DE2757838A1 - Vorrichtung mit hohlfasern zur fraktionierung von fluiden - Google Patents
Vorrichtung mit hohlfasern zur fraktionierung von fluidenInfo
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Description
Vorrichtung mit Hohlfasern zur Fraktionierung von Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Hohlfasern zur Fraktionierung von Fluiden, insbesondere zur. Behandlung
von Blut, bei der das außerhalb der Hohlfasern zirkulierende Fluid in den Innenraum der Vorrichtung in
Nähe einer Endwand eingeführt wird, in die die Endbereiche der Hohlfasern eingebettet sind, während das Fluid an der
anderen Endwand entleert wird, wobei wenigstens eines der Enden der Hohlfasern an einer dichten Endwand offen
ist. Im allgemeinen betrifft die Vorrichtung nach der Erfindung allgemein Jede Vorrichtung der oben definierten
Art, bei der ein Fluid auf einer Außenfläche von Hohlfasern zirkulieren kann, ohne daß die Gefahr von durch das Fluid in-
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nerhalb der Vorrichtung schlecht durchspülten toten Zonen besteht. Die Vorrichtung nach der Erfindung betrifft Insbesondere
eine Verwendung zur Behandlung von Blut, bei der dieses außerhalb der Hohlfasern zirkuliert. Diese Vorrichtung kann
insbesondere als künstliche Niere mit Blutdialyse, als künstliche Niere mit Blutdialyse und Ultrafiltration, als künstliche
Niere mit Ultrafiltration allein oder als künstliche Lunge verwendet
werden.
Die bisherigen Vorrichtungen mit Hohlf asern, die als künstliche
Niere oder Lunge verwendbar sind und bei denen das außerhalb der Hohlfasern befindliche Fluid von einer dichten Endwand zur
anderen zirkuliert, sind im wesentlichen solche Vorrichtungen, bei denen das Blut innerhalb etwa gerader Hohlfasern zirkuliert,
die innerhalb eines im allgemeinen zylindrischen Gehäuses als Bündel vereinigt sind. Dies bedingt, daß die Abdichtungswände,
in denen die Hohlfasern eingebettet sind, und/oder die Hohlfasern mit größter Genauigkeit abgeschnitten werden, damit der
durchtritt des Bluts innerhalb der Höhlfasern gewährleistet ist. Tatsächlich verursachen die geringsten Oberflächenrauhigkeiten
(resultierend aus diesem Abschneiden) an den Enden der Hohlfasern oder eine Abflachung dieser Enden einen örtlichen Koagulationsreiz
für das Blut, der sich im Verlauf beispielsweise einer Blutdialysesitzung vergrößert. Somit muß das die Hohlfasern
bildende Material und dasjenige der Abdichtungswände zusätzlich zu den guten Eigenschaften der Blutverträglichkeit
gute mechanische Eigenschaften aufweisen, damit es ein Abschneiden aushält, ohne Spuren zu hinterlassen, d.h. es muß einen
guten Oberflächenzustand aufweisen. Außerdem muß bei den bis-, heringen Vorrichtungen die Innenwand der Hohlfasern ihrerseits
eine solche Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, daß das Blut nicht Gefahr läuft, im Verlauf seines Wegs innerhalb der Hohlfasern
zu hämolysleren oder zu koagulieren. l
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Die bisherigen Vorrichtungen sind daher im wesentlichen für eine Zirkulation des Bluts innerhalb der Hohlfasern ausgelegt,
wobei sich die Einrichtungen zum Einführen und/oder Entleeren des Fluids, das außerhalb der Hohlfasern zirkulieren soll,
sich für gewöhnlich auf dem die Hohlfasern umgebenden Gehäuse befinden. Wenn derartige Vorrichtungen bei außerhalb der Hohlfasern
zirkulierendem Blut verwendet werden, ist es unleugbar, daß z.B. am dem Einlaß des Bluts in das Gehäuse diametral
gegenüberliegenden Teil Bereiche schlecht umspült werden, und daß an diesen Stellen die Koagulationsgefahren groß sind.
Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung, die die Nachteile der Vorrichtungen des Standes der
Technik nicht auf v/eist und bei der ein Fluid, insbesondere Blut, außerhalb der Hohlfasern zirkulieren kann ohne Gefahr
einer schlechten örtlichen Umspülung der Hohlfasern innerhalb des Gehäuses. Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil,
daß ein Abschneiden der Hohlfasern genügt, ohne daß eine vollkommene Oberflächenbeschaffenheit ihrer Enden oder der
dichten Endwand gesucht werden muß, da, wie beim vorliegenden Anwendungsfall, das Blut nicht mit diesen abgeschnittenen
Flächen in Berührung kommt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Verwendung von Hohlfasern möglich ist,
die eine gewisse Oberflächenrauheit oder -Unebenheit an ihrer Innenwand aufweisen können.
Ein zusätzlicher Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung liegt ebenfalls in der großen Einfachheit der Reinigung des
außerhalb der Hohlfasern zirkulierenden Fluidkreises.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung mit Hohlfasern zur Fraktionierung von Fluiden, insbesondere zur Behandlung
von Blut mit dessen Zirkulation außerhalb der Hohlfasern, die sich auszeichnet durch: einen Dorn, gegen dessen Enden
sich zwei Endwände befinden, die den Dorn umgeben und durch
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die* die sich von einer Endwand zur anderen erstreckenden Hohlfasern
gehalten werden, wobei wenigstens eine der beiden Endwände dicht ist und von den offenen Enden der Hohlfasern durchquert
wird, durch ein Gehäuse, das wenigstens um die Hohlfasern und um die Endwände herum angeordnet ist und zwischen
seiner Innenwand, den einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Endwände und dem Dorn eine Kammer begrenzt, in der die Hohlfasern
angeordnet sind, durch eine Einrichtung zur Einführung und/oder Entleerung des innerhalb der Hohlfasern zirkulierenden
Fluids, und durch eine Einrichtung zur Einführung und/oder Entleerung
des außerhalb der Hohlfasern zirkulierenden Fluids, die am Umfang des Dorns und in Nähe Jeder Endwand in die Kammer
mündet.
Der oben verwendete Ausdruck "Fraktionierung" umfaßt jeden Austausch oder jede Übertragung von Materie (oder sogar von
Wärme), wodurch nach Einwirken der Fraktionierung ein oder mehrere Fluide erhalten werden, die nicht dieselbe Zusammensetzung
oder dieselben Eigenschaften wie das (oder die) in die Vorrichtung mit Hohlfasern eingeführte (-n) Fluid(-e). Die in Betracht
gezogenen Fraktionierungsvorgänge sind daher im wesentlichen die folgenden:
- Austauschvorgänge (Dialyse, z.B. künstliche Niere, unmittelbare Osmose, Austausch Gas-Gas, Austausch Gas-Flüssigkeit, z.B.
künstliche Lunge),
- Trennvorgänge (Ultrafiltration, Umkehrosmose, Gaspermeation)
- und sogar Mischvorgänge.
Die Vorrichtung mit Hohlfasern nach der Erfindung kann ebenfalls bei Vorgängen verwendet werden wie dem Wärmeaustausch
zwischen zwei Fluiden, der Befeuchtung und/oder Konditionierung von Luft, der Lösung gewisser Gase in Flüssigkeiten usw.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden mit dem Ausdruck "Hohlfasern" rohrförmige Fasern bezeichnet, d.h. solche,
die innen einen durchlaufenden Kanal aufweisen, der etwa längs der Achse der Hohlfaser verläuft. Die Hohlfasern können von
jeder bekannten Art sein und aus jedem natürlichen, künstlichen oder synthetischen makromulekaren Material bestehen. Es
kann sich insbesondere um Hohlfasern handeln, die in den FR-PS 1 307 979, 1 586 563, 2 017 387 und in der US-PS 3 674
628 erwähnt sind. Diese Hohlfasern können durch Gießen, auf trockene Weise (Verdampfung von Lösungsmittel) oder auf feuchte
Weise (Koagulation) erhalten werden. Die genaue Natur der Hohlfasern wird in Abhängigkeit von der in Betracht gezogenen
Anwendung gewählt, wobei natürlich bei einfachen Wärmetauschvorgängen die verwendeten Hohlfasern gegenüber den auf ihren
Außen- oder Innenwänden zirkulierenden Fluiden undurchlässig sind und aus Materialien bestehen, wie sie insbesondere in der
US-PS 3 315 740 beschrieben sind.
Die bei der Vorrichtung nach der Erfindung.verwendbaren Hohlfasern
haben einen Außendurchmesser von im allgemeinen weniger als 1,5 nun, vorzugsweise weniger als 0,75 mm und im allgemeinen
größer als 5 Mikron. Bei einer Verwendung der Vorrichtung als Blutdialysator oder als künstliche Lunge ist der
Außendurchmesser der Hohlfasern vorzugsweise größer als 300 Mikron. Die Wanddicke der Hohlfasern beträgt im allgemeinen
1 bis 100 Mikron.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt längs der Längsachse der Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Teilschnitt H-II v©n Fig. 1;
Fig.3»4,5 Ausführungsvarianten der Vorrichtung nach der Erfindung
;
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Fig. 6 einen Teilschnitt VI-VI von Fig. 5 oder VI-VI von Fig. 7;
Fig. 7 einen Schnitt längs der Längsachse einer bevorzugten
-Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 eingekreisten Teils;
Fig. 9 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 10 eine Anlage zur Herstellung von Vorrichtungen nach der Erfindung.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 enthält einen zylindrischen Dorn 1 mit vorteilhaft kreisförmigem Querschnitt und zwei dichte
Endwände 2, in die die Endbereiche der Hohlfasern 3 eingebettet sind, die sich von einer Endwand zur anderen erstrecken.
Diese Endwände 2 befinden sich in Nähe der Enden 19 oder 20 des Dorns 1. Die dichten Endwände bestehen im allgemeinen aus
verfestigtem Klebstoff auf beispielsweise Silikonharz- oder Polyurethanbasis und können außerdem auf dem Dorn 1 aufgewickelte
Fäden oder Bänder enthalten, zwischen deren Windungen die Hohlfasern durch den verfestigten Klebstoff dicht angeordnet
und gehalten werden. Zwischen den beiden Endwänden 2 befinden sich die Hohlfasern 3 im allgemeinen in Berührung untereinander
und können vorteilhaft in Form von seitlich aneinander liegenden Verdrillungen angeordnet sein, wie in den FR-Ps 73 20040
und Ik 11674 beschrieben. Jede Verdrillung von Hohlfasern enthält
vorzugsweise zwei Hohlfasern oder enthält ihrerseits zwei Verdrillungen von untereinander gewickelten Hohlfasern. Die
Hohlfasern 3 können gerade und zueinander parallel um den Dorn herum angeordnet sein. In diesem Fall kann es vorteilhaft
sein, Fäden oder Bänder zwischen den Hohlfasern anzuordnen, was z.B. in der US-PS 3 277 959, vergl. insbesondere Fig. 11,
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beschrieben ist. Jedes Ende von Hohlfasern 3 ist offen und mündet in einem Abteil 4 oder 5, das eine Einrichtung 9,10
enthält zum Einführen oder Entleeren eines innerhalb der Hohlfasern
3 befindlichen Fluids. Um die Hohlfasern 3 herum und vorzugsweise in Berührung hiermit befindet sich ein Gehäuse
6, das an einem seiner Enden eine Einrichtung enthält, die das Abteil 5 bildet, und am anderen Ende einen Flansch 16 enthält,
der das Abteil 4 begrenzt. Die Innenwand 11 des Gehäuses,
der Dorn 1 und die einander zugewandten Stirnseiten 22,23 der Endwände 2 begrenzen eine Kammer 24 mit ringförmigem Querschnitt,
in dem sich die Hohlfasern 3 befinden. Das charakteristische
Merkmal der Vorrichtung nach der Erfindung beruht darin, daß es Einrichtungen enthält, die in Nähe des Teils mit
dem geringsten Durchmesser jeder Endwand 2 in die Kammer 24 münden und um den Dorn 1 herum verteilt sind. Diese Einrichtungen
dienen zum Einführen und Entleeren des außerhalb der Hohlfasern zirkulierenden Fluids in die Kammer 24 und enthalten
insbesondere Durchtritte oder Kanäle 21, die mit einer Rohrleitung
7 oder 8 innerhalb des Dorns 1 gegen dessen Enden und 20 zu verbunden sind. Fig. 2 zeigt genauer eine Verteilungsart der Kanäle 21 um den Dorn 1. Fig. 8 ist eine Vergrößerung
des eingekreisten Teils des Dorns 1 von Fig. 1 und zeigt als Variante, wie die Kanäle 21 vorteilhaft am Dorn 1 in eine an
dessen Umfang vorgesehene Ringnut münden können und wie die Rohrleitung 7 vorteilhaft eine Einrichtung 26 aufweist, die
vermeidet, daß das eingeführt Fluid am Grund dieser Rohrleitung senkrecht mit dem Dorn in Berührung kommt.
Zur Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1, beispielsweise als
Blutdialysator, wird das Blut in die Vorrichtung durch die Rohrleitung 7 eingeführt, wobei das Blut durch die Kanäle 21
hindurchtritt und außerhalb der Hohlfasern 3 von der Stirnseite 22 der linken Endwand 2 der Vorrichtung bis zur Stirnseite
23 der rechten Endwand 2 der Vorrichtung zirkuliert, durch die Kanäle 21 in die Rohrleitung 8 hindurchtritt und dann die Vor-
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richtung verläßt. Die innerhalb der Hohlfasern 3 zirkulierende Dialyseflüssigkeit tritt durch die Rohrleitung 9 in die Vorrichtung
ein, strömt im Abteil A und innerhalb der Hohlfasern 3, tritt am anderen Ende der Hohlfasern 3 in das Abteil 5 aus
und verläßt dann die Vorrichtung durch die Rohrleitung 10. Das außerhalb der Hohlfasern zirkulierende Fluid kann durch die
Rohrleitung 8 in die Vorrichtung eingeführt werden und durch die Rohrleitung 7 austreten. Ebenfalls kann das innerhalb der
Hohlfasern zirkulierende Fluid durch die Rohrleitung 10 in die Vorrichtung eingeführt v/erden und diese durch die Rohrleitung
9 verlassen. In der gesamten Beschreibung und bei jeder Figur haben die Pfeile in Nähe jeder Rohrleitung der dargestellten
Vorrichtungen zwei Spitzen, wenn sie die Zirkulationsrichtung des Fluids außerhalb der Hohlfasern darstellen, während die
Pfeile zwei Spitzen haben, wenn sie die Zirkulationsrichtung eines Fluids innerhalb der Hohlfasern darstellen..
Fig. 3 zeigt in einem teilweisen Schnitt längs ihrer Längsachse eine Vorrichtung, bei der der vorteilhaft zylindrische
Dorn 1 einen Querschnitt hat, der im größten Teil seiner Länge zwischen den dichten Endwänden 2 einen größeren Querschnitt
als an seinen Enden 19 und 20 (nicht gezeigt) hat, die von den einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden Endwänden 2
umgeben sind. Bei der Vorrichtung nach Fig. 3, von der nur ein Teil dargestellt ist und deren anderer Teil dem dargestellten
ähnlich ist (mit jedenfalls einem Flansch 16, wie bei'der
Vorrichtung nach Fig. 1) hat somit der zylindrische Dorn 1 zwischen der Stelle 12 und der entsprechenden Stelle am nicht
dargestellten Teil einen größeren Durchmesser als die von den Endwänden 2 umgebenen Enden 19 und 20 mit gleichartigen Querschnitten.
Die Kanäle 21 münden in Nähe und am Beginn des Bereichs 14 (und in der gleichartigen Zone des nicht dargestellten
Teils der Vorrichtung), wo der Querschnitt des Doms 1 zunimmt zwischen dem von der Endwand 2 umgebenen Ende 19
und der dem Teil mit dem größeren Querschnitt entsprechenden
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Stelle 12 am Dorn. Die Kanäle 21 münden vorzugsweise am Dorn
1 unmittelbar bevor er seinen Querschnitt ändert, um sich an dessen Teil mit dem größeren Durchmesser (oder dem größeren
Querschnitt) anzuschließen.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 3 sind die Hohlfasern 3 vorteilhaft in Form von seitlich aneinander liegenden
und miteinander in Berührung stehenden Verdrillungen angeordnet, während die dichten Endwände vorteilhaft jeweils
ein um die Enden 19 und 20 des Doms 1 spiralförmig gewickeltes
Band aufweisen, wobei die Hohlfasern zwischen den V/indungen des Bands angeordnet sind. Die Abdichtung der Endwände 2
erfolgt durch Klebstoff.
Der Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung gegenüber derjenigen
nach Fig. 1 beruht im wesentlichen in der besseren Verteilung des Fluids außerhalb der Hohlfasern gegen die Kanäle
21 zu, was sich ergibt:
-~ einerseits durch das Vorhandensein des Bands der Abdichtungswand,
die aufgrund ihrer Dicke die Hohlfasern beiderseits in einem gewissen gegenseitigen Abstand hält, während in dem
längs des Teils des Doms mit dem größeren Querschnitt befindlichen
Teil der Kammer 24 alle Hohlfasern miteinander in Berührung stehen,
andererseits dadurch, daß sich die Fasern 3 von der Endwand 2 bis zum Bereich 12 am Dorn 1 allmählich voneinander
entfernen aufgrund der Querschnittsunterschiede zwischen den die Endwände 2 tragenden Einrichtungen und dem Bereich 12 des
Doms 1.
Die Vorrichtung nach Fig. 4 ist derjenigen nach Fig. 3 mit de?
Unterschied ähnlich, daß die einander gegenüberliegenden Stirn-
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selten 22 und 23 (nicht dargestellt) der dichten Endwände 2
zur Längsachse des Doms 1 nicht senkrecht, sondern geneigt verlaufen. Der Schnitt einer durch die Längsachse des Dorns
verlaufenden Ebene (d.h. einer Ebene, die die Längsachse enthält) mit der zur Kammer 24 inneren Stirnseite 22 oder 23 jeder
dichten Endwand 2 ist durch zwei symmetrisch gegenüber der Achse des Dorns 1 angeordnete peradenabschnitte dargestellt.
Diese Geradenabschnitte schließen mit der Längsachse des Dorns einen spitzen Winkel ein, wenn dieser auf der Seite der Kammer
24 gemessen wird. Dieser Winkel beträgt im allgemeinen 20 bis 80°, vorteilhaft 30 bis 70°. Somit sind in der Vorrichtung nach
Fig. 4 die Stirnseiten 32 und 33 jede** innerhalb der Kammer
24 gelegenen Endwand 2 gegenüber der Längsachse des Dorns geneigt, wobei ihre Neigung in jeder Ebene etwa dieselbe ist,
die durch die Längsachse des Dorns und durch alle Punkte jeder Stirnseite verläuft, wobei diese Punkte in dem Fall, daß der
Querschnitt der die Endwände 2 tragenden Einrichtungen kreisförmig ist, im gleichen Abstand von der Längsachse des Dorns
gelegen ist, oder in einem allgemeineren Fall in gleichem Abstand von der die Endwände 2 tragenden Einrichtungen entfernt
ist. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist nur der linke Teil der Vorrichtung in Fig. 4 gezeigt. Der rechte Teil ist dem dargestellten
Teil im wesentlichen identisch (jedoch mit einem zusätzlichen Flansch 16) und ist zu diesem Teil bezüglich einer
durch die Längsachse des Dorns verlaufenden senkrechten Ebene etwa symmetrisch. Die einander gegenüberliegenden Stirnseiten
jeder dichten Endwand können ein von einer Endwand zur anderen abweichendes Profil haben. Bei der Vorrichtung nach Fig. 4
verläuft die Achse der Kanäle 21 ebenfalls vorzugsweL se schräg
gegenüber der Längsachse des Dorns. Diese Ausführungsform begünstigt
die Strömung des außerhalb der Hohlfasern zirkulierenden Fluids während dessen Einführung in die Kammer 24 oder
dessen Austritt aus dieser Kammer. Somit kommt dieses Fluid praktisch nicht senkrecht mit den Konstruktionselementen der
Vorrichtung in Berührung. Gemäß Fig. 4 ist das Profil der Stirn-
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seite 22 der dichten Endwand 2 vorteilhaft an das Profil des
Bereichs 14 des Dorns angepaßt, was auch für die andere in Fig. 4 nicht dargestellte Endwand gilt. Dadurch^ daß die Vorrichtung
geneigte Stirnseiten 22,23 für ihre Endwände 2 aufweist, ergibt sich überdies als Vorteil eine maximale Verminderung des
Flüssigkeitsvolumens, z.B. von Blut, das außerhalb der Hohlfasern 3 in der Kammer 24 zirkuliert.
Die innerhalb der Kammer 24 gelegene Stirnseite einer dichten Endwand wird beim Schnitt der Vorrichtung längs einer durch
die Längsachse des Dorns verlaufenden Ebene nicht unbedingt durch zv/ei Geradenabschnitte dargestellt. In gewissen Fällen
kann dieser Schnitt durch zwei gekrümmte Teile dargestellt werden, wie es bei der Vorrichtung nach Fig. 5 der Fall ist. Es
ist zu erkennen, daß die in Fig. 5 dargestellte innere Stirnseite 22 der Abdichtungswand im Ausmaß einer Entfernung vom diese
Wand tragenden Teil 27 mit der Längsachse des Dorns zunächst einen konstanten Winkel bildet und dann in Nähe der Innenwand
11 des Gehäuses 6 allmählich in ihrer Neigung abnimmt. Als Variante kann jedoch diese Stirnseite 22 in ihrer Neigung
konstant abnehmen, wobei diese Abnahme z.B. zur Innenwand des Gehäuses hin ausgeprägter ist. Als Variante der Dorne der vorhergehenden
Figuren ist die Vorrichtung nach Fig. 5 mit einem hohlen Dorn 1 versehen. Dieser Dorn 1 von Fig. 5 besitzt, wie
derjenige von Fig. 4, Enden 19 und 20 mit geringerem Querschnitt als der größere Teil des Dorns zwischen den dichten Endwänden
2, wobei jeder Kanal 7 oder 8 (8 ist am anderen Ende des Dorns nicht dargestellt) durch ein angesetztes Teil 27 erhalten, das
um jedes Ende 19 und 20 des Dorns herum angeordnet ist und um das herum jede Endwand 2 dicht befestigt ist. Ein angesetztes
Teil 27 ist in Fig. 4 im Querschnitt gezeigt und enthält vorteilhaft innere Längsrippen 28, die auf dem Ende 19 des Dorns
ruhen und zwischen denen das außerhalb der Hohlfasern 3 zirkulierende Fluid hindurchtritt, das die Kammer 24 durch die Kanäle
21 betritt oder verläßt.
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Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, die, wie die vorhergehenden Vorrichtungen,
einen Dorn enthält, und bei der das außerhalb der Hohlfasern 3 zirkulierende Fluid in Nähe jeder dichten Endwand 2 gegen seinen
Teil mit dem kleinsten Querschnitt in die Kammer 24 eingeführt (oder daraus entleert) wird. Diese Vorrichtung nach Fig.
7 enthält vorteilhaft Endwände 2, deren einander gegenüberliegende Stirnseiten 22 und 23 gegenüber der Längsachse des Doms
geneigt sind, wie es bei den oben beschriebenen Vorrichtungen nach Fig. 4 und 5 der Fall ist. Die Vorrichtung enthält jedoch
als Konstruktionsunterschied einen über den größten Teil seiner Länge zwischen den beiden Endwänden 2 kegeistumpfförmigen Dorn
I und eine Gehäuse 6, dessen Innenwand 11 wenigstens über seinem,
dem kegelstumfförmigen Teil des Doms zugewandten Teil ebenfalls kegelstumpfförmig ist. Somit ist der Dorn 1 auf seinem
Teil L zwischen den Stellen 12 und 13 kegelstumpfförmig, während im Fall der Vorrichtung nach Fig. 7 die Innenwand 11 des
Gehäuses 6 über ihre gesamte Länge kegelstumpfförmig ist. Die Konizitäten des Doms 1 und der Innenwand 11 des Gehäuses weichen
vorteilhaft voneinander ab (wobei diejenige der Innenwand
II des Gehäuses 6 kleiner als diejenige des Doms 1 ist, und
zwar in der Weise, daß der Querschnitt der Kammer 24 über den gesamten Teil L des Doms etwa derselbe ist. Die Konizität des
Dorns (Scheitelwinkel) beträgt vorteilhaft 2 bis 15°, vorzugsweise
1 bis 10°. Als Beispiel wurde eine Vorrichtung mit Hohlfasern nach Fig. 7 mit einer Konizität des Dorns von 6°40' auf
einer kegelstumpfförmigen Länge L von 144 mm ausgeführt, wobei
die Konizität der Innenwand des Gehäuses 5°9' beträgt.
Bei einer Vorrichtung nach Fig. 7 haben die die angesetzten Teile 27 enthaltenden Halteeinrichtungen für die Endwände vorteilhaft
voneinander abweichende Querschnitte. Somit hat bei der Vorrichtung nach Fig. 7 der Querschnitt des angesetzten Teils
27, das die dem Ende 12 nahe Endwand 2 des kegelstumpfförmigen
Teils mit dem größeren Durchmesser des Dorns trägt, einen größe-
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ren Querschnitt als das entsprechende Teil 27 in Nähe des Endes 13 des kegelstumpfförmigen Teils L mit dem geringeren Querschnitt
des Doms. Insbesondere im Fall einer Vorrichtung mit geringer Länge und/oder in dem Fall, in dem die dichten Endwände
2 einen verhältnismäßig großen Querschnitt haben, können andererseits die Einrichtungen, die die Endwand in Nähe des
kegeistumpfförmigen Teils L mit dem größeren Querschnitt (Teil 12) des Doms tragen, einen kleineren Querschnitt haben als der
kegelstumpfförraige Teil mit dem kleineren Querschnitt (Teil 13)
d es Doms, was bei der Vorrichtung nach Fig. 7 der Fall ist. Zur Herstellung der Abdichtung zwischen der Innenwand 11 des
Gehäuses 6 und dem Umfangsteil jeder Endwand 2 werden Auspritzungen 17 von Klebstoff durch Öffnungen 18 hergestellt, die im Gehäuse
6 vorteilhaft um dieses herum verteilt vorgesehen sind.
Die Vorrichtung nach Fig. 7 weist (gegenüber den oben beschriebenen
Vorrichtungen) außer dem Vorliegen einer Kammer 24, in der die Hohlfasern 3 regelmäßig im Abstand verteilt sind, und
von der Innenwand 11 des Gehäuses unter einander kontrolliert eingespannt werden können (was die bevorzugten Wege des außerhalb
der Hohlfasern zirkulierenden Fluids maximal beseitigt) den Vorteil eines leichten Zusammenbaus im Hinblick auf die Anbringung
des Gehäuses 8 um die Hohlfasern 3 herum auf. Dieses vorteilhaft durch Gießen einteilig hergestellte Gehäuse 6
(hierdurch werden Abdichtungen an den Mantellinien des Gehäuses vermieden, was der Fall ist, wenn zwei Halbschalen um ein
Hohlfaserbündel angeordnet werden) wird um die aus Dorn, Hohlfasern und Endwänden bestehende Anordnung dadurch angeordnet,
daß der Teil des Gehäuses, dessen Innenwand 11 den größeren Querschnitt aufweist, auf das Ende des Doms aufgeschoben wird,
dessen Abdichtungswand 2 den geringeren Querschnitt hat (oder umgekehrt. Aufgrund der gegenseitigen Konizitäten des Doms 1
in seinem Teil L und der Innenwand 11 des Gehäuses im Augenblick der- Anbringung des Gehäuses auf der aus Dorn, Hohlfasern
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und Endwänden bestehenden Anordnung verschiebt sich jeder Punkt der Innenwand 11 des Gehäuses 6 nur über einen sehr geringen
Teil seiner Länge in Berührung mit den Hohlfasern 3. So ermöglicht die Vorrichtung nach Fig. 7 ein regelmäßiges
und kontrolliertes Einspannen der Hohlfasern ohne Gefahr, diese zu zerstören. Dies ermöglicht es, die Vorrichtung aufgrund
von Austauschvorgängen leistungsfähiger zu machen, die dank der geringen Dicke der Schicht des außerhalb der Hohlfasern
zirkulierenden Fluids verbessert sind.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung nach der Erfindung mit der Besonderheit eines über seinem größten
Teil L seiner Länge zwischen den beiden dichten Endwänden 2 doppelt kegeligen Doms 1 und eines Gehäuses aus zwei Elementen
6a und 6b, dessen jeweilige Innenwand 11a und 11b wenigstens
über ihrem dem kegelstumfförmigen Teil des Doms zugewandten
Seite kegelstumpfförmig ist.
Die beiden Elemente 6a und 6b des Gehäuses sind in einer senkrecht
zur Längsachse des Doms verlaufenden Ebene dicht miteinander verbunden. Gegenüber der oben beschriebenen Vorrichtung
nach Fig. 7 weist diese Vorrichtung zusätzlich den Vorteil der Symmetrie gegenüber einer Ebene auf, die zur Längsachse
des Doms senkrecht verläuft, was z.B. eine Herabsetzung der Anzahl der Formen für die Spirtzgußteile ermöglicht.
Im Bereich des Fachmanns liegen zwahlreiche Varianten der beschriebenen
und in Fig. 1 bis 8 dargestellten Vorrichtungen. Außer der Tatsache, daß die Enden 19»20, um die herum sich die
Endwände 2 befinden, am Dorn befestigte angesetzte Teile sein können, ist es z.B. möglich, daß der Dorn einen nicht kreisförmigen
Querschnitt aufweist. In diesem Fall ist es jedenfalls vorteilhaft, daß die die Endwände tragenden Enden des
Doms und auch die Innenwand 11 des Gehäuses 6 einen Querschnitt derselben Form (homotetisch) wie derjenige des Doms haben.
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Wenn eine Vorrichtung nach der Erfindung nur für Trennvorgänge (z.B. Umkehrosmose, Ultrafiltration, insbesondere künstliche
Niere mit Ultrafiltration allein) verwendet wird, und wenn das zu behandelnde Fluid auf der Außenwand der Hohlfasern zirkuliert,
benötigt diese Vorrichtung kein Abteil für die Entleerung des die Hohlfasern durchquert habenden Fluids an jedem
Ende der Endwände. Die Hohlfasern können zwischen den beiden Endwände: 2 U-förmig angeordnet sein, wobei lediglich die Endwand
mit den offenen Enden der Hohlfasern ein Abteil für die Rückgewinnung und Entleerung des Fluids benötigt, das die Hohlfasern
3 durchquert hat. Bei der obigen Vorrichtung müssen die beiden Endwände 2 nicht mehr dicht sein. Lediglich die Wand mit
den offehen Enden der Hohlfasern muß dicht sein, während die andere Wand es z.B. sein kann, wenn es nicht gewünscht ist, daß
das zu behandelnde Fluid sie durchquert.
Die Vorrichtungen mit Hohlfasern nach der Erfindung können mit Hilfe der in Fig. 10 gezeigten Anlage hergestellt werden. Diese
Anlage enthält eine Vorrichtung zum Wickeln wenigstens einer Hohlfaser 3b um eine Einrichtung, die mit dieser Hohlfaser
die Herstellung eines Mantels 3© mit vieleckigem Querschnitt
ermöglicht. Diese Vorrichtung enthält einen sich um seine Achse drehenden Rahmen 28 mit Spulen 29 für die Hohlfasern 3b. Fadenführungen
für die Spulen und Antriebseinrichtungen für den Rahmen 28 sind zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt.
Jede Spule 29 hat wenigstens eine Hohlfaser 3b und kann gegebenenfalls davon mehrere haben. Im letzteren Fall sind die
Hohlfasern vorteilhaft verdrillt. Der Rahmen 28 ist mit vier Spulen 29 gezeigt, kann aber als Grenze davon eine oder zwei
haben. Die Einrichtung, die mit den Hohlfasern 3 einen Mantel 3e mit vieleckigem Querschnitt herstellt, enthält wenigstens
teilweise mit Gewinde versehene Stangen 30, die an jedem Ende der Dorne 1 angeordnet sind und auf deren Gewindeteil die Hohlfasern
3b abgelegt werden. Die Stangen 30 können sich durch nicht gezeigte Antriebe um ihre Längsachse um sich selbst dre-
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hen. Die Stangen 30 haben vorteilhaft ein Profil, das den Hohlfasern
des Mantels im Verlauf ihres Vorschubs auf den Stangen eine Entspannung ermöglicht, was ein letzliches Schrumpfen
der Hohlfasern vermeidet. Die Stangen 30 können außerdem ein solches Profil haben, daß der Mantel 3e aus Hohlfasern, wenn
er in Berührung mit jedem Dorn 1 kommt (für den Fall, daß die Dorne eine den Vorrichtungen von Fig. 3,^,5,7,8 entsprechende
Form haben, sich an das Längsprofil jedes Doms anpassen kann. Die Anlage nach Fig. 10 enthält acht Gewindestangen 30 und vier
Dorne 1, die dargestellt sind, wenn die gewünschte Anzahl von Hohlfasern um jede von ihnen fast erreicht ist. Die Längsachse
der Dorne 1 befinden sich in derselben, zur Drehachse des Rahmens 28 senkrechten Ebene. Die Anlage nach Fig. 10 enthält Einrichtungen,
die den Mantel 3a vor seinem Abschneiden halten. Diese Einrichtungen sind Bänder 31, die gegen jedes Ende des
Doms hin angeordnet und auf wenigstens einem Teil ihrer Länge mittels Durchlaufen von Klebstoffbehältern 32 mit Klebstoff"
bedeckt sind und sich auf die Dorne 1 wickeln. Um den Berührungspunkt zwischen den Bändern 31 und den Dornen 1, die sich
uin ihre Längsachse drehen und sich dabei mit Hohlfaserabschnitten
3 bedecken (wie im folgenden genauer ausgeführt) im wesentlichen stets an derselben Stelle zu halten, kann die Vorrichtung
nicht gezeigte Einrichtungen enthalten, entweder zum gesteuerten Entfernen jedes Doms 1 von den Stangen 30, die dann
feststehen, oder dagegen zum gesteuerten Entfernen der Stangen
30 von den Dornen 1, die dann feststehen.
Die Anlage nach Fig. 10 enthält Einrichtungen zum Abschneiden des Mantels 3e aus Hohlfasern, während dieser von den Bändern
31 auf dem Dorn 1 gehalten wird. Diese Abschneideeinrichtungen 30 befinden sich vorteilhaft in Nähe des Berührungspunkts der
Bänder 31 mit dem Dorn gegen jedes Ende der Dorne 1. Diese Abschneideeinrichtungen 33 für den Mantel können z.B. durch sich
drehende Scheibenmesser gebildet werden.
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Wenn die hergestellten Vorrichtungen mit Hohlfasern denjenigen von Fig. 4,5,7 oder 9 entsprechen, enthält die Anlage nach
Fig. 10 nicht gezeigte Einrichtungen zum kontrollierten Verschieben der Spulen 34 für die Bänder 31» der Bänder 31 und
der Klebstoffbehälter 32 zum mittleren Teil (bezüglich seiner
Länge) jedes Dorns 1. In diesem Fall können sich die Abschneideeinrichtungen 30 für den Mantel in derselben Richtung und in
derselben Bewegung wie diejenigen für die Bänder 31 verschieben.
Für die Inbetriebsetzung der in Fig. 10 gezeigten Anlage wird auf folgende Weise vorgegangen:
- Jedes Band 31 wird nach dem Durchlaufen eines Klebstoffbehälters
32 am Ende eines Darns 1 befestigt.
- Das Ende jeder von einer Spule 29 abgewickelten Hohlfaser 3b wird nach dem Durchlaufen einer Fadenführung an einem Festpunkt
der Vorrichtung befestigt. (Die Fadenführung und auch der Festpunkt sind nicht dargestellt).
- Die Dorne 1, der Rahmen 28 und die Stangen 30 werden um ihre
Achsen in Drehung versetzt, und es werden die Abschneideeinr ichtungen 33 für den Mantel in Betrieb genommen. Wenn die in
Herstellung befindlichen Vorrichtungen wie bei den Vorrichtungen von Fig. 4,5,7 oder 9 geneigte Endwände aufweisen, werden
die Einrichtungen in Bewegung gesetzt, die die Bänder 31 zum mittleren Teil jedes Dorns (bezüglich seiner Länge) verschieben,
wobei gegebenenfalls die Einrichtungen in Bewegung gesetzt werden, die eine Verschiebung der Abschneideeinrichtungen 33
ermöglichen.
Wenn der Mantel 3e aus Hohlfasern in Berührung mit den Abschneideeinrichtungen 33 kommt, werden vier Gruppen von Hohlfaserabschnitten
erhalten, von denen jeder auf einen entsprechenden Dorn gewickelt wird.
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Die Bänder 31 werden abgeschnitten, wenn die Dicke (oder
Anzahl der Hohlfasern auf den Dornen 1 als ausreichend betrachtet wird. Nach dem Entfernen der von Hohlfasern 3 umgebenen
Dorne 1 kann der Vorgang mit weiteren Dornen erneut begonnen werden.
Die Anlage nach Fig. 10 ermöglicht eine beliebige und voneinander unabhängige Veränderung der Drehzahlen des Rahmens 28,
der Stangen 30 und der Dorne 1. Dies ist besonders wichtig und vorteilhaft insbesondere am Ende des Wickeins der Hohlfaserabschnitte
3 auf den Dorn 1. Man kann somit die Drehzahlen des Rahmens 28 und der Stangen 30 maximal vermindern und die Drehzahl
der Dorne 1 erhöhen, um die Wicklung mit einigen Umläufen von Bändern 31 ohne Hohlfasjerabschnitte 3 zu beeenden. Diese
Vorrichtung eignet sich ebenfalls leicht für eine umfassende Automatisierung mit der Möglichkeit der Programmierung der Drehzahlen
des Rahmens 28, der Stangen 30 und der Dorne 1, wobei sogar der Dornwechsel automatisch erfolgen kann.
Anstatt einer Gewindestange 30 ah jedem Ende jedes Doms 1 kann
die Anlage nur eine einzige Stange zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dornen 1 aufweisen.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, um jeden Dorn 1 zwischen den Bändern 31 der Endwände voneinander im Abstand befindliche
Zwischenfäden oder -bänder mit dem Ziel zu wickeln, eine bessere Zirkulation und Verteilung des Fluids zu gewährleisten, das
außerhalb der Hohlfaserabschnitte zirkulieren soll, insbesondere wenn die Hohlfasern 3 nicht verdrillt sind.
Als Variante ist es möglich, Gewindestangen 30 zu verwenden, die wie diejenigen der Anlage nach Fig. 10 angeordnet;
jedoch über ihre gesamte Länge zylindrisch sind,und eine Vorrichtung
oder "Überlängenrampe" vorzusehen, die zwischen
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jeder Gruppe aus zwei benachbarten aufeinanderfolgenden Stangen 30 angeordnet ist. Diese Uberlängenrampe hat ein Profil,
das so gewählt ist, daß es den Hohlfasern des vieleckigen Mantels 3e im Verlauf ihres Vorschubs auf den Gewindestangen und
auf den Uberlängenrampen ermöglicht, sich zu entspannen und sich an das Profil der Dorne 1 anzupassen, wenn sie mit ihnen
in Berühti ung kommen.
Wenn die Herstellung einer Vorrichtung mit Hohlfasern nach der Erfindung mit U-förmig angeordneten Kohlfasern über die Länge
des Dorns 1 gewünscht ist, so kann man sich einer nicht dargestellten
Anlage bedienen, die aber alle wesentlichen Elemente der Anlage nach Fig. 10 aufweist. Eine derartige Anlage enthält
dann lediglich zwei Gewinde'stangen 30, um die herum die von den Spulen 29 stammenden Hohlfasern 3b abgelegt werden. Danach
wird der auf diese Weise hergestellte Mantel aus Hohlfasern auf einen Dorn 1 gewickelt, wobei die Bänder 31 z.B. innerhalb des
Mantels aus Hohlfasern angeordnet sind. Dann werden die Hohlfasern nur gegen eine einzige Endwand zu abgeschnitten, wobei
dieses Abschneiden im Augenblick des Wickeins der Hohlfasern um
den Dorn (oder danach) erfolgen kann.
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Claims (12)
1. Vorrichtung mit Hohlfasern zur Fraktionierung von Fluiden,
insbesondere zur Behandlung von Blut bei dessen Zirkulation außerhalb der Hohlfasern, gekennzeichnet
durch: einen Dorn (1), gegen dessen Enden sich zwei Endwände (2) befinden, die den Dorn (1) umgeben
und durch die die sich von einer Endwand (2) zur anderen erstreckenden Hohlfasern (3) gehalten werden, wobei wenigstens
eine der beiden Endwände (2) dicht ist und von den offenen Enden der Hohlfasern (3) durchquert wird, durch
ein Gehäuse (6), das wenigstens um die Hohlfasern (3) und um die Endwände (2) herum angeordnet ist und zwischen seiner
Innenwand (11), den einander gegenüberliegenden Stirnseiten (22,23) der Endwände (2) und dem Dorn (1) eine Kam-
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ORIGINAL INSPECTED
mer (24) begrenzt, in der die Hohlfasern (3) angeordnet
sind, durch eine Einrichtung zur Einführung und/oder Entleerung des innerhalb der Hohlfasern (3) zirkulierenden
Fluids, und durch eine Einrichtung zur Einführung und/oder Entleerung des außerhalb der Hohlfasern (3) zirkulierenden
Fluids, die am Umfang des Doms (1) und in Nähe jeder Endwand (2) in die Kammer (24) mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Einführung und Wiedergewinnung des außerhalb der Hohlfasern (3) zirkulierenden Fluids an
jedem Ende des Dorns (1) etwa in dessen Längsachse einen Kanal (7,8) enthält, der an Kanäle (21) angeschlossen
ist, die um den Dorn (1) herum verteilt sind und in Nähe jeder Endwand (2) in die Kammer (24) münden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung und Entleerung
des außerhalb der Hohlfasern (3) zirkulierenden Fluids an jedem Ende des Dorns (1) ein angesetztes Teil (27)
enthält, um das herum die Endwand (2) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes angesetzte Teil (27) zusammen mit dem Dorn (1)
Kanäle (21) bildet, die in die Kammer (24) münden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Endwände (2) tragenden
Einrichtungen (19,20,27) einen kleineren Querschnitt als der Dorn haben, und zwar im größten Teil ihrer Länge
zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnseiten (22,23) jeder Endwand (2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (1) im Bereich (14,15) zwischen seinem Teil mit
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dem größten Querschnitt und den die Endwände (2) tragenden Einrichtungen (19,20,27) seinen Querschnitt allmählich
verändert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Stirnseiten (22,23) der
dichten Endwände (2) gegenüber der Längsachse des Dorns (1) geneigt sind, und daß ihre Neigung in der gesamten
Ebene dieselbe ist, die durch die Längsachse des Dorns (1) verläuft, und zwar an jedem Punkt jeder Stirnseite,
der im gleichen Abstand von der die Endwände (2) tragenden Einrichtung (19,20,27) entfernt ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (1) im größten Teil
seiner Länge zwischen den beiden Endwänden (2) kegelstumpf
förmig ist, und daß die Innenwand (11) des Gehäuses (6) wenigstens in dem Teil kegelstumpfförmig ist, der
dem kegelstumpfförmigen Teil (L) des Dorns (1) zugewandt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizitäten des Dorns (1) und der Innenwand (11) des
Gehäuses (6) sich so unterscheiden, daß der Querschnitt der Kammer (24) auf dem kegelstumpfförmigen Teil (L) des
Dorns (1) etwa konstant ist.
10. Vorrichtung nach .einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halteeinrichtung (19,20,27) der Endwände (2) voneinander abweichende Querschnitte haben.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Dorn (1), gegen dessen Enden (19,20) sich zwei dichte
Endwände (2) befinden, die jeweils von einem angesetzten ; Teil (27) getragen werden, wobei der Dorn (1) im größten
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Teil (L) seiner Länge zwischen den beiden Endwänden (2) kegelstumpfförmig ist und gegen jedes Ende (12,13) seines
kegelstumpfförmigen Teils (L) einen größeren Querschnitt als das am nächsten gelegene eingesetzte Teil
(27) hat, wobei die angesetzten Teile (27) jedes Endes voneinander abweichende Querschnitte haben, durch Hohlfasern
(3), die in Form von Verdrillungen seitlich aneinanderliegend und in gegenseitiger Berührung angeordnet
sind, wobei sich die Hohlfasern (3) zwischen den dichten Endwänden (2) erstrecken, deren einander gegenüberliegende
Stirnseiten (22,23) gegenüber der Längsachse des Doms (1) geneigt sind, durch ein Gehäuse (6), das wenigstens
um die Hohlfasern (3) herum und am Umfang der dichten Endwände (2) angeordnet ist, wobei die kegelstumpfförmige
Innenwand (11) des Gehäuses (6) wenigstens in dem Teil des Gehäuses (6) verläuft, das dem kegelstumpfförmigen
Teil (L) des Doms (1) zugewandt ist, und wobei die Innenwand (11) des Gehäuses (6), die einander gegenüberliegenden
Stirnseiten (22,23) der Endwände (2) und der Dorn ^ (1) eine Kammer (24) begrenzen, in der die Hohlfasern (3)
angeordnet sind, durch eine Einrichtung zur Einführung und Entleerung des innerhalb der Hohlfasern (3) zirkulierenden
Fluids, und durch eine Einrichtung (7,21,8) zur Einführung und Entleerung des außerhalb der Hohlfasern (3)
zirkulierenden Fluids, wobei diese Einrichtung am Umfang des Doms (1) und in Nähe der einander gegenüberliegenden
Stirnseiten (22,23) der Endwände in den Dorn (24) mündet.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (1) wenigstens über dem größten Teil (L) seiner Länge zwischen den beiden Endwänden (2)
doppelt kegelstumpfförmig ist, und daß das Gehäuse zwei Elemente (6a,6b) aufweist, deren jeweilige Innenwand
(11a,11b) in wenigstens dem größten Teil ihrer dementspre-
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chenden kegeistumpfförmigen Teil des Doms (1) zugewandten
Länge kegelstumpfförmig ist.
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