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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kapillarmembranbündels eines Membranfiltermoduls mit einer Vielzahl parallel angeordneter, rohrförmiger Kapillarmembranen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2004 004 212 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Membranfiltermoduls für flüssige oder gasförmige Medien mit einem Bündel aus an mindestens einer Stirnseite offenen Kapillarmembranen bekannt, die in einem zu dem offenen Membranende endnahen Bereich in eine zu einem festen Kopfstück ausgehärtete Dichtungsschicht eingegossen sind. Die Dichtungsschicht ist an ihrer, den offenen Längsenden der Kapillarmembran abgewandten Seite auf einem Abstandshalter aufgetragen, der eine von den Kapillarmembranen durchdrungene und für das zur Dichtungsschicht aushärtende Gießmaterial undurchlässige Schicht aufweist.
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Aus der
DE 10 2009 017 413 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Membranfiltermoduls bekannt, wobei eine Vielzahl von Kapillarmembranen zu einem Kapillarmembranbündel zusammengefasst ist, in ein Gehäuse eingeformt und jeweils endseitig in eine Vergussmasse eingebettet und gehalten wird. Das Gehäuse mit dem noch nicht vergossenen Bündel der Hohlfasern wird dabei um die Längsrichtung rotiert bzw. zentrifugiert.
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Aus der
DE 10 2012 209 846 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Membranfiltermoduls bekannt, bei dem zunächst ein Gehäuse mit äußeren Wänden, einer Oberseite sowie einer Unterseite hergestellt wird. Anschließend wird eine erste Vergussabdeckung an der Unterseite des Gehäuses angeordnet, wobei die erste Vergussabdeckung eine innere Fläche und eine Mehrzahl von ringförmigen Trennwänden aufweist, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen und konzentrisch und in vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Hierauf folgt ein Anbringen einer Mehrzahl von Kapillarmembranen im Gehäuse durch die Oberseite, wobei die Kapillarmembranen durch die Mehrzahl von Trennwänden aufgeteilt sind, sodass eine erste Menge von Kapillarmembranen in einem mittleren Abschnitt des Gehäuses angeordnet werden, während eine zweite Menge in einem äußeren Abschnitt des Gehäuses angeordnet wird. Hierdurch soll insbesondere eine gleichmäßige Befeuchtungsleistung über die ganzen Kapillarmembranen erreicht werden können.
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Generell werden bei der Herstellung eines Membranfiltermoduls zunächst die einzelnen Kapillarmembranen eines Kapillarmembranbündels längsendseitig versiegelt, das heißt verschlossen, und anschließend mit einer Vergussmasse verpottet.
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Bei der Herstellung von Membranfiltermodulen für die Hämodialyse werden üblicherweise trockene Kapillarmembranen mit einem Außendurchmesser von kleiner als 0,5 mm verwendet, die in einem halb- oder vollautomatisierten Prozess im Membranfiltermodul verpottet werden können. Dabei können die Kapillarmembranen versiegelt werden, indem man die Enden vom Kapillarmembranbündel stark erhitzt und damit die Kapillarenden verschmolzen werden. Danach wird das Kapillarmembranbündel häufig mit einem Polyurethanharz verpottet. Bei der Verpottung von Kapillarmembranen mit größerem Durchmesser (0,5–3 mm), z.B. für industrielle Anwendungen, die eine Restfeuchte und unter Umständen auch ein Konservierungsmittel enthalten, kann die zuvor beschriebene Methode jedoch nicht immer angewandt werden, da die Kapillarmembranen bei der Erhitzung nicht zuverlässig geschlossen werden und das Polyurethan durch die Restfeuchtigkeit aufgeschäumt wird.
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Bei der Herstellung von Modulen mit relativ großem Durchmesser, ist es wichtig die Kapillarmembranen auf der Querschnittsfläche so anzuordnen, dass sich diese nicht berühren und die Vergussmasse sich auf dem gesamten Querschnitt gleichmäßig zwischen Kapillarmembranen verteilen kann. Dabei ist es vorteilhaft, die Modulherstellungsschritte möglichst vereinfachen und automatisieren zu können, um den Aufwand manueller Arbeiten und damit verbundener Produktionskosten zu reduzieren und gleichzeitig die Qualität der Module zu erhöhen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren zur Herstellung eines Membranfiltermoduls der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche kostengünstiger ist und eine höhere Verpottungsqualität gewährleistet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Kapillarmembranbündels anzugeben, bei welchem eine zunächst endlose Kapillarmembran genutzt und auf einer zwei Finger aufweisenden Gabel bzw. Haspel aufgewickelt und anschließend im Bereich der Finger aufgeschnitten wird, wodurch zwei Kapillarmembranmatten mit im Wesentlichen parallel ausgerichteten Kapillarmembranen entstehen, die dann um eine parallel zu den einzelnen Kapillarmembranen liegende Achse aufgewickelt und längsendseitig verschlossen wird. Dies bietet den großen Vorteil, dass für die Herstellung des Kapillarmembranbündels eine endlose Kapillarmembran in der Art eines Fadens verwendet werden kann, was sowohl das Handling, als auch die Fertigung vereinfacht. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Kapillarmembranbündels eines Membranfiltermoduls bezieht sich dabei auf Kapillarmembranen mit einem Außendurchmesser zwischen 0,5 mm und 3 mm. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei zunächst eine endlose Kapillarmembran um zwei parallele Finger einer Gabel, die insbesondere haspelartig ausgebildet ist, in im Wesentlichen parallelen Gängen aufgewickelt, so dass zwei parallele Lagen paralleler Kapillarmembranen entstehen. Die im Wesentlichen parallelen Gänge der aufgewickelten Kapillarmembranen werden dabei im Bereich der Finger verklebt, so dass die einzelnen Gänge der Kapillarmembranen und damit auch die Kapillarmembranen selbst zueinander fixiert sind. Die aufgewickelte endlose Kapillarmembran wird nun parallel zu den Fingern an diesen aufgeschnitten, so dass sich zwei im Wesentlichen gleiche Kapillarmembranmatten mit jeweils im Wesentlichen parallelen Kapillarmembranen ergeben. Dabei können je Finger zwei Schnitte ausgeführt werden, um eine eventuelle Krümmung am Längsende der einzelnen Kapillarmembranen wegzuschneiden. Jede dieser Kapillarmembranmatten wird nun um eine parallel zu den Kapillarmembranen ausgerichtete Achse zu einem Kapillarmembranbündel aufgewickelt, welches anschließend in ein Gehäuse des Membranfiltermoduls eingebracht werden kann. Abschließend wird nun ein Längsendbereich des Kapillarmembranbündels derart erhitzt, dass der dort noch von dem Bereich der Finger der Gabel stammende Kleber schmilzt und die Längsenden der Kapillarmembranen versiegelt und dadurch verschließt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich somit Kapillarmembranbündel für Membranfiltermodule zuverlässig, kostengünstig und zudem fertigungstechnisch einfach herstellen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung werden auf jeden Finger der Gabel vor dem Aufwickeln der Kapillarmembran zwei sich entlang des jeweiligen Fingers erstreckende Kleberaupen aufgebracht, über welche die einzelnen Gänge der Kapillarmembran anschließend im Bereich der Finger fixiert werden. Alternativ kann selbstverständlich auch ein Aufbringen des Klebers auf die bereits auf die Finger aufgewickelte Kapillarmembran erfolgen. Unabhängig vom Aufbringen des Klebers muss dabei lediglich gewährleistet werden, dass die einzelnen Gänge der aufgewickelten Kapillarmembran an ihren sich im Bereich der beiden Finger befindlichen Längsenden zueinander fixiert sind, wobei der Kleber nach dem Aushärten trotzdem so flexibel ist, dass ein Aufwickeln der einzelnen Kapillarmembranmatten zu dem erfindungsgemäßen Kapillarmembranbündel problemlos möglich ist, ohne dass dabei der Kleber bricht.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Aufschneiden der um die beiden Finger der Gabel aufgewickelten endlosen Kapillarmembran im Bereich der Finger mittels eines Messers, einer rotierenden Schneide oder beispielsweise eines Lasers, wobei insbesondere das Aufschneiden der zusammengedrückten Kapillarenden mittels eines Lasers zugleich die Möglichkeit bietet, die aufgeschnittenen Kapillarmembranen im Bereich der Schnittfläche zu versiegeln. Darüber hinaus ist ein Aufschneiden mittels eines Lasers besonders exakt einstellbar und damit steuerbar.
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Zweckmäßig werden die Kapillarmembranen des Kapillarmembranbündels im Bereich ihrer Längsenden nochmals mit einer Vergussmasse umgossen, d.h. verpottet. Dabei kann das Kapillarmembranbündel gleich in dem Modulgehäuse verpottet und somit mit dem Gehäuse dicht verbunden werden. Wenn ein bestimmter Aushärtungsgrad der Vergussmasse der Verpottung erreicht ist, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verpottungsschicht quer aufgeschnitten, so dass die versiegelten Kapillarenden am Ende der Verpottung entfallen und die Verpottung mit offenen Kapillarenden frei bleibt..
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kapillarmembranbündels beim Aufwickeln einer endlosen Kapillarmembran,
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2 eine Schnittstelle der Kapillarmembranen im Bereich eines Fingers mit einer Detailansicht,
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3 eine Stirnansicht auf eine zu einem erfindungsgemäßen Kapillarmembranbündel aufgewickelten Kapillarmembranmatte,
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4 ein Versiegeln/Verpotten der Längsenden der einzelnen Kapillarmembranen des Kapillarmembranbündels,
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5 ein weiteres Verpotten des Kapillarmembranbündels vor dem Eintauchen,
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6 das fertig versiegelte und verpottete Kapillarmembranbündel.
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Entsprechend den 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kapillarmembranbündels 1 eines Membranfiltermoduls 13 mit einer Vielzahl parallel angeordneter, rohrförmiger Kapillarmembranen 2 mit einem Außendurchmesser zwischen 0,5 mm und 3 mm gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren gliedert sich dabei in unterschiedliche Verfahrensschritte, wobei zunächst gemäß der 1 eine endlose Kapillarmembran 2' um zwei parallele Finger 3 einer Gabel 4 in im Wesentlichen parallelen Gängen aufgewickelt wird, so dass die einzelnen Kapillarmembranen 2 später in zwei parallelen Kapillarmembranmatten 5 (vgl. 2) aufgewickelt/angeordnet sind. Das Aufwickeln kann dabei insbesondere durch ein Verdrehen der Gabel 4 um deren Achse 7 erfolgen. Die im Wesentlichen parallelen Gänge der aufgewickelten Kapillarmembranen 2 werden dabei im Bereich der Finger 3 mittels eines Klebers 6 verklebt, so dass die einzelnen Gänge der Kapillarmembranen 2 und damit auch diese selbst zueinander fixiert sind. Die endlose Kapillarmembran 2' wird nun parallel zu den Fingern 3 an diesen aufgeschnitten, insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten der beiden Finger 3, wodurch sich die beiden Kapillarmembranmatten 5 gemäß der 2 mit jeweils im Wesentlichen parallelen Kapillarmembranen 2 ergeben. Das Aufschneiden kann dabei beispielsweise mittels eines Lasers 8, aber selbstverständlich auch mittels einer Schneide, eines Messers oder einer Säge erfolgen. Beide Kapillarmembranmatten 5 werden nun von der Gabel 4 abgenommen und um eine parallel zu den einzelnen Kapillarmembranen 2 ausgerichtete Achse, welche gemäß der 3 senkrecht zur Bildebene steht, zu einem Kapillarmembranbündel 1 aufgewickelt, wobei ein Längsendbereich 9 des Kapillarmembranbündels 1 nun derart erhitzt wird, dass der dort vorhandene Kleber 6 schmilzt und die Längsenden der Kapillarmembranen 2 versiegelt, bzw. verpottet. Dieser Verfahrensschritt kann vor oder nach einem Einbringen des aufgewickelten Kapillarmembranbündels 1 in einem Gehäuse 10, welches gemäß der 3 lediglich angedeutet ist, erfolgen.
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Um ein sicheres Miteinanderverkleben der einzelnen Kapillarmembranen 2 im Bereich der Finger 3 gewährleisten zu können, können gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf jeden Finger 3 der Gabel 4 vor dem Aufwickeln der endlosen Kapillarmembran 2' zwei sich entlang des jeweiligen Fingers 3 erstreckende Kleberaupen 11 (vgl. die Detaildarstellung in 2) aufgebracht werden, wobei alternativ selbstverständlich auch denkbar ist, dass ein Aufbringen des Klebers 6 auf die Kapillarmembranen 2 erst nach dem Aufwickeln der endlosen Kapillarmembran 2' auf die Finger 3 erfolgt.
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Um eine Verpottungsqualität weiter steigern zu können, kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Kapillarmembranen 2 des Kapillarmembranbündels 1 im Bereich ihrer Längsenden nochmals mit einer Vergussmasse 12 (vgl. 5), beispielsweise Epoxidharz, umgossen und dadurch verpottet werden. Das fertiggestellte Kapillarmembranbündel 1, welches sich im Gehäuse 10 des Membranfiltermoduls 13 befindet, ist gemäß der 6 dargestellt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine gesteigerte Versiegelungsbzw. Verpottungsqualität eines erfindungsgemäßen Kapillarmembranbündels 1 erzielen, bei gleichzeitig reduziertem Herstellungsaufwand und damit bei gleichzeitig reduzierten Herstellungskosten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004004212 A1 [0002]
- DE 102009017413 A1 [0003]
- DE 102012209846 A1 [0004]
