DE2652856A1 - Stoffaustauscher fuer medizinische zwecke und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Stoffaustauscher für aedizinische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stoffaustausch zwischen Flüssigkeiten oder Gasen, wobei die semipermeable Membran zwischen den beiden Medien durch eine große Anzahl hohler Fasern gebildet wird, durch die das erste Medium strömt, während das Äußere der Fasern von den zweiten Medium umströmt wird.
• Vorrichtungen nach diesem Prinzip sind für verschiedene medizinische Anwendungen bekannt. Je nach Art des Materials der Hohlfasern eignen sie sich zur Nachbildung der Lungenfunktion (Oxygenator) oder der Nierenfunktion (Dialy sator, Molekularfilter).
• Bei der bisher üblichen Bauform der Hohlfaser-Stoffaustauscher sind die Hohlfasern zu einem Bündel mit annähernd kreisförmigem Querschnitt zusammengefaßt und in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet, das mit Anschlüssen für den Zu- und Abfluß der Austausch@rmedien versehen ist. Ein Nachteil ergibt sich daraus, daß das Hohlfaserbündel bei der üblichen Herstellungsweise in sich keine definierte Ordnung der Hohlfasern aufweist und die Zahl der Hohlfasern pro Flächeneinheit über den Bündelquerschnitt unterschiedlich verteilt sein kann, so daß Stellen hoher Faserdichte und Stellen geringer Faserdichte auftreten. Dies hängt im wesentlichen vom Herstellungsverfahren abo Diese unregelmäßige Verteilung, die von Exemplar zu Exemplar große Unterschiede aufweisen kann, ist wahrscheinlich die Ursache für die in der praktischen Anwendung als nachteilig empfundenen großen Exemplarstreuungen der Eigenschaften von Hohlfaser-Stoffaustauschern, Von besonderer Wichtigkeit ist die Frage der Herstellungskosten, da diese Austauscher für medizinische Anwendungen im allgemeinen jeweils nur für eine Behandlung benutzbar sind. Da z.B. ein Patient mit chronischer Niereninsuffizienz im Jahr ca. 160 Behandlungen benötigt, ist die Bedeutung möglichst geringer Herstellungskosten offensichtlich0 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hohlfaser-Stoffaustauscher so zu gestalten, daß die Forderungen nach höchatmöglichem Wirkungsgrad und kostengünstiger Herstellungsweise bei gleichmäßigen Produkteigenschaften besonders berUcksichtigt werden. Die Erfindung geht von einem Stoffaustauscher für medizinische Zwecke aus, der ein Hohifaserbündel aufweist, bei dem die offenen Enden der von einem ersten Medium durchströmten Fasern gegeneinander abgedichtet in einer Vergui3masse gehalten sind, während in dem zwischen den Enden liegenden Bereich die Hohlfasern einen Abstand voneinander au£wei#en, durch den ein zweites Medium strömt.
• Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß auf einem Grundkörper mit I-Profil die Hohlfasern in Form zweier Pakete parallel zur Längserstreckung des Profils in den beiden durch die T-Flansche begrenzten Pr@filräumen beiderseits des Profilsteges angeordnet sind, und daß der Profilsteg nahe den beiden Enden Unterbrechungen aufweist, in welche Querbohrungen durch die Profilflansche einmünden.
• Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den vorausgehenden AnsprUchen im Zusammenhang nit der nachstehenden Beschreibung.
• Die Erfindung ist im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert und zwar zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgeiäßen Stoffaustauscher in teilweise auseinandergezogener Darstellung; Fig.2: den Grundkörper eines erfindungsge.äßen Stoffaustauschers ohne die Hohlfaserbündel und Fig.3: einen Grundkörper für einen erfindungsgemäßen Stoffaustauscher in seiner Ausgangsform zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens.
• Der Stoffaustauscher enthält einen Grundkörper 15 mit I-förmigem Querschnittsprofil. Einzelheiten der Gestaltung dieses Grundkörpers sind in Fig.2 gezeigt. Der mittlere Steg la des I-Profiles 15 ist in der Nihe des oberen und unteren Endes unterbrochen, so daß zwei freie Zwischenräume 2 und 3 gebildet werden, die der Zu- bzw. Abfuhr des einen Mediums dienen. Zu diesem Zweck sind die beiden Anschlußatutzen 4 und 5 so angeordnet, daß das Medium durch die beiden äußeren Schenkel des I-Profils in den einen Zwischenraum hineingeleitet und aus dem anderen Zwischenraum herausgeleitet werden kann.
• Innerhalb der schraffierten Flächen 6 in Fig.1 sind die Hohlfasern parallel zur Längsachse des I-Profils eingelegt.
• Die Hohlfasern sind in der auch bei anderen Hohlfaserdialysatoren üblichen Weise in Bereich ihrer Enden durch Eingießen in Kunstharz gegeneinander und gegen das Gehäuse fixiert und abgedichtet.
• Die beiden Deckplatten 7 und 8, die mit dem Grundkörper 1 verklebt oder verschweißt sind, bilden zusammen mit dem Grundkörper ein Gehäuse, das die Hohlfasern umschließt, Zufuhr und Abfuhr des zweiten Mediums erfolgen über die Endkappen 9 und 10, die mit dem Grundkörper und den Deckplatten verklebt oder verschweißt werden. Die gezeigte Form der Endkappen stellt nur eine von verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten dar. Die Anschlußstutzen können z.B. auch parallel zur Längsachse des Grundkörpers angeordnet sein.
• Die Herstellung eines Stoffaustauschers der beschriebenen Art wird durch die Möglichkeit, für das Einbringen der Hohlfasern einen Wickelproseß anzuwenden, besonders günstig.
• Dieser Prozeß kann maschinell durchgeführt und automatisiert werden. Das bei der bisher gebräuchlichen zylindrisehen Be#fferm #. ## L'# erforderliche manuelle Einbringen des vorgefertigten lockeren Bündels in das Gehäuse und die damit verbundenen Ungenauigkeiten und Beschädigungsrisiken entfallen somit, was sowohl hinsichtlich der Herstellungskosten als auch hinsichtlich einer gleichmäßigeren Produktqualität vorteilhaft ist. Durch eine geeignete Ausführung des Wickelvorganges kann ferner eine gleichmäßigere Verteilung der Hohlfasern über den gesamten Querschnitt des Hohlfaserbündels erreicht werden, was für die Effektivität von einiger Bedeutung ist.
• Das Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen Stoffaustauscher ist im Folgenden anhand der Fig.3 erläutert. Der Grundköflper 20 besteht aus einem Profilsteg la, der mit den Profilflanschen Ib verbunden ist. Mit dem profilsteg la fluchtend sind weitere Stege 13a und 14a nahe den beiden Enden des haspelartigen Grundkörpers vorgesehen.
• Der Grundkörper 20 wird um eine Hochachse 21 des I-Profils drehbar in einer Wickelvorrichtung gehalten und um diese Achse in einer Drehbewegung angetrieben. Hierbei wird ein Hohlfaserstrang 22 zugeführt und Lage um Lage auf den Gruadkdrper in der ~rgegtellten Weise aufgewickelt.
• Der auf dem Grundkörper schon befindliche Wickel ist mit 23 bezeichnet.
• Nach Beendigung des Wickelvorganges wird der Strang 22 abgetrennt und die Deckplatten 7 und 8 werden auf die Seitenkanten der Profilflansche Ib aufgebracht und mit diesen abdichtend, z.B. durch Verkleben oder Verschweißen verbunden.
• Der Grundkörper mit dem darauf befindlichen Wickel wird dkach mit seiner oberen Stirnseite bis zur Höhe der Ebene 24.
• in eine VerguSiasse getaucht. Die Ebene 24 fällt etwa mit der Innenfläche des Steges 13a zusammen, die an den Hohlraum 2 angrenzt. Nach dem Aushärten der Vergußmasse wird die andere Stirnseite in gleicher Weise in eine Vergußmasse getaucht und diese ebenfalls ausgehärtet1 Danach wird entlang der Ebene 25 die eine Stirnseite des Grundkörpers mitsamt den Teilen des Wickels, die außerhalb dieser Ebene liegen, abgetrennt. Dabei werden auch die als Führungsflächen dienenden Enden 26 der Profilflansche Ib entfernt. Der gleiche Vorgang wird dann an der anderen Stirnseite wiederholt.
• Es entsteht so der in Fig.1 dargestellte Stoffaustauscher0 Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise der Wickel an den Stirnflächen die offenen Enden der Hohlfasern präsentiert, die ihrerseits untereinander durch die Vergußmasse abgedichtet sind. Zwischen den Hohlfasern entsteht zwischen den inneren Räumen 2 und 3 beiderseits des Profilsteges la ein von den Hohlfasersträngen durchzogener Raum, durch den das zwischen den Anschlußstutzen 11 und 12 umlaufende Medium strömen kann.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind im Rahmen des Erfindungigedankens unterschiedliche Ausführungibeispiele möglich.

Claims (1)

1. Ansprüche: 1. Stoffaustauscher für medizinische Zwecke, mit einem Hohifaserbündel, bei dem die offenen Enden der von einem ersten Medium durchströmten Fasern gegeneinander abgedichtet in einer Vergußmasse gehalten sind, während in dem zwischen den Enden liegenden Bereich die Hohlfasern einen Abstand voneinander aufweisen, durch den ein zweites Medium strömt, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Grundkörper (15) mit I-Profil die Hohlfasern in Form zweier Pakete (6) parallel zur Längserstreckung des Profils in den beiden durch die T-Flansche begrenzten Profilräumen beiderseits des Profilsteges (la) angeordnet sind, und daß der Profilsteg nahe den beiden Enden Unterbrechungen (2,3) aufweist, in welche Querbohrungen durch die Profilflansche (Ib) einmünden.

   2. Stoffaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Profilräume mittels Endkappen (7,8) verschlossen sind.

   3. Stoffaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten von ausgehöhlten Deckplatten (9,10) verschlossen sind, in die je ein Anschlußstutzen (11,12) mündet.

   4. Stoffaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper mehrere auf ihn aufgewickelte Lagen von Hohlfasern trägt.

   5. Verfahren zur Herstellung eines Stoffaustauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (20) um eine Hochachse (21) eines I-Profils drehbar gelagert und um diese Achse in einer Drehbewegung angetrieben wird, während ein Strang (22) einer Hohlfaser zugeführt und bis zu mehreren Lagen auf den Grundkörper aufgewickelt (23) wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnseiten des Wickels bis zu einer ersten Ebene (24) bzw. bis zur Höhe eines Profilstegteiles (13a) in eine Vergußmasse getaucht werden, die ausgehärtet wird.

   70 Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Stirnseiten des Wickels nach Abdichtung desselben in einer zweiten Ebene (25)3 die etwas außerhalb der ersten Ebene (24) liegt, abgetrennt werden