachse radial beabstandeten Bereiches des Hohlfaserpaketes mit der flüssigen Vergussmasse, wobei ein die Paketachse unmittelbar umgebender Bereich des Hohlfaserpaketes von der Vergussmasse durch die Zentrifugalkräfte freigehalten wird;
- • Erzeugen von wenigstens zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten und jeweils axial erstreckten Dichtelementen am äußeren Umfang des Hohlfaserpaktes durch Befüllen korrespondierend ausgeformter Hohlraumbereiche des Formnestes, die das Hohlfaserpaket radial und/oder axial außen umgeben mit Vergussmasse, bevorzugt derselben Vergußmasse, oder durch Einlegen von separaten Dichtelementen in korrespondierend angeordnete Formnestbereiche, wobei die Dichtelemente durch die Vergussmasse an das Hohlfaserpaket stoffschlüssig angebunden werden;
- • Entnehmen des gebildeten Hohlfaserpaketes aus dem Formnest, insbesondere nach Erhärtung der Vergussmasse;
- • Einsetzen des gebildeten Hohlfaserpaketes in ein rohrförmiges Gehäuse, bevorzugt mit einem zylindrischen Innenquerschnitt, zwischen zwei Deckelelementen, wobei die Dichtelemente in radialer Richtung komprimiert an der Innenwandung des Gehäuses anliegen bzw. an diese angelegt werden.
- • The formation of a package of material and / or energy permeable hollow fibers by arranging a large number of material and / or energy permeable hollow fibers, in particular a stack of several layers of mats of material and / or energy permeable hollow fibers in the cavity of a mold cavity, with the longitudinal direction the hollow fibers are arranged transversely, preferably perpendicularly, to a package axis lying in the cavity of the mold cavity, which axis is parallel to an axis of rotation about which the mold cavity can be rotated;
- • Rotating the mold cavity around the axis of rotation. This axis of rotation can run through the cavity of the mold cavity, for example, and can in particular be identical to the axis of the package. In this case, the mold cavity rotates around itself. An inner region free of casting compound, preferably with a circular cylindrical shape, is formed around the axis of rotation / package axis. The axis of rotation can also lie outside of the cavity of the mold cavity. The centrifugal forces force the liquid casting compound radially outwards in the direction of a mold cavity wall and the filling mentioned below is repeated for several rotational angle positions of the mold cavity around the package axis. In this way, a polygonal shape of the space free of casting compound is preferably formed around the package axis.
- • Filling the cavity during the rotation with a liquid hardenable potting compound at at least one position radially spaced from the package axis and impregnating a region of the hollow fiber packet radially spaced from the packet axis with the liquid potting compound, whereby an area of the hollow fiber packet immediately surrounding the packet axis is removed from the potting compound by the centrifugal forces is kept free;
- Generation of at least two circumferentially spaced and axially extending sealing elements on the outer circumference of the hollow fiber package by filling correspondingly shaped cavity areas of the mold cavity that surround the hollow fiber package radially and / or axially on the outside with potting compound, preferably the same potting compound, or by inserting separate sealing elements in correspondingly arranged mold cavity areas, the sealing elements being firmly bonded to the hollow fiber package by the potting compound;
- • Removing the hollow fiber package formed from the mold cavity, in particular after the potting compound has hardened;
- Insertion of the hollow fiber package formed into a tubular housing, preferably with a cylindrical inner cross section, between two cover elements, the sealing elements being compressed in the radial direction against the inner wall of the housing or being applied thereto.
Die Erfindung kann vorsehen, dass das Hohlfaserpaket hinsichtlich der Anordnung seiner Dichtelemente relativ zum Innenquerschnitt des Gehäuses ein Übermaß, bevorzugt radiales Übermaß aufweist, insbesondere der Abstand einander gegenüberliegender Dichtelemente größer ist als der Abstand der von den Dichtelementen kontaktierten Flächenbereiche des Gehäuses, und durch das Einsetzen in das Gehäuse zumindest im Bereich seiner Dichtelemente radial komprimiert ist.The invention can provide that the hollow fiber packet has an oversize, preferably radial oversize, with regard to the arrangement of its sealing elements relative to the internal cross-section of the housing, in particular the distance between opposing sealing elements is greater than the distance between the surface areas of the housing contacted by the sealing elements, and due to the insertion is radially compressed into the housing at least in the area of its sealing elements.
Eine Fertigung des Hohlfaserpaketes, bei der die Dichtelemente im Übermaß relativ zum Gehäuse angeordnet sind kann mit dem vorbeschriebenen Verfahren erfolgen, wobei das Hohlfaserpaket mit radial komprimierten Dichtelementen axial in das Gehäuse eingeschoben wird. Z.B. kann das Hohlfaserpaket dafür durch einen Trichter geführt werden, der mit fortschreitenden Vorschub die radiale Kompression bewirkt.A manufacture of the hollow fiber package in which the sealing elements are arranged in excess relative to the housing can be carried out using the method described above, the hollow fiber package with radially compressed sealing elements being pushed axially into the housing. E.g. For this purpose, the hollow fiber package can be passed through a funnel which, as the feed progresses, causes the radial compression.
In bevorzugter Ausführung kann die Erfindung vorsehen, dass das Gehäuse eine rohrförmige Gehäusewandung aufweist, deren Achse parallel zur Paketachse liegt, insbesondere wobei die Achse der rohrförmigen Gehäusewandung und Paketachse kollinear sind, wobei das wenigstens eine Hohlfaserpaket zwischen zwei Deckelelementen angeordnet ist, die für das erste Austauschmedium durchlässig sind und die Kammer in axialer Richtung begrenzen. Die rohrförmige Gehäusewandung umgrenzt bevorzugt einen Innenraum der zylindrisch ausgebildet ist. Das rohrförmige Gehäuse kann außen ebenso zylindrisch sein oder eine Kegelabschnittsform aufweisen, z.B. um beim Spritzgießen eine Entformungsschräge zu bieten.In a preferred embodiment, the invention can provide that the housing has a tubular housing wall, the axis of which is parallel to the package axis, in particular wherein the axis of the tubular housing wall and package axis are collinear, with the at least one hollow fiber package being arranged between two cover elements that are used for the first Exchange medium are permeable and limit the chamber in the axial direction. The tubular housing wall preferably delimits an interior space that is cylindrical. The tubular housing can also be cylindrical on the outside or have a conical section shape, e.g. in order to offer a draft angle during injection molding.
Die Deckelelemente können z.B. einen Kanal aufweisen, durch den das erste Austauschmedium führbar ist, der in den von Vergussmasse freien Innenbereich des Hohlfaserpaketes mündet.The cover elements can e.g. have a channel through which the first exchange medium can be guided, which opens into the inner area of the hollow fiber package free of potting compound.
Die Zylindergrundfläche des freien Innenquerschnitts der rohrförmigen Gehäusewandung muss nicht kreisrund sein, dies ist jedoch bevorzugt. Die Grundfläche kann z.B. auch eckig ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Innenquerschnitt bei zylindrischer Gehäusewandung über die axiale Erstreckung hinweg gleichbleibend, insbesondere abgesehen von Zu- und Abführanschlüssen für die Kammerteilbereiche in der Wand.The cylinder base area of the free inner cross section of the tubular housing wall does not have to be circular, but this is preferred. The base can e.g. also be angular. In the case of a cylindrical housing wall, the inner cross-section is preferably constant over the axial extent, in particular apart from supply and discharge connections for the chamber subregions in the wall.
Auch kann das rohrförmige Gehäuse einen in axialer Richtung sich verjüngenden Innenquerschnitt aufweisen, insbesondere als Kegelabschnitt ausgebildet sein, bevorzugt der beim axialen Einschieben eines Hohlfaserpaketes dessen radiale Kompression bewirkt.The tubular housing can also have an inner cross-section that tapers in the axial direction, in particular it can be designed as a conical section, which preferably brings about its radial compression when a hollow fiber packet is axially inserted.
Die Erfindung kann besonders bevorzugt vorsehen, dass die radiale Kompression der Dichtelemente erzeugt wird durch eine axiale Kraftbeaufschlagung, insbesondere durch eine axiale Kompression des Hohlfaserpaketes nach dessen Einsetzen in das Gehäuse. Dafür kann es vorgesehen sein, dass das Hohlfaserpaket zwischen den genannten Deckelementen in axialer Richtung komprimiert ist bzw. komprimiert wird.The invention can particularly preferably provide that the radial compression of the sealing elements is generated by an axial application of force, in particular by an axial compression of the hollow fiber package after it has been inserted into the housing. For this purpose, it can be provided that the hollow fiber package is or is compressed between the mentioned cover elements in the axial direction.
Bevorzugt ermöglicht dies die Erfindung dadurch, dass wenigstens eines der Deckelelemente im Inneren der rohrförmigen Gehäusewandung verschieblich ist. Ein anderes der Deckelelemente kann grundsätzlich verschieblich aber am Gehäuse örtlich fixiert werden, z.B. durch ein Anschlagelement. Ein solches Anschlagelement kann z.B. durch einen Deckel gebildet sein, der axial von außen auf die Stirnfläche der rohrförmigen Gehäusewandung aufgesetzt ist.This is preferably made possible by the invention in that at least one of the cover elements is displaceable in the interior of the tubular housing wall. Another one of the cover elements can in principle be displaceably but fixed locally on the housing, e.g. by a stop element. Such a stop element can e.g. be formed by a cover which is placed axially from the outside onto the end face of the tubular housing wall.
Durch die axiale Verschiebbarkeit zumindest eines der Deckelelemente kann zum einen die axiale Länge der Kammer im Gehäuse variabel an die Hohlfaserpaketlänge angepasst werden und zum anderen kann durch eine Kraftbeaufschlagung auf das bewegliche Deckelelement die Kraft auf das Hohlfaserpaket weitergeleitet werden. Hierdurch wird das Hohlfaserpaket axial komprimiert, was eine Querschnittsvergrößerung bewirken will, die durch die starre Gehäusewandung verhindert ist. Daher wird das Hohlfaserpaket bzw. zumindest dessen Dichtelemente hierdurch radial komprimiert.Due to the axial displaceability of at least one of the cover elements, on the one hand the axial length of the chamber in the housing can be variably adapted to the length of the hollow fiber package and on the other hand the force can be transmitted to the hollow fiber package by applying force to the movable cover element. As a result, the hollow fiber packet is axially compressed, which aims to increase the cross-section, which is prevented by the rigid housing wall. Therefore, the hollow fiber packet or at least its sealing elements is compressed radially as a result.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann es vorsehen, dass im Gehäuse, insbesondere in dem von dessen rohrförmiger Gehäusewandung umgebenen Raum, wenigstens zwei axial hintereinander liegende Kammern angeordnet sind. Je zwei axial beabstandete Kammern sind dabei durch ein axial verschiebbares Deckelelement getrennt, insbesondere welches für das erste Austauschmedium durchlässig ist. In jeder der Kammern ist ein Hohlfaserpaket angeordnet ist. In einer möglichen Ausführung kann wenigstens eines der Hohlfaserpakete in der Vorrichtung stoffpermeable Hohlfasern aufweisen. Wenigstens ein anderes Paket kann z.B. nur energiepermeable Hohlfasern aufweisen oder Hohlfasern einer anderen Stoffpermeabilität. Die Gesamtheit aller Hohlfaserpakete ist bei einer solchen Ausbildung zwischen Deckelementen eingeschlossen, von denen wenigstens eines axial verschiebbar ist.A further development of the invention can provide that in the housing, in particular in the space surrounded by its tubular housing wall, at least two chambers are arranged axially one behind the other. Each two axially spaced chambers are separated by an axially displaceable cover element, in particular which is permeable to the first exchange medium. A hollow fiber package is arranged in each of the chambers. In one possible embodiment, at least one of the hollow fiber packages in the device can have material-permeable hollow fibers. At least one other package can e.g. only have energy-permeable hollow fibers or hollow fibers of a different material permeability. In such a design, the entirety of all hollow fiber packages is enclosed between cover elements, at least one of which is axially displaceable.
In bevorzugter Konstruktion - unabhängig von der Anzahl der Kammern - weist das Gehäuse ein Kompressionselement auf, mit dem ein axialer Kompressionsdruck auf das wenigstens eine verschiebliche Deckelelement ausübbar ist. Dieses Kompressionselement kann sich zu einer Seite am Gehäuse abstützen und zur anderen Seite am Deckelelement. Z.B. kann das Kompressionselement als eine Druckfeder ausgebildet sein oder eine Schraube, insbesondere Hohlschraube. Beide Arten von Kompressionselement haben den Vorteil innen hohl ausgebildet zu sein, so dass das erste Medium durch das Kompressionselement hindurchführbar ist, z.B. durch einen Schlauch oder eine Rohrleitung durch das Kompressionselement zum Kanal im Deckelelement führbar ist.In a preferred construction - regardless of the number of chambers - the housing has a compression element with which an axial compression pressure can be exerted on the at least one displaceable cover element. This compression element can be supported on one side on the housing and on the other side on the cover element. For example, the compression element can be designed as a compression spring or a screw, in particular a hollow screw. Both types of compression element have the advantage of being hollow on the inside so that the first medium can be passed through the compression element, for example through a hose or a pipeline through the compression element to the channel in the cover element.
Eine bevorzugte Ausführung sieht es vor, dass auf wenigstens einer der axialen Stirnflächen des Hohlfaserpaketes, bevorzugt auf beiden, wenigstens eine die Paketachse über 360 Grad vollständig umgebende Dichtlippe, bevorzugt mehrere radial beabstandete, jeweils die Paketachse über 360 Grad vollständig umgebende Dichtlippen angeordnet sind, die an einem Deckelelement anliegt. Mehrere Dichtlippen können in radialer Richtung durch Dichtungsstege verbunden sein.A preferred embodiment provides that on at least one of the axial end faces of the hollow fiber package, preferably on both, at least one sealing lip completely surrounding the package axis over 360 degrees, preferably several radially spaced sealing lips, each completely surrounding the package axis over 360 degrees, which rests against a cover element. Several sealing lips can be connected in the radial direction by sealing webs.
Eine Weiterbildung kann vorsehen, dass ein jeweiliges axial erstrecktes Dichtelement des Hohlfaserpaketes in axialer Richtung über wenigstens eine der axialen Stirnflächen des Hohlfaserpaketes, bevorzugt über beide vorsteht. Weiterhin kann wenigstens eines der Deckelelemente, bevorzugt beide, welche ein Hohlfaserpaket axial umschließen, an einer zu einen Dichtelement des Hohlfaserpakets korrespondierenden Umfangsposition in seiner axialen, zum Hohlfaserpaket weisenden Stirnfläche eine Ausnehmung aufweisen, die in axialer Richtung bis zu einem Dichtring reicht, der in einer Nut in der Umfangsfläche des Deckelelementes angeordnet ist und das Dichtelement des Hohlfaserpaketes den Dichtring des Deckelelementes kontaktiert.A further development can provide that a respective axially extending sealing element of the hollow fiber packet protrudes in the axial direction over at least one of the axial end faces of the hollow fiber packet, preferably over both. Furthermore, at least one of the cover elements, preferably both, which axially enclose a hollow fiber packet, at a circumferential position corresponding to a sealing element of the hollow fiber packet, in its axial end face facing the hollow fiber packet, has a recess which extends in the axial direction to a sealing ring which is in a Groove is arranged in the peripheral surface of the cover element and the sealing element of the hollow fiber packet contacts the sealing ring of the cover element.
So kann besonders vorteilhaft eine Leckage eines zweiten Austauschmediums durch die Nut in Umfangsrichtung des Deckelelementes zwischen zwei Kammerteilbereichen verhindert werden.In this way, it is particularly advantageous to prevent a second exchange medium from leaking through the groove in the circumferential direction of the cover element between two chamber subregions.
Bei der Fertigung des Hohlfaserpaketes sieht es die Erfindung weiterhin bevorzugt vor, dass das aus dem Formnest entnommene Hohlfaserpaket vor dem Einsetzen in das Gehäuse an seinem äußeren Umfang in Bereichen zwischen benachbarten Dichtelementen besäumt wird, insbesondere durch in axialer Richtung durchgeführte Schnitte. So kann z.B. erzielt werden, dass die von Vergussmasse belegten Hohlfaserenden freigeschnitten werden, aber auch, dass der Querschnitt des Hohlfaserpaketes so gestaltet wird, dass dieses am äußeren Umfang bis auf die Bereiche, in denen die Dichtelement angeordnet sind anlagefrei zur Gehäusewand ist. Dies stellt eine gute axiale Komprimierbarkeit sicher, die sodann zu einer Querdehnung in radialer Richtung und zur Kompression der Dichtelemente führt.In the manufacture of the hollow fiber package, the invention furthermore preferably provides that the hollow fiber package removed from the mold cavity is trimmed on its outer circumference in areas between adjacent sealing elements before being inserted into the housing, in particular by making cuts in the axial direction. E.g. be achieved that the hollow fiber ends occupied by potting compound are cut free, but also that the cross section of the hollow fiber package is designed so that it is free of contact with the housing wall on the outer circumference except for the areas in which the sealing elements are arranged. This ensures good axial compressibility, which then leads to transverse expansion in the radial direction and compression of the sealing elements.
Für die Bildung des Hohlfaserpaketes können mehrere Hohlfasermatten in mehreren Lagen übereinander im Hohlraum des Formnestes lagestabil positioniert werden, z.B. dadurch, dass diese axial zwischen Formnestwänden gepresst werden und/oder dadurch, dass diese auf Führungsstangen aufgelegt werden, die den Hohlraum des Formnestes durchdringen und deren Position mit in den Matten eingestanzten Löchern korrespondiert. Es kann vorgesehen sein, dass Löcher in Bereichen des Hohlfaserpaketes liegen, die durch Besäumungsschnitte später entfernt werden.To form the hollow fiber package, several hollow fiber mats can be positioned in a stable position in several layers one above the other in the cavity of the mold cavity, e.g. in that they are pressed axially between mold cavity walls and / or in that they are placed on guide rods which penetrate the cavity of the mold cavity and whose position corresponds to holes punched in the mats. It can be provided that holes are located in areas of the hollow fiber package which are later removed by trimming cuts.
Bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass bei der Herstellung mit dem genannten Verfahren mit Formstrukturen in den axialen Wandbereichen des Formnestes auf wenigstens einer der axialen Stirnflächen des Hohlfaserpaketes, bevorzugt auf beiden, wenigstens eine die Paketachse über 360 Grad vollständig umgebende Dichtlippe, bevorzugt mehrere radial beabstandete, jeweils die Paketachse über 360 Grad vollständig umgebende Dichtlippen und/oder ein in axialer Richtung über wenigstens eine der axialen Stirnflächen des Hohlfaserpaketes erstreckter Bereich eines Dichtelementes aus der Vergussmasse ausgebildet wird. Die zur Konstruktion der Holfaserpaketes beschrieben Dichtelemente und Dichtlippen können so direkt beim Verguss des Paketes erstellt werden. Sie formen sich bevorzugt durch eine jeweilige korrespondierende Negativstruktur in den Formnestwänden ab.Preferably, the invention provides that in the production with the mentioned method with molded structures in the axial wall areas of the mold cavity on at least one of the axial end faces of the hollow fiber package, preferably on both, at least one sealing lip completely surrounding the package axis over 360 degrees, preferably several radially spaced apart , sealing lips that completely surround the package axis over 360 degrees and / or an area of a sealing element that extends in the axial direction over at least one of the axial end faces of the hollow fiber package is formed from the potting compound. The sealing elements and sealing lips described for the construction of the wood fiber package can thus be created directly when the package is potted. They are preferably formed by a respective corresponding negative structure in the mold cavity walls.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass bei Herstellungsverfahren zwischen zwei benachbarten Lagen von Hohlfasermatten ein flächiges Abstandselement eingelegt wird, das zumindest eine Ausnehmung aufweist im Bereich des Hohlfaserpaketes, der von Vergussmasse freibleibt. Die Hohlfasern des Hohlfaserpaketes bleiben so in dem von Vergussmasse freien Bereich zueinander kontaktfrei. Eine Endothelialisierung oder auch eine andere Beschichtung der Hohlfasern kann so auf den Fasern lückenlos aufgebaut werden. Weiterhin kann so ausgeschlossen werden, dass die Endothelialisierung oder andere Beschichtung durch eine Faserbewegung zerstört wird.The invention can also provide that, in the production process, a flat spacer element is inserted between two adjacent layers of hollow fiber mats, which has at least one recess in the area of the hollow fiber package that remains free of potting compound. The hollow fibers of the hollow fiber package thus remain free of contact with one another in the area free of potting compound. Endothelialization or another coating of the hollow fibers can thus be built up on the fibers without any gaps. Furthermore, it can be ruled out that the endothelialization or other coating is destroyed by a fiber movement.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren erläutert:
Die 1 zeigt eine Ausführung einer Vorrichtung der Erfindung mit einem Gehäuse, das eine rohrförmige Gehäusewandung1 , bevorzugt mit kreiszylindrischem Innenquerschnitt aufweist. Das Gehäuse insgesamt ist durch dieGehäusewandung 1 und diestirnseitigen Deckel 8 ,10 ausgebildet. Indieser Gehäusewandung 1 sind zwei Deckelemente2a und2b des Gehäuses angeordnet, zwischen denenein Hohlfaserpaket 3 gemäß der Erfindung liegt.Das Hohlfaserpaket 3 liegt somit in einer zwischen den Deckelelementen2a ,2b unddem rohrförmigen Gehäuse 1 gebildeten Kammer.Ein innerer Bereich 3a desHohlfaserpaketes 3 , insbesondere der direkt um diePaketachse 4 angeordnet ist, ist frei von Vergussmasse. Der radialum den Innenbereich 3a liegende Bereich 3b des Hohlfaserpaketes ist mit erhärteter Vergussmasse getränkt/durchsetzt. Der Volumenbereich, der im vonVergussmasse freien Innenbereich 3a außen um die Hohlfasern angeordnet ist, ist Teil eines ersten Kammerbereichs1a im Gehäuse 1 , der in axialer Richtung von den Deckelelementen2a ,2b begrenzt ist und durch die Hohlfaserwandungen von einem zweiten Kammerbereich getrennt ist. Dieser zweite Kammerbereich ist durch das Volumen radial außen um das Hohlfaserpaket herum und das Inneren der Hohlfasern gegeben.
- The
1 shows an embodiment of a device of the invention with a housing which has atubular housing wall 1 , preferably with a circular cylindrical inner cross-section. The housing as a whole is through thehousing wall 1 and the front cover8th ,10 educated. In thiscase wall 1 are two deck elements2a and2 B of the housing arranged between which ahollow fiber package 3 according to the invention. Thehollow fiber package 3 is therefore in one between the Cover elements2a ,2 B and thetubular housing 1 formed chamber. Aninner area 3a of thehollow fiber package 3 , especially the one directly around the package axis4th is arranged is free of potting compound. The radial around the inside3a lying area 3b of the hollow fiber package is soaked / interspersed with hardened casting compound. The volume area in the inner area free ofpotting compound 3a is arranged outside around the hollow fibers, is part of a first chamber region1a in thehousing 1 , which in the axial direction of the cover elements2a ,2 B is limited and is separated by the hollow fiber walls from a second chamber area. This second chamber area is given by the volume radially on the outside around the hollow fiber package and the interior of the hollow fibers.
Durch die erhärtete Vergussmasse selbst sind am Außenumfang des Hohlfaserpaketes
Die Dichtelemente
Durch die Zu- und Abführungen
Durch die Hohlschraube
Ersichtlich kann somit die Vorrichtung nach einer Benutzung durch Lösen der Hohlschraube
Alle Deckelelemente
All
Die beiden Hohlfaserpakete
Die
Die Hohlfaserpakete
Durch die erhärtete Vergussmasse selbst werden die axial erstreckten Dichtelemente
Je nach Ausführung wird der zweite Kammerbereich in wenigstens zwei Kammerteilbereiche
Bei allen Ausführungen, auch den hier nicht gezeigten, münden die Hohlfasern des Hohlfaserpaketes in die Umfangswandung des Hohlfaserpaketes zwischen je zwei Dichtelementen
Alle
Bei den
Die
Der Formnesthohlraum
Die Hohlfasermatten werden hier auf Stifte
Die
Die
Nach dem Verguss und Aushärtung der elastomeren Vergussmasse wird das Hohlfaserpaket mit den angegossenen Dichtlippen
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