DE102021112314A1

DE102021112314A1 - Hohlfasermembranfilter mit verbesserten Trenneigenschaften

Info

Publication number: DE102021112314A1
Application number: DE102021112314.3A
Authority: DE
Inventors: Paul Gastauer; Franz Kugelmann; Michael Paul; Andreas Ruffing; Tobias VEIT
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-11-17
Also published as: JP2024517455A; WO2022238373A1; CA3219396A1; BR112023023424A2; US20240293782A1; AU2022272646A1; EP4337372A1; KR20240006567A; CN117412802A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hohlfasermembranfilter zur Aufreinigung von Flüssigkeiten mit verbesserten Trenneigenschaften, umfassend ein zylindrisches Gehäuse, erste Ein- oder Auströmkammern und zweite Ein- oder Ausströmkammern, die jeweils einen ersten und einen zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses umgeben, wobei der Hohlfasermembranfilter ein Aspektverhältnis aus effektiver Wirklänge der Hohlfasermembranen und Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses aufweist, so, dass eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen im Inneren des zylindrischen Gehäuses mit einer Flüssigkeit erfolgen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hohlfasermembranfilter zur Aufreinigung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Blutreinigung.
HINTERGRUND
Hohlfasermembranfilter werden in der Aufreinigung von Flüssigkeiten verwendet. Insbesondere werden Hohlfasermembranfilter in der Medizintechnik zur Aufbereitung und Dekontamination von Wasser sowie in der Therapie von nierengeschädigten Patienten in der extrakorporalen Blutbehandlung als Dialysatoren oder Hämofilter verwendet. Die Hohlfasermembranfilter bestehen im Allgemeinen aus einem zylindrischen Gehäuse und einer darin angeordneten Vielzahl von Hohlfasermembranen, die endseitig in dem Gehäuse mit einer Vergussmasse in einer Vergusszone vergossen und mit dem Gehäuse abdichtend verbunden sind. Bekanntermaßen sind derartige Hohlfasermembranfilter so ausgestaltet, dass sie im sogenannten Dead-End Verfahren, im „Cross-flow“ Verfahren oder im Gegenstromverfahren zweier Flüssigkeiten betrieben werden, so dass ein Stoffaustausch über die Membranwandung der Hohlfasermembranen erfolgen kann und eine erwünschte Aufreinigung der Flüssigkeit oder einer der Flüssigkeiten erfolgt. Dazu sind die Hohlfasermembranfilter konstruktiv so ausgestaltet, dass die Lumina der Hohlfasermembranen einen ersten Strömungsraum bilden und von einer ersten Flüssigkeit durchströmt werden, und die Zwischenräume zwischen den Hohlfasermembranen im Gehäuse des Hohlfasermembranfilters einen zweiten Strömungsraum bilden, der von einer zweiten Flüssigkeit durchströmt werden kann. An einem oder beiden Endbereichen der Hohlfasermembranfilter befinden sich Ein- oder Ausströmkammern, die Flüssigkeitszugänge aufweisen, um die erste und die zweite Flüssigkeit in die jeweiligen Strömungsräume der Hohlfasermembranfilter ein- und auszuleiten.
Auf dem Markt gibt es eine Vielzahl von Hohlfasermembranfiltern, die insbesondere hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der Endbereiche und ihrer endseitig anschließenden Ein- oder Ausströmkammern unterschiedlich ausgestaltet sind. Hinsichtlich der Entwicklung von Hohlfasermembranfiltern für die extrakorporale Blutbehandlung (Dialysatoren und Hämofilter) gibt es fortlaufend Versuche, das Design der Hohlfasermembranfilter zu verändern und zu verbessern. Einerseits wird ein Schwerpunkt darauf gelegt, dass die Geometrie der Ein- oder Ausströmkammern eines Hohlfasermembranfilters, die von Blut durchströmt werden, eine möglichst schonende Durchströmung der Kammern ermöglichen, so dass eine turbulente Strömung oder stagnierende Strömungen, die die Blutzellen schädigen können, vermieden werden können. Wie allgemein üblich in der extrakorporalen Blutreinigung, sind die Hohlfasermembranfilter so konstruiert, dass das Patientenblut durch den ersten Strömungsraum, also durch die Lumina der Hohlfasermembranen, geleitet wird.
Darüber hinaus gibt es bei handelsüblichen Hohlfasermembranfiltern für die extrakorporale Blutbehandlung eine Vielzahl von Designvorschlägen, die eine Verbesserung der Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum bewirken sollen. In der therapeutischen Verwendung von Hohlfasermembranfiltern für die extrakorporale Blutbehandlung wird üblicherweise der zweite Strömungsraum mit einer wässrigen, physiologisch verträglichen Flüssigkeit (Dialysierflüssigkeit) durchströmt. Die Entfernung von schädlichen Metaboliten aus dem Patientenblut erfolgt dann durch den transmembranen Stoffübergang. Für eine verbesserte Abtrennung der Metaboliten ist unter anderem die Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum entscheidend.
Kunikata et al. (Kunikata; ASAIO Journal; 55(3), p. 231-235 (2009) beurteilen die Leistungsdaten verschiedener handelsüblicher Dialysatoren hinsichtlich ihres unterschiedlichen Designs im Einströmbereich der Dialysierflüssigkeit. Es werden in dieser Publikation verschiedene Designmodelle gezeigt, die ein günstiges Strömungsverhalten der in den Dialysator eintretenden Dialysierflüssigkeit bewirken sollen und damit verbesserte Leistungseigenschaften der Hohlfasermembranfilter ermöglichen sollen. Derartige Designvorschlage bedingen dabei oftmals ein aufwendiges Gehäusedesign, so dass diese Ausführungen hinsichtlich einer angestrebten hohen Produktivität im Großmaßstab als nachteilig zu bewerten sind.
EP 3 238 758 A1 offenbart Hemodiafilter, die durch eine Bestimmte Auswahl der Designparameter, der Packungsdichte der Hohlfasermembranen, der Gesamtlänge der Hohlfasermembranen, der effektiven Membranoberfläche, sowie der Flächenverhältnisse aus innerer Oberfläche der Hohlfasermembranen und der stirnseitigen Fläche der Vergussmasse charakterisiert sind. Gemäß EP 3 238 758 A1 wird durch die Auswahl dieser Parameter ein zu großer Druckverlust auf der Blutseite und der Dialysatseite in der Verwendung des Hemofilters vermieden, so dass das Risiko der Schädigung der Hohlfasermembranen verringert werden soll. Die EP 3 238 758 A1 nimmt dabei insbesondere auf die Integrität der Hohlfasermembranen in der therapeutischen Anwendung der Hemodiafiltration Bezug. Die EP 3 238 758 A1 offenbart dabei die Verwendung von Hohlfasermembranen mit einem Durchmesser von 195 bis 205 µm.
Im Sinne verbesserter Leistungseigenschaften von Hohlfasermembranfiltern in der Anwendung der Hemodialyse ist es insbesondere bevorzugt Hohlfasermembranen mit einem Durchmesser von 190µm oder darunter in Kombination mit einer Wandstärke von 38µm und darunter zu verwenden, um die für die Hemodialyse gewünschten hohen Leistungseigenschaften erzielen zu können. Darüber hinaus besteht aber weiterhin das Bedürfnis, das Design von Hohlfasermembranfilter so zu verbessern, dass die Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum weiter verbessert wird und die Leistungseigenschaften des Hohlfasermembranfilters weiter verbessert werden kann.
Gegenüber den in Kunikata untersuchten Designs bestand daher das Bedürfnis ein alternatives Design auszuarbeiten. Darüber hinaus wird kontinuierlich auch nach Möglichkeiten gesucht, die Produktion von Hohlfasermembranfiltern kostensparend durchführen zu können.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es bestand daher die Aufgabe, einen Hohlfasermembranfilter bereitzustellen, der eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen und damit verbunden verbesserte Leistungsdaten aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die gestellte Aufgabe wird durch einen Hohlfasermembranfilter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 14 betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Hohlfasermembranfilter aufweisend ein zylindrisches Gehäuse, das sich entlang einer Mittelachse in Längsrichtung erstreckt, mit einem Gehäuseinnenraum, einem ersten Endbereich mit einem ersten Ende und einem zweiten Endbereich mit einem zweiten Ende, eine Vielzahl von Hohlfasermembranen, aufweisend einen Innendurchmesser von 150 bis 190µm und einer Wandstärke von 25 bis 38 µm, wobei die Hohlfasermembranen in dem zylindrischen Gehäuse angeordnet sind und im ersten Endbereich und im zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses in jeweils einer Vergussmasse abdichtend mit dem Gehäuse in jeweils einer Vergusszone eingebettet sind, wobei die Enden der Hohlfasermembranen offen sind, so dass die Lumina der Hohlfasermembranen einen ersten Strömungsraum bilden und der die Hohlfasermembranen umgebende Gehäuseinnenraum einen zweiten Strömungsraum bildet, erste Ein- oder Ausströmkammern, jeweils stirnseitig am ersten und am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses und der Vergusszone anschließend, die mit dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils erste Flüssigkeitszugänge aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus den ersten Ein- oder Ausströmkammern zu- oder abzuleiten, zweite Ein oder Ausströmkammern umgebend den ersten und den zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses, die mit dem zweiten Strömungsbereich in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils zweite Flüssigkeitszugänge aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus den zweiten Ein- oder Ausströmkammern zu- oder abzuleiten, jeweils eine Abdichtung, die die ersten Ein- oder Ausströmkammern von den zweiten Ein- oder Ausströmkammern trennt, Durchtrittsöffnungen in den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den zweiten Ein- und/oder Ausströmkammern und dem zweiten Strömungsraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis des Hohlfasermembranfilters 8 bis 12 beträgt.
Der Hohlfasermembranfilter der zuvor genannten Art weist hohe Leistungsparameter bezüglich der Aufreinigung von Flüssigkeiten auf. Weiterhin weist der Hohlfasermembranfilter eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum auf, da der Innendurchmesser über das definierte Aspektverhältnis bei gleichbleibender Membranoberfläche geringer ist. Dadurch kann die in den zweiten Strömungsraum eintretende Flüssigkeit die Vielzahl der Hohlfasermembranen schneller und effektiver umspülen. Insbesondere ist für die erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter eine verbesserte Abtrennleistung der Testsoluten Harnstoff und Vitamin B12 gemessen. Ein Maß der Abtrennleistung ist die Clearance, die gemäß der Norm DIN/EN/ISO 8637:2014 bestimmt wird.
In einer Ausführungsform kann der Hohlfasermembranfilter als Dialysator ausgestaltet sein. Der Begriff „Dialysator“ wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung stellvertretend für Blutfiltervorrichtungen verwendet, die auf dem Aufbau eines Hohlfasermembranfilters basieren, z.B. ein Dialysefilter oder ein Hämofilter. In anderen Anwendungen kann der erfindungsgemäße Hohlfasermembranfilter auch als Filter für die Wasseraufbereitung verwendet werden.
Unter dem Begriff „Endbereich des zylindrischen Gehäuses“ ist im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein Abschnitt am zylindrischen Gehäuse zu verstehen, der sich in Längsausrichtung vom Gehäuseende zur Mitte des zylindrischen Gehäuses hin erstreckt. Der Begriff „Endbereich“ deutet an, dass es sich um einen Bereich am zylindrischen Gehäuse handelt, der gegenüber der Längsausdehnung des zylindrischen Gehäuses einen nur geringen Teil einnimmt. Insbesondere nimmt jeweils einer dieser Endbereiche weniger als ein Fünftel, oder weniger als ein Achtel, oder weniger als ein Zehntel, oder weniger als ein Fünfzehntel von der Gesamtlänge des zylindrischen Gehäuses ein.
In einem Teil des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses befindet sich die Vergusszone. Als „Vergusszone“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Bereich bezeichnet, in dem die Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranfilters in eine Vergussmasse eingebettet sind. Die Hohlfasermembranen sind dabei in der Vergussmasse so eingebettet, dass sie an den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses fixiert sind. Die Vergussmasse dichtet mit dem Endbereich des zylindrischen Gehäuses ab. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vergusszone weniger als drei Viertel, oder weniger als zwei Drittel, oder weniger als die Hälfte der Breite des Endbereichs einnimmt. Die Vergussmasse ist tellerförmig und im zylindrischen Gehäuse senkrecht zur Mittelachse des zylindrischen Gehäuses angeordnet. Unter der „Mittelachse“ ist eine zentrische Längsachse zu verstehen, die zentrisch im zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters verläuft. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung dient der Begriff „Mittelachse“ zur geometrischen Beschreibung des Hohlfasermembranfilters.
Stirnseitig anschließend an die Vergusszonen an den jeweiligen Enden des zylindrischen Gehäuses befinden sich erste Ein- oder Ausströmkammern. Unter dem Begriff „erste Ein- oder Ausströmkammer“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein Volumenbereich im Hohlfasermembranfilter verstanden, in den Flüssigkeit eintreten kann, entweder bevor sie in den ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters eintritt, oder nachdem sie aus dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters ausgetreten ist. Die ersten Ein- und Ausströmkammern schließen über eine Wandung der Endkappen abdichtend an der Vergusszone und/oder am Ende des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an. In gängiger Ausführung können die ersten Ein- oder Ausströmkammern als Endkappen ausgebildet sein. Die Endkappen befinden sich an den Enden des zylindrischen Gehäuses und sind über eine Wandung der Endkappen flüssigkeitsdichtend und formschlüssig mit dem zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters verbunden. Die ersten Ein- oder Ausströmkammern weisen jeweils einen ersten Flüssigkeitszugang auf, um Flüssigkeit in die/aus den ersten Ein- oder Ausströmkammern ein- oder auszuleiten. Die Enden der Hohlfasermembranen in der Vergussmasse sind geöffnet. Die ersten Ein- oder Ausströmkammern stehen daher in Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters, der durch die Lumina der Hohlfasermembranen gebildet wird. Als „Lumina“ oder „Lumen“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Hohlraum der Hohlfasermembranen verstanden.
Gemäß dem ersten Aspekt weist der Hohlfasermembranfilter weiterhin zweite Ein- oder Ausströmkammern auf, die die jeweiligen Endbereiche des zylindrischen Gehäuses umgeben. Unter dem Begriff „zweite Ein- oder Ausströmkammern“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein umgrenzter Volumenbereich im Hohlfasermembranfilter verstanden, in den Flüssigkeit eintreten kann, entweder bevor sie in den zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters eintritt, oder nachdem sie aus dem zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters ausgetreten ist. Die zweiten Ein- oder Ausströmkammern werden jeweils durch Ummantelungen gebildet, die die Endbereiche des zylindrischen Gehäuses umschließen. Eine Wandung der Ummantelungen schließt dabei abdichtend an der Vergusszone und/oder am Ende des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an. Die Ummantelungen können Teil des zylindrischen Gehäuses und an diesem angebracht sein, wobei die zweiten Ein- oder Ausströmkammern von der Ummantelung dann abdichtend umschlossen werden. Alternativ kann die Ummantelung auch durch separate Hülsen oder als Teil von Endkappen ausgebildet sein, die auch die ersten Ein- oder Ausströmkammern umschließen. Die Endkappen sind dann so ausgebildet, dass sie formschlüssig auf den Enden des zylindrischen Gehäuses aufsitzen, mit dem Gehäuse flüssigkeitsabdichtend abschließen und gleichzeitig auch die Ummantelung der zweiten Ein- oder Ausströmkammern bilden. Die zweiten Ein- oder Ausströmkammern weisen jeweils einen zweiten Flüssigkeitszugang auf, um Flüssigkeit in die/aus den zweiten Ein- oder Ausströmkammern ein- oder auszuleiten. Die zweiten Ein- oder Ausströmkammern stehen in Flüssigkeitsverbindung mit dem zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters, der durch den die Hohlfasermembranen umgebenden Gehäuseinnenraum des Hohlfasermembranfilters gebildet wird.
Die ersten und zweiten Ein- oder Ausströmkammern abdichtend an der Vergusszone und/oder am Ende des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an. Die ersten und zweiten Ein- oder Ausströmkammern sind daher an dieser Stelle flüssigkeitsabdichtend voneinander getrennt. Als Dichtmittel können z.B. O-Ringe, Schweißzonen oder Verklebungszonen dienen, die zwischen den Enden des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses oder der Vergussmassen und der Wandung der ersten und der zweiten Ein- oder Ausströmkammern angeordnet sind.
Über die Durchtrittsöffnungen am Endbereich des zylindrischen Gehäuses wird eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den zweiten Ein- oder Ausströmkammern und dem zweiten Strömungsraum gebildet. Flüssigkeit kann so in den zweiten Strömungsraum eintreten oder aus dem zweiten Strömungsraum ausgeleitet werden. Die Zahl der Durchtrittsöffnungen in einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses kann mindestens 5, oder 10 oder 15 oder 20 oder 30 oder 40 oder 60 betragen. Die Zahl der Durchtrittsöffnungen beträgt höchstens 350, oder 300 oder 250 oder 200, oder 180, oder 150. Bevorzugt liegt die Anzahl der Durchtrittsöffnungen in einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses zwischen 10 und 350, oder zwischen 10 und 40 oder zwischen 15 und 300, oder zwischen 20 und 250, oder zwischen 30 und 200 oder zwischen 40 und 180 oder zwischen 60 und 180.
Als „Aspektverhältnis“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Quotient aus effektiver Wirklänge der Hohlfasermembranen und dem Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters verstanden. Als „effektive Wirklänge“ des Hohlfasermembranfilters wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Abstand zwischen den Vergussmassen verstanden, in dem über die Hohlfasermembranen effektiv ein Stoffaustausch erfolgen kann. Das gemäß der vorliegenden Erfindung definierte Aspektverhältnis führt insbesondere bei Hohlfasermembranfilter mit einer große Membranfläche zu verbesserten Leistungseigenschaften. In bestimmten Ausführungsformen weist der Hohlfasermembranfilter gemäß der vorliegenden Erfindung ein Aspektverhältnis von 8,5 bis 11, oder 8,5 bis 10 oder 9 bis 10 auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Membranoberfläche des Hohlfasermembranfilters 1,2 bis 2 m² beträgt. In alternativen Ausführungen beträgt die Membranoberfläche des erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters 1,3 bis 1,9 m² oder 1,3 bis 1,8 m², oder 1,4 bis 1,7 m². Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses kann innerhalb des erfindungsgemäß definierten Aspektverhältnis auf 25 bis 35 mm, oder 25 bis 33 mm oder 28 bis 33 mm reduziert werden, so dass eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum erfolgen kann.
Ein zusätzlicher Vorteil der Verringerung des Durchmessers des zylindrischen Gehäuses durch das erfindungsgemäß definierte Aspektverhältnis ist darin zu sehen, dass eine geringere Anzahl von Hohlfasermembranen nötig ist, um die gleiche Membranoberfläche zu erzeugen wie bei einem handelsüblichen Hohlfasermembranfilter mit einem Aspektverhältnis von kleiner 8. Dadurch kann effektiv auch die Menge der Vergussmasse reduziert werden, die notwendig ist, um die Hohlfasermembranen im zylindrischen Gehäuse zu fixieren. Dies bietet zum einen Kostenvorteile, zum anderen wird dadurch auch der Prozessschritt des Vergießens der Hohlfasermembran im zylindrischen Gehäuse während der Herstellung des Hohlfasermembranfilters abgekürzt.
In bestimmten Ausführungsformen weisen die Hohlfasermembranfilter der vorliegenden Erfindung ein Aspektverhältnis von 8,0 bis 10 bei einer Membranoberfläche von 1,6 bis 2,0 m² auf. In alternativen Ausführungsformen weisen die Hohlfasermembranfilter ein Aspektverhältnis von 8,5 bis 9,5 bei einer Membranoberfläche von 1,3 bis 1,6 m² auf.
Die effektive Wirklänge der Hohlfasermembranen beträgt bei diesen Ausführungsformen entsprechend 270 bis 320 mm, In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Wirklänge der Hohlfasermembranen 280 bis 320 mm, insbesondere 285 bis 310 mm oder 290 bis 310 mm beträgt. Die Auswahl des Aspektverhältnisses, der Membranoberfläche und effektiver Wirklänge in den zuvor beschriebenen Bereichen ermöglicht insbesondere eine effektive Entfernung von Mittelmolekülen in Therapien der extrakorporalen Blutreinigung, wie der Hämodialyse oder der Hämofiltration. Als Mittelmoleküle bezeichnet man in diesem Zusammenhang Proteine des Blutserums, die ein Molekulargewicht von 10.000 Dalton bis 50.000 Dalton aufweisen. Gleichzeitig wird aber auch vermieden, dass lumenseitig ein zu hoher Druckabfall über die Länge der Lumina der Hohlfasermembranen entsteht und somit das Problem der übermäßigen Hämolyse oder Membranverstopfung auftritt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus effektiver Wirklänge der Hohlfasermembranen zum mittleren Abstand der zweiten Flüssigkeitszugänge der zweiten Ein oder Ausströmkammern 1 bis 1,1 oder 1 bis 1,05 oder 1,0 bis 1,03 beträgt. Der mittlere Abstand der zweiten Flüssigkeitszugänge der zweiten Ein oder Ausströmkammern beträgt vorzugsweise 270 bis 320 mm, oder 245 bis 290 mm, oder 257 bis 305 mm, oder 262 bis 310 mm. Als „mittlerer Abstand der zweiten Flüssigkeitszugänge“ wird dabei der Abstand der Mittelachsen der Flüssigkeitszugänge verstanden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsdichte der Hohlfasermembranen 50 bis 70 %, bevorzugt 56 bis 63 %, weiter insbesondere zwischen 57 und 63%, beträgt. Als „Packungsdichte“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Anteil im Gehäuseinnenraum des zylindrischen Gehäuses verstanden, der von den Hohlfasermembranen eingenommen wird. Die Packungsdichte berechnet sich aus dem prozentualen Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der Hohlfasermembranen zur Querschnittsfläche des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters, wobei als Querschnittsfläche des zylindrischen Gehäuses nur die durch den Innendurchmesser vorgegebene Querschnittsfläche verstanden wird. Die Packungsdichte hat bei gegebener Faserlängen einen Einfluss auf den transmembranen Druckunterschied. Vorteilhafterweise werden Faserlänge und Packungsdichte so abgestimmt, dass in Therapieanwendungen der extrakorporalen Blutreinigung, eine effektive Rückfiltration eines Substituats aufgrund von vorher konvektiv entferntem Ultrafiltrat gewährleistet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembranen eine wellenförmige Form aufweisen, insbesondere wobei die Amplitude der wellenförmigen Form der Hohlfasermembranen 0,1 bis 0,5 mm beträgt und die Wellenlänge der wellenförmigen Form der Hohlfasermembranen 5 bis 10 mm beträgt. Die Wellenform der Hohlfasermembranen bewirkt eine Aussteifung der Vielzahl der im zylindrischen Gehäuse angeordneten Hohlfasermembranen. Dies ist insbesondere bei der Verarbeitung von Hohlfasermembranbündeln in der Herstellung von erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfiltern mit einer hohen effektiven Wirklänge und einem erfindungsgemäß definierten Aspektverhältnis vorteilhaft. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Amplitude der Wellenform der Hohlfasermembranen 0,35 bis 0,45 mm oder 0,38 bis 0,43 mm. Die Wellenlänge der Wellenform der Hohlfasermembran beträgt in alternativen Ausführungsformen 6 bis 9 mm oder 7 bis 8 mm. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Amplitude der Wellenform der Hohlfasermembran 0,35 bis 0,45 mm und die Wellenlänge der Wellenform der Hohlfasermembran 6 bis 9 mm. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Amplitude der Wellenform der Hohlfasermembran 0,38 bis 0,43 mm und die Wellenlänge der Wellenform der Hohlfasermembran 7 bis 8 mm.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass in den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer im Bereich von 0,5: 1 bis 7: 1, oder 0,75: 1 bis 5: 1 oder 1: 1 bis 3:1 liegt.
Gemäß der vorstehenden Definition der Durchströmquerschnitte erfolgt im Endbereich des Hohlfasermembranfilters eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen durch eine Flüssigkeit, die durch den einen zweiten Anschluss in die zweite Ein- oder Ausströmkammer und durch die Durchtrittsöffnungen im Endbereich des zylindrischen Gehäuses in die zweite Strömungskammer eintritt.
Als „Summe der Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen“ wird dabei die Summe der Flächen aller einzelnen Durchtrittsöffnungen in einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses verstanden.
Als „Durchströmquerschnitt einer zweiten Ein- oder Ausströmkammer“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung die Querschnittsfläche der zweiten Ein- oder Ausströmkammer verstanden, die durch Bildung eines Querschnitts durch den Hohlfasermembranfilter und durch die Mittelachse des zylindrischen Gehäuses entsteht. Der Querschnitt wird dabei so gelegt, dass die zweiten Flüssigkeitszugänge an den zweiten Ein- und Ausströmkammern nicht berührt werden. Sofern bei der genannten Querschnittsbetrachtung zwei Querschnittsflächen der zweiten Ein- oder Ausströmkammer abgebildet werden, z.B. bei rotationssymmetrischer Geometrie der zweiten Ein- oder Ausströmkammern, wird für die Bestimmung des Durchströmquerschnitts nur eine dieser Querschnittsflächen herangezogen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass an den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses, die Ein- oder Ausströmkammern ausgehend von dem zweiten Flüssigkeitszugang zur Mittelachse des zylindrischen Gehäuses einen rotationssymmetrischen umfänglichen Raum, insbesondere einen Ringspalt, bilden. Durch die rotationssymmetrische Geometrie der zweiten Ein- oder Ausströmkammern können die Bauteile für den Hohlfasermembranfilter prozessoptimiert, insbesondere durch Spritzgusstechniken, hergestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen kreisförmig, oval oder schlitzförmig ausgebildet sind. Je nach unterschiedlichen Innendurchmessern des zylindrischen Gehäuses, die für verschiedene Anwendungen vorgesehen werden, können Anzahl und Form der Durchtrittsöffnungen im Endbereich des zylindrischen Gehäuses variieren. Dies hängt auch von den Fertigungsmöglichkeiten des zylindrischen Gehäuses ab, das vorzugsweise durch Spritzgusstechnik hergestellt wird. Vorteilhaft ist daher die Anordnung von einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen am Endbereich des zylindrischen Gehäuses, die eine kreisförmige, ovale oder schlitzförmige Form aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen auf vereinzelten und/oder gegenüberliegenden Abschnitten oder gleichmäßig umfänglich im Endbereich des zylindrischen Gehäuses angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen 10 bis 350 mm², oder 15 bis 200 mm², oder 15 bis 150 mm², oder 20 bis 110 mm² beträgt. Die vorgesehene Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen ist abhängig vom Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters und damit verbunden mit der Anzahl der Hohlfasermembranen. Hohlfasermembranfilter mit einer größeren Membranfläche und einer höheren Anzahl an Hohlfasermembranen benötigen ein entsprechend hohes Anströmvolumen im zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters, um eine ausreichende Filtrationsleistung zu erzielen. In einem Beispiel liegt bei einer Anordnung von ca. 10.000 Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters die Summe aller Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen im Bereich von ca. 90 bis 150 mm². Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses kann dabei zwischen 28 und 33 mm betragen. Die Anpassung der Summe aller Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen an den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses dient dazu, einen definierten Zustrom von Flüssigkeit in den zweiten Strömungsraum zu regulieren und damit eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum zu erzielen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmquerschnitt der einen zweiten oder der beiden zweiten Ein- oder Ausströmkammern 20 bis 50 mm², 20 bis 40 mm² oder 25 mm² beträgt. Auch hier kann der Durchströmquerschnitt der Ein- oder Ausströmkammern angepasst sein an den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters und damit auch von der Anzahl der Hohlfasermembranfilters verschiedene Werte annehmen. In einem Beispiel beträgt bei einer Anordnung von ca. 10.000 Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters der Durchströmquerschnitt der Ein- oder Ausströmkammern 20 bis 30 mm². Die Anpassung des Durchströmquerschnitts der Ein- oder Ausströmkammern an den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses bewirkt dabei eine effiziente Verteilung der in die zweite Ein- oder Ausströmkammer einströmenden Flüssigkeit, so dass beim Eintritt der Flüssigkeit in den zweiten Strömungsraum eine gleichmäßige Anströmung der Hohlfasermembranen erzielt werden kann.
Der Innendurchmesser eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters beträgt in einer Ausführungsform 25 bis 35 mm. Insbesondere können 6000 bis 12000 Hohlfasermembranen im zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters angeordnet sein, so dass der Hohlfasermembranfilter eine Membranoberfläche von 1,2 bis 2,0 m² aufweisen kann. Die „Membranoberfläche“ berechnet sich aus dem Produkt der inneren Oberfläche der Hohlfasermembranen und der Anzahl der Hohlfasermembranen, die in dem zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters angeordnet sind. Die innere Oberfläche der Hohlfasermembranen berechnet sich dabei aus dem Produkt des Innendurchmessers einer Hohlfasermembran, der Kreiskonstante π und der effektiven Wirklänge.
Vorzugsweise werden zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters Hohlfasermembranen aus Polysulfon und Polyvinylpyrrolidon verwendet.
Die Vergussmassen, mit der die Hohlfasermembranen an den jeweiligen Endbereichen des zylindrischen Gehäuses eingebettet und abgedichtet sind, bestehen vorzugsweise aus Polyurethan.
Das zylindrische Gehäuse und die Endkappen sind vorzugsweise aus einem Polypropylenmaterial gefertigt. Ein Gehäuse aus Polypropylen ist vorteilhaft dazu geeignet, lange Faserbündel produktionssicher aufzunehmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die erste und die zweite Ein- oder Ausströmkammer am ersten Endbereich des zylindrischen Gehäuses und die erste und die zweite Ein- oder Ausströmkammer am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses durch jeweils eine erste und eine zweite Endkappe umschlossen werden. Vorteilhafterweise sind die Endkappen dabei einstückig ausgebildet. Die Endkappen sind dabei so ausgebildet, dass eine Wandung der Endkappe, die jeweils erste Ein- oder Auströmkammer umschießt und jeweils eine weitere Wandung eine Ummantelung bildet, die die jeweils zweite Ein- oder Ausströmkammer umschließt. Die Endkappen sind geometrisch so geformt, dass sie auf den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses formschlüssig aufsitzen und durch Abdichtungen flüssigkeitsdicht sind. Die Endkappen werden vorteilhaft durch Spritzguss hergestellt. Die Fertigung eines Hohlfasermembranfilters unter Verwendung der vorliegend definierten Endkappen trägt zu einer prozessoptimierten Fertigung des Hohlfasermembranfilters bei. An den Endkappen sind erste und zweite Flüssigkeitszugänge angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe auf einem ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung am ersten Endbereich des zylindrischen Gehäuses formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend anschließt. Insbesondere schließt auch die zweite Endkappe auf einem ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend, an. Endkappen und zylindrisches Gehäuse sind somit entlang des außenumfänglichen Vorsprungs flüssigkeitsdichtend verbunden. Eine Abdichtung kann durch Verschweißungen oder Verklebung erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe entlang einer innenumfänglichen kreisförmigen Linie formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend am ersten Ende des zylindrischen Gehäuses anschließt. Insbesondere schließt auch die zweite Endkappe entlang einer innenumfänglichen kreisförmigen Linie formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses an. Die innenumfängliche kreisförmige Linie kann z.B. als kreisförmiger Wulst oder Vorsprung auf der Innenseite der Endkappen ausgebildet sein. Alternativ kann aber die Innenseite der Wandung der Endkappen direkt am Ende des zylindrischen Gehäuses anschließen. Der Anschluss der kreisförmigen Linie der Endkappen an die Enden des zylindrischen Gehäuses bewirkt über Verschweißung, Verklebung oder durch O-Ringe eine Flüssigkeitsabdichtung jeweils zwischen der ersten Ein- und Ausströmkammer und der zweiten Ein- und Ausströmkammer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass das Fassungsvolumen einer der oder beider zweiten Ein- oder Ausströmkammern zwischen 1,5 und 5 cm³ liegt. Über einen begrenzten Volumenbereich der zweiten Ein- und oder Auströmkammern kann insbesondere gewährleistet werden, dass abhängig vom Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses eine gleichmäßige Verteilung der in die zweiten Ein- oder Ausströmkammern eintretende Flüssigkeit erfolgen kann. Damit wird auch vermieden, dass Strömungen in Bereichen der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer stagnieren und eine inhomogene Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsbereich auftreten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse und die Endkappen aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus Polypropylen bestehen. Vorteilhafterweise können somit das zylindrische Gehäuse und die Endkappen in einem prozessoptimierten Spritzgussverfahren hergestellt werden. Weiterhin ergibt sich aus der Auswahl der Materialien auch der Vorteil, dass das zylindrische Gehäuse und die Endkappen in einem Schweißprozess formschlüssig und abdichtend miteinander verbunden werden können.
Figurenliste

1a zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses.
1b zeigt einen weiteren Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters, der sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft.
2 zeigt eine seitliche Ansicht eines zylindrischen Gehäuses eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters, wobei der Endbereich des zylindrischen Gehäuses abgebildet ist.
3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt eines kommerziell erhältlichen FX60 Hohlfasermembranfilter der Firma Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, der sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft.
4 zeigt eine seitliche Ansicht eines zylindrischen Gehäuses eines kommerziell erhältlichen FX60 Hohlfasermembranfilter der Firma Fresenius Medical Care.
5a zeigt in schematischer Darstellung eine seitliche Querschnittsdarstellung eines handelsüblichen FX 60 Hohlfasermembranfilters.
5b zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter.

1a zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters 100 entlang der Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses 101. Gezeigt ist in 1a nur ein Teil des Hohlfasermembranfilters, der ein erstes Ende 104 an dem zylindrischen Gehäuse 101 mit einem ersten Endbereich 103 abbildet. Ein Teil des Endbereichs 103 wird von einer Vergusszone 106 eingenommen, in der stirnseitig zur Längsausrichtung, d.h. senkrecht zur Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses eine Vergussmasse 105 angeordnet ist, die die in 1a nicht gezeigten Hohlfasermembranen im Gehäuseinnenraum 102 im ersten Endbereich 103 und im nicht gezeigten zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses 101 in jeweils einer Vergussmasse 105 abdichtend mit dem Gehäuse 101 einbettet. Weiterhin gezeigt ist eine Endkappe 111 mit einer Wandung 114, die die erste Ein- oder Ausströmkammer 107 umschließt, sowie ein Ummantelungsbereich 115, der die zweite Ein- oder Ausströmkammer 109 umschließt. Die Fläche des Strömungsquerschnitts der zweiten Ein- oder Ausströmkammer 109 ist in 1a mit parallelen Strichen gekennzeichnet. Weiterhin ist ein Flüssigkeitszugang 108 gezeigt. Der Flüssigkeitszugang 108 zeigt in der Darstellung die typischen Details eines Blutanschlusses eines Dialysators. Der Flüssigkeitszugang 108 bildet einen Flüssigkeitszugang zur ersten Ein- oder Ausströmkammer 107. Die in 1 gezeigte Endkappe 111 ist einstückig ausgearbeitet, so dass die Wandung 114 und die Ummantelung 115 Teil der Endkappe sind. Gemäß der in 1a gezeigten Anordnung wird der Raum der ersten und zweiten Ein- oder Ausströmkammern (107, 109) von der Endkappe 111, dem zylindrischem Gehäuse 101 und der Vergussmasse 105 umschlossen. Die erste Ein- oder Ausströmkammer ist am Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 über eine umfängliche Abdichtung 110 abgedichtet. Dazu dient ein innerer kreisförmiger Umfang 110a der Endkappe 111, der in 1 nur im Querschnitt gezeigt ist. Der innere Umfang 110a der Endkappe 111 sitzt in der in 1 gezeigten Ausführung auf dem Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 formschlüssig auf, so dass die Abdichtung 110 zwischen Ende 104 des zylindrischen Gehäuses und Endkappe 111 entsteht. Flüssigkeit, die durch den Flüssigkeitszugang 108 in die erste Ein- oder Ausströmkammer 107 einströmt, wird so ausschließlich über die offenen Enden der Hohlfasermembranen in der Vergussmasse 105 (in 1a nicht gezeigt) in die Lumina der Hohlfasermembranen und damit in den ersten Strömungsraum eingeströmt (in 1a nicht gezeigt). Eine weitere umfängliche Flüssigkeitsabdichtung 112 entsteht durch den ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung 112a am zylindrischen Gehäuse 101, der formschlüssig und flüssigkeitsabdichtend an der Ummantelung 115 der Endkappe 111 anschließt.
1b zeigt einen weiteren Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters 100, der sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft. Die Mittelachse B verläuft zentrisch im zweiten Flüssigkeitszugang 116, der an der zweiten Ein- oder Ausströmkammer 109 anschließt. Die Bezeichnungen 100 bis 111 und 114 und 115 sind in 1b identisch mit den Bezeichnungen aus 1a. Ebenfalls, wie in 1a gezeigt, ist der Strömungsquerschnitt der zweiten Ein- oder Ausströmkammer 109 in 1b mit parallelen Strichen gekennzeichnet. Zusätzlich sind in dieser Querschnittsdarstellung die Durchtrittsöffnungen 113 auf gegenüberliegenden Seiten des Endbereichs 103 des zylindrischen Hohlfasermembranfilters zu sehen. Aus dieser Abbildung ist zu erkennen, dass der zweite Flüssigkeitszugang 116 in Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Ein- oder Ausströmkammer 109 steht und über die Durchtrittsöffnungen 113 weiterhin eine Flüssigkeitsverbindung zum zweiten Strömungsraum im Gehäuseinnenraum 102 des Hohlfasermembranfilters 100 besteht. In einer nach 1b gezeigten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen gegenüberliegend am Endbereich 103 des zylindrischen Holfasermembranfilters angebracht, von denen in der Querschnittsdarstellung der 1b nur zwei sichtbar sind.
2 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil eines zylindrischen Gehäuses 101 eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters in einer seitlichen Ansicht. In der Darstellung von 2 ist der Teil mit dem ersten Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 gezeigt. In 2 ist weiterhin der ringförmige außenumfängliche Vorsprung 112a am zylindrischen Gehäuse 101 dargestellt, der dafür vorgesehen ist, eine Abdichtung 112 an einer Ummantelung 115 einer Endkappe 111 herzustellen. Referenz 103 bezeichnet den Endbereich des zylindrischen Gehäuses 101. Referenz 106 bezeichnet die Vergusszone im Endbereich, wobei eine Vergussmasse 105 an sich in 2 nicht gezeigt ist. Die Mittelachse A deutet die Längsausrichtung des zylindrischen Gehäuses an,; sie liegt jedoch in der gezeigten Seitenansicht unter der Zeichenebene der dargestellten Oberfläche des zylindrischen Gehäuses. In der Seitenansicht ist eine Vielzahl an Durchtrittsöffnungen 113 abgebildet, die im Hohlfasermembranfilter die Verbindung zwischen zweiter Ein- oder Ausströmkammer 109 und dem zweiten Strömungsraum bilden (beide nicht in 2 dargestellt). In der gezeigten Darstellung sind die Durchtrittsöffnungen kreisrund dargestellt, sie können jedoch auch oval, schlitzförmig oder U-förmig ausgestaltet sein. Die Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen 113 ergeben sich durch die Summe der Durchströmquerschnitte aller einzelnen Durchstrittsöffnungen 113. Die gemäß 2 dargestellte Ausführungsform weist im Endbereich 103 des zylindrischen Gehäuses 101 22 Durchtrittsöffnungen 113 auf, von denen in 2 nur die Hälfte, also 11 sichtbar sind. 11 weitere Durchtrittsöffnungen befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite des Endbereichs 103 des zylindrischen Gehäuses 101.
In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters, der gemäß der in 1a, 1b und 2 gezeigten Einzelheiten gearbeitet ist, kann die Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen beispielsweise 17 mm² betragen. Weiterhin kann in dieser Ausführungsform der Durchströmquerschnitt der zweiten Ein- oder Ausströmkammer dann ca. 26 mm² betragen. Das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer beträgt 0,65: 1.
3 zeigt in schematischer Darstellung den Teil eines Querschnitts eines kommerziell erhältlichen FX Hohlfasermembranfilters der Firma Fresenius Medical Care, wobei der Querschnitt sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft. Analog zu den vorhergehenden Figuren zeigt die 3:

300: einen Hohlfasermembranfilter
301: ein zylindrisches Gehäuse
302: einen Gehäuseinnenraum des zylindrischen Gehäuses für die Aufnahme einer Vielzahl von Hohlfasermembranen (in 3 nicht gezeigt)
303: einen Endbereich des zylindrischen Gehäuses
304: ein erstes Ende des zylindrischen Gehäuses
305: eine Vergussmasse,
306: eine Vergusszone,
307: eine erste Ein- oder Ausströmkammer,
308: einen ersten Flüssigkeitszugang zur ersten Ein- oder Ausströmkammer,
309: eine zweite Ein- oder Ausströmkammer,
310: eine umfängliche Abdichtung, ausgebildet als O-Ring,
310a: einen inneren Umfang in der Endkappe,
311: eine Endkappe,
312a: einen ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung,
314: eine Wandung der Endkappe,
315: eine Ummantelung des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an der Endkappe,
316: einen zweiten Flüssigkeitszugang.

Wie aus 3 ersichtlich, unterscheiden sich die nach 1a, 1b und 3 dargestellten Hohlfasermembranfilter baulich in der Konstruktion der zweiten Ein- und Ausströmkammer. In 3 nicht zu sehen sind die Durchtrittsöffnungen, die die zweiten Ein- oder Ausströmkammern mit dem zweiten Strömungsbereich des Hohlfasermembranfilters (nicht gezeigt) verbinden.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines zylindrischen Gehäuses 401 eines handelsüblichen FX Hohlfasermembranfilters der Firma Fresenius Medical Care, der in einer Vergusszone 406 eine Vergussmasse 405 trägt. Die 4 zeigt einen ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung 412a. Weiterhin sind in der Seitenansicht die Durchtrittsöffnungen 413 gezeigt, die umfänglich am Endbereich 403 des Gehäuses 401 angeordnet sind. Der gemäß 3 und 4 veranschaulichte FX60 Hohlfasermembranfilter weist einen Durchströmquerschnitt der zweiten Ein- oder Ausströmkammer von 26 mm² auf. In derselben Ausführungsform des FX Hohlfasermembranfilters beträgt die Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen 392 mm². Das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer beträgt 15:1.
5a zeigt in schematischer Darstellung eine seitliche Querschnittsdarstellung eines handelsüblichen FX 60 Hohlfasermembranfilters 300 der Firma Fresenius Medical Care. Bauliche Einzelheiten des in 5a dargestellten Hohlfasermembranfilters stimmen mit 3 überein. Die 5a zeigt zweite Flüssigkeitszugänge 316a und 316b, die Vergussmassen 305a und 305b, sowie ein zylindrisches Gehäuse 301. Die Gesamtlänge eines gemäß 5a dargestellten Hohlfasermembranfilters beträgt 292 mm. Der mittlere Abstand der zweiten Flüssigkeitszugänge beträgt 248 mm. Die effektive Wirklänge der Hohlfasermembranen beträgt 228 mm. Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses beträgt 34 mm. Das Aspektverhältnis des dargestellten Holfasermembranfilters beträgt 6,71. Das Verhältnis aus effektiver Wirklänge der Hohlfasermembranen zum mittleren Abstand der zweiten Flüssigkeitszugänge 316a und 316b beträgt 0,92.
5b zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter 100. Bauliche Einzelheiten des in 5b dargestellten Hohlfasermembranfilters stimmen mit 1 überein. Die 5b zeigt zweite Flüssigkeitszugänge 116a und 116b, die Vergussmassen 105a und 105b, sowie ein zylindrisches Gehäuse 101. Die Gesamtlänge eines gemäß 5b dargestellten Hohlfasermembranfilters beträgt 333 mm. Der mittlere Abstand der zweiten Flüssigkeitszugänge beträgt 285 mm. Die effektive Wirklänge beträgt 280 mm. Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses beträgt 31 mm. Das Aspektverhältnis des dargestellten Holfasermembranfilters beträgt 9,1. Das Verhältnis aus effektiver Wirklänge der Hohlfasermembranen zum mittleren Abstand der zweiten Flüssigkeitszugänge 116a und 116b beträgt 1,018.
BEISPIELE
Bestimmung der Clearance
Die Bestimmung der Clearance wird gemäß der Norm DIN/EN/ISO 8637:2014 durchgeführt, wobei in den Beispielen ein Blutfluss von 300 ml/ min. und ein Dialysatfluss von 500 ml/ min. eingestellt wird. Als Prüflösungen werden wässrige Lösungen von 16,7 mmol/l Harnstoff (Fa. Merck) und 36,7 µmol/l Vitamin B12 (BCD Chemie, Biesterfeld) auf der Blutseite und destilliertes Wasser auf der Dialysatseite verwendet. Die Konzentration von Vitamin B12 wird photometrisch bei 361 nm bestimmt. Für die Bestimmung des Harnstoffes wird das Gerät Cobas Integra 400 plus mit dem Test UREAL (Roche Diagnostics, Deutschland) verwendet.
Beispiel 1: Hohlfasermembranfilter gemäß der Erfindung
Es wurde ein Hohlfasermembranfilter mit den baulichen Details gemäß 1a,1b und 5b und den in Tabelle 1 gezeigten Kenngrößen hergestellt. Es wurden dabei gewellte Polysulfon/Polyvinylpyrrolidon-Hohlfasermembranen verwendet, die insbesondere im FX60 Filter der Firma Fresenius Medical Care verbaut werden. Die Herstellung des Hohlfasermembranfilters erfolgte nach im Stand der Technik bekannten Methoden.
Der erfindungsgemäße Hohlfasermembranfilter wurde durch ein im Stand der Technik bekanntes Dampfsterilisationsverfahren sterilisiert, das in der Offenlegungsschrift DE 10 2016 224 627 A1 beschrieben ist. Clearance und Siebkoeffizienten wurden jeweils an der sterilen wie auch an der unsterilen Ausführungsform untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Vergleichsbeispiel 1: FX60 Hohlfasermembranfilter
Als vergleichende Ausführungsform wurde ein FX60 Hohlfasermembranfilter der Firma Fresenius Medical Care verwendet. Die baulichen Details des FX 60 Hohlfasermembranfilters sind in den 3, 4 und 5a schematisch gezeigt. Die technischen Kenngrößen des FX60 Filters sind in Tabelle 1 gezeigt.

Der FX60 Hohlfasermembranfilter wurde mit dem gleichen Dampfsterilisationsverfahren, das auch beim erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter angewendet wurde, sterilisiert. Die mit dem Hohlfasermembranfilter festgestellte Clearance wurde jeweils an der sterilen wie auch an der unsterilen Ausführungsform untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 1

Kenngröße	Merkmal	Beispiel 1	Vergleichsbeispiel 1
1	Anzahl Hohlfasermembranen	8448	10752
2	Effektive Wirklänge Hohlfasermembranen	285 mm	228 mm
3	Membranoberfläche	1,4 m²	1,4m²
4	Innendurchmesser Hohlfasermembranen	184 µm	184µm
5	Wandstärke Hohlfasermembranen	37 µm	37µm
6	Amplitude Hohlfasermembranen	0,41 mm	0,41 mm
7	Wellenlänge	7,5 mm	7,5 mm
8	Innendurchmesser zylindrisches Gehäuse	31 mm	34 mm
9	Σ Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen	24,1 mm²	315,3 mm²
10	Durchströmquerschnitt zweite Ein- oder Ausströmkammer	23,6 mm²	26,4 mm²
11	Quotient aus Kenngröße 9 und 10	1,02: 1	11,9: 1
12	Aspektverhältnis	9,19	6,71

Es wurden für den erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter gemäß Beispiel 1 und für den FX 60 Hohlfasermembranfilter gemäß Vergleichsbeispiel 1 Hohlfasermembranen verwendet, die aus der gleichen Produktion stammen. Diese Hohlfasermembranen stimmen in ihren Maßen bezüglich Durchmesser, Wandstärke, Porenbeschaffenheit und Materialzusammensetzung überein. Die Anzahl der Hohlfasermembranen in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 wurde so angepasst, dass die jeweiligen Hohlfasermembranfilter jeweils die gleiche Membranoberfläche von 1,4 m² aufwiesen. Tabelle 2

	Bsp. 1, steril	Vergl.Bsp. 1, steril	Bsp. 1, unsteril	Vergl.Bsp. 1, unsteril
Clearance, Harnstoff	273 ml/ min	267 ml/ min	276 ml/ min	274 ml/ min
Clearance, Vit. B12	175 ml/ min	169ml/ min	176ml/ min	169 ml/ min

Die Ergebnisse aus Tabelle 2 zeigen, dass die Clearance an sterilen und unsterilen Hohlfasermembranfiltern nach Beispiel 1 für Harnstoff und Vitamin B12 höher liegt als für den FX60 Hohlfasermembranfilter des Vergleichsbeispiels 1. Zudem weist das erfindungsgemäße Beispiel nur einen geringen Abfall der Harnstoff-Clearance nach der Sterilisation auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3238758 A1 [0006]
DE 102016224627 A1 [0057]

Claims

Hohlfasermembranfilter (100) aufweisend ein zylindrisches (101) Gehäuse, das sich entlang einer Mittelachse (A) in Längsrichtung erstreckt mit einem Gehäuseinnenraum (102), einem ersten Endbereich (103) mit einem ersten Ende (104) und einem zweiten Endbereich mit einem zweiten Ende, eine Vielzahl von Hohlfasermembranen, aufweisend einen Innendurchmesser von 150 bis 190 µm und einer Wandstärke von 25 bis 38 µm, wobei die Hohlfasermembranen in dem zylindrischen Gehäuse (101) angeordnet sind und im ersten Endbereich (103) und im zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses in jeweils einer Vergussmasse (105) abdichtend mit dem Gehäuse in jeweils einer Vergusszone (106) eingebettet sind, wobei die Enden der Hohlfasermembranen offen sind, so dass die Lumina der Hohlfasermembranen einen ersten Strömungsraum bilden und der die Hohlfasermembranen umgebende Gehäuseinnenraum (102) einen zweiten Strömungsraum bildet, erste Ein- oder Ausströmkammern (107), jeweils stirnseitig am ersten (104) und am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses (101) und der Vergusszone (106) anschließend, die mit dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils erste Flüssigkeitszugänge (108) aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus den ersten Ein- oder Ausströmkammern (107) zu- oder abzuleiten, zweite Ein oder Ausströmkammern (109) umgebend den ersten und den zweiten Endbereich (103) des zylindrischen Gehäuses (101), die mit dem zweiten Strömungsbereich in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils zweite Flüssigkeitszugänge (116) aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus den zweiten Ein- oder Ausströmkammern (109) zu- oder abzuleiten, jeweils eine Abdichtung (110), die die ersten Ein- oder Ausströmkammern (107) von den zweiten Ein- oder Ausströmkammern (109) trennt, Durchtrittsöffnungen (113) in den Endbereichen (103) des zylindrischen Gehäuses (101), die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den zweiten Ein- und/oder Ausströmkammern (109) und dem zweiten Strömungsraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Aspektverhältnis aus effektiver Wirklänge der Hohlfasermembranen und Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 8 bis 12 beträgt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranoberfläche des Hohlfasermembranfilters 1,2 bis 2 m² beträgt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Länge der Hohlfasermembranen 270 bis 320 mm beträgt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses (101) 25 bis 35 mm beträgt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Packungsdichte der Hohlfasermembranen 50 bis 70 % beträgt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembranen eine wellenförmige Form aufweisen, insbesondere wobei die Amplitude der wellenförmigen Form der Hohlfasermembranen 0,1 bis 0,5 mm beträgt und die Wellenlänge der wellenförmigen Form der Hohlfasermembranen 5 bis 10 mm beträgt.
Hohlfasermembranfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen (113) zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer (109) im Bereich von 0,5: 1 bis 7: 1, oder 0,75: 1 bis 5: 1 oder 1: 1 bis 3:1 liegt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Endbereichen (103) des zylindrischen Gehäuses (101), die Ein- oder Ausströmkammern (109) ausgehend von dem zweiten Flüssigkeitszugang zur Mittelachse (A) des zylindrischen Gehäuses (101) einen rotationssymmetrischen umfänglichen Raum, insbesondere einen Ringspalt, bilden.
Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (113) auf vereinzelten und/oder gegenüberliegenden Abschnitten oder umfänglich am Endbereich (103) des zylindrischen Gehäuses (101) angeordnet sind.
Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen (113) 10 bis 350 mm², oder 15 bis 200 mm², oder 15 bis 150 mm², oder 20 bis 110 mm² beträgt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmquerschnitt der zweiten Ein- oder Ausströmkammern 20 bis 50 mm², 20 bis 40 mm² oder 20 bis 25 mm² beträgt.
Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die erste (107) und die zweite Ein- oder Ausströmkammer (109) am ersten Endbereich (103) des zylindrischen Gehäuses (101) und die erste und die zweite Ein- oder Ausströmkammer am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses durch jeweils eine erste und eine zweite Endkappe (111) umschlossen werden.
Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Endkappe (111) auf einem ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung (112a) jeweils am ersten (103) und am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses (101) formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend anschließen.
Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Endkappe (111) entlang einer innenumfänglichen kreisförmigen Linie (110a) formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend jeweils am ersten Ende (104) und am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses (101) anschließen.