DE2721008A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von vorrichtungen mit hohlfasern - Google Patents

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Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assm-anr» - D«\ R «voeniesoerger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-lng. F. Kiirqseicen - Dr. F. Zumstein jun.

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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Vorrichtungen mit Hohlfasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Vorrichtungen mit Hohlfasern, insbesondere für Fraktionierungsvorgänge von Fluiden.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht die Herstellung von Vorrichtungen mit Hohlfasern, bei denen die etwa geradlinigen Längen der Hohlfasern gegen wenigstens eines ihrer Enden von einer Dichtungswand gehalten werden, die z.B. insbesondere Klebstoff enthält. Die Hohlfasern durchqueren die Dichtungswand und sind an diesen Enden offen. Wenn, wie im obigen Fall, eine Vorrichtung nur eine Endwand hat, sind die Hohlfasern haarnadelförmig und haben somit zwei etwa gerad-

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linige Längen von Hohlfasern, die an ihren Enden von einer Dichtungswand offengehalten werden, während die beiden Hohlfaserlängen am anderen Ende durch einen von der Hohlfaser selbst gebildeten Bogen vereinigt sind. Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es somit möglich, die Bögen in eine zweite Wand einzulassen oder Vorrichtungen mit Hohlfasern herzustellen, bei denen die etwa geraden Längen von Hohlfasern an Jedem Ende von einer Dichtungswand gehalten werden. Die Hohlfasern durchqueren dabei diese Wände und sind an jedem Ende in Nähe jeder Wand offen. Jedenfalls sind die etwa geraden Längen von Hohlfasern zueinander nicht streng parallel und können in gewissen Fällen vorteilhaft in Form einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Verdrallungen angeordnet werden. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht ebenfalls die, Herstellung von Vorrichtungen, bei denen die etwa geraden Längen von Hohlfasern längs einem mittleren Dorn angeordnet sind.

Der Ausdruck "Fraktionierung*¹, der oben verwendet wurde zur Bezeichnung der Vorgänge, die mit den nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen Vorrichtungen mit Hohlfasern ausgeführt werden können, umfaßt jeden Austausch oder Transport von Materie (oder sogar von Wärme), bei dem nach Auftreten der genannten Fraktionierung ein oder mehrere Fluide erhalten werden, die nicht dieselbe Zusammensetzung oder dieselben Eigenschaften, wie das oder die Fluide haben, die in die Vorrichtung mit Hohlfasern eingeführt wurden. Die in Betracht gezogenen Fraktionierungsvorgänge sind daher im wesentlichen Austauschvorgänge (Dialyse bei z.B. einer künstlichen Niere, direkte Osmose, Austausch Gas-Gas, Austausch Gas-Flüssigkeit, z.B. bei einer künstlichen Lunge) und Abseheidungsvorgänge (Ultrafiltration, inverse Osmose, Gaspermeation) und sogar Mischvorgänge. Jedoch können die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Vorrichtungen mit Hohlfasern ebenfalls verwendet werden bei Vorgängen wie dem Wärmeaustausch zwischen zwei Fluiden, der Befeuchtung und/oder Konditionierung von Luft oder bei der

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Lösung von gewissen Gasen in Flüssigkeiten.

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Vorrichtungen mit Hohlfasern sind in den US-PS 3 277 959 und 3 755 034 beschrieben. In der US-PS 3 277 959 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung (Fig. 11) beschrieben, die zu Vorrichtungen mit Hohlfasern führen. Es handelt sich Jedoch um ein Folgeverfahren, das In regelmäßigen Intervallen Hohlfaserabschnitte in Bewegung setzt oder anhält. In der US-PS 3 755 034 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlfaserbündeln beschrieben, bei dem fortlaufend Hohlfasern um zwei in Bewegung befindliche Halter gewickelt werden, die voneinander im Abstand angeordnet und zueinander etwa parallel sind. Die Halter bestehen aus sich bewegenden Fäden oder Bändern, auf oder um die eine Hohlfaser gewickelt wird, wonach die Halter selbst auf einen Dorn gewickelt werden. Dieses Verfahren weist insbesondere den Nachteil auf, daß die Hohlfasern auf einen Dorn gewickelt werden, während diese letzteren auch noch unter ihrer um die Fäden oder Bänder herum vorhandenen Aufwickelspannung stehen, was ein hinderliches Schrumpfen der Fasern bei ihrem Abschneiden mit sich bringen kann, insbesondere wenn der Klebstoff der Endwände nicht genügend ausgehärtet ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das die Nachteile des bisherigen Standes der Technik nicht aufweist. Dieses Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen mit Hohlfasern zeichnet sich aus durch Wickeln von wenigstens einer Hohlfaser um zwei in einem gewissen Abstand voneinander befindliche Halter in Berührung mit diesen in der Weise, daß flache Windungen von Hohlfasern erhalten werden, wobei jede Windung um jeden Halter einen Bogen bildet und zwischen den Haltern mit zwei etwa geradlinigen Längen verläuft, und durch Fortschreiten der Windungen nach Maßgabe ihrer Herstellung zu den Enden der Halter hin durch die Bewegung der Halter in der Weise, daß wenigstens etwa geradlinige Längen von Hohlfasern vorliegen, die die Halter verlassen haben.

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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit dem Ausdruck "Hohlfaser" werden rohrförmige Fasern bezeichnet, die innen einen durchlaufenden Kanal aufweisen, der etwa längs der Achse der Faser verläuft.

Die gemäß der Erfindung verwendbaren Hohlfasern können von jeder bekannten Art sein und aus jedem geeigneten Material bestehen, insbesondere aus natürlichem makromolekularen, künstlichen oder synthetischen Material. Es kann sich insbesondere um Fasern handeln, die in den FR-PS 1 307 979, 1 585 563, 2 017 387 und in der US-PS 3 674 628 beschrieben sind. Diese Fasern können homogen, mikroporös oder anisotrop (d.h. mi^ Haut) sein. Sie können durch Gießen, auf trockenem Weg (Verdampfung von Lösungsmittel) oder auf feuchtem Weg (Koagulation) hergestellt werden. Die genaue Beschaffenheit der Hohlfasern wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung gewählt. Selbstverständlich sind die Hohlfasern für einfache Wärmeaustauschvorgänge gegenüber den an ihren äußeren und inneren Wänden zirkulierenden Fluiden undurchlässig und bestehen aus Materialarten, wie sie insbesondere in der US-PS 3 315 740 beschrieben sind.

Die gemäß der Erfindung verwendbaren Fasern haben einen Außendurchmesser von im allgemeinen weniger als 1,5 mm, vorzugswei se kleiner als 0,75 mm, im allgemeinen über 5 Mikron. Der Außendurchmesser der Hohlfasern ist größer als 300 Mikron für die Vorrichtungen, die als künstliche Nieren oder Lungen verwendet werden. Die Dicke ihrer Wand beträgt im allgemeinen 1 bis 1OO Mikron.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben· Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchfüh-

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rung des Verfahrens nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Teilschnitt dieser Vorrichtung entlang der Linie H-II von Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie H-II von Fig. 1 für eine Variante in einem aus flachen Hohlfaserwindungen bestehenden Rückgewinnungssystem;

Fig. 4 eine stark schematische Ansicht einer gewis.. η Anzahl von Hohlfaserwindungen;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI von Fig. 5;

Fig. 7 und 8 Schnitte entlang der Linie VI-VI von Fig. 5 von AusfUhrungsvarianten für das Halten der Hohlfaserwindungen;

Fig. 9 eine Ansicht von unten einer Ausführungsvariante einer der Fig. 5 ähnlichen Vorrichtung;

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X von Fig. 9»

Fig. 11 bis 14 Vorrichtungen mit Hohlfasern, die von den Vorrichtungen der vorhergehenden Figuren hergestellt werden können;

Fig. 15 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung von Fig. 1·

Bei der gesamten folgenden Beschreibung handelt es sich insbesondere um flache Windungen aus Hohlfasern. Fig. 4 zeigt stark schematisch drei flache Hohfaserwindungen (ausgezogen dargestellt)» wobei jede Windung zwei etwa gerade Längen 3 und einen Bogen 9 in Nähe jedes Endes der Längen 3 enthält. Im allgemeinen haben die mit den im folgenden beschriebenen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten flachen Windungen zueinander etwa parallele Längen Eine Windung kann insbesondere aus einer Verdrillung von Hohlfasern bestehen, die z.B. so umeinander gewickelt sind wie diejenigen der FR-Patentanmeldungen 73 20040 und 74 11674·

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung. Diese Vorrichtung enthält eine Einrichtung 1 zum

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Aufwickeln wenigstens einer Hohlfaser 2 um zwei Halter in der Weise, daß flache Hohlfaserwindungen erhalten werden. Diese Einrichtung 1 enthält einen Rahmen 4 mit zwei Spulen 5 und mit Fadenführungen 6, die ebenfalls dazu dienen können, die gewünschte Spannung der Hohlfasern 2 im Augenblick ihres Aufwickeins auf die beiden noch zu beschreibenden Halter zu gewährleisten. Bei der in Fig. schematisch dargestellten Vorrichtung enthält der Rahmen 4 vorteilhaft zwei Spulen 5 für Hohfasern 2, wobei die Achse jeder Spule 5 sich im gleichen Abstand von der Drehachse 11 des Rahmens 4 befindet für ein gutes Gleichgewicht während der Drehung des Rahmens. Die Anzahl der Spulen kann jedoch größer sein und kann in gewissen Fällen auf eine einzige Spule zurückgeführt werden. Wie oben erwähnt, kann jede Spule 5 mehrere Hohlfasern enthalten, die in diesem Fall vorteilhaft in Form einer Verdrillung vorliegen. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Antriebseinrichtung zum Drehen des Rahmens 4 nicht dargestellt.

Während der Drehung des Rahmens 4 um seine Achse 11 werden die Hohlfasern 2 dank einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung um zwei durch Stangen 16 gebildete Halter herum abgelegt. Diese Stangen 16 sind längs ihrer Längsachse 17 wenigstens teilweise mit Außengewinde versehen. Die Hohlfasern 2 werden am mit Außengewinde versehenen Teil 18 dieser Stangen 16 abgelegt, wobei die so gebildeten Hohlfaserwindungen sich auf den Stangen 16 längs deren Achsen 17 (Fig. 1) verschieben. Dies erfolgt durch die Drehung der Stangen 16 um sich selbst und in Richtung deren Außengewinde. Die sich verschiebenden Windungen bilden in ihrem mit den Stangen in Berührung befindlichen Teil Bögen 9. Es ist nicht erforderlich, daß die Stangen 16 auf ihrer gesamten Länge mit einem Außengewinde versehen sind. Es ist aber erforderlich, daß die Stangen 16 wenigstens in dem Bereich 18 mit Außengewinde versehen sind, in dem die Hohlfasern auf diesen Stangen in Anlage kommen.

Wenn somit eine Stange 16 nur teilweise mit Außengewinde verse-

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hen 1st, entfernt die Drehung der Stange 16 um sich selbst die Hohlfaser 2 Von der Stelle, wo sie abgelegt wird. Wenn die Windungen in dem mit keinem Außengewinde versehenen Bereich zum Aneinanderliegen kommen, werden sie von den vom dem Bereich 18 mit Außengewinde kommenden Windungen geschoben. Die Hohlfaserwindungen sind somit in Bewegung und verschieben sich auf den Stangen 16 bis sie diese verlassen. Wenn die Achsen 17 der beiden Stangen 16 zueinander parallel verlaufen, ist das Profil wenigstens einer Stange 16 so beschaffen, daß die Hohlfasern sich im Verlauf ihres Vorschubs auf den Stangen 16 entspannen können. Hierzu hat wenigstens eine Stange 16 vorteilhaft ein leicht konisches Profil, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Die Tatsache, daß sich die Hohlfasern fortschreitend entspannen können, hat den Vorteil, daß sie beim Verlassen der Stangen 16 nicht die Neigung haben, sich plötzlich wie ein Gummiband zu entspannen, das nach einem gewissen Spannen plötzlich entlastet wird. Somit behalten die Windungen dank, dieser fortschreitenden Entspannung beim Verlassen der Stangen 16 im wesentlichen ihre Gestalt bei. Es sei angegeben, daß als Variante diese Entspannung der Hohlfasern im Verlauf ihres Vorschubs auf den Stangen 16 nicht nur durch das Profil wenigstens einer der Stangen erhalten werden kann, sondern durch deren gegenseitige Positionierung. Somit können die Stangen über ihrer gesamten Länge einen gleichen kreisförmigen Querschnitt haben und können deren Längsachsen 17 konvergieren.

Wenn die Windungen die Stangen 16 verlassen, können sie unmittelbar in eine Gehäuse 20 fallen, vergleiche Fig. 3. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, zu Beginn der Ablage der Windungen im Gehäuse 20 dessen Boden so neu wie möglich am Ende 12 Jeder Stange 16 anzuordnen und danach das Gehäuse nach Maßgabe der Ablage fortschreitend abzusenken. Dem Gehäuse kann ebenfalls durch nicht gezeigte bekannte Mittel eine Vibrationsbewegung erteilt werden zur gleichmäßigeren und schnelleren Verteilung der Windungen hierin. Der Querschnitt des Gehäuses von Fig. 3

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1st etwa kreisförmig, kann aber Jedes andere Profil, Insbesondere ein U-förmiges, haben.

Fig. 2 zeigt eine weitere Gewinnungsart der Windungen, wenn diese das Ende 12 der Stangen 16 verlassen. Ein leicht gespannter Tragfilm 23 (oder mehrere zueinander etwa parallele Tragfilme) nimmt die Windungen auf, wenn sie das Ende 12 Jeder Stange 16 verlassen und nimmt die Form des Gehäuses 20 auf in dem Maß,wie die Windungen dorthin gedrückt werden. Unabhängig von den beiden Gewinnungsarten der Windungen im Gehäuse 20 wird dieses, wenn es eine ausreichende Anzahl von Windungen hat, in Längsrichtung dicht geschlossen, wonach die Herstellung von Dichtungswänden an den Enden des Gehäuses 20 vorgenommen wird. In dem in Fig. 1 gezeigten Gehäuse könnte an jedem Ende eine Dichtungswand z.B. durch Einfüllen von Klebstoff, hergestellt werden. Es genügt dann zum öffnen der Fasern in Nähe der Windungsenden einen Schnitt auszuführen. Wenn nur die Herstellung einer Endwand oder nur ein Abschneiden der Windungen in Nähe einer der beiden Dichtungswände gewünscht wird, ist es vorteilhaft, ein Gehäuse 20 vorzusehen, das so bemessen und positioniert ist, daß die Windungen an einem Ende des Gehäuses bei der dortigen Ablage nicht überstehen, während sie am anderen Ende überstehen. Das Ende der abgeschnittenen Windungen ist dann dasjenige, das über das Gehäuse übersteht.

Mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist es als Variante möglich, die am Ende befindliche Dichtung oder die Dichtwände dadurch herzustellen, daß eine örtliche und kontrollierte Zerstäubung von Klebstoff durch irgendeine bekannte Einrichtung vorgenommen wird, z.B.unmittelbar bevor die Windungen die Stangen 16 verlassen haben. Auf diese Weise werden die Dichtwände hergestellt durch fortlaufendes Überziehen der Windungen während ihres Vorschubs auf den Stangen.

Die verwendeten Klebstoffe für die Durchführung des Verfahrens mit der oben beschriebenen Vorrichtung und mit den im folgenden

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in Betracht kommenden Vorrichtungen sind im allgemeinen Klebstoffe auf Epoxidharzbasis, wie sie etwa in den FR-PS 2 126 208 und 1 307 979 beschrieben sind, oder sind Klebstoffe auf der Basis von Cyanoacrylestern oder Silikon- oder Polyurethanharzen.

Die oben beschriebene Vorrichtung nach Fig. 1 kann als Variante zwei Stangen 16 aufweisen, die nicht mit Außengewinde -rsehen und in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet sinu. Wie bei der vorher beschriebenen Vorrichtung wird jede Hohlfaser 2 um diese beiden Stangen in der Weise gewickelt, daß flache Hohlfaserwindungen erhalten werden. Diese flachen Windungen bewegen sich gleitend auf den Stangen, vorzugsweise Leisten, durch eine Vibrationsbewegung vorwärts, die durch bekannte Mittel auf die Stangen ausgeübt wird. Wenigstens eine dieser leistenartigen Stangen weist ein Profil in der Weise auf, daß sich die Windungen im Verlauf ihres Gleitens auf den Stangen entspannen können. Jedoch können sich die Hohlfasern im Verlauf ihres Gleitens auf diesen Stangen nicht nur durch das Profil wenigstens einer der Stangen, sondern auch durch deren gegenseitige Lage entspannen. Somit können zwei Stangen genau identisch sein, z.B. über ihre gesamte Länge einen kreisförmigen Querschnitt haben. Jedoch können in diesem Fall die Längsachsen dieser beiden Stangen konvergieren.

Fig. 15 zeigt eine Variante der Vorrichtung von Fig. 1, bei der jede Stange durch zwei Riemenscheiben 25,26 ersetzt ist, um die jeweils ein Riemen läuft. Diese Riemenscheiben befinden sich durch nicht gezeigte Antriebsmittel in Drehung, wobei die von den Spulen 5 stammenden und durch die Fadenführungen 6 verlaufenden Hohlfasern 2 um die voneinander am weitesten entfernten Trumme 27 jedes Riemens gewickelt werden. Diese Trumme 27 bewegen sich in der Richtung, die durch den in Fig. 15 auf ihnen liegenden Pfeil angegeben ist. Somit wird die Hohlfaser 2 um Trumme 27 gewickelt, die Halter bilden und bei ihrer Berührung Windungen bilden. Die Bewegung jedes Riemens nimmt die Windungen

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zum Gehäuse 20 hin, wobei die Windungen ihre Halter 27 in Richtung zu den unteren Riemenscheiben 26 verlassen. Es ist vorteilhaft, wenn die Ringnut jeder Riemenscheibe 26 geringfügig kleiner als der Durchmesser des Riemens ist. Jedenfalls muß jeder Riemen nicht unbedingt einen kreisförmigen Querschnitt haben. Jeder Riemen kann überdies an seinem außerhalb der Ringnut der Riemenscheiben 25 oder 26 gelegenen Teil ein Profil mit beispielsweise Einschnitten haben, in die die die Windungen bildenden Hohlfasern 2 abgelegt werden.

Die in ein- und derselben Ebene durch die Drehachse der Riemenscheiben 25 und 26 verlaufenden Geraden können wie bei Fig. 15 zueinander parallel sein. Es ist dann vorteilhaft, das wenigstens eine 26 der beiden Riemenscheiben einen kleineren Durchmesser als die andere Riemenscheibe 25 hat, damit die Windungen sich im Verlauf ihres Vorschubs entspannen können. Es kann auch eine Vorrichtung mit Riemenscheiben 25 und 26 mit durchwegs demselben Durchmesser hergestellt werden. In diesem Fall ist es jedoch vorteilhaft, daß die durch die Drehachsen dieser Riemenscheiben verlaufenden Geraden konvergieren.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Diese Vorrichtung enthält alle Elemente, die für die oben beschriebene Vorrichtung von Fig. 1 in Frage kommen. Lediglich das Gewinnungssystem der Windungen weicht davon ab. Die Windungen werden nicht mehr in einem Gehäuse 20 aufgenommen, sondern fortlaufend mit Hilfe von Fäden oder Bändern 13 um einen Dorn 7 aufgewickelt, dessen Achse 8 etwa senkrecht zur Drehachse 11 des Rahmens 4 verläuft. Somit enthält die Vorrichtung nach Fig. 5 ebenfalls einen Rahmen 4 mit Spulen 5 für Hohlfasern 2, die gegebenenfalls in Form von Verdrillungen vorliegen und durch die Fadenführungen 6 verlaufen.

Während der Drehung des Rahmens 4 um seine Achse 11 mittels der der Einfachheit wegen nicht dargestellten Antriebseinrich-

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tung werden die Hohlfasern 2 um zwei Halter herum abgelegt, die durch wenigstens teilweise mit Außengewinde versehene Stangen 16 gebildet werden und sich um ihre Längsachse 17 durch eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung drehen. Die Stangen sind wenigstens in dem Teil (in Fig. 5 mit 18 bezeichnet) mit Außengewinde versehen, wo die Hohlfasern 2 durch Aufwickeln infolge der Drehung des Rahmens 4 abgelegt werden. Die Drehung der Stangen 16 um ihre Achse 17 und die Richtung ihres Außengewindes ermöglichen den Vorschub der Hohlfaserwindungen auf den Stangen 16 in Richtung der zu den Achsen 17 parallelen Pfeile (vergleiche Fig. 5). Die sich verschiebenden Windungen bilden somit in ihrem in Berührung mit den Stangen 16 befindlichen Teil Bögen 9, während jede Hohlfaserwindung beiderseits einer Ebene, die durch die Achse jeder Stange 16 verlauft* mit etwa geradlinigen Längen 3 versehen ist. Die Stangen 16 können somit einen mit Außengewinde versehenen Teil 18 haben, gefolgt von einem glatten Teil 19 ohne Gewinde, auf dem die vom Gewindeteil stammenden Windungen miteinander in Berührung kommen und sich schieben, um zum Ende 12 der Stangen 16 zu gelangen und diese zu verlassen. Jedoch können die Stangen 16 auf ihre gesamte Länge mit Außengewinde versehen sein, und kann somit ein kontrollierter Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Hohlfaserwindungen in dem Augenblick aufrechterhalten werden, in dem sie das Ende 12 der Stangen 16 verlassen. Vorteilhaft weist wenigstens eine der beiden Stangen 16 ein Profil in der Weise auf (oder ist so gegenüber der anderen angeordnet) , daß die Hohlfaserwindungen sich im Verlauf ihres Vorschubs auf den Stangen 16 entspannen können. Hierfür haben die Stangen 16 im allgemeinen ein wenigstens teilweise konisches Profil, insbesondere in dem Fall, in dem die Achse 17 der Stange 16 zueinander parallel verlaufen. Im Fall von Fig. 5 enthält jede Stange 16 einen konischen Gewindeteil 16, gefolgt von einem glatten zylindrischen Teil 19. Jedoch kann eine Stange einen zylindrischen Gewindeteil haben, gefolgt von einem konischen Körper oder kann auf ihrer gesamten Länge konisch sein.

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Als Variante kann eine Stange 16 sogar auf ihrer gesamten Länge mit Außengewinde versehen sein und eine veränderliche Teilung haben, die z.B. zwischen dem Teil 18, wo die Hohlfaser durch Aufwickeln abgelegt wird, und dem Ende 12 der Stange abnimmt. Als Variante kann eine Stange 16 ein etwa konstant zylindrisches Außenprofil haben, während der Durchmesser am Grund des Gewindes abnimmt und somit den Windungen ermöglicht, eich im Verlauf ihres Vorschubs auf den Stangen zu entspannen. Die Entspannung der Hohlfaserwindungen kann ebenfalls durch eine gegenseitige Positionierung der beiden Stangen 16 erhalten werden, insbesondere wenn deren Längsachsen 17 konvergieren, wie bereits für die Vorrichtung von Fig. 1 angegeben wurde.

Nachdem die Hohlfaserwindungen das Ende 12 der in Drehung befindlichen Stangen 16 verlassen haben, werden sie auf einen Dorn 7 mittels der Fäden oder Bänder 13 aufgewickelt, die sich ihrer seits auf dem Dorn 7 in Nähe dessen Enden aufwickeln. Dieser Dorn 7 dreht sich mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung um seine Längsachse 8. Der mittlere Teil des Doras 7 kann längs seiner Längsachse 8 voll oder hohl sein. Wenn der mittlere Teil hohl ist, kann er gegebenenfalls mit seiner Außenfläche in Verbindung stehen. Man kann somit Über einen Dorn mit einem mittleren Längskanal verfügen, der über Durchlöcherungen mit der Außenfläche des Dorns verbunden ist. Ein Dorn kann sogar durch ein durchlöchertes Rohr gebildet werden. Der Querschnitt des Dorns 7 kann von beliebiger Form sein, ist jedoch vorzugsweise kreisförmig.

Die Fäden oder Bänder 13 sind von geringer Dicke, im allgemeinen 0,03 bis 2 mm, vorzugsweise 0,1 bis 1 mm. Die Breite der Bänder liegt im allgemeinen unter 5 cm, vorzugsweise 3 cm. Diese Fäden oder Bänder 13 können aus synthetischem Material bestehen, etwa aus Polyamiden oder Polyestern oder aus natürlichem Material, etwa z.B. Baumwolle. Die Bänder 13 können geflochten, gewirkt oder gewebt sein oder aus einem ungewebten Material mit einer Vielzahl von kleinen Löchern bestehen.

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Fig. 6 zeigt eine Art der Positionierung eines Bands 13 gegenüber den Hohlfaserwindungen. Das sehr dick ausgezogen dargestellte Band 13 in Fig. 6 befindet sich zwischen den beiden etwa geradlinigen Längen 3 Jeder Windung. In der sehr schematisch dargestellten Fig. 6 wurden die Längen 3 der etwa geradlinigen Längen mit übertriebenem Abstand in dem Bereich dargestellt, in dem sie sich auf dem konischen Gewino ^ueil der Stangen 16 befinden. Jedes Band 13 stammt von einer Zuführungsspule 15 und bewegt sich in einem Klebebehälter 14, in dem es wenigstens auf einem Teil seiner Breite mit einem Klebstoff bedeckt wird. Die Stangen 16 sind im allgemeinen so positioniert, daß ihre Achsen 17 sich fast dauernd in einer den Dorn 7 berührenden Ebene befinden, und zwar nach Maßgabe der Wicklung von Windungen des Dorne.

Hierfür kann die Vorrichtung eine nicht gezeigte Einrichtung enthalten, die entweder den Dorn 7 von den Stangen 16, die dann im Raum festgelegt sind, entfernt,oder im Gegensatz hierzu die Stangen 16 vom Dorn 7 gesteuert entfernt, der dann im Raum feststeht. Die Vorschubgeschwindigkeit der Bänder 13 ist etwa gleich der Vorschubgeschwindigkeit der Windungen in Nähe der Enden 12 der Stangen 16.

Fig. 7 und 8 zeigen Varianten des oben für Fig. 5 beschriebenen Verfahrens. In Fig. 7 sind an jedem Ende des Doms 7 zwei Bänder 13 vorgesehen zum Aufwickeln und Halten der Windungen in dem Augenblick, in dem sie das Ende 12 der Stange 16 verlassen. Zwischen den Windungen ist ein Band 13 angeordnet, während ein anderes Band 13 außerhalb der Windungen angeordnet 1st und diese Windungen beim Verlassen der Stangen 16 berührt.

Bei der Variante von Fig. 8 ist das Band zwischen den Windungen weggelassen,und ermöglicht lediglich das außerhalb der Windungen gelegene Band 13 deren Halterung beim Verlassen des

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Endes 12 der Stangen 16.

Das mit der Vorrichtung nach Fig. 5,6,7 und 8 durchgeführte Verfahren wurde bis hierher mit Bändern 13 beschrieben, die durch die Bewegung in den Klebebehältern mit Klebstoff bedeckt sind, was eine Ausführungsform der Dichtungswände durch Überziehen entspricht. Die Wicklung aus Windungen um den Dorn 7 kann aber auch ohne vorheriges Leimen der Bänder 13 hergestellt werden. Es wird dann ein später am Ende erfolgendes Ausfüllen, z.B. durch Gießen, vorgenommen, wenn die Wicklung aus Windungen um den Dorn genügend groß ist.

Es ist als Variante möglich, um den Dorn 7 zwischen den Fäden oder Bändern 3 befindliche Fäden oder Bänder zu wickeln, die sich an den Enden des Doms befinden. Diese im gegenseitigen Abstand befindlichen Zwischenfäden oder -bänder können eine bessere Verteilung von innerhalb der Hohlfasern zirkulierenden Fluid gewährleisten, vor allem wenn die Hohlfasern nicht in Form von Verdrillungen vorliegen, in den Hohlfaservorrichtungen, die das Verfahren nach der Erfindung herzustellen ermöglicht.

Die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung ermöglicht, allgemeiner ausgedrückt, die Herstellung von Hohlfaservorrichtungen, bei denen die beiden Enden der Hohlfasern sich in gesonderten Dichtungswänden befinden und durch Abschneiden geöffnet werden. Jedoch können mit dieser Vorrichtung Hohlfaservorrichtungen hergestellt werden, in denen die Hohlfasern nach Art von längs einem Dorn 7 angeordneten U-förmigen Haarnadeln vorliegen. Hierzu ist es vorteilhaft, eine der Stangen 16 so anzuordnen, daß die Biegungen, die sie verlassen, am Dorn ohne Überstand abgelegt werden.

Mit der Vorrichtung nach Fig. 5 ist es ebenfalls möglich, Hohlfaserbündel ohne mittleren Dorn zu erhalten. Hierzu kann an der Stelle jedes Endes des vorher verwendeten Doms 7 ein

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kleiner Zylinder mit geringem Durchmesser vorgesehen sein, der sich um seine Achse dreht und auf dem sich ein Band 13 aufwickelt.

Fig. 9 und 10 zeigen eine Variante der oben beschriebenen Vorrichtung von Fig. 5 zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Diese Vorrichtung enthält alle für die Vorrichtung von Fig. 5 beschriebenen wesentlichen Elemente, weshalb sie nicht in Seitenansicht dargestellt ist. Diese Vorrichtung enthält somit einen Rahmen 4, der sich zusammen mit in Fig. 9 nicht gezeigten Spulen 5 für Hohlfasern und mit Fadenführungen 6 um eine Achse dreht. Diese Vorrichtung enthält ebenfalls teilweise mit Außengewinde versehene Stangen 16 (von denen in Fig. 9 nur die Enden 12 dargestellt sind), die sich um ihre Längsachse 17 drehen und auf denen sich die Hohlfaserwindungen im Verlauf ihres Vorschubs entspannen können aufgrund des Profils der Stangen 16 und ihrer gegenseitigen Stellung. Die Stangen 16 können entsprechend allen AusfUhrungsvarianten ausgeführt werden, die bei der Beschreibung der Vorrichtung von Fig. 5 vorgesehen sind.

Der wesentliche Unterschied zwischen der Vorrichtung von Fig. und derjenigen von Fig. 9 und 10 geht daraus hervor, daß bei der letzteren die Hohlfaserwindungen an ihren Enden (in Nähe des Endes ihrer etwa geradlinigen Längen 3) abgeschnitten werden, und zwar z.B. unmittelbar vor der Bewegung, bei der sie die Enden 12 der Stangen 16 verlassen, während sie an jedem Ende von zwei Bändern 13 oder von zwei Fäden gehalten werden, von denen sich jedes auf einen gesonderten Dorn aufwickelt» (vergleiche Fig. 10). Somit wickeln sich die Abschnitte 3a der Hohlfasern, die sich auf einer Seite der durch die Achse 17 der Stange 16 verlaufenden Ebene befinden, auf den Dorn 7a auf, während die Abschnitte 3b, die sich auf der anderen Seite derselben Ebene befinden, sich auf den Dorn 7b aufwickeln, nachdem die Windungen an ihren Enden bei 10 in Fig. 9 durch eine Schneideinrichtung abgeschnitten wurden.

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Die Vorrichtung von Fig. 10 wurde zusammen mit Bändern 13a und 13b dargestellt, die sich durch Klebebehälter 14a und 14b bewegen. Diese Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung entspricht genau dem Fall, bei dem die Dichtungswände der Vorrichtungen mit Hohlfasern, die hergestellt werden, nach Maßgabe der Wicklung der Bänder um einen Dorn durch Überziehen hergestellt werden. Wenn jedoch diese Wände durch späteres Auffüllen hergestellt werden sollen, müssen diese Bänder nicht in Klebebehältern bewegt werden.

Wie bei der oben beschriebenen Vorrichtung von Fig. 5 können auf jeden Dorn Zwischenbänder oder -fäden zwischen den Endbändern oder -fäden aufgewickelt werden. Diese Anordnung verbessert die Zirkulation von Fluid außerhalb der Hohlfasern, vor allem wenn diese nicht in Form von Verdrillungen vorliegen.

Als Variante der Vorrichtung von Fig. 9 und 10 kann anstelle des Aufwickeins der Hohlfaserlängen auf zwei Dorne vorgesehen werden, daß sie auf zwei kleine Zylinder aufgewickelt werden, die in Nähe der Enden der Windungen gelegen sind, und um die sich die Fäden oder Bänder wickeln. Diese Anordnung ermöglicht somit die Herstellung von Hohlfaserbündeln.

Als Variante der beschriebenen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sei angegeben, daß jede Stange 16 durch zwei aneinandergrenzende Elemente ersetzt werden kann, deren gegenseitige Bewegung der Bewegung der Antriebselemente von Geweben unterhalb des Nähfusses einer Nähmaschine entspricht. Die Hohlfasern 2 werden somit durch Aufwickeln auf jedem Paar von hier in Frage kommenden Elementen abgelegt und bewegen sich auf diesen durch ihre gegenseitige Bewegung vorwärts. Jedes Element kann somit ein einer Zahnstange entsprechendes Profil haben. Das Profil oder die gegenseitige Positionierung der Elemente jedes Halters kann von

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der Art sein, daß sich die Windungen Im Verlauf Ihres Vorschubs auf diesen Elementen entspannen können.

Die Vorrichtungen mit Hohlfasern, die das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung herzustellen gestatten, sind mit einem Gehäuse 20 und mit geeigneten Rohrleitungen 21 versehen, was in Fig. 11 bis 14 bes&er dargestellt ist. Dieses C häuse kann an den Dichtungswänden 22 befestigt sein, die insbesondere Klebstoff enthalten. Es ist zu beachten, daß die Vorrichtung in diesem Fall nicht zerlegbar ist. Jedoch können die Dichtungswände 22 bei anderen nicht gezeigten .Ausführungsarten von Vorrichtungen, die das Verfahren nach der Erfindung herzustellen gestattet, an ihrem Umfang z.B. Ringdichtungen enthalten, was das spätere Zerlegen der Vorrichtung ermöglicht, d.h. den Austausch von Hohlfasern im Bedarfsfall. Ähnliche Vorrichtungen sind z.B. in der US-PS 3 422 008 beschrieben. Vorrichtungen, deren Endwände 22 am Behälter 20 befestigt sind, werden im wesentlichen gemäß dem Verfahren hergestellt, das in Verbindung mit der Vorrichtung von Fig. 1 bis 3 durchgeführt wird. Fig. zeigt eine solche Vorrichtung mit vier Rohrleitungen 21 für den Durchtritt von Fluiden bei Austauschvorgängen (z.B. künstliche Niere mit Hämodialyse oder künstliche Lunge). Hierbei ermöglichen zwei Rohrleitungen (diese entsprechen den Pfeilen mit zwei Spitzen) die Zirkulation eines Fluids außerhalb der Hohlfasern, während die beiden anderen Rohrleitungen (diese entsprechen den Pfeilen mit einer einzigen Spitze) die Zirkulation eines Fluids innerhalb der Hohlfasern ermöglichen. Für die Abscheidevorgänge (inverse Osmose, Ultrafiltration) kann die Vorrichtung von Fig. 11 nur drei Rohrleitungen enthalten, wobei die Hohlfasern dann vorteilhaft in Form von Haarspangen angeordnet sind, deren Bögen 9 sich in einer Dichtungswand 22 befinden, wie in Fig. 12 für eine Vorrichtung gezeigt, die mit der Vorrichtung nach Fig. 5 hergestellt wurde. Die Vorrichtung von Fig. 12 wurde somit unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. durch Wickeln von nicht gezeigten Bändern um kleine Zylinder

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hergestellt.

Die Vorrichtung von Fig. 12 kann dank der Vorrichtung von Fig. 5 bis 10 mit vier Rohrleitungen hergestellt werden, wobei die Hohlfaserlängen an jedem Ende jeder Endwand offen sind.

Fig. 13 und 14 entsprechen Vorrichtungen, die durch die Vorrichtung von Fig. 5 bis 10 hergestellt werden, wenn die in diesen Figuren nicht dargestellten Endfäden oder -bänder 13 um einen Dorn 7 gewickelt werden. Diese Vorrichtungen der Fig. 13 und 14 können nur drei Rohrleitungen 21 enthalten und werden mit der Vorrichtung von Fig. 5 bis 8 hergestellt, wenn die Hohlfasern in Form von Haarspangen vorliegen.

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Claims (24)

.272100S Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen mit Hohlfasern, gekennzeichnet durch Wickeln von wenigstens einer Hohlfaser um zwei in einem gewissen Abstand voneinander befindliche Halter in Berührung mit diesen in der Weise, daß flache Hohlfaserwindungen erhalten werden, wobei jede Windung um jeden Halter einen Bogen bildet und zwischen den Haltern mit zwei etwa geradlinigen Längen verläuft, und durch Vorschieben der Hohlfaserwindungen nach Maßgabe ihrer Herstellung zu den Enden der Halter hin durch die Bewegung der Halter in der Weise, daß wenigstens etwa geradlinige Längen von Hohlfasern vorliegen, die die Halter verlassen haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wickeln von wenigstens einer Hohlfaser um zwei Halter, wobei das Profil wenigstens eines der beiden Halter so beschaffen ist, daß die hergestellten flachen Hohlfaserwindungen sich im Verlauf ihres Vorschubs auf den Haltern entspannen können.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wickeln wenigstens einer Hohlfaser um zwei Halter, deren gegenseitige Positionierung so erfolgt, daß die hergestellten Hohlfaserwindungen sich im Verlauf ihres Vorschubs auf den Haltern entspannen können.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Wickeln wenigstens einer Hohlfaser um zwei Halter, von denen jeder eine Stange enthält, die wenigstens teilweise mit Außengewinde versehen ist und sich um sich selbst dreht.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch Wickeln wenigstens einer Hohlfaser um zwei Halter, von denen jeder zwei benachbarte Elemente enthält, die mit einer Bewegung bewegt werden, die der Bewegung des Nähfusses einer Nähmaschine identisch ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Wickeln wenigstens einer Hohlfaser um zwei Halter, von denen jeder eine Stange enthält, die mit einer Vibrationsbewegung bewegt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Wickeln wenigstens einer Hohlfaser um zwei 'im einem gewissen gegenseitigen Abstand befindliche Halter in Berührung mit diesen in dor Weise ,daß flache Hohlfaserwindungen erhalten werden, wobei jede Windung einen Bogen um jeden Halter bildet und zwischen den Haltern zwei etwa geradlinige Längen aufweist, durch Vorschieben der Hohlfaserwindungen nach Maßgabe ihrer Herstellung bis zu den Enden der Halter durch deren Bewegung in der Weise, daß wenigstens etwa geradlinige Hohlfaserlangen erhalten werden, die die Halter verlassen haben, durch Herstellen einer Dichtungswand in unmittelbarer Nähe wenigstens eines der Enden der etwa geradlinigen Längen von Hohlfaserwindungen»nachdem sie die Halter verlassen haben, und durch Abschneiden wenigstens des zur Dichtungswand hin gelegenen Endes von etwa geradlinigen Längen von Windungen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Wickeln wenigstens einer Hohlfaser um zwei in einem gewissen gegenseitigen Abstand befindliche Halter in der Weise, daß flache Hohlfaserwindungen erhalten werden, wobei jede Windung um jeden Halter einen Bogen bildet und zwischen den Haltern zwei etwa geradlinige Längen aufweist, durch Vorschieben der flachen Hohlfaserwindungen nach Maßgabe

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ihrer Herstellung auf den Haltern in der Weise, daß wenigstens etwa geradlinige Hohlfaserlängen erhalten werden, die die Halter verlassen haben, durch Aufnehmen der hergestellten Windungen in einem Gehäuse, durch Herstellen einer Dichtungswand in unmittelbarer Nähe wenigstens eines der Enden der etwa geradlinigen Windungslängen, wobei dieses Ende sich seinerseits in unmittelbarer Nähe eines Endes des Gehäuses befindet, und durch Abschneiden wenigstens eines Endes der etwa geradlinigen Längen von zur Dichtungswand hin gelegenen Windungen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Halten der Windungen, bevor sie die Halter verlassen, mittels Fäden oder Bändern, die wenigstens zu den Enden der etwa geradlinigen Längen der Windungen hin angeordnet sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Halten der Windungen, bevor sie die Halter verlassen, mittels Fäden oder Bändern, die wenigstens zu den Enden der etwa geradlinigen Längen der Windungen hin angeordnet sind, durch Wickeln der Windungen, nachdem sie die Halter verlassen haben, durch Fäden oder Bänder gehalten, um eine Achse, die etwa senkrecht zur Wicklungsachse der Hohlfaser um die Halter verläuft, durch Herstellen einer Dichtungswand in unmittelbarer Nähe wenigstens eines der Enden der etwa geradlinigen Längen der Hohlfaserwindungen, und durch Abschneiden wenigstens des zur Dichtungswand hin gelegenen Endes der etwa geradlinigen Längen von Windungen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Wickeln von Hohlfaserwindungen um einen Dorn.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch Wickeln wenigstens einer Hohlfaser um zwei in gegenseitigem Abstand befindliche Halter zur Herstellung von flachen Hohlfaserwindungen, wobei jede Windung um jeden

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Halter einen Bogen bildet und zwischen den beiden Haltern zwei etwa geradlinige Längen aufweist, durch Vorschieben der Hohlfaserwindungen nach Maßgabe ihrer Herstellung auf den Haltern mittels einer Bewegung der Halter, durch Halten der Hohlfaserwindungen, bevor sie die Halter verlassen, durch Fäden oder Bänder, die wenigstens zu Jedem Ende der etwa geradlinigen Längen von Windungen hin angeordnet sind, durch Abschneiden Jeder Windung in unmittelbarer Nähe der Enden ihrer etwa geradlinigen Längen in der Weise, daß zwei gesonderte Gruppen von Hohlfaserabschnitten gebildet werden, und durch Anordnen jeder Gruppe von Hohlfaserabschnitten in der Weise, daß die Hohlfaserabschnitte zwischen zwei in unterschiedlichen Ebenen befindlichen Endwänden enthalten sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Hohlfa? abschnitten um eine Achse gewickelt wird, die etwa onkrecht zur Wicklungsachse der Hohlfaser um die Halter verläuft.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Hohlfaserabschnitten um einen Dorn gewickelt wird, dessen Achse etwa senkrecht zur Wicklungsachse der Hohlfaser um die Halter verläuft.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch insbesondere zwei im gegenseitigen Abstand befindliche Halter (16;27), durch eine Einrichtung (1) zum Aufwickeln wenigstens einer Hohlfaser (2) um die Hälter (16;27) in der Weise, daß flache Hohlfaserwindungen erhalten werden, und durch eine Einrichtung zum Bewegen der Halter (16;27) und zum Vorschieben der Windungen auf den Haltern (16;27) bis zu deren Enden.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halter zwei Stangen (16) umfassen, die wenigstens teilweise mit Außengewinde versehen sind und mit einer Drehbewegung angetrieben werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens teilweise mit Außengewinde versehenen Stangen (16) ein Profil oder eine gegenseitige Positionierung in der Weise haben, daß die Hohlfaserwindungen sich im Verlauf ihres Vorschubs auf den Stangen (16) entspannen können.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17f dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens teilweise mit Außengewinde versehenen Stangen (16) über wenigstens einem Teil (18) ihrer Länge konisch sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halter zwei benachbarte Elemente enthält, die mit einer Bewegung bewegt werden, die der Bewegung des Nähfusses einer Nähmaschine identisch ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halter eine mit einer Vibrationsbewegung bewegte Stange enthält.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (16;27) ein Profil haben oder in der Weise positioniert sind, daß die Hohlfaserwindungen sich im Verlauf ihres Vorschubs auf den Haltern (16,27) entspannen können.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halter im wesentlichen durch die am weitesten voneinander entfernten Trumme zweier in ein- und derselben Ebene gelegenen Treibriemen gebildet werden.

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23. Vorrichtung mit Hohlfasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung nach dem Verfahren oder mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

24. Anwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 22 hergestellten Vorrichtungen, insbesondere als künstliche Niere oder künstliche Lunge.

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