Verfahren zur Herstellung eines Kopfstückes mit einem Faserbündel aus endseitig offenen Kapillarmembranen
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kopfstuckes mit einem Faserbundel aus endseitig offenen Kapillarmembranen .
In Kopfstucken eingegossene Bündel aus Kapillarmembranen werden zur Membranfiltration in flussigen oder gasformigen Medien eingesetzt. Die Kapillarmembranen können e nach Ausf hrung und Anwendungsfall Außendurchmesser zwischen 20 μm und etwa 5 mm aufweisen. Um eine ordnungsgemäße Funktion bei der Membranfiltration sicherzustellen, müssen die Kapillarmembranen fehlstellenfrei in das Kopfstuck einge- gössen sein. Ferner muss sichergestellt werden, dass die Kapillarmembranen bei der Herstellung des als Gießteil gefertigten Kopfstuckes endseitig nicht verklebt oder mechanisch beschädigt werden. Mechanische Bearbeitungen durch Schneiden ist zu vermeiden, da viele Membranmaterialien bei einer mechanischen Bearbeitung ausfasern.
Bei einem aus US 5 639 373 bekannten Verfahren zur Herstellung eines Kopfstuckes mit einem Faserbundel aus endseitig offenen Kapillarmembranen wird das Ende des Faserbundeis in eine flussige Schicht eingetaucht, die zu einem festen Trager erstarrt. Anschließend wird auf diese Tragerschicht Kunststoffmasse aufgebracht und die Fasern in der Kunststoffmasse eingegossen. Nach Ausharten der Kunststoffmasse wird die Tragerschicht wieder verflüssigt und entfernt, wo- bei die Enden der Kapillarmembranen freigelegt werden. Fertigungstechnische Probleme ergeben sich bei einer engen Packung der Kapillarmembranen infolge von Kapillarkraften,
die zwischen den Kapillarmembranen wirken. Wenn das Faserbundel in die Flüssigkeit eingetaucht wird, steigt die Flüssigkeit an der Außenseite der Kapillarmembranen nach Maßgabe der wirkenden Kapillarkrafte nach oben. Bei der nachfolgenden Fertigung des Kopfstuckes wird das Eindringen der Kunststoffmasse von außen in das Innere des Faserbun- dels behindert und ist ein sicheres Umschließen der einzelnen Fasern mit Kunststoffmasse nicht mehr gewahrleistet.
Bei einem aus US 6 294 039 bekannten Verfahren werden die in das Kopfstuck einzugießenden Membranen mit ihrem freien Ende in eine Schicht aus feinteiligen Feststoffen eingesetzt, auf die zu einem Kopfstuck aushärtende Kunststoffmasse aufgebracht wird. Nachdem das Kopfstuck ausgehartet ist, wird die FeststoffSchicht wieder entfernt, wobei die Enden der Kapillarmembranen freigelegt werden. Das Verfahren ist fertigungstechnisch insofern nachteilig, als nur eine verhältnismäßig geringe Zahl von Kapillarmembranen gleichzeitig in die Feststoffschicht eingetaucht werden kann, da das Material nur eine geringe Verdrängung erlaubt.
Aus WO 01/85315 ist ein Pre-Potting-Verfahren unter Verwendung einer fluchtigen Flüssigkeit, einer Suspension oder eines Gels bekannt, in die bzw. in das die Enden der Kapil- larmembranen eingetaucht werden. Die Kapillarmembranen werden daraufhin in eine Dichtungsmasse eingegossen. Die Substanz, in die die Enden der Kapillarmembranen eingetaucht sind, weist eine relativ hohe Viskosität auf, um ein signifikantes Kriechen der Substanz infolge von Kapillar- kraften zu vermeiden. Auch bei diesem Verfahren kann jedoch nicht verhindert werden, dass die Substanz an der Außensei-
te der Kapillarmembranen etwas nach oben steigt. Deshalb ergeben sich auch hier fertigungstechnische Probleme.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren anzugeben, mit dem fehlerfreie Kopfstucke mit Faserbundeln aus endseitig offenen Kapillarmembranen gefertigt werden können.
Gegenstand der Erfindung und Losung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kopfstuckes mit einem Faserbundel aus endseitig offenen Kapillarmembranen, wobei
ein Ende des Faserbundeis in eine formbeständige, leicht deformierbare Schicht aus Gelatine gesteckt wird,
auf die Gelatineschicht eine Kunststoffmasse aufgebracht wird und
die Gelatineschicht entfernt wird, nachdem die Kunststoffmasse zu einem Kopfstuck ausgehartet ist, in welchem die Kapillarmembranen eingegossen sind.
Gelatine meint eine wasserlösliche Substanz mit den in "Ullmans Encyklopadie der technischen Chemie", 4. Auflage, Band 12, S. 211 bis 220 beschriebenen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die erfindungsgemaß verwendete Gelatineschicht als Tragerschicht zum Aufbringen der das Kopfstuck formenden Kunststoffmasse hat weder die Eigen- schaff einer Flüssigkeit, noch die eines pulverformigen Mediums. Die Gelatine ist ein formbeständiges, leicht defor-
mierbares Medium, in das die Kapillarmembranen eingesteckt werden können. Die eingesteckten Kapillarmembranen sind in der Gelatineschicht fixiert und werden von dem Material dicht umschlossen. Dadurch ist eine gute Abdichtung gegen- über der oberseitig aufgebrachten Kunststoffmasse gewahrleistet. Es können Kopfstucke mit Faserbundeln hergestellt werden, die sich durch eine sehr große Packungsdichte der Kapillarmembranen auszeichnen. Bei der erfmdungsgemaßen Verwendung von Gelatine findet an der Außenseite der Kapil- larmembranen keinerlei Kriechen der Gelatine nach oben aufgrund der Wirkung von Kapillarkraften statt. Die bereits beschriebenen fertigungstechnischen Probleme, die sich aufgrund dieses Kriechvorganges ergeben, sind daher beim er- fmdungsgemaßen Verfahren nicht festzustellen. Die Gelatine zeichnet sich ferner durch eine sehr einfache Recyclierbar- keit aus. Die Gelatine ist toxikologisch unbedenklich und ruckstandsfrei mit Wasser entfernbar. Bei Bedarf kann sogar auf eine Reinigung der Enden der Kapillarmembranen voll- standig verzichtet werden, da sich die Gelatine auch wahrend des Betriebes der Kapillarmembranen ohne vorherige Spulung ruckstandsfrei im Wasser ablost.
Es ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten für die weitere Ausgestaltung des erfmdungsgemaßen Verfahrens. Gemäß einer ersten Ausfuhrungsform wird in eine Gießform die Gelatine flussig eingebracht, die anschließend zu der gewünschten deformierbaren Schicht erstarrt. Alternativ kann die Gelatme auch als vorgefertigter Formkorper in die Gießform eingelegt werden. Anschließend wird das Faserbundel in die Gelatine gesteckt und danach die Kunststoffmasse in die Gießform flussig eingebracht. Die Kunststoffmasse breitet
sich zwischen den Kapillarmembranen aus und füllt den freien Querschnitt der Gießform aus. Nachdem das Kopfstuck ausreichend ausgehartet ist, kann das Kopfstuck ausgeformt und die Gelatine entfernt werden. Das Entfernen der Gelati- ne erfolgt durch Losen in Wasser und/oder durch Erwärmung.
Eine weitere Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens sieht vor, dass die gießfahige Kunststoffmasse in einer Gießform auf die Gelatineschicht aufgebracht wird, dass die Enden der Kapillarmembranen mit Gelatine verschlossen werden und dass die Kapillarmembranen anschließend durch die flussige Kunststoffmasse hindurch in die darunter liegende Gelatineschicht eingesteckt werden. Die Gelatine streift dabei mitgeschleppte Kunststoffmasse ab und verhindert, dass die unteren Offnungen der Kapillarmembranen mit Kunststoffmasse belegt werden. Bei dieser Verfahrensweise ist vorteilhaft, dass der Gießprozess für die Kunststoffmasse besonders gut gesteuert und kontrolliert werden kann.
Als Kunststoffmasse eignen sich thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfuhrungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Fertigungseinrichtung zur Herstellung eines Kopfstuckes mit einem Faserbundel aus endseitig offenen Kapillarmembranen. Die Vorrichtung weist eine Gießform 1 aus einer Grundplatte 2 und einem äußeren Aufnahmekorper 3 auf. In die Gießform 1 wird Gelatine flussig in einer Schichtstarke zwischen 5 und 50 mm einge-
bracht, die zu einer Gelatineschicht 4 erstarrt. Die Gelatineschicht 4 bildet eine formbeständige, leicht deformierbare Schicht, in die ein Ende des Faserbundeis 5 eingesteckt wird. Die Kapillarmembranen 6 durchstoßen die Gela- tineschicht 4, wobei sie in das Material eindringen und von ihm umschlossen werden. Auf die Gelatineschicht 4 wird anschließend eine Kunststoffmasse 7 aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff aufgebracht, die sich zwischen den Kapillarmembranen 6 ausbreitet und den freien Querschnitt der Gießform 1 ausfüllt. Die Kunststoffmasse 7 härtet zu einem formstabilen Kopfstuck aus, dessen Kontur durch die Gießform 1 vorgegeben ist. Sobald das Kopfstuck ausgehartet ist, wird es aus der Gießform 1 ausgeformt. Anschließend wird die Gelatineschicht 4 in Wasser gelost. Auf diese Weise wird sie entfernt, wobei die offenen Enden der Kapillarmembranen 6 freigelegt werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass zunächst die Gelatineschicht 4 sowie die gießfahige Kunststoffmasse 7 in die Gießform 1 eingebracht werden. Die Enden der Kapillarmembranen 6 werden einzeln mit erstarrten Gelatinetropfen verschlossen. Anschließend werden die Kapillarmembranen 6 durch die flüssige Kunststoffmasse 7 hindurch in die darunter liegende Gelatineschicht 4 eingesteckt. Die Gelatine- schicht 4 streift dabei die mitgeschleppte Kunststoffmasse im oberen Bereich der Gelatineschicht ab und verhindert, dass die Öffnungen der Kapillarmembranen mit Kunststoffmasse belegt werden.