DE102012021011B4

DE102012021011B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hohlfaserbündeln

Info

Publication number: DE102012021011B4
Application number: DE102012021011.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2032-10-27
Also published as: DE102012021011A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Hohlfaserbündeln,- die auf einer Haspel mit zwei Zinken als Strang aufgehaspelt und danach abgelängt werden, und- die aus mehreren Lagen mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Hohlfasern bestehen,- welche nacheinander schraubenlinienförmig um die weiter innen liegenden Hohlfasern gewunden werden, indem der auf der Haspel bereits vorhandene Strang um seine Längsachse gedreht wird,- wobei Lagen mit entgegengesetzter und verschiedener Steigung und mit paralleler Faser-Anordnung gebildet werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:a) Jede der beiden Zinken 1 ist mittels einer Welle (6) im Gelenkpunkt (11) eines Gelenkarms (9) drehbar gelagert, wobei die Achse (7) der Welle (6) außerhalb der Zinken-Begrenzungsflächen (5) liegt und parallel ist zur Längsachse (8) des zwischen den Zinken aufzuhaspelnden Strangs (3);b) Der Gelenkarm (9) wird mit Hilfe einer Getriebe-Einrichtung (10) so geführt, dass der Gelenkpunkt (11) zusammen mit der Welle (6) eine Kreisbahn beschreibt, deren Radius dem Abstand (a) zwischen der Achse (7) der Welle (6) und der Längsachse (8) des Strangs (3) entspricht;c) Gleichzeitig dreht sich die Welle (6) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und Drehrichtung wie die Kreisbewegung des Gelenkpunkts (11), so dass die Überlagerung beider Drehbewegungen eine Drehung der Zinken um die Strang-Längsachse (8) ergibt;d) In Ruhestellung der Zinken liegt die Achse (7) der Welle (6) zwischen dem Strang (3) und der Haspel (2).

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Hohlfaserbündeln für Dialysatoren und ähnliche Filtereinrichtungen, die aus mehreren schraubenlinienförmig gewundenen Hohlfaser- Lagen mit gegenläufiger Steigung bestehen.
Eine derartige Anordnung ist u.a. in der Patentanmeldung 10 2011018 925.4 beschrieben. Das zugehörige Herstellverfahren sieht vor, die Hohlfasern auf einer Zwei-Zinken-Haspel aufzuwickeln, den dort bereits vorhandenen Strang, bzw. die beiden Zinken, um seine Längsachse zu drehen und dabei das neu zugeführte Hohlfaser-Band in Form einer Schraubenlinie um den Strang zu legen. Dabei können Lagen mit entgegengesetzten und variierenden Steigungen sowie mit paralleler Fadenanordnung -gebildet werden.
Das Ziel dieser Vorschläge ist es, eine gleichmäßigere Verteilung der Strömung über dem FilterQuerschnitt und damit eine verbesserte Filtrationsleistung zu erreichen.
Zwei-Zinken-Haspeln, wie in der o.g. Anmeldung vorgesehen , sind aus der Patentliteratur und der praktischen Anwendung bekannt.
U.a. wird eine derartige Anordnung in der Offenlegungsschrift DE 10 2006 057 101 A1 vorgeschlagen, wie bereits in der o.g. Anwendung erwähnt ist. Jedoch ist das dort beschriebene Verfahren nicht dafür vorgesehen, schraubenlinienförmige Hohlfaser-Lagen herzustellen oder die Filtrationsleistung durch andere Maßnahmen zu erhöhen.
Ebenfalls eine Zwei-Zinken-Haspel zeigt die Druckschrift FR 2674231 A1 ; dort ist eine DrehzahlSteuerung der Haspel dargestellt, um eine konstante Fadenspannung zu erzielen. Eine Schraubenlinien -Form der Fasern ist ebenfalls nicht vorgesehen.
Einen anderen Weg, um die Strömungsverteilung im Filter zu verbessern, schlägt die Veröffentlichung WO 2010/128044 A1 vor. Hier sollen benachbarte Fäden, die üblicherweise gewellt sind, zwischen der Faser-Produktionsanlage und der Haspel durch unterschiedlich langeLaufstrecken zu einer Phasenverschiebung veranlasst werden. In der Praxis müsste man dazu bei den heute üblichen Anlagengrößen bis zu 1.500 Einzelfäden jeweils auf separaten Spuren durch die ganze Faser-Spinnanlage führen, was die Investitions- und Herstellkosten sowie den Zeitaufwand beim Anfahren der Anlage enorm erhöhen würde.
Weitere Veröffentlichungen über die Herstellung von Hohlfaserbündel für Filtereinrichtungen sind bereits in der Anmeldung 10 2011018 925.4 erwähnt.
Die hier dargestellten Erfindung stellt eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung zur Anmeldung 10 20011 018 925.4 dar.
In der praktischen Anwendung ergeben sich einige Besonderheiten und Anforderungen an eine derartige Vorrichtung:

• Die Drehung um die Längsachse kann nur in bestimmten Winkelstellungen der Haspel gegenüber dem zugeführten Hohlfaser-Band erfolgen.
• In bestimmten Stellungen, wenn der Winkel zwischen Strang und Hohlfaser-Band nahe 0° oder 180° liegt, ist der Raum außerhalb der Zinken in der verlängerten Strang-Achse frei zu halten von irgendwelchen Bauteilen, damit sich die zugeführten Fasern ungestört bei der Haspel-Drehung um die Zinken legen können.
• Der ganze Vorgang der Schraubenlinien-Bildung muss sehr schnell erfolgen, damit die in der Praxis üblichen Produktionsgeschwindigkeiten eingehalten werden können.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, das unter 10 2011 018 925.4 vorgeschlagene Verfahren zu verbessern und geeignete Vorrichtungen dafür vorzuschlagen, wobei die vorstehend genannten Anforderungen erfüllt werden sollen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das in Patentanspruch 1 dargestellte Verfahren und die in den weiteren Ansprüchen vorgeschlagenen Ausführungen. Damit wird insbesondere ein schneller Ablauf erzielt, weil die Drehung um die Strang-Längsachse jederzeit ohne Zeitverzögerung starten und stoppen kann; zudem ist es möglich, diesen Vorgang (bei geeigneter Positionierung der Umlenkrolle) während der Haspel-Drehung durchzuführen.
Die wichtigsten Merkmale der Erfindung sind in den folgenden Abbildungen erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens,
2 einen Ausführungsvorschlag mit elektromotorischen Drehantrieben,
3 einen weiteren Vorschlag, bei dem die Zinken-Drehung durch ein Parallelkurbel-Getriebe realisiert wird,
4 die Ansicht aus Richtung X zur Darstellung in 3, und
5 eine Variante zu 3.

1 erläutert das Prinzip des vorgeschlagenen Verfahrens. Auf den Zinken 1 der Haspel 2 wird der Strang 3 durch Drehung der Haspel um die Drehachse 4 aufgewickelt. In der dargestellten Situation befinden sich die Zinken in Grundstellung und relativ zur Haspel 2 im Stillstand; dabei ist der Bereich mit der Breite (c) außerhalb der Zinken in Verlängerung des Strangs 3 frei zugänglich, so dass sich neu zugeführte Fasern bei der Haspel-Drehung um die Zinken legen können, seitlich geführt von den Begrenzungsflächen 5. Zinken 1 und Begrenzungsflächen 5 sind verbunden mit einer Welle 6, die im Abstand a parallel zur Strang-Längsachse 8 liegt. Die Welle 6 ist drehbar gelagert in einem Gelenkarm 9. In Grundstellung der Zinken liegt die Lager-Achse 7 zwischen dem Strang 3 und der Haspel 2.
Mit Hilfe einer Getriebe-Einrichtung 10, die mit der Haspel 2 verbunden ist, wird der Gelenkarm 9 so geführt, dass der Gelenkpunkt 11 und mit Ihm die Lager-Achse 7 eine Kreisbahn 12 beschreibt, deren Mittelpunkt auf der verlängerten Strang-Längsachse 8 liegt und deren Radius demzufolge dem Abstand a entspricht. Gleichzeitig mit dieser Kreisbewegung wird die Welle 6 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und in derselben Drehrichtung angetrieben. Die Überlagerung beider Bewegungen resultiert in einer Drehung der Zinken um die Strang-Längsachse 8.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Getriebe-Einrichtung 10 durch einen Kurbeltrieb mit den Gliedern 13 und 14 gebildet wird. Das Glied 13 wird um die Achse 15 durch einen Servo- oder Schrittmotor 17 gegenüber der Haspel 2 verdreht; ein weiterer Motor 18 verändert am Gelenkpunkt 16 die Winkelstellung von Glied 14 gegenüber Glied 13. Mit Hilfe einer geeigneten Zwei-Achs-Steuerung kann so der Gelenkpunkt 11 auf einer beliebigen Bahnkurve geführt werden, entsprechend der Kinematik eines Scara-Roboters. Im vorliegenden Fall führt das System eine Kreisbewegung 12 aus.
Ein weiterer Motor 19 verdreht gleichzeitig koaxial zum Gelenkpunkt 11 die Welle 6 so, dass die Zinken 1 sich um die Strang-Längsachse 8 drehen.
3 und 4 beschreiben einen Vorschlag, bei dem die Zinken-Drehung durch ein Parallelkurbelgetriebe bewirkt wird, also dem Sonderfall eines 4-Gelenk-Getriebes, bei dem Kurbel 21 und Schwinge 22 gleich lang sind und die Abstände der Gelenkpunkte 24 und 25 am Gestell 28 gleich sind den Abständen der Gelenkpunkte 26 und 27 auf der Koppel 20. Wird die Kurbel 21 um 360° gedreht, hier durch eine beide Haspelseiten verbindende Antriebswelle 23, beschreiben alle Punkte auf der Koppel 20 eine Kreisbewegung, deren Radius der Länge von Kurbel 21 und Schwinge 22, also dem Abstand der Gelenkpunkte 24 und 26 bzw. 25 und 27 entspricht. Dadurch werden auch der Gelenkpunkt 11 und die Lager-Achse 7 auf einer Kreisbahn bewegt, deren Radius dem Abstand a entspricht, sofern a gleich ist der Länge von Kurbel bzw. Schwinge. Gleichzeitig wird die Welle 6 um die Lager-Achse 7 gedreht, in dem die Drehung der Schwinge 22 im Gelenkpunkt 27 über eine drehstarre Verbindungswelle 29 und einen Zahnriementrieb 30 und 31 auf die Welle 6 übertragen wird; ebenso könnte diese Übertragung auch über die Kurbel 21 im Gelenkpunkt 26 erfolgen. Die Zinken 1 werden somit an beiden Enden der Haspel um die Strang-Längsachse 8 gedreht. Der Steigungswinkel α der Schraubenlinie, die von dem neu zugeführten Hohlfaser-Band 32 dabei auf dem Strang 3 gebildet wird, ist zu steuern durch die Anzahl der Zinken-Drehungen und durch die Position der Umlenkrolle 33 gegenüber dem Strang 3. Die Antriebswelle 23 kann durch einen auf der Haspel montierten Motor angetrieben werden, oder von einem außen liegenden, wenn die Haspel an ihrer Drehachse 4 mittels einer Hohlwelle gelagert ist.
4 zeigt die Ansicht X aus 3, wobei das Getriebe um etwa 60° aus der Stellung von 3 im Gegenuhrzeigersinn verdreht dargestellt ist.
Parallelkurbelgetriebe haben bei einer 360°-Drehung zwei undefinierte Stellungen, wenn alle Glieder auf einer Linie liegen. Daher ist es zweckmäßig, die Drehung von Kurbel 21 und Schwinge 22 zu synchronisieren, wie hier z.B. durch einen Zahnriementrieb 34 und 35.
5 stellt eine konstruktive Variante des Parallelkurbel-Getriebes aus 3 und 4 dar. Kurbel und Schwinge werden hier gebildet durch die Zahnräder 36 und 37, die über ein weiteres zwischengelagertes Zahnrad 38 formschlüssig miteinander im Eingriff sind und so die Synchronisation von Kurbel und Schwinge bilden. Der Kettentrieb 39 und 40 überträgt die Drehung von Zahnrad 37 auf die Welle 6.
Bezugszeichenliste

1: Zinken
2: Haspel
3: Strang (aus aufgehaspelten Hohlfasern)
4: Drehachse der Haspel
5: Begrenzungsflächen (der Zinken)
6: Welle (zur Drehung der Zinken)
7: Lager-Achse
8: Strang-Längsachse
9: Gelenkarm (der Getriebe-Einrichtung)
10: Getriebe-Einrichtung
11: Gelenkpunkt
12: Kreisbahn
13; 14: Glieder eines Kurbeltriebs
15: Achse von Motor 17
16: Gelenkpunkt zwischen 13 u. 14
17; 18; 19: Motore (Servo- oder Schrittmotor)
20: Koppel (eines 4-Gelenk-Getriebes)
21: Kurbel (eines 4-Gelenk-Getriebes)
22: Schwinge (eines 4-Gelenk-Getriebes)
23: Antriebswelle (für Kurbel 21)
24; 25: Gelenkpunkte (am Gestell 28)
26; 27: Gelenkpunkte (auf der Koppel 20)
28: Gestell (eines 4-Gelenk-Getriebes)
29: Verbindungswelle
30; 31.: Zahnriementrieb
32: Hohlfaser-Band (aus zugeführten Hohlfasern)
33: Umlenkrolle (für Hohlfaser-Band)
34; 35: Zahnriementrieb (zur Synchronisation)
36; 37; 38: Zahnräder (zur Synchronisation)
39; 40: Kettentrieb
a: Abstand (zwischen Lager-Achse 7 u. Längsachse 8)
b: Breite (des Strangs 3)
c: Breite des Freiraums außerhalb der Zinken
α: Steigungswinkel (der Schraubenlinie)

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hohlfaserbündeln, - die auf einer Haspel mit zwei Zinken als Strang aufgehaspelt und danach abgelängt werden, und - die aus mehreren Lagen mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Hohlfasern bestehen, - welche nacheinander schraubenlinienförmig um die weiter innen liegenden Hohlfasern gewunden werden, indem der auf der Haspel bereits vorhandene Strang um seine Längsachse gedreht wird, - wobei Lagen mit entgegengesetzter und verschiedener Steigung und mit paralleler Faser-Anordnung gebildet werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Jede der beiden Zinken 1 ist mittels einer Welle (6) im Gelenkpunkt (11) eines Gelenkarms (9) drehbar gelagert, wobei die Achse (7) der Welle (6) außerhalb der Zinken-Begrenzungsflächen (5) liegt und parallel ist zur Längsachse (8) des zwischen den Zinken aufzuhaspelnden Strangs (3); b) Der Gelenkarm (9) wird mit Hilfe einer Getriebe-Einrichtung (10) so geführt, dass der Gelenkpunkt (11) zusammen mit der Welle (6) eine Kreisbahn beschreibt, deren Radius dem Abstand (a) zwischen der Achse (7) der Welle (6) und der Längsachse (8) des Strangs (3) entspricht; c) Gleichzeitig dreht sich die Welle (6) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und Drehrichtung wie die Kreisbewegung des Gelenkpunkts (11), so dass die Überlagerung beider Drehbewegungen eine Drehung der Zinken um die Strang-Längsachse (8) ergibt; d) In Ruhestellung der Zinken liegt die Achse (7) der Welle (6) zwischen dem Strang (3) und der Haspel (2).
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Haspel (2), deren Zinken (1) mittels einer Welle (6) im Gelenkpunkt (11) eines Gelenkarms (9) drehbar gelagert sind, wobei der Gelenkarm (9) mittels einer Getriebe-Einrichtung (10) so geführt wird, dass der Gelenkpunkt (11) eine Kreisbahn beschreibt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Die Getriebe-Einrichtung (10) besteht aus zwei über ein Drehgelenk miteinander verbundenen Gliedern (13) und (14); b) Glied (13) wird durch einen ersten Elektromotor(17) gegenüber der Haspel verdreht; c) Glied (14) wird durch einen zweiten Elektromotor(18) gegenüber Glied (13) verdreht; d) Motor (17) und Motor (18) werden so gesteuert, dass ein auf Glied 14 liegender Gelenkpunkt (11) eine Kreisbahn mit dem Radius (a) beschreibt; e) Ein dritter Elektromotor (19) bewegt die im Gelenkpunkt (11) gelagerte Welle (6) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und Drehrichtung wie den Gelenkpunktes (11) mit der Achse (7) auf der Kreisbahn 12, so dass die resultierende Bewegung eine Drehung der Zinken um die Strang-Längsachse (8) bewirkt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Haspel (2), deren Zinken (1) mittels einer Welle (6) im Gelenkpunkt (11) eines Gelenkarms (9) drehbar gelagert sind, wobei der Gelenkarm (9) mittels einer Getriebe-Einrichtung (10) so geführt wird, dass der Gelenkpunkt (11) eine Kreisbahn beschreibt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Die Getriebe-Einrichtung (10) wird gebildet von einem Parallelkurbel-Getriebe, bei dem die Länge von Kurbel (21) und Schwinge (22) dem Abstand (a) zwischen der Achse (7) der Welle (6) und Strang-Längsachse (8) entspricht; b) Die Drehung von Kurbel (21) oder Schwinge (22) wird mittels eines Ketten- oder Zahnriementriebs auf die Welle (6) übertragen; c) Kurbel (21) und Schwinge (22) sind durch einen Ketten-, Zahnriemen- oder Zahnrad-Trieb so miteinander gekoppelt, dass sie sich in allen Winkelstellungen synchron zueinander drehen. d) Die beiden Parallelkurbel-Getriebe an den gegenüberliegenden Enden der Haspel sind über eine gemeinsame Antriebswelle(23) miteinander verbunden.