Verfahren zur Herstellung eines Kopfstückes mit einem Faserbündel aus endseitig offenen Kapillarmembranen
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kopfstückes mit einem Faserbündel aus endseitig offenen Kapillarmembranen .
In Kopfstücken eingegossene Bündel aus Kapillarmembranen werden zur Membranfiltration in flüssigen oder gasförmigen Medien eingesetzt. Die Kapillarmembranen können je nach Ausführung 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 Kopfstück eingegossen sein. Ferner muss sichergestellt werden, dass die Kapillarmembranen bei der Herstellung des als Gießteil ge- fertigten Kopfstückes 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 Kopfstückes mit einem Faserbündel aus endseitig offenen Kapillarmembranen wird das Ende des Faserbündels in eine flüssige Schicht eingetaucht, die zu einem festen Träger erstarrt. Anschließend wird auf diese Träger- schicht Kunststoffmasse aufgebracht und die Fasern in der Kunststoffmasse eingegossen. Nach Aushärten der Kunststoff- masse wird die Trägerschicht wieder verflüssigt und entfernt, wobei die Enden der Kapillarmembranen freigelegt
werden. Fertigungstechnische Probleme ergeben sich bei einer engen Packung der Kapillarmembranen infolge von Kapillarkräften, die zwischen den Kapillarmembranen wirken. Wenn das Faserbündel in die Flüssigkeit eingetaucht wird, steigt die Flüssigkeit an der Außenseite der Kapillarmembranen nach Maßgabe der wirkenden Kapillarkräfte nach oben. Bei der nachfolgenden Fertigung des Kopfstückes wird das Eindringen der: Kunststoffmasse von außen in das Innere des Faserbündels behindert und ist ein sicheres Umschließen der einzelnen Fasern mit Kunststoffmasse nicht mehr gewährleistet.
Bei einem aus US 6 294 039 bekannten Verfahren werden die in das Kopfstück einzugießende Membranen mit ihrem freien Ende in eine Schicht aus feinteiligen Feststoffen eingesetzt, auf die zu einem Kopfstück aushärtende Kunststoffmasse aufgebracht wird. Nachdem das Kopfstück ausgehärtet ist, wird die FeststoffSchicht wieder entfernt, wobei die Enden der Kapillarmembranen freigelegt werden. Das Ver- fahren ist fertigungstechnisch insofern nachteilig, als nur eine verhältnismäßig geringe Zahl von Kapillarmembranen gleichzeitig in die FeststoffSchicht eingetaucht werden kann, da das Mate ial nur eine geringe Verdrängung erlaubt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren anzugeben, mit dem fehlerfreie Kopfstücke mit Faserbündeln aus endseitig offenen Kapillarmembranen gefertigt werden können.
Gegenstand der Errfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kopfstückes mit einem Faserbündel aus endseitig offenen Kapillarmembranen, wobei
die Kapillarmembranen an einem Ende des Faserbündels mit einer Verschlusssubstanz verschlossen werden, in eine Gießform zunächst eine Bodenschicht einge- bracht und darauf eine aushärtbare Dichtungsschicht aufgebracht wird, danach die Kapillarmembranen mit der verschlossenen Seite durch die Dichtungsschicht hindurch in die darunterliegende Bodenschicht gesteckt werden und die Verschlusssubstanz sowie die Bodenschicht entfernt werden, nachdem die Dichtungsschicht zu einem Kopfstück ausgehärtet ist, in welchem die Kapillar- membranen eingegossen sind.
Während des Einsteckvorganges streift die Verschluss- substanz mitgeschleppte Dichtungsschichtmasse ab und verhindert, dass die unteren Öffnungen der Kapillarmembranen mit Dichtungsschichtmasse belegt werden. Der Gießprozess für die Dichtungsschicht kann bei diesem Verfahren besonders gut gesteuert und kontrolliert werden. Die eingesteckten Kapillarmembranen werden von dem Bodenschichtmaterial dicht umschlossen. Dadurch ist eine gute Abdich- tung gegenüber der oberseitig aufgebrachten Dichtungsschichtmasse gewährleistet. Es können Kopfstücke mit Faserbündeln hergestellt werden, die sich durch eine sehr große Packungsdichte der Kapillarmembranen auszeichnen. Als Verschlusssubstanz und für die Bodenschicht werden Materialien verwendet, die nicht mit der Dichtungsschicht chemisch reagieren. Die Verschlusssubstanz und die Bodenschicht können aus einem aushärtbaren oder aber auch aus einem nicht aus-
härtenden Material bestehen, welches am Ende des Herstellungsprozesses entfernbar ist. Das Verschließen des Faserbündels kann durch kurzzeitiges, einmaliges oder mehrfaches Eintauchen in die Verschlusssubstanz erfolgen. Nach dem Verschließen kann eine Vereinzelung der Kapillarmembranen durch Schütteln erfolgen. Die Dichtungsschicht umschließt die durchgesteckten Kapillarmembranen und füllt den freien Querschnitt zwischen den Kapillarmembranen aus. Nachdem das Kopfstück ausreichend ausgehärtet ist, kann das Kopfstück ausgeformt und die Verschlusssubstanz und die Bodenschicht entfernt werden. Das Entfernen der Verschlusssubstanz und der Bodenschicht erfolgt durch Verflüssigung, durch Erhitzung oder durch Lösen, z.B. in Wasser, oder auch durch Vibrationen.
Die Verschlusssubstanz und die Bodenschicht können aus demselben Material oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Die Verschlusssubstanz und/oder die Bodenschicht können aus einer Flüssigkeit, einem Gel, einem feinteiligen Pulver oder einer Paste bestehen. Für die Bodenschicht und/oder die Verschlusssubstanz kann ein Lyogel, Hydrogel, Oleogel, Carbogel, Gelatine, Wachs oder Polyethylenglykol verwendet werden. Lyogele lassen sich durch Energiezufuhr verflüssigen. Formbeständige Hydrogele entstehen beispiels- weise aus wenigen Anteilen Agar oder Gelatine mit Wasser. Oleogele bestehen aus Wachsen, Fetten oder fetten Ölen. Als Carbogele sind beispielsweise Paraffine oder Vaseline einsetzbar. Es können auch Hydrogele auf Basis von Gelatine verwendet werden. Denkbar ist auch der Einsatz eines flüssigen Öls. Wenn die Bodenschicht aus einer flüssigen oder pulverför igen Substanz besteht, muss sie eine größere Dichte als die Dichtungsschicht aufweisen.
Als Dichtungsschicht eignen sich thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe. Vorzugsweise wird eine aushärtende Gießharzlösung mit einem Epoxidharz oder einem Polyurethanharz verwendet. Zur Erzeugung der Dichtungsschicht können nacheinander auch mehrere Dichtungsschichtlagen in die Gießform eingebracht werden. Die Dichtungsschicht besteht dann aus mehreren Lagen, die sich in unterschiedlichen Aushärtephasen befinden. Die Zeitabstände zwischen der Einbringung der einzelnen Dichtungsschichtlagen sind so gewählt, dass noch eine gute Vernetzbarkeit der einzelnen Lagen untereinander vorliegt. Die einzelnen Lagen weisen unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf, welche sich vorteilhaft auf die Funktion der gesamten Dichtungsschicht auswirken.
Vor dem Einstecken in die Dichtungsschicht können mehrere Kapillarmembranen des Faserbündels zu einzelnen Gruppen zusammengefasst werden. Dies erlaubt einen strukturierten Aufbau des eingegossenen Faserbündels, durch die beispiels- weise eine Begasung des Inneren des Faserbündels zur Reinigung erleichtert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Fertigungseinrichtung zur Herstellung eines Kopfstückes mit einem Faserbündel aus endseitig offenen Kapillarmembranen. Die Vorrichtung weist eine Gießform 1 aus einer Grundplatte 2 und einem äußeren Aufnahmekörper 3 auf. In die Gießform 1 wird eine Boden- schicht 4 in einer Schichtstärke zwischen 5 und 50 mm eingebracht. Die Bodenschicht 4 bildet eine formbeständige, leicht deformierbare Schicht oder besteht aus einer Flüs-
sigkeit hoher Dichte. Geeignet sind beispielsweise Gelatine oder Polyethylenglykol. Auf die Bodenschicht 4 wird anschließend eine Dichtungsschicht in die Gießform 1 eingebracht. Die Enden der Kapillarmembranen werden einzeln mit einer Verschlusssubstanz 8 verschlossen. Anschließend werden die Kapillarmembranen 6 durch die flüssige Dichtungsschicht 7 hindurch in die darunterliegende Bodenschicht 4 eingesteckt. Die Verschlusssubstanz 8 streift dabei die mitgeschleppte Dichtungsschichtmasse ab und ver- hindert, dass die Öffnungen der Kapillarmembranen mit Dichtungsschichtmasse belegt werden. Die Kapillarmembranen 6 durchstoßen die Bodenschicht, wobei sie in das Material eindringen von ihm umschlossen werden. Die Dichtungsschicht 7 härtet zu einem formstabilen Kopfstück aus, dessen Kontur durch die Gießform 1 vorgegeben ist. Sobald das Kopfstück ausgehärtet ist, wird es aus der Gießform 1 ausgeformt. Anschließend wird die Bodenschicht 4 und die Verschlusssubstanz 8 durch Erhitzen verflüssigt oder in Wasser, bzw. durch Vibration, gelöst. Auf diese Weise werden die Ver- Schlusssubstanz 8 und die Bodenschicht 4 entfernt, wobei die offenen Enden der Kapillarmembranen 6 freigelegt werden.