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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Trennapparates.
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Der Trennapparat weist ein von einem rohrförmigen Gehäuse umgebenes Faserbündel aus mikroporösen Hohlfasern auf. Die Hohlfasern bestehen aus polymeren Materialien und weisen, zumeist einen Außendurchmesser von 0,2 bis 2,5 mm auf. Endseitig sind die Hohlfasern in ein Kopfstück eingegossen, welches aus einer ausgehärteten Vergussmasse besteht. Die Vergussmasse füllt den Raum zwischen den Hohfasern aus und dichtet einen Fluidraum innerhalb des Gehäuses gegenüber den Strömungskanälen in den Hohlfasern ab. An der äußeren Stirnfläche des Kopfstückes sind die Hohlfasern offen. Das Faserbündel des Trennapparates umfasst oft mehr als 10.000 Hohlfasern, die an beiden Enden in Kopfstücke eingegossen sind.
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Zur Herstellung des Trennapparates wird ein Faserbündel aus mikroporösen Hohlfasern in ein rohrförmiges Gehäuse eingeschoben und werden aus dem Gehäuse vorstehende Faserenden der Hohlfasern verschlossen, bevor das Faserbündel endseitig mit einer aushärtenden Vergussmasse in das Gehäuse eingegossen wird. Das Verschließen der Faserenden verhindert, dass beim Gießvorgang Vergussmasse in die Kapillaren der Hohlfasern eindringt, und ist ein notwendiger Fertigungsschritt zur Vorbereitung des Gießvorganges. Nach dem Aushärten der Vergussmasse werden die an den Stirnflächen des Gehäuses vorstehenden Enden des Faserbündels durchtrennt. Mit der Durchtrennung der ausgehärteten Vergussmasse werden die in der Vergussmasse endseitig eingebetteten Hohlfasern an der Stirnfläche des Gehäuses geöffnet.
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Beim Verschließen der Faserenden des in das rohrförmige Gehäuse eingeschobenen Faserbündels muss sichergestellt werden, dass ausnahmslos alle Hohlfasern erfasst und ordnungsgemäß verschlossen werden. Die Faserenden der Hohlfasern können thermisch verschlossen werden. Um alle Hohlfasern zu erfassen, muss das an der Stirnseite des Gehäuses vorstehende Ende des Faserbündels umfangsseitig eingefasst werden. Wenn Schließbleche verwendet werden, die mit einer radialen Stellbewegung von außen gegen das Faserbündel bewegt werden, kommt es beim Schließen der Bleche im Bereich der Blechüberlappung immer wieder zu schrägstehenden, nach außen abstehenden Hohlfasern. Bereits einzelne nach außen abstehende Hohlfasern sind nicht tolerabel. Zur Überprüfung ist eine optische Kontrolle mittels eines Mikroskops notwendig. Die Gefahr, dass nicht alle Faserenden des Faserbündels ordnungsgemäß eingefasst und verschlossen werden, ist beachtlich.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem das an der Stirnfläche des rohrförmigen Gehäuses vorstehende Ende des Faserbündels umfangsseitig so eingefasst werden kann, dass alle Hohlfasern des Faserbündels sicher erfasst werden.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren nach Anspruch 1. Erfindungsgemäß wird an mindestens einer Stirnseite des Gehäuses eine ringförmige und an der Stirnfläche des Gehäuses vorstehende Klammer an dem Gehäuse befestigt, bevor das Faserbündel in das Gehäuse eingeschoben wird. Die Klammer fasst das an der Stirnfläche vorstehende Ende des Faserbündels umfangseitig ein während die Faserenden der Hohlfasern verschlossen werden und wird zur erneuten Verwendung wieder von dem Gehäuse abgenommen, bevor das Faserbündel in das Gehäuse eingegossen wird. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist wesentlich, dass die Einfassung für das vorstehende Ende des Faserbündels mit dem Gehäuse verbunden und an der Stirnseite des Gehäuses angeordnet wird, bevor das Faserbündel in das Gehäuse eingeschoben wird. Dadurch ist sichergestellt, dass alle Hohlfasern des Faserbündels eingefasst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Herstellung eines Trennapparates, der beispielsweise zur Mikrofiltration eingesetzt wird und dessen Faserbündel nur an einem Ende mit einer aushärtenden Vergussmasse in das Gehäuse eingegossen wird. Insbesondere ist das Verfahren aber auch zur Herstellung von Trennapparaten geeignet, die für eine Blutwäsche verwendet werden und deren Hohlfasern an beiden Enden im Gehäuse vergossen werden. Zur Herstellung eines Trennapparates, dessen Faserbündel an beiden Enden mit einer aushärtenden Vergussmasse in das Gehäuse eingegossen wird, wird an beiden Stirnseiten des Gehäuses eine Klammer befestigt. Anschließend wird ein Faserbündel aus Hohlfasern in das Gehäuse eingeschoben, welches länger ist als das Gehäuse und an beiden Stirnseiten des Gehäuses bis in den Bereich der Klammern vorsteht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Faserbündel mit einer Folienumhüllung in das Gehäuse eingeschoben. Anschließend wird die Folienumhüllung erfasst und an einer Stirnseite des Gehäuses durch die am Gehäuse befestigte Klammer hindurch herausgezogen. Die Folienumhüllung erleichtert die Handhabung des Faserbündels im Zuge der Montage.
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Die Verfahrensschritte werden vorzugsweise in räumlich getrennten Arbeitsstationen durchgeführt. In einer ersten Arbeitsstation werden die Klammern an dem Gehäuse befestigt. In einer zweiten Arbeitsstation wird das Faserbündel in das Gehäuse eingeschoben. Das Gehäuse mit dem Faserbündel und mindestens einer stirnseitig befestigten Klammer wird danach einer dritten Arbeitsstation zugeführt, in der die Faserenden der Hohlfasern verschlossen werden. In einer vierten Arbeitsstation werden die Klammern wieder vom Gehäuse abgenommen und in der ersten Station wieder eingesetzt. Die Arbeitsstationen sind Teil einer automatischen Montageanlage und durch entsprechende Transfereinrichtungen funktionsmäßig verbunden.
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Die Faserenden der Hohlfasern können thermisch, d. h. durch einen Schweißvorgang, verschlossen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Enden des Faserbündels durch Infrarotstrahlung beheizt und dadurch die Faserenden der Hohlfasern zugeschweißt. Vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse mit dem darin angeordneten Faserbündel und mindestens einer stirnseitig befestigten Klammer während der themischen Behandlung eine Drehbewegung um die Mittelachse des Gehäuses ausführt.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Klammer gemäß Anspruch 8 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Die Klammer besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus zwei Klemmbacken, die an der Stirnseite eines rohrförmigen Gehäuses umfangsseitig anlegbar sind und jeweils eine als Ringhälfte ausgebildete Frontfläche aufweisen, und aus einer federbeaufschlagten Spannvorrichtung, welche die Klemmbacken zu einem Ringkörper mit einer ringförmig geschlossenen Frontfläche verbindet. Die Klemmbacken weisen jeweils ein Formstück mit einer Anlagefläche zur Anlage an einem mantelseitigen Stutzen des Gehäuses auf. Die ringförmig geschlossene Frontfläche des Ringkörpers steht an der Stirnseite des Gehäuses axial vor, wenn die Klemmbacken unter der Wirkung der Spannvorrichtung am Gehäuse anliegen und so positioniert sind, dass die Formstücke den radial vom Gehäuse abstehenden Stutzen umgreifen. Durch das Zusammenwirken der Formstücke und des gehäuseseitigen Stutzens ist die Klammer unverlierbar und gegen Verdrehen gesichert an der für die Funktion richtigen Position an der Stirnseite des Gehäuses gehalten.
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Die Spannvorrichtung der Klammer weist vorzugsweise zwei parallel angeordnete Bolzen auf, an denen die Klemmbacken verschiebbar geführt sind. Auf dem Bolzen sind jeweils zwei Druckfedern angeordnet, die zwischen einer Anschlagfläche an einer Klemmbacke und einem Bolzenkopf eingespannt sind. Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung sieht vor, dass die Klemmbacken Arme mit einer Bohrung für die Bolzen aufweisen und dass die Druckfedern zwischen den Armen und den Bolzenköpfen eines zwei Arme durchfassenden Bolzens angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Fuge zwischen den Frontflächen der beiden Klemmbacken zumindest in einem an den inneren Umfang angrenzenden Ringbereich in Tiefenrichtung eine Stufe auf, wobei die Stufenflächen der Fuge sich überlappen, wenn die Klammer bestimmungsgemäß an dem rohrförmigen Gehäuse anliegt. Die stufenförmige Formtrennung der beiden Klammerhälften verhindert wirksam ein Einklemmen von Hohlfasern, wenn das Faserbündel in das Gehäuse eingeschoben wird.
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Die Frontflächen der Klemmbacken weisen ferner zweckmäßig eine an den inneren Umfang angrenzende stirnseitig vorstehende Ringfläche auf. Die vorstehende Ringfläche wirkt sich günstig auf die Wärmeverteilung aus, wenn die Faserenden der Hohlfasern durch Infrarotstrahlen verschlossen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen schematisch
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1 die Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Trennapparates,
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2 eine Klammer zur Verwendung des in 1 dargestellten Verfahrens im ungespannten Zustand und
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3 die Klammer gemäß 2 im gespannten Zustand.
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Das in 1 dargestellte Verfahren dient der Herstellung eines Trennapparates 1, der ein rohrförmiges Gehäuse 2 mit zwei mantelseitigen Flüssigkeitsstutzen 3 und ein darin an beiden Enden eingegossenes Faserbündel 4 aus mikroporösen Hohlfasern aufweist. Die Hohlfasern bestehen aus Kapillaren, die einen Außendurchmesser zwischen 0,2 mm und 2,5 mm und mikroporöse Wände aufweisen.
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Zur Herstellung des Trennapparates 1 werden in einem ersten Verfahrensschritt a an den Stirnseiten des Gehäuses 2 ringförmige und an den Stirnflächen des Gehäuses vorstehende Klammern 5 an dem Gehäuse 2 befestigt. In einem zweiten Verfahrensschritt b wird ein Faserbündel 4 aus Hohlfasern in das rohrförmige Gehäuse 2 eingeschoben. Zur Vereinfachung der Handhabung ist das Faserbündel 4 zunächst von einer Folienumhüllung 6 umgeben. Nach dem Einsetzen des Faserbündels 4 in das Gehäuse 2 wird die Folienumhüllung 6 erfasst und an einer Stirnseite des Gehäuses 2 durch die am Gehäuse befestigte Klammer 5 hindurch herausgezogen. Die Hohlfasern sind länger als das Gehäuse 2 und stehen an den Stirnflächen des Gehäuses 2 vor. Die vorstehenden Enden 7 des Faserbündels 4 werden von den am Gehäuse 2 zuvor befestigten Klammern 5 umfangsseitig eingefasst. In dieser Anordnung werden die Faserenden der Hohlfasern in einem dritten Verfahrensschritt c thermisch, insbesondere durch eine Infrarotbeheizung 8, verschlossen. Während der thermischen Behandlung kann das Gehäuse 2 mit dem darin angeordneten Faserbündel 4 und den stirnseitig befestigten Klammern 5 eine Drehbewegung um die Mittelachse 9 des Gehäuses ausführen. Schließlich werden die Klammern 5 in einem vierten Verfahrensschritt d von dem Gehäuse 2 wieder abgenommen. Die Verfahrensschritte a bis d werden in räumlich getrennten Arbeitsstationen durchgeführt. Die vom Gehäuse 2 abgenommenen Klammern 5 werden in die erste Arbeitsstation zurückgeführt und dort bei der Fertigung nachfolgender Trennapperate wieder eingesetzt.
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Das Verschließen der Faserenden der Hohlfasern dient der Vorbereitung eines nachfolgenden Gießprozesses. Nachdem die Faserenden der Hohlfasern verschlossen wurden und die Klammern 5 von dem Gehäuse 2 wieder abgenommen worden sind, werden an den Stirnflächen des Gehäuses 2 Gießkappen 10 aufgesetzt und wird das Faserbündel 4 mittels einer in das Gehäuse 2 eingeführten aushärtenden Vergussmasse 11 endseitig verschlossen. Das Vergießen erfolgt in einem Schleuderverfahren, bei dem das Gehäuse 2 um eine Symmetrieachse 12 orthogonal zur Längserstreckung des Gehäuses 2 in Rotation versetzt wird. Unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte fließt das Vergussmaterial 11, welches durch die mantelseitigen Flüssigkeitsstutzen dem Gehäuse 2 zugeführt werden kann, nach außen in den Bereich der Gießkappen 10 und füllt den Raum zwischen den Hohlfasern aus. Nach dem Aushärten des Vergussmaterials 11 werden die an den Stirnflächen des Gehäuses 2 vorstehenden Enden des Faserbündels 4 durchtrennt, um die in der Vergussmasse 11 endseitig eingebetteten Hohlfasern an den Stirnflächen des Gehäuses 2 zu öffnen. Die abgetrennten Abschnitte werden als Abfallstücke 13 entfernt. In einem letzten Verfahrensschritt werden an dem Trennapparat 1 endseitige Strömungskappen 14 befestigt, die einen Strömungsraum für das den Hohlfasern zugeführte Fluid bilden.
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Die 2 und 3 zeigen die konstruktive Ausgestaltung der für das beschriebene Verfahren verwendeten Klammer 5. Die Klammer 5 besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus zwei Klemmbacken 15, die an der Stirnseite eines rohrförmigen Gehäuses 2 umfangsseitig anlegbar sind und jeweils eine als Ringhälfte ausgebildete Frontfläche 16 aufweisen, und aus einer federbeaufschlagten Spannvorrichtung 17, welche die Klemmbacken 15 zu einem Ringkörper mit einer ringförmig geschlossenen Frontfläche verbindet. Die Klemmbacken 15 weisen jeweils ein Formstück 18 mit einer Anlagefläche 19 zur Anlage an einem mantelseitigen Stutzen 3 des Gehäuses 2 auf. Der Darstellung in den 2 und 3 ist zu entnehmen, dass die ringförmig geschlossene Frontfläche des Ringkörpers an der Stirnseite des Gehäuses 2 axial vorsteht, wenn die Klemmbacken 15 unter der Wirkung der Spannvorrichtung 17 am Gehäuse 2 anliegen und so positioniert sind, dass die Formstücke 18 den radial vom Gehäuse 2 abstehenden Stutzen 3 umgreifen.
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Zur Spannvorrichtung 17 gehören zwei parallel angeordnete Bolzen 20, an denen die Klemmbacken 15 verschiebbar geführt sind. Auf den Bolzen 20 sind jeweils zwei Druckfedern 21 angeordnet, die jeweils zwischen einer Anschlagfläche an einer Klemmbacke 15 und einem Bolzenkopf 22 eingespannt sind. Die Klemmbacken 15 weisen Arme 23 mit einer Bohrung für die Bolzen 20 auf, wobei die Druckfedern 21 zwischen den Armen 23 und den Bolzenköpfen 22 eines zwei Arme durchfassenden Bolzens 20 angeordnet sind.
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Der 2 entnimmt man ferner, dass die Fuge 24 zwischen den Frontflächen 16 der beiden Klemmbacken 15 zumindest in einem an den inneren Umfang angrenzenden Ringbereich in Tiefenrichtung, d. h. in Axialrichtung des Gehäuses, eine Stufe 25 aufweist. Die Stufenflächen der Fuge überlappen sich, wenn die Klammer 5 bestimmungsgemäß an dem rohrförmigen Gehäuse 2 anliegt. Die beschriebene Formtrennung der beiden Klammerhälften verhindert ein Einklemmen von Hohlfasern bei der Positionierung des Faserbündels 4 innerhalb des Gehäuses 2.
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Die Frontflächen 16 der Klemmbacken 15 weisen eine an den inneren Umfang angrenzende stirnseitig vorstehende Ringfäche 26 auf. Der axiale Vorsprung wirkt sich günstig auf die Wärmeverteilung beim thermischen Verschließen der Faserenden aus.
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Schließlich enthalten die Klemmbacken 15 noch Führungsausnehmungen 27 für das Handling in automatischen Zuführeinrichtungen.
