DE4308850A1 - Hohlfadenmatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlfadenmattensegment, bei dem die Hohlfäden als Schußfäden im wesentlichen parallel ange­ ordnet sind und durch maschenbildende Kettfäden eingebunden und miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine hieraus hergestellte Hohlfadenmatte sowie eine Verfahren zu deren Herstellung.

Hohlfadenmatten, die üblicherweise aus quer zur Mattenlänge aneinander dicht gereihten Hohlfasern, die längs der Matte durch Fäden miteinander verwebt oder verwirkt sind, beste­ hen, sind hinreichend bekannt (DE-OS 28 25 065). Sie finden Verwendung als Wärme- oder Stoffaustauscher im technischen Bereich, beispielsweise in der umgekehrten Osmose, in der Ultra- oder Mikrofiltration und anderen Gebieten. Weiterhin werden solche Hohlfadenmatten in großer Anzahl im medizi­ nischen Bereich, insbesondere zur Behandlung von Blut, bei­ spielsweise zur Dialyse, Blutoxygenation, Plasmaseparation, Hämofiltration etc. verwendet. Üblicherweise werden die Hohlfadenmatten in Module eingebaut, beispielsweise etwa als kreuzgewickelte Matte, wie sie in der DE-OS 38 03 693 be­ schrieben sind.

Für die erfindungsgemäße Hohlfadenmatte sind alle bekannten Hohlfäden, die mitunter auch als Hohlfasern oder Kapillaren bezeichnet werden, geeignet. Insbesondere sind hierfür po­ röse bzw. mikroporöse Hohlfäden geeignet, die dann auch als Membran bezeichnet werden. Solche Hohlfäden (Membranen) sind an sich bekannt, ebenso wie ihre Abmessungen bezüglich des Innen- oder Außendurchmessers und der Wanddicke sowie die Art der Werkstoffe. So liegen die Außendurchmesser von Hohlfäden für die medizinische Anwendung im allgemeinen zwischen 150 bis 700 µm und bei Hohlfäden für die Gastren­ nung bis hinab zu 30 µm, und sie können aus den verschie­ denartigsten natürlichen oder synthetischen Polymeren be­ stehen.

Im bekannten Stand der Technik zur Herstellung von Hohlfa­ denmatten wird im allgemeinen so vorgegangen, daß Hohlfäden nach der Herstellung in etwa gleich lange Stücke geschnitten werden, diese parallel angeordnet werden und einzeln oder bündelweise miteinander verbunden werden, so daß diese nicht verrutschen können. Dies kann etwa dadurch erfolgen, daß die in einer Ebene liegenden Hohlfäden durch senkrecht zu diesen Hohlfäden, aber auch in dieser Ebene liegend, angeordnete Garne mittels beispielsweise Fransenbinden oder Ketten­ stichnaht miteinander verbunden werden. Gemäß der DE 38 39 567 können nun solche Hohlfäden oder Hohlfadenbündel, bei denen die abgeschnittenen Hohlfäden die Schußfäden darstel­ len und der Kettfaden üblicherweise in Längsrichtung ver­ läuft, als Mattensegmente zick-zack- bzw. mäanderförmig aufeinander abgelegt werden. Man erhält dabei eine Hohlfa­ denmatte, bei der die offenen Enden der Hohlfäden beim Ein­ bau in ein Modul durch Zuschleudern mittels eines geeigneten Materials, beispielsweise ein Polyurethan, verschlossen werden.

Gemäß dem oben aufgeführten Stand der Technik war es bisher jedoch nicht möglich, besonders empfindliche Membranen oder solche, die bereits eine Innenfüllung enthalten, zu verar­ beiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hohlfadenmattensegment zur Verfügung zu stellen, das nicht nur die zuvor genannten Bedingungen erfüllt, sondern sich darüber hinaus auch auf einfache Art und Weise und da­ mit wirtschaftlich herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Hohlfaden­ mattensegment erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es sich bei dem Schußfaden um einen endlosen, nicht abgeschnittenen Hohlfaden handelt.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Hohlfadenmattensegment bzw. der daraus zusammengesetzten Hohlfadenmatte haben die Hohl­ fäden bevorzugt eine als semipermeable Membran wirkende Wand, es handelt sich also um eine sogenannte Hohlfadenmem­ bran.

Der Hohlfaden des erfindungsgemäßen Hohlfadenmattensegmentes ist dann ein endloser Hohlfaden, wenn er am jeweiligen Ende des Mattensegments als Schlaufe abgelegt wird. Nach Legen der Schlaufe wird der Hohlfaden wieder parallel zum vorhe­ rigen Teil desselben zurückgeführt und am anderen Ende des Mattensegments wiederum als Schlaufe abgelegt. Dies kann so lange durchgeführt werden, bis die Fläche des Mattensegments (z. B. 10 × 10 cm) mit Hohlfäden in einfacher Lage bedeckt ist.

Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik lassen sich auch Hohlfadenmattensegmente herstellen, bei denen der Hohlfaden mit einer Flüssigkeit oder einem Fluid gefüllt ist, da der Hohlfaden als Ganzes bestehen bleibt und nicht abgeschnitten wird, wodurch der Inhalt des Hohlfadens aus­ laufen würde.

Unter Fluid wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gasgemisch beispielsweise Luft oder Erdgas bzw. eine Flüs­ sigkeit an sich oder eine solche, in welcher Gas (Gasge­ misch) in Form von Gasblasen oder auch in gelöster Form bzw. chemisch gebunden vorliegen kann, verstanden, wobei das Fluid in beiden Fällen auch eine dampfförmige Komponente enthalten kann.

Bei den bereits im Hohlfaden befindlichen Flüssigkeiten handelt es sich bevorzugt um solche, die das Lumen des Hohlfadens stabilisieren bzw. solche, die den Hohlfaden vor Austrocknung schützen.

Erfindungsgemäß können auch mehrere Hohlfadenmattensegmente mäanderförmig oder zick-zack-förmig (parallel) übereinan­ dergelegt werden, so daß man insgesamt eine Hohlfadenmatte erhält, die aus mehreren einzelnen Hohlfadenmattensegmenten besteht.

Bevorzugt weisen dabei die einzelnen Hohlfadenmattensegmente eine exakt gleiche Fadenzahl auf.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es aber auch möglich, daß die Hohlfadenmattensegmente unter­ schiedliche Fadenzahlen aufweisen, wobei diese Fadenzahlen beispielsweise auch alternieren können.

Zwischen den einzelnen Hohlfadenmattensegmenten kann der von Segment zu Segment weitergeführte Hohlfaden eine definierte Länge aufweisen. Dadurch ist es problemlos möglich, Hohl­ fadenmatten bestimmter Fadenlänge oder mit einer bestimmten sogenannter Mattenlücke herzustellen. Auch ist hiermit ein sicheres Trennen der einzelnen Hohlfadenmattensegmente ohne Beschädigen der effektiven Membran(ober)fläche möglich.

Die oben eingangs erwähnte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlfadenmatte, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hohlfadenmatten­ segmente mäanderförmig aufeinander abgetafelt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren entfällt ein im Stand der Technik bisher aufwendiger Arbeitsschritt, nämlich das Abdichten der Kapillarenden. Denn durch die Schlaufenbildung am Ende der jeweiligen Mattenseite ist schon eine geschlos­ sene Membran erzeugt worden, die nicht mehr zusätzlich ab­ gedichtet werden muß.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hohlfadenmatte liegt darin, daß sie aus nur einer einzigen Endloskapillare hergestellt werden kann, so daß auch Membranen mit Innen­ füllung verwendet werden können. Diese bleiben bis nach dem Einbettvorgang geschlossen, so daß keine Beeinflussung oder Verlust der Innenfüllung auftritt.

Das Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, daß auch Mem­ branen die mechanisch nur gering belastbar sind, verarbeitet werden können. Zudem hat das Verfahren den Vorteil, daß die Materiallänge, die normalerweise für das Abdichten der Ka­ pillare benötigt wird, entfällt.

Bei entsprechender maschineller Voraussetzung ist auch die Möglichkeit gegeben, die Hohlfadenmatte On-line, d. h. von frisch gesponnenen Hohlfäden, zu produzieren. Daher können die Hohlfadenmatten sehr kostengünstig hergestellt werden.

Außerdem ist es erfindungsgemäß möglich, die Hohlfadenmatte automatisch sicher und definiert herzustellen, da die Mattenlücke zwischen den einzelnen Hohlfadenmattensegmenten mittels geeigneten optischen oder mechanischen Sensoren er­ faßt werden kann. Man erhält so auf einfache technische Art und Weise und unter kostengünstigen Bedingungen definierte Hohlfadenmatten aus definierten Hohlfadenmattensegmenten.

Beispiel

Erfindungsgemäße Hohlfadenmatten, die sich in der Praxis gut bewährt haben, bestanden aus übereinandergestapelten Hohl­ fadenmattensegmenten. Dabei wurden die Hohlfadenmattenseg­ mente einfädig, d. h. ein Faden pro Kettfadenschlaufe oder auch zweifädig, d. h. zwei Fäden pro Kettfadenschlaufe her­ gestellt. Der Hohlfaden wurde dabei als Endlosfaden mit ei­ ner Schlaufe immer innerhalb der jeweiligen Mattensegment­ ebene abgelegt und in Querrichtung dazu (aber in der gleichen Ebene) durch beispielsweise Multifilamentgarne verkettet. Als Membranmaterial wurden die folgenden, als Industrieware erhältlichen Membranen verwendet:
Cuprophan®, Hemophan®, Oxyphan®, Plasmaphan®
(alle Fa. Akzo).

Die Mattenherstellung erfolgte dabei sowohl einfädig, d. h. ein Faden pro Kettfadenschlaufe, als auch zweifädig, d. h. zwei Fäden pro, Kettfadenschlaufe.

Ebenso war es problemlos möglich, erfindungsgemäße Hohlfa­ denmatten aus Hohlfäden von Celluloseacetat, Polyacrylnitril, Polysulfon, Polyethersulfon, sulfoniertem Polyethersulfon und anderen Polymermaterialien herzustellen.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Hohlfadenmatte ist auf vielfältige Weise möglich. So können beispielsweise hydro­ phile Mikrofiltrationsmembranen in geeigneter Form zur Iso­ lierung der Hefe bei der Schaumwein-(Champagner)Herstellung verwendet werden. Dafür werden die Hohlfadenmatten, in ent­ sprechender Größe zugeschnitten, in Form von "dead­ end"-Modulen eingesetzt. Bei den "dead-end"-Modulen handelt es sich vorzugsweise um solche, bei denen der Hohlfaden U- förmig eingesetzt ist.

Die bei der Schaumweinherstellung sich am Flaschenhals ab­ setzende Hefe wird in den Hohlfäden isoliert und kann später problemlos vom Schaumwein getrennt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen in vereinfachter schematischer Darstellungsweise:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines einzelnen Mattensegmentes,

Fig. 2 eine Ausführungsform von mehreren Mattensegmenten, die hintereinander abgelegt sind,

Fig. 3 das Abtafeln einer Hohlfadenmatte,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer scheibenförmigen Ausführungsform des Hohlfadenmoduls.

In Fig. 1 ist ein Hohlfadenmattensegment dargestellt, in dem die Kettfäden 1 in Längs(Kett-)richtung angeordnet sind und im rechten Winkel dazu die Hohlfäden 2 im wesentlichen parallel zueinander vorliegen und dabei jeweils am Matten­ ende eine Schlaufe 7 bilden und wieder in die Matte parallel zum vorherigen Teil des Hohlfadens zurückgeführt werden. Die Kettfäden und die Hohlfäden befinden sich dabei in der gleichen Ebene. Mit der Bezugsziffer 2 sind einzelne Hohl­ fäden oder auch mehrere Hohlfäden bezeichnet.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß mehrere Hohlfadenmattensegmente so ausgeführt werden können, daß sie jeweils exakt die gleiche Anzahl an Fäden pro Hohlfadensegment aufweisen, und daß der Abstand zwischen den einzelnen Hohlfadensegmenten beliebig oder gleich lang gewählt werden kann.

Nicht abgebildet ist eine Version, bei der die Hohlfaden­ mattensegmente beispielsweise eine alternierende Anzahl von Fäden pro Hohlfadensegment aufweisen.

In Fig. 3 ist wiedergegeben, wie durch das Abtafeln mehre­ rer Hohlfadenmattensegmente eine Hohlfadenmatte, die in dieser Abbildung aus sieben einzelnen Hohlfadenmatten­ segmenten besteht, hergestellt werden kann. Dabei sind wie­ derum die Hohlfäden 2 endlos, d. h. sie werden in einer Schlaufe 7 jeweils wieder in die Mattenfläche zurückgeführt und ermöglichen dadurch auch die Herstellung von Hohlfaden­ matten mit gefüllten Hohlfäden, während die Kettfäden 1 in Längsrichtung verlaufen.

In Fig. 4 ist in perspektivischer Darstellung ein schei­ benförmig ausgebildeter Hohlfadenmodul dargestellt. Herge­ stellt kann dieser Modul durch Ausstanzen von einer ent­ sprechenden Zahl von Segmenten aus einer in mehreren Schichten übereinander abgelegten Hohlfadenmatte gemäß Fig. 3. Dazu werden die Endbereiche der Hohlfäden in eine aushärtbare Vergußmasse 3 eingebettet und ein Teil der er­ härteten Vergußmasse 3 zum Freilegen der Lumen der Hohlfäden 2 abgetragen. Die Durchströmungsrichtung für das zu behan­ delnde Fluid ist durch die Pfeile 4 angezeigt. Die Aus­ strömrichtung des Permeats aus den Hohlfäden 2 ist durch die vom Vergußmassekörper 3 weggerichteten Pfeile 5 angezeigt. Die Hohlfäden 2, die durch die maschenbildenden Kettfäden 1 eingebunden und miteinander verbunden sind, sind hierbei in Ebenen angeordnet, die im wesentlichen senkrecht zur Durch­ strömungsrichtung 4 und somit senkrecht zur Achsrichtung des Moduls mithin parallel zueinander liegen. Der Vergußmassekörper 3, in welchen die Endbereiche der Hohlfä­ den 2 eingebettet sind, ist hierbei ringförmig ausgebildet und bildet einen Durchströmungskanal für das zu behandelnde Fluid, durch welchen die nicht eingebetteten mittleren Be­ reiche der Hohlfäden 2 und natürlich auch der Kettfäden 1 geführt sind. Andeutungsweise ist ebenfalls dargestellt, daß alle Hohlfäden 2 auf der äußeren Mantelfläche (Umfangsfläche) 6 des Vergußmassekörpers 3 ausmünden. Derartige Ausmündungen befinden sich auf der gesamten Umfangsfläche 6 des Vergußmassekörpers 3, da die Hohlfäden 2 an ihren beiden Enden offen sind.

Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der die Hohlfäden in sog. "dead-end"-Modulen Verwendung finden. In diesen Modulen sind der Hohlfaden als U-förmige Schlaufe einseitig eingebettet und werden dann in dieser Form, bei­ spielsweise für die Mikrofiltration, verwendet.

Claims (10)

1. Hohlfadenmattensegment, bei dem die Hohlfäden (2) als Schußfäden im wesentlichen parallel angeordnet sind und durch maschenbildende Kettfäden (1) eingebunden und miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Schußfaden um einen endlosen, nicht ab­ geschnittenen Hohlfaden handelt.

2. Hohlfadenmattensegment nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlfaden (2) (Schußfaden) am jewei­ ligen Ende der Fläche als Schlaufe (7) abgelegt wird.

3. Hohlfadenmattensegment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlfaden (2) mit einem Fluid oder einer Flüssigkeit gefüllt ist.

4. Hohlfadenmatte, bestehend aus Hohlfadenmattensegmenten nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei diese mäander(zick­ zack)-förmig parallel zueinander abgelegt sind.

5. Hohlfadenmatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hohlfadenmattensegmente eine exakt gleiche Fadenzahl aufweisen.

6. Hohlfadenmatte nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Hohlfadenmattensegmente un­ terschiedliche Fadenzahlen aufweisen.

7. Hohlfadenmatte nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Hohlfadenmattensegmente eine definierte Hohlfadenlänge von Segment zu Segment aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfadenmatte nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente nach der Herstellung mäanderförmig aufeinander abgetafelt werden.

9. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfadenmatte nach An­ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein endloser Hohlfaden (2) zur Herstellung der Hohlfadenmatten benö­ tigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die einzelnen Hohlfadenmattensegmente nach der Abtafelung getrennt werden können.