DE2944172A1 - Hohlfaserdialysator - Google Patents
HohlfaserdialysatorInfo
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Description
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4172 I
Hohlfaserdialysator
A k ζ ο GmbH Wuppertal
Die Erfindung betrifft einen Hohlfaserdialysator, bestehend
aus einem Hohlfaserbündel und einem Gehäuse, welches aus der Hohlfaseruiamantelung und den Zu- und Ablaufanschlußteilen
zusammengesetzt ist, mit denen die freien Enden des Kohlfaserbündels mit Hilfe einer Vergußmasse flüssigkeitsdicht
verbunden sind.
Hohlfaserdialysatoren der genannten Art sind hinreichend bekannt, beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 339 341,
und werden in geringfügig voneinander abweichenden Ausführungsformen hergestellt.
Bei allen bisher bekannten Dialysatoren war die Gehäuse-
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form die eines Zylinders oder eines Prisma. Für Zylinder
und Prismen gilt gemäß der Definition, daß es Körper sind, die von zwei parallelen Ebenen begrenzt sind, die einander
kongruent sind. Die Verbindungslinie entsprechender Punkte der Schnittflächen des Körpers sind zueinander parallele
Geraden. Beim Zylinder ist der Zylindermantel von einer geschlossenen Leitlinie begrenzt. Beim Prisma sind die
Grundflächen parallele Kongruente Drei-, Vier- oder Vielecke. Die Seitenflächen des Prismas sind Parallelogramme.
Zum Zwecke des Dialysatorbaues werden die Hohlfasern, in der Regel von Spulen kommend, zu einer Vielzahl von Tausenden
assembliert, wobei man sich bekannter Techniken aus der Verarbeitung von textlien Fäden bedient. So können aus
einer begrenzten Anzahl von Spulen die Hohlfasern zu einem Strang parallel nebeneinanderliegend, zu einem Strang mit
Uberkreuzung der einzelnen Lagen, zu einem ungeordneten in Längen aufgeschnittenen Bündel, zu einem geordneten
Bündel durch Anwendung von Web-, Wirk- und Legetechniken assembliert werden, um in genügender Anzahl gemäß der angestrebten
Membranoberfläche des Dialysators in ein Gehäuse eingesetzt zu werden, in welchem die Kopfenden durch Vergußmassen
zwischen den Fasern abgedichtet werden, um den Innenraum der Hohlfasern vom Außenraum luft- und flüssigkeitsdicht
voneinander zu trennen.
Da Hohlfasern industriell in der Regel in einem kontinuierlichen Prozeß hergestellt werden, ist man bestrebt,
sie auf kreisrund geformte Garnträger zu wickeln, weil nur hierbei die Windegeschwindigkeit gleichförmig und
in Übereinstimmung mit der Liefergeschwindigkeit auf den
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Herstellungsmaschinen eingestellt werden kann.
Große Probleme entstehen nun bei der überführung der auf
runder oder vieleckiger (quasi runder) Unterlage gewickelten Faserpakete in eine gestreckte, geradlinige
Paketform, die erforderlich ist, weil alle Dialysatorgehäuse in ihrer Längsachse eine Gerade bilden.
Einige Probleme sind:
Störung der gewählten Legeordnung, Förderung der Kanalbildung durch Spaltung des Paketes,
Faserverbiegung, Faserknickung, ungleiche Länge zwischen innerem und äußerem Wickelradius, dadurch Mehrfachschnitt,
hohe Abfallrate an Vieleckunterstützungspunkten.
Bei den erwähnten Web-, Wirk- und Legetechniken werden zwar
die Nachteile der Aufbiegung von der gekrümmten in eine geradlinige Form dadurch vermieden, daß man die Längsachse der
Fasern beim Assemblierprozeß in gestreckter Form in die spätere Längsrichtung des Dialysatorgehäuses legt und nur
in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung krümmt. Jedoch erfordern solche Verarbeitungsprozesse einen nicht unerheblichen
Arbeitsaufwand an speziell dazu eingerichteten Maschinen.
Die Hohlfadenpakete für bekannte Dialysatoren werden .
heute durch Wicklung auf vieleckige Haspel erzeugt, bei denen die geraden Anteile verwandt, die stark gebogenen
Zwischenabschnitte verworfen werden, weil sie zu dezentralisierten Bündelkopfenden und zu Druckstellen in Hohlfasern
führen.
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Auch für den Fall der Herstellung aus geschlossenen Strängen entsteht ein relativ hoher Schnittabfall dadurch, daß die
völlig gebogenen Enden einen wesentlichen Teil der Gesamtlänge des Dialysators ausmachen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die geschilderten Nachteile des bisher üblichen Dialysatorbaues ohne Einbußen
an Effektivität beim Dialysator zu vermindern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Hohlfadendialysator
der eingangs geschilderten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hohlfaserummantelung in ihrer Längsausdehnung
gekrümmt ist und daß die Hohlfasern des Hohlfaserbündels parallel zu ihrer Aufwickelkrümmung zusammengefaßt und
parallel zur Gehäusekrümmung im Gehäuse angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die Krümmungslinien der Hohlfaserummantelung
parallele Kreisbögen. Je mehr der Krümmungsradius des Dialysators mit demjenigen des kreisrunden Aufnahmeorgans
der Hohlfasern und damit auch der Aufwickelkrümmung der Hohlfäden übereinstimmt, um so besser bleiben
die Fasern in der beim Wickeln erteilten Ordnung und um so weniger besteht die Gefahr für Verbiegungen oder
Knickungen der Hohlfasern.
Vorzugsweise wählt man die Krümmungsradien der Aufwicklung und des Dialysatorgehäuses gleich großm indem man gekrümmte-Halb-
oder Teilschalen des Dialysatorgehäuses auf den Umfang einer Trommel aufbringt und die Hohlfasern beim Drehen-
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der Trommel in die Halb- oder Teilschalen ablegt.
Den gewickelten Strang schneidet man nun in gewünschte Längen verlustfrei auf, die entweder durch entsprechende Gehäuseabschnitte
vorher bestimmt waren, oder man zerschneidet den gesamten Strang in gleich lange Teilbündel gleichzeitig
mit dem Gehäuseteil, das vorher als geschlossener Ring auf die Wickelwalze gelegt war.
Die durch die Aufwickelspannung verursachte Schrumpfneigung
des Stranges wirkt sich beim ersten Schnitt am Wickelumfang durch ein Auseinanderklaffen der Schnittenden aus. Nur die
verbleibende Gesamtlänge ist in gleich lange Abschnitte aufzuschneiden.
Die schalenförmigen gekrümmten Gehäuseteile werden durch einen ebenso gekrümmten Deckel oder eine Teilschale von oben
verschlossen und von der Wickelwalze abgenommen. Das in der Ummantelung befindliche Hohlfaserbündel wird dann in üblicher
Weise weiter verarbeitet, d.h., an beiden Enden mit einem Kunstharz luft- und flüssigkeitsdicht vergossen, zur
öffnung aller Fasern aufgeschnitten, mit Abschlußkappen versehen, die für den Flüssigkeitsein- bzw. -auslauf des
Innenkompartiments der Hohlfasern ausgestattet sind.
Man kann aber auch zunächst die vom Hohlfaserspinnen benötigte Innenflüssigkeit entleeren, das Hohlfaserbündel
trocknen und dann einbetten. Trotz Aufwicklung der Fäden in trockenem Zustand ist es überraschend, wie gut die durch
die Verlegung während der Aufwicklung gegebene Ordnung im Falle der erfindungsgemäßen gekrümmten Gehäuseart aufrechterhalten
bleibt. Dies ist wichtig zur Erzielung eines
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guten Dialysatdurchflusses. Der Fließwiderstand im Dialysat
kann daher auf sehr einfache Weise durch Variation des Verkreuzungswinkels der Hohlfaden zueinander geregelt werden.
Sehr kleiner Verkreuzungswinkel, d.h., eine quasi parallele
Wicklung, führt zu einem hohen Füllgrad und hohen Fließwiderstand, ein großer Verkreuzungswinkel zu niedrigem Füllgrad
und geringem Fließwiderstand.
Diese wichtigen Größen für einen guten Dialysator können auf ganu einfache Weise erzielt werden und benötigen kein
Fixieren durch Fremdfäden, Weben, Wirken, oder auf andere Weise, weil durch die Beibehaltung der gekrümmten Form die
einmal abgelegte Fadenordnung erhalten bleibt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Hohlfaserdialysators besteht darin, daß ein geordnetes Hohlfaserbündel
nicht nur mit einem Hohlfaden, sondern vorzugsweise mit einer Vielzahl bis zu etwa 100 Hohlfaden ohne
Schwierigkeiten hergestellt werden kann, was die Mittelung und Vergleichmäßigung der Permeabilitätswerte von Dialysatoren
sehr wesentlich beeinflußt. So sinkt z.B. aus statistischen Gründen die Streuung der Ultrafiltrationsrate von
Dialysatoren aus 100 Spulen auf den γ 100 ten Wert ^0- aecfen_
über der Streuung von Dialysatoren aus nur einer Spule. Bei den heute bekannten Web-Wirkmaschinen zur Herstellung
von geordneten Hohlfasermatten ist eine solche Steigerung auf 100 Spulen noch nicht durchführbar.
Der Radius der Wickelwalze, der vorzugsweise dem Krümmungsradius des Dialysatorgehäuses gleich ist, soll dabei mög-
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liehst groß gewählt werden, damit
1. der äußere Umfang des Wickelpaketes sich nicht wesentlich,
d.h., weniger als 5% vom inneren Umfang unterscheidet,
2. der Dialysator handlich bleibt und bei der Verpackung nicht zu sperrig ist.
Erfindungsgemäß beträgt der Krümmungsradius der Kreisbögen 30 cm bis 4 m, wobei unter Krümmungsradius der der kürzesten
Verbindungslinie verstanden werden soll. Der Krümmungsradius der längsten Verbindungslinie ist dann um die Höhe
der Stirnfläche größer. Ein brauchbares Mittelmaß für den Radius ist beispielsweise 100 cm. Dabei beträgt die Umfangsdifferenz
für ein 2 cm dickes Bündel lediglich 2%, ist also für den Fließwiderstand unbedeutend, und die Krümmung erscheint
für einen 25 cm langen Dialysator recht niedrig, er bleibt handlich.. Wesentlich höhere Krümmungsradien machen
den Dialysator im äußeren Erscheinungsbild den heute üblichen ähnlicher, machen jedoch ein entsprechendes Aufwickelaggregat
unbequem, aber nicht unmöglich. Wesentlich kleinere Krümmungsradien als beispielsweise 10 cm würden bei einem
2 cm dicken Wickelpaket bereits eine Umfangsdifferenz von 20% erzeugen, was für den Fließwiderstand zu groß und für
den nicht permeablen, in der Vergußmasse liegenden Anteil an Hohlfasern bereits unzulässig hoch wäre.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Herstellungsart besteht in der Vermeidung von Hohlfaserabfall.
Bei der Wicklung auf eine Wickeltrommel mit Schnitten, die
in radialer Richtung vorgenommen werden, entsteht praktisch
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kein Schnittabfall. Diese Art der Aufteilung der Hohlfaser wird aber erst durch die Erfindung ermöglicht, da solche
Hohlfasern nur in dem erfindungsgemäßen Hohlfaserdialysator verwendet werden können.
Zur Einstellung von Füllgrad und Fließwiderstand eignet sich in gewissem Umfang auch die Auswahl der Querschnittsform und
-größe der Stirnflächen. Je nachdem welche Strömungsverhältnisse und Durchflußcharakteristiken erwünscht sind, werden
Stirnflächen des Gehäuses bevorzugt, die von einem Kreis, einer Ellipse oder von einem Rechteck begrenzt sind. Bei
einem Rechteck sind die Ecken vorzugsweise abgerundet. Das Rechteck schließt selbstverständlich auch das Quadrat mit
ein.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Hohlfadensialysators besteht darin, daß die Hohlfäden des Hohlfadenbündels in
einem "on-line" -Prozess mit einer Hohlfadenmaschine hoher Produktionsgeschwindigkeit hergestellt werden können.
Die schonende Wicklungsart auf einen relativ wenig gekrümmten Wickelkörper, die Vermeidung von Fadenunordnung
durch Streckung der ursprünglich gekrümmten Form und die Nutzung der im ungespulten Zustand sehr gleichmäßigen runden
Form der Hohlfaden, die bis zum fertigen Dialysator ohne Störung oder Verletzung erhalten bleibt, sind entscheidende
Vorteile, die durch den erfindungsgemäßen Hohlfadensialysator möglich wurden.
Zur Verdeutlichung der Erfindung dienen die Figuren 1 bis
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Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt des erfindungsgemäßen
Hohlfadendialysators. Die Ummantelung (1) enthält die Hohlfasern (2) des Hohlfaserbündels.
Die Ummantelung trägt die Zu- und Ablaufanschlußteile (3). Die freien Enden des Hohlfaserbündels
sind mit Hilfe einer Vergußmasse (4) flüssigkeitsdicht mit den Zu- und Ablaufanschlußteilen (3)
verbunden. Durch die Anschlüsse (5) wird die zu dialysierende Flüssigkeits - beispielsweise Blut in
die Hohlfasern eingeleitet bzw. wieder aus diesen zurückgeführt. Durch die Anschlüsse (6)
wird die Dialysatflüssigkeit eingeleitet bzw. abgeführt.
Die Krümmungsradien(7) der parallelen, gekrümmten Verbindungslinien sind bis maximal der Höhe der
Stirnflächen der Ummantelung größer als derjenige, welcher der kürzesten Verbindungslinie zugeordnet
ist. Alle Krümmungsradien haben den gleichen Krümmungsmittelpunkt.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen die bevorzugten Querschnittsformen der Stirnflächen.
Figur 2 zeigt eine kreisförmige,
Figur 3 eine elliptische Stirnfläche, während
Figur 4 eine rechteckige Stirnfläche und
Figur 5 eine solche mit abgerundeten Ecken zeigt.
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Claims (9)
1. Hohlfaserdialysator, bestehend aus einem Hohlfaserbündel und einem Gehäuse, welches aus der Hohlfaserummantelung
und den Zu- und Ablaufanschlußteilen zusammengesetzt ist, mit denen die freien Enden des Hohlfaserbündels mit Hilfe
einer Vergußmasse flüssigkeitsdicht verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaserummantelung in
ihrer Längsausdehnung gekrümmt ist und daß die Hohlfasern des Hohlfaserbündels parallel zu ihrer Aufwickelkrümmung
zusammengefaßt und parallel zur Gehäusekrümmung im Gehäuse angeordnet sind.
2. Hohlfaserdialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungslinien der Hohlfaserummantelung
parallele Kreisbögen sind.
3. Hohlfaserdialysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Kreisbögen dem
Krümmungsradius der Aufwickelkrümmung der Hohlfasern entspricht.
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4. Hohlfaserdialysator nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Kreisbögen
30 cm bis 4 m beträgt.
5. Hohlfaserdialysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Kreisbögen 1 bis
2 m beträgt.
6. Hohlfaserdialysator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Hohlfaserummantelung
von einem Kreis begrenzt sind.
7. Hohlfaserdialysator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Hohlfaserummantelung
von einer Ellipse begrenzt sind.
8. Hohlfaserdialysator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Hohlfaserummantelung von einem Rechteck begrenzt sind.
9. Hohlfaserdialysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken des Rechteckes abgerundet sind.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |