WO2012019678A1 - Apparat und verfahren zum vergiessen von hohlfasern - Google Patents

Apparat und verfahren zum vergiessen von hohlfasern Download PDF

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WO2012019678A1
WO2012019678A1 PCT/EP2011/003337 EP2011003337W WO2012019678A1 WO 2012019678 A1 WO2012019678 A1 WO 2012019678A1 EP 2011003337 W EP2011003337 W EP 2011003337W WO 2012019678 A1 WO2012019678 A1 WO 2012019678A1
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potting compound
annular part
filter
mold
fiber membranes
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PCT/EP2011/003337
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Christian Carow
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Hemacon Gmbh
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/14—Filters

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for casting hollow fibers, for example in the production of a filter assembly.
  • the apparatus and method of the invention have particular application in the manufacture of filter assemblies and other devices employing hollow fibers as filter elements or membranes, e.g. Filter assemblies for separating blood into plasma and cellular components (e.g., for plasmapheresis or plasma separation), or filter assemblies for dialyzing, or gas transfer devices in which one or more gases transfer from one medium to another, such as, for example. in the accumulation of blood with oxygen and / or the removal of carbon dioxide from the blood.
  • Filter assemblies for separating blood into plasma and cellular components e.g., for plasmapheresis or plasma separation
  • filter assemblies for dialyzing or gas transfer devices in which one or more gases transfer from one medium to another, such as, for example. in the accumulation of blood with oxygen and / or the removal of carbon dioxide from the blood.
  • the filter assemblies for separating blood into plasma and cellular components provide e.g. a method in which the blood in a sterilized closed system in both its individual components, in particular red blood cells and plasma, decomposed and can be preserved directly component by component.
  • a good example of such a filter arrangement is described in detail in published international patent document WO 02/1 3888 A1.
  • a membrane capillary bundle can be made by means of a centrifugal casting process. can be embedded in a hardening potting compound and thus secured and sealed.
  • the conventional methods, in which the potting compound is typically held in one or more reservoirs in the spinning device or centrifuge used for spinning often be extremely expensive in the filling and the provision of the reservoir, as well as in the implementation of the dosage Optimization and control of the process with respect to the curing of the potting compound.
  • the potting compound is preferably introduced into the line systems immediately after mixing the components, which are connected directly to the filter arrangements.
  • the apparatus according to the invention for casting hollow-fiber membranes is therefore designed in particularly preferred embodiments such that the potting compound can be used directly from the supply line (eg from a mixing tap) for any number of modules and thus no storage containers, in particular none with the Rotary device rotating reservoir, for (possibly premixed) potting compound within the rotating device are needed.
  • the spin casting process for embedding and sealing the hollow fiber membranes is very time critical.
  • the potting compound must be pressed between the hollow fibers in such a way that it penetrates into all interstices and thus excludes cavities or air bubbles as far as possible.
  • the duration of the casting or the time for hardening the casting compound and its pressure and the embedding height are therefore very critical process parameters.
  • modules eg filter arrangements
  • an apparatus for casting hollow-fiber membranes is provided in the production of a membrane device, in particular a filter arrangement.
  • the apparatus comprises a rotating device or centrifuge which has at least one rotatable first section for supplying a potting compound and at least one rotatable second section for fastening a plurality of filter arrangements.
  • Each filter assembly mounted in the second section has a bundle of hollow fiber membranes held in a mold and, as is typical in a centrifugal casting process, the potting compound is moved from the first section about its axis by centrifugal force towards each upon rotation of the rotary device Grouting mold pressed in the second section.
  • the apparatus according to the invention is characterized, inter alia, by the fact that the first section comprises a metering device which, by rotating the rotary device, distributes the potting compound substantially evenly to the plurality of filter arrangements.
  • filter assemblies is for the purpose of a simplified description of the invention, in other words, those skilled in the art will recognize that other devices employing hollow fibers as permeable or porous membranes, such as gas transfer devices or dialyzers not necessarily as filter arrangements, nevertheless for the purposes of this description also in the term “filter arrangements” are included.
  • Hollow fiber membranes in the context of the present invention are hollow fiber membranes in the conventional sense, eg hollow fiber membranes suitable for gas transfer devices, dialysis machines or plasmapheresis, and consist of conventional hollow fiber membrane materials such as polyethersulfone or polysulfone.
  • the hollow fiber membranes are not ceramic.
  • Preferred hollow fiber membranes in the context of the present invention are highly porous hollow fiber membranes, wherein the Hohimaschinemembranmaterial preferably has a porosity of 50-80%, more preferably from 60-80%, for example about 70%, ie 70% pore volume to 30% structure volume.
  • Hollow-fiber membranes in the context of the present invention preferably have a pore diameter of at least 100 nm, more preferably of at least 200 nm, and preferably of not more than 2000 nm, more preferably of not more than 1500 nm.
  • Particularly preferred hollow fiber membranes in the context of the present invention have a preferably substantially uniform pore diameter in the range from 100 to 2000 nm, preferably in the range from 200 to 1500 nm, particularly preferably in the range from 200 to 700 nm, for example a pore diameter of about 200 , 300, 400, 500, 600 or 700 nm, preferably with previously defined porosity.
  • Hohi textileen in the context of the present invention preferably have an inner diameter of more than 200 m, for example in a range of 200 - 3000 ⁇ , preferably from 200 to 1500 m, more preferably from 200 to 500 ⁇ , for example about 300 ⁇ , and / or preferably a wall thickness of more than 30 ⁇ ⁇ , more preferably of more than 50 ⁇ , for example in a range of 30-200 ⁇ - ⁇ , preferably in a range of 50-1 50 ⁇ , for example about 100 ⁇ on.
  • Hollow fiber membranes in the context of the present invention preferably have a transmembrane flux (TMF) of more than 0.1 ml / min cm 2 bar, preferably more than 1 ml / min cm 2 bar, preferably more than 10 ml / min cm 2 bar, more preferably between 10 and 100 ml / min cm 2 bar, eg between 1 5 and 50 ml / min cm 2 bar, and / or preferably a sieving coefficient for albumin of more than 0.01, preferably of more than 0.1, especially preferably from between 0.5 to 1, for example about 1 on.
  • TMF transmembrane flux
  • the metering device comprises an annular part which rotates about the axis with the rotary device, and a feed line which feeds or injects the potting compound into the annular part in such a way that the supplied potting compound turns by rotating the rotary device - tion on the annular part substantially evenly distributed.
  • the supply line does not rotate with the rotating device, so that the annular part moves relative to the supply line during the feeding or injection of the potting compound. mass turns.
  • the rotational speed of the rotary device or of the annular part during the supply or injection of the potting compound should be so high that the annular part undergoes several revolutions during the feeding or injection of the potting compound.
  • the number of revolutions during the feeding or injection of the potting compound is preferably in the range of 100 to 1000, and more preferably in the range of 300 to 600.
  • the supply line extends into the annular part and remains substantially static or stationary at Feeding or injecting the potting compound.
  • the feeding or injection of the potting compound is preferably carried out with a substantially constant throughput or with a substantially constant injection rate.
  • the supply line is formed as possible, so that the potting compound is fed or injected directly into the annular part, wherein the supplied potting compound by the rotation of the rotating device then distributed substantially evenly on the annular part.
  • the feed line should also preferably supply the potting compound on a radially inner side of the annular part, so that the potting compound is distributed substantially uniformly when rotating the rotary device on this inner side of the ring or annular part.
  • the radially inner side of the annular part is provided with a circumferential cavity for receiving the potting compound.
  • the supply line for the potting compound is not through a connection such as a pipe or a hose with the rotating device, e.g. connected to the metering device.
  • there is no continuous mechanical connection such as a pipe or a hose between the feed line (the feeding of the potting compound in the apparatus) and the filter assemblies or Vergussformen (with filter assemblies).
  • the potting compound is normally a curable or curing material, which is pressed in a not yet cured, that is still liquid state by means of the metering by the centrifugal force in the casting molds or thrown becomes.
  • the potting compound of a synthetic resin, for example based on a polyurethane, polysulfide, polyester, polyamide, vinyl ester, epoxy, alkyd or the like.
  • the potting compound can be, for example, a polyurethane resin, polysulfide resin, polyester resin, polyamide resin, vinyl ester resin, epoxy resin or alkyd resin. Therefore, the potting compound normally consists of at least two components which must be mixed together, namely a polymer or resin component and a hardener or catalyst component.
  • the feed line has a mixing device which mixes the component of the potting compound during its feeding or injection into the annular part.
  • the mixing device has at least one element that mixes the components together by means of the flow of the injection-molding potting compound through the feed line.
  • the element could be a rotatable element, a screw and / or a twist.
  • the feed line comprises an outlet tube which directs the potting compound directly into the annular part, and the element (ie the rotatable element, the screw and / or the swirl) is located in the cavity of the outlet tube so that the outlet tube forms a mixing chamber for the potting compound , Since the supply of Vergussmassenkomponenten possibly under a pressure (for example, air pressure), the flowing through the supply line components of the potting compound can be mixed together. As a result, the potting compound essentially applies only on arrival in the annular part of the metering device as a curable or curing material. This reservoir for the (already mixed) potting compound or possibly pre-filled and / or segmented potting are redundant and their disadvantages eliminated. This has great advantages for the determination and for the control of the process, because only when injecting the potting compound does the reaction time to cure the resin.
  • the element ie the rotatable element, the screw and / or the swirl
  • the apparatus according to the invention is designed such that during operation, a supply of the potting compound in the metering device and thus in the directly connected to the filter assemblies line systems immediately after mixing the components of the potting compound in the Supply line is possible and thus no reservoir for (possibly premixed) potting compound within the rotating device are needed.
  • the apparatus according to the invention for casting hollow-fiber membranes does not comprise reservoirs for the potting compound or optionally pre-filled and / or segmented potting chambers, in particular no reservoirs for the potting compound or optionally pre-filled and / or segmented potting chambers within the rotary device (or the centrifuge ) of the apparatus according to the invention.
  • the apparatus according to the invention does not comprise reservoirs for potting compound, in particular no reservoir for potting compound whose components such as polymer or resin component and curing agent or catalyst component are already mixed, ie for already premixed potting compound .
  • the apparatus according to the invention preferably does not comprise reservoirs for potting compound which have to be filled with potting compound, in particular with premixed potting compound, before the apparatus is put into operation.
  • the apparatus according to the invention does not comprise reservoirs for potting compound, which rotate with the rotating device during operation of the apparatus according to the invention.
  • the apparatus according to the invention preferably does not comprise a segmented distribution container, in particular a segmented distribution container rotating with the rotating device during operation of the apparatus according to the invention.
  • the apparatus according to the invention preferably does not include any (possibly segmented) distribution container for potting compound which is optionally positioned in the rotational axis of the rotary device.
  • the apparatus of the invention is preferably designed so that the mixed potting compound directly after mixing of the components, for example by the mixing device within the supply line (eg within an outlet tube), and feeding or injecting the potting compound into the metering device by centrifugal force directly into the piping is conveyed, which are preferably directly connected to the modules (eg the filter assemblies).
  • the apparatus of the invention preferably comprises only one, preferably a single supply line with preferably integrated mixing device (eg a mixing valve) within the rotating device, which is preferably designed and positioned in the apparatus according to the invention, that the potting compound directly from the supply line (eg a mixing valve) for Any number of modules (eg to be filled filter assemblies) is used.
  • the supply line eg the outlet pipe
  • the supply line is preferably designed such that it does not rotate with the rotating device during operation of the apparatus and is not connected to the rotating device by a mechanical connection (such as pipe or hose).
  • each of the filter assemblies has a housing in which the bundle of hollow fiber membranes is disposed, and at least one end portion of the bundle is held in the mold.
  • the housing in particular a wall of the housing, at least partially forms the casting mold.
  • the housing has an end cap in which the end portion of the bundle of hollow fiber membranes is held so that the end cap of the housing at least partially forms the mold.
  • opposite ends or end portions of the bundled hollow fiber membranes are held in two groups at the same end of the housing in the mold.
  • the second portion of the rotating device has a plurality of mounts for receiving the plurality of filter assemblies.
  • the brackets are distributed around a circumference of the second section, as far as possible equidistant, and when the filter assemblies are mounted in the second section of the apparatus, the casting mold of each filter assembly is located at a radially outward end of the housing.
  • the plurality of filter assemblies are distributed substantially evenly around the circumference of the second portion.
  • the axis of rotation of the rotating device is located outside of a filter assembly mounted in the holder, that is not between the two ends of a mon notorious filter arrangement.
  • the annular part is formed with a plurality of eg radial passages and these are preferably distributed substantially evenly around the circumference of the annular part.
  • Each passage is in communication with the casting mold of one of the filter assemblies, ie in communicating connection in the sense of communicating tubes, such as via a flexible hose.
  • each passage has a fitting on a radially outer side of the annular part, via which this passage is connected to the casting mold of the respective filter arrangement, preferably by means of the flexible hose.
  • This arrangement in particular the application of the principle of communicating tubes, allows an exact determination of the embedding height and allows, in particular in connection with the metering device, for example in the form of an open metering ring, a particularly homogeneous distribution of the casting compound.
  • the casting molds of the filter assemblies are only connected on one side to the piping system for the potting compound (eg with a flexible hose), so that potting compound can preferably only enter the filter arrangement on one side of the casting mold. It is therefore preferred that each of the casting molds of the filter assemblies has no more than one access for potting compound.
  • the access to the casting mold is mounted on the radially outer side, preferably on the end face of the casting mold with filter arrangement.
  • the apparatus according to the invention is designed such that the path of the potting compound, eg from metering device (eg metering ring) until access of the potting compound in the mold, having identical distances and thus the residence time (preferably a few seconds, eg 1 - 20 seconds) of the potting compound in the supply systems is identical for all filter modules. It is further preferred that the total injection time (preferably 30-60 seconds) of the potting compound can be selected to be short in relation to the curing time (eg 5 to 20 min), and thus the most homogeneous potting compound is supplied to the filter.
  • the path of the potting compound eg from metering device (eg metering ring) until access of the potting compound in the mold, having identical distances and thus the residence time (preferably a few seconds, eg 1 - 20 seconds) of the potting compound in the supply systems is identical for all filter modules.
  • the total injection time (preferably 30-60 seconds) of the potting compound can be selected to be short in relation to the curing time (
  • the annular member has a plurality of storage chambers for accumulating the potting compound, each storage chamber being in communicating communication with one of the passages.
  • These chambers are as far as possible on the inner side of the annular part and are preferably, like the passages, distributed substantially uniformly around the circumference of the annular part.
  • Each chamber has a diameter that is significantly larger than a diameter of the passageway connected to that chamber.
  • Each stowage chamber functions as a kind of hopper for the mold in communication with it.
  • the annular part also called “metering ring” or simply “ring”, is preferably designed as an open, continuous or circular ring with a circumferential on the radially inner side cavity.
  • the lower side of the ring is preferably provided with a radially inwardly extending protective layer which can absorb dripping of the injected or injected potting compound. This protective layer may, for example, be formed as a plate below the annular part.
  • the second portion of the rotary device for fixing the filter assemblies in the axial direction is offset from the first portion for supplying the potting compound.
  • the second portion is disposed below the first portion.
  • the casting mold of each filter assembly mounted in the second section is located at a radial distance R 4 from the axis of rotation, which is ideally greater than a radial distance R, the radially outer side of the annular member, but greater than a radial distance R 3 of the radial inner side of the annular part of the rotation axis.
  • the apparatus has a plurality of second sections for fastening the filter arrangements, wherein the second sections are offset from each other in the axial direction (ie, along the axis of rotation) or stacked one above the other.
  • the number of filter assemblies made in a single operation of the apparatus can be significantly increased, e.g. doubled or tripled.
  • a relatively high number of filter arrangements can be fastened and made by the casting method according to the invention.
  • the number of filter orders in each second section is in the range of about 20 to 200, preferably in the range of about 50 to 100.
  • the invention further provides a method for casting hollow-fiber membranes in the production of a membrane device, in particular a filter arrangement, preferably a filter arrangement with highly porous hollow-fiber membranes, as described above, using the apparatus according to the invention.
  • the use of the apparatus according to the invention for producing a membrane device in particular a filter arrangement, preferably a filter arrangement with highly porous hollow-fiber membranes, as described above, is provided.
  • the invention also provides a method for casting hollow-fiber membranes in the production of a membrane device, in particular a filter arrangement, which method comprises the following steps: Providing a rotating device or centrifuge having a first portion for supplying a potting compound and a second portion for fixing a plurality of filter assemblies,
  • each filter assembly comprising a bundle of hollow fiber membranes held in a mold, and each mold being in communication with the first potting compound supply section,
  • the first section functions as a metering device which distributes the potting compound to the plurality of filter assemblies substantially uniformly by rotating the rotating device and pressed by centrifugal force through the respective compounds in the molds or flings.
  • the first portion comprises an annular part which rotates about the axis with the rotating device. The potting compound is supplied or injected during rotation of the rotating device in the annular part, so that the supplied potting compound by the rotation of the rotating device on the annular part substantially evenly distributed.
  • the feeding or injection of the potting compound via a supply line, which preferably does not rotate with the rotating device about the axis, so that the annular part rotates relative to the supply line.
  • a supply line which preferably does not rotate with the rotating device about the axis, so that the annular part rotates relative to the supply line.
  • the number of revolutions of the annular part during the feeding or the injection of the potting compound is preferably in the range of 100 to 1000, and more preferably in the range of 300 to 600.
  • the supply or injection of the potting compound is preferably carried out with a substantially constant throughput or with a substantially constant injection rate.
  • the potting compound is supplied or injected directly on a radially inner side of the annular part, so that the potting compound during rotation of the rotating device on the inner side of the annular part in Substantially evenly distributed, eg along a circumferential cavity on the radially inner side of the annular part.
  • the annular member is formed with a plurality of passages which are preferably substantially uniformly distributed about the circumference of the annular member, each passage being in communicating communication with the mold of one of the filter assemblies, preferably via a flexible hose the potting compound is pressed or hurled into the potting molds by means of the centrifugal force through the passages and via the respective connections.
  • the mixed potting compound is mixed immediately after mixing the components, e.g. after mixing the components in the mixing device within the feed line (e.g., within the outlet tube), metered into the metering device, and conveyed by centrifugal force directly into the conduit systems directly connected to the modules (e.g., the filter assemblies).
  • the implementation of the method according to the invention requires no storage container for (possibly premixed) potting compound, in particular no supply or distribution container for (possibly premixed) potting compound which rotates with the rotary device.
  • the second section of the rotary device for fastening the filter arrangements in the axial direction is offset from the first section for supplying the casting compound. Therefore, the potting compound is pushed or thrown from the first section in the axial direction or along the axis of rotation into the potting forms.
  • each passage in the dosing ring is in communicating connection with a filter arrangement offset in a peripheral or a direction extending along the axis. Therefore, the potting compound is preferably additionally pressed or thrown from the first section into the potting forms of the second section in a peripheral or in a direction running around the axis.
  • the method comprises the further step of: mixing components of the potting compound during the feeding or injection of the potting compound into the annular part.
  • the mixing of the components is effected by a mixing device and / or by the flow of the supplied or injected potting compound.
  • the components of the potting compound are pressed under pressure through a supply line, wherein the supply line includes the mixing device (such as a rotatable element, a swirl and / or a screw), which mixes the components flowing through each other.
  • the mixing device such as a rotatable element, a swirl and / or a screw
  • the shaping of the casting in the filter arrangements can be determined and controlled very precisely.
  • the potting compound is supplied or injected into the annular part only after the rotary device or the centrifuge has reached an optimum rotational speed.
  • the rotation time or spin time can be optimized for the course of the process.
  • the method comprises the further step of closing the ends of the individual hollow-fiber membranes in the end region of the bundle of hollow-fiber membranes in each filter arrangement before the filter arrangements are fastened in the second section of the rotary device.
  • This can ensure that the potting compound does not penetrate through open ends of the hollow fibers in the inner cavities of the fiber.
  • the closing of the ends of the individual hollow-fiber membranes takes place in the end region of the bundle by sclerosing the hollow-fiber membranes, preferably with heat, for example with a hot wire.
  • already closed hollow-fiber membranes are embedded over a single feed line of the casting compound to the casting mold.
  • Guidance form each casting mold (with filter assembly) only a single lead for potting compound.
  • the method according to the invention comprises a multiplicity of embedding processes, that is to say the embedding or embedding of a multiplicity of modules, e.g. Filter assemblies with hollow fiber membranes, e.g. greater than 5, preferably greater than 10, preferably greater than 20, e.g. from about 20 to 200, preferably in the range of about 50 to 100 modules (e.g., filter assemblies), where the plurality of embedding operations are parallel and preferably result in substantially identically embedded filter assemblies.
  • modules e.g. Filter assemblies with hollow fiber membranes, e.g. greater than 5, preferably greater than 10, preferably greater than 20, e.g. from about 20 to 200, preferably in the range of about 50 to 100 modules (e.g., filter assemblies), where the plurality of embedding operations are parallel and preferably result in substantially identically embedded filter assemblies.
  • Figure 1 is a schematic partial side view or a cross section of an apparatus according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the first section of the apparatus according to the exemplary embodiment in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a vertical cross-section through an apparatus 1 according to the invention for casting hollow-fiber membranes, which cross-section was taken along a central half-plane II shown in FIG.
  • the apparatus 1 comprises a rotating device or centrifuge 2 comprising a frame with a central shaft 3 for rotation about a central axis A and spokes 4 extending radially outwardly therefrom.
  • the rotary device or centrifuge 2 has a rotatable first section 10 for supplying a potting compound and a rotatable second portion 20 disposed below the first portion 10 for securing a plurality of filter assemblies 30.
  • each filter assembly 30 has a housing 31 in which a bundle 32 is disposed of hollow fiber membranes, and at least one end or an end portion of the bundle 32 is held in a mold V, wherein the mold V in this embodiment of the housing 31 itself, in particular of a side wall 33 and / or of an end cap 34 of the housing 31, at least partially formed.
  • Each filter assembly 30 is received in a respective bracket 21 in the second section 20 and fastened there.
  • the holders 21 are distributed essentially equidistantly on a rotary plate 22 around a circumference of the second section 20, and the filter arrangements 30 are mounted in the second section 20 of the apparatus 1 in such a way that the casting mold V of each filter arrangement 30 extends radially outwardly directed end of the housing 31 is located.
  • the rotary plate 22 of the second section 20 is rigidly connected to the shaft 3 via the lower spokes 4, so that the second section 20 rotates about the axis A with the rotary device 2.
  • the first section 10 of the apparatus 1 according to the invention comprises a metering device which evenly distributes the potting compound to the plurality of filter arrangements 30 by rotating the rotary device 2.
  • the metering device has an annular portion 1 1, which is rigidly connected to the shaft 3 via the upper spokes 4 and thereby rotates with the rotating device 2 about the axis A. Furthermore, the metering device in the first section 10 has a feed line 12 which supplies or injects the potting compound into the annular part 11.
  • the supply line 12 terminates in an outlet tube 13 which extends into the annular part 11 and does not rotate with the rotary device 2, so that the annular part 11 rotates relative to the supply line 12 during the feeding or injection of the casting compound , In other words, the outlet tube 1 3 remains substantially static during the feeding or injection of the potting compound.
  • the annular part 1 1, also called “metering” or simply “ring” is formed as an open, circular ring with a circumferential on the radially inner side cavity or concave curvature 14.
  • the lower side of the ring 1 1 is on a bottom ring plate 15, which connects it to the spokes 4 and forms a protective layer for catching a dripping of the injected potting compound. Since the outlet pipe 13 in the immediate vicinity of the cavity 14 has its outlet opening, the potting compound is supplied from the supply line 12 at a radially inner side of the annular part 1 1 or injected.
  • the metering ring 1 1 is further formed with a plurality of radial bores 16, which passages between see the radially inner and outer sides of the ring 1 1 form.
  • each passage 1 6 has a connecting piece 1 7 for connecting a tube or a flexible hose 18 which is in communicating connection with the casting mold V of one of the filter assemblies 30 secured in the second section 20.
  • the potting compound which consists in this embodiment of a polyurethane resin, is supplied or injected in the direction R about its axis A in the first section 10 when rotating the rotating device 2. More specifically, as the rotating device 2 is rotated, the casting compound 2 is supplied through the inlet 12 and out the outlet tube 13 directly on the inner side of the annular part 11. Since the ring 1 1 rotates together with the shaft 3 about the axis A, the ring 1 1 rotates at a relatively high speed with respect to the substantially static outlet pipe 1 3.
  • the rotary device or centrifuge 2 for example, at a speed in the range from 200 to 800 revolutions per minute, preferably in the range of 300 to 500 revolve per minute.
  • the high speed of the ring 1 1 when injecting the resin causes the supplied amount of resin over the entire circumference of the ring 1 1 is injected and distributed over several revolutions.
  • the potting compound is distributed by the rotation of the rotating device 2 to the metering ring 1 1 substantially uniformly.
  • the potting compound by the centrifugal force on the passages 1 6 and the hoses 18 to the plurality of filter assemblies 30 also substantially evenly distributed and squeezed into each of the casting molds V.
  • the potting compound or the polyurethane resin is mixed in this embodiment in the supply line 12 during feeding or injection into the metering ring 1 1. That is, the polymer or resin component of the polyurethane resin is combined with the hardener or catalyst component and mixed by means of a mixing device in the feed line 12.
  • the mixing device has, for example, an element which mixes these components with one another by the flow of the injection-molding potting compound through the feed line 12.
  • the element may e.g. in the form of a screw and / or a swirl in the outlet pipe 13, so that the outlet pipe 1 3 forms a mixing chamber for the potting compound.
  • the components of the casting compound flowing through the supply line 12 in the outlet pipe 13 are mixed with one another.
  • the polyurethane resin is substantially only on arrival in the annular part 1 1 a curable or curing material.
  • the second section 20 for fastening the filter arrangements 30 lies below the first section 10 for the supply of the potting compound.
  • the second section 20 is offset from the first section 10 in the axial direction (ie along the axis A).
  • the casting mold V of each filter assembly 30 mounted in the second section lies at a radial distance R 4 from the axis of rotation A, which is slightly larger than a radial distance R, the radially outer side of the annular part 1 1.
  • the rotary device 2 is operated at the optimum rotational speed until the potting compound or the resin in the molds V blocks and hardens. At this time, the potting around the hollow fibers and between the hollow fibers at the end of the housing 31 is finished and the centrifuge 2 can be switched off. However, the hoses 18 are then filled with hardened resin and are no longer usable. However, these can be replaced very easily for the next charge of filter assemblies 30 in the apparatus 1.
  • the filter arrangements 30 should be positioned and secured in the second section 20, a radial distance R s of the desired fill level from the axis of rotation A is slightly greater than the radial distance R, the radially outer side of the annular part 11.
  • the radius R in this embodiment, is preferably in the range of 200 mm to 800 mm, more preferably in the range of 400 mm to 600 mm.
  • the metering ring 11 has a plurality of chamber or storage chamber 19 for collecting the potting compound on the inner side of the metering ring 11, each storage chamber 19 being in communicating connection with a respective one. ligen passage 16 is.
  • each storage chamber 19 Since each chamber 19 has a diameter which is considerably larger than a diameter of the passage 1 6 connected to it, each storage chamber 19 functions as a kind of filling funnel for the casting mold V which is thus in communicating connection.
  • the resin injected into the ring 11 is guided via the chambers 19 by means of the respective hoses 18 in the corresponding Vergussformen V.
  • each passageway 16 in the metering ring 11 is in communication with the filter assembly 30 via the hose 18, with a filter arrangement 30 displaced in a peripheral or a direction running along the axis.
  • the radial distance R 4 of each mold V from the axis of rotation A should be greater than a radial distance R 2 of each stagnation chamber 19 from the axis. Otherwise, the remnants of the potting compound would have to be removed from the bores 16 and from the storage chambers 19 after each operation of the apparatus 1.

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Abstract

Diese Erfindung stellt einen Apparat (1) zum Vergießen von Hohlfasermembranen einer Filteranordnung bereit. Der Apparat (1) umfasst eine Drehvorrichtung (2), die einen ersten Abschnitt (10) zur Zuführung einer Vergussmasse und mindestens einen zweiten Abschnitt (20) zur Befestigung mehrerer Filteranordnungen (30) aufweist. Jede Filteranordnung (30) weist ein Bündel (32) von Hohlfasermembranen auf, die in einer Vergussform (V) gehalten sind, und ein Drehen der Drehvorrichtung (2) um ihre Achse (A) drückt bzw. schleudert die Vergussmasse vom ersten Abschnitt (10) durch die Zentrifugalkraft in Richtung jeder Vergussform (V) im zweiten Abschnitt (20). Der erste Abschnitt (10) umfasst eine Dosiereinrichtung, die durch das Drehen der Drehvorrichtung (2) die Vergussmasse zu den mehreren Filteranordnungen (30) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Die Erfindung sieht außerdem ein entsprechendes Verfahren zum Vergießen von Hohlfasermembranen einer Filteranordnung vor.

Description

APPARAT UND VERFAHREN ZUM VERGIESSEN VON HOHLFASERN
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Apparat und ein Verfahren zum Vergießen von Hohlfa- sern, bspw. in der Herstellung einer Filteranordnung.
Der erfindungsgemäße Apparat und das erfindungsgemäße Verfahren haben besondere Anwendung in der Anfertigung von Filteranordnungen und anderen Vorrichtungen, die Hohlfasern als Filterelemente oder Membrane einsetzen, wie z.B. Filter- anordnungen zum Auftrennen von Blut in Plasma und zelluläre Bestandteile (z.B. für die Plasmapherese oder Plasmaseparation), oder Filteranordnungen zum Dialysieren, oder Gastransfervorrichtungen, bei denen ein oder mehrere Gase von einem Medium in ein anderes übertreten, wie z.B. in der Anreicherung von Blut mit Sauerstoff und/oder die Entfernung von Kohlenstoffdioxid aus dem Blut.
Heute finden solche Filteranordnungen und Vorrichtungen zunehmend Anwendung in der Medizin, weil sie oft zu einer Verbesserung und/oder zu einer Vereinfachung der Behandlungsverfahren führen. Die Filteranordnungen zum Auftrennen von Blut in Plasma und zelluläre Bestandteile stellen z.B. ein Verfahren bereit, bei dem das Blut in einem sterilisierten geschlossenen System sowohl in seine einzelnen Komponenten, insbesondere Erythrozyten und Plasma, zerlegt als auch unmittelbar komponentenweise konserviert werden kann. Ein gutes Beispiel von einer solchen Filteranordnung ist in der veröffentlichten internationalen Patentschrift WO 02/1 3888 AI detailliert beschrieben.
Bei der Herstellung solcher Filteranordnungen und Vorrichtungen ist es wohl seit langem bekannt, dass ein Membrankapillarbündel mit Hilfe eines Schleudergussver- fahrens in einer erhärtenden Vergussmasse eingebettet und damit befestigt und abgedichtet werden kann. Davon zeugen zum Beispiel die beiden veröffentlichten deutschen Patentschriften DD 1 12 904 A und DE 38 13 576 A1 sowie die veröffentlichte europäische Patentschrift EP 1 385 605 B1 . Allerdings können die herkömmli- chen Verfahren, bei denen die Vergussmasse typischerweise in einem oder mehreren Vorratsbehältern in der zum Schleudern verwendeten Drehvorrichtung oder Zentrifuge gehalten wird, oft extrem aufwändig in der Füllung und der Bereitstellung der Vorratsbehälter sein, sowie in der Durchführung der Dosierung und der Optimierung und Kontrolle des Verfahrens mit Bezug auf die Aushärtung der Vergussmasse. Da- her wird erfindungsgemäß die Vergussmasse bevorzugt unmittelbar nach Mischen der Komponenten in die Leitungssysteme eingebracht, die direkt mit den Filteranordnungen verbunden sind. Der erfindungsgemäße Apparat zum Vergießen von Hohlfasermembranen ist daher in besonders bevorzugten Ausführungsformen derart ausgebildet, dass die Vergussmasse direkt aus der Zuleitung (z.B. aus einem Misch- hahn) für eine beliebige Anzahl von Modulen eingesetzt werden kann und damit keine Vorratsbehälter, insbesondere keine sich mit der Drehvorrichtung drehende Vorratsbehälter, für (eventuell vorgemischte) Vergussmasse innerhalb der Drehvorrichtung benötigt werden. Bei der Anfertigung von Filteranordnungen und anderen Vorrichtungen, die Hohlfasern als poröse Membranen einsetzen, wie beispielsweise Plasmapheresemembranen, ist das Schleudergussverfahren zum Einbetten und zum Abdichten der Hohlfasermembranen sehr zeitkritisch. Einerseits muss die Vergussmasse derart zwischen die Hohlfasern gedrückt werden, dass sie in alle Zwischenräume eindringt und damit Lunker oder Luftbläschen möglichst ausschließt. Andererseits muss allerdings vermieden werden, dass die Vergussmasse wegen eines zu hohen Druckes oder wegen einer zu langen Gießzeit durch die poröse Hohlfasermembranen durchdringt und damit die Hohlräume bzw. Innenräume der Faser verschließt. Die Laufzeit des Ver- gießens bzw. die Zeit zum Aushärten der Vergussmasse und deren Druck sowie die Einbettungshöhe sind deshalb sehr kritische Verfahrenparameter. Diese Problematiken treten vor allem bei hochporösen Membranen wie beispielsweise Plasmapheresemembranen auf, wobei Dialysemembranen, die eine deutlich geringere Porengrö- ße aufweisen, diesbezüglich eher unkritisch sind, da ein Eindringen der Vergussmasse durch die Membran aufgrund der Eigenschaften der Membran so gut wie ausgeschlossen sind. Durch den Unterschied in den Membraneigenschaften, insbesondere in der Porengröße, sind Verfahren und Apparate zum Vergießen von Dialysememb- ranen häufig ungeeignet für das Vergießen von hochporösen Membranen wie Plasmapheresemembranen.
Beschreibung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Vergießen von Hohlfasermembranen und einen Apparat zum Durchführen des Verfahrens bereitzustellen, mit denen Filteranordnungen und andere ähnliche Vorrichtungen zur Anwendung in der Chemie, in der Biotechnologie und/oder in der Medizin, z.B. zur Behandlung vom Blut, schnell, zuverlässig und in hohen Stückzahlen angefertigt werden können.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Apparat und ein Verfahren zum Vergießen von Hohlfasermembranen bereitzustellen, der/das nicht nur für das Vergießen von z.B. Dialysemembranen, sondern auch insbesondere für das Vergießen von hochporösen Membranen wie Plasmapheresemembranen geeignet ist. Da die Verfahrensparameter (z.B. Gießzeit, Zeit zum Aushärten, Druck der Vergussmasse etc.) insbesondere für das Vergießen von hochporösen Hohlfasermembranen wie Plasmapheresemembranen kritisch ist, ist es ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Apparat und ein Verfahren zum Vergießen von Hohl- fasermembranen bereitzustellen, der/das erlaubt, eine Vielzahl von Modulen (z.B. Filteranordnungen) unter exakt den gleichen Verfahrensparametern mit exakt der gleichen Vergussmasse (z.B. in Hinblick auf deren Zusammensetzung und den Mischungszeitpunkt der Komponenten) zu beaufschlagen, also der/das über eine Vielzahl von Modulen (z.B. Filteranordnungen) besonders reproduzierbare, im Wesentli- chen identische Ergebnisse liefert. Diese Aufgaben werden durch einen Apparat gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß wird ein Apparat zum Vergießen von Hohlfasermembranen in der Herstellung einer Membranvorrichtung, insbesondere einer Filteranordnung, bereitgestellt. Der Apparat umfasst eine Drehvorrichtung oder Zentrifuge, die mindestens einen drehbaren ersten Abschnitt zur Zuführung einer Vergussmasse und mindestens einen drehbaren zweiten Abschnitt zur Befestigung mehrerer Filteranordnungen aufweist. Jede Filteranordnung, die im zweiten Abschnitt befestigt wird, hat ein Bündel von Hohlfasermembranen, die in einer Vergussform gehalten sind, und wie es in einem Schleudergussverfahren typisch ist, wird die Vergussmasse vom ersten Abschnitt beim Drehen der Drehvorrichtung um ihre Achse durch Zentrifugalkraft in Richtung jeder Vergussform im zweiten Abschnitt gedrückt. Der erfindungsgemäße Apparat ist u. a. dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt eine Dosiereinrichtung umfasst, die durch das Drehen der Drehvorrichtung die Vergussmasse zu den mehreren Filteranordnungen im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.
Wichtig zu bemerken ist, dass die Rede hier von„Filteranordnungen" lediglich dem Zweck einer vereinfachten Beschreibung der Erfindung dient. Mit anderen Worten versteht der Fachmann, dass andere Vorrichtungen, die Hohlfasern als durchlässige oder poröse Membrane einsetzen, wie z.B. Gastransfervorrichtungen oder Dialysegeräte, aber nicht unbedingt als Filteranordnungen gelten, trotzdem zwecks dieser Beschreibung auch im Begriff„Filteranordnungen" eingeschlossen sind.
Hohlfasermembranen im Kontext der vorliegenden Erfindung sind Hohlfasermembranen im herkömmlichen Sinne, z.B. für Gastransfervorrichtungen, Dialysegeräte oder Plasmapherese geeignete Hohlfasermembranen, und bestehen aus herkömmlichen Hohlfasermembranmaterialien, wie beispielsweise Polyethersulfon oder Poly- sulfon. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bestehen die Hohlfasermembranen nicht aus Keramik. Bevorzugte Hohlfasermembranen im Kontext der vorliegenden Erfindung sind hochporöse Hohlfasermembranen, wobei das Hohifasermembranmaterial vorzugsweise eine Porosität von 50-80%, mehr bevorzugt von 60-80%, z.B. etwa 70%, also 70% Porenvolumen zu 30% Strukturvolumen, aufweist. Hohlfasermembranen im Kontext der vorliegenden Erfindung weisen bevorzugt einen Porendurchmesser von mindestens 100 nm, besonders bevorzugt von mindestens 200 nm, und bevorzugt von maximal 2000 nm, besonders bevorzugt von maximal 1 500 nm auf. Besonders bevorzugte Hohlfasermembranen im Kontext der vorliegenden Erfindung weisen einen vorzugsweise im wesentlichen einheitlichen Porendurchmesser im Bereich von 100 - 2000 nm, bevorzugt im Bereich von 200 - 1 500 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 200 - 700 nm auf, z.B. einen Porendurchmesser von etwa 200, 300, 400, 500, 600 oder 700 nm, bei vorzugweise vorstehend definierter Porosität. Hohifasermembranen im Kontext der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise einen inneren Durchmesser von mehr als 200 m, z.B. in einem Bereich von 200 - 3000 μηι, vorzugweise von 200 - 1500 m, besonders bevorzugt von 200 - 500 μιη, z.B. etwa 300 μιη, und/oder vorzugsweise eine Wandstärke von mehr als 30 μηη, besonders bevorzugt von mehr als 50 μηη, z.B. in einem Bereich von 30-200 μη-ι, bevorzugt in einem Bereich von 50-1 50 μηη, z.B. etwa 100 μιτι auf. Hohlfasermembranen im Kontext der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise einen Transmembranfluss (TMF) von mehr als 0,1 ml/ min cm2 bar, vorzugsweise von mehr als 1 ml/ min cm2 bar, vorzugsweise von mehr als 10 ml/min cm2 bar, besonders bevorzugt zwischen 10 und 100 ml/ min cm2 bar, z.B. zwischen 1 5 und 50 ml/ min cm2 bar, und/oder vorzugsweise einen Siebkoeffizienten für Albumin von mehr als 0,01 , bevorzugt von mehr als 0,1 , besonders bevorzugt von zwischen 0,5 bis 1 , z.B. etwa 1 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Dosiereinrichtung einen ringförmigen Teil, der sich mit der Drehvorrichtung um die Achse dreht, und eine Zuleitung, die die Vergussmasse derart in den ringförmigen Teil zuführt bzw. einspritzt, dass sich die zugeführte Vergussmasse durch das Drehen der Drehvorrich- tung auf dem ringförmigen Teil im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Vorzugsweise dreht sich die Zuleitung mit der Drehvorrichtung nicht, sodass sich der ringförmige Teil relativ zu der Zuleitung während des Zuführens bzw. Einspritzens der Verguss- masse dreht. Dabei sollte die Drehzahl der Drehvorrichtung bzw. des ringförmigen Teils beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse so hoch sein, dass der ringförmige Teil mehrere Umdrehungen während des Zuführens bzw. des Einspritzens der Vergussmasse durchmacht. Die Zahl der Umdrehungen während des Zuführens bzw. des Einspritzens der Vergussmasse liegt bevorzugt im Bereich von 100 bis 1000, und weiter bevorzugt im Bereich von 300 bis 600. Vorzugsweise erstreckt sich die Zuleitung in den ringförmigen Teil hinein und bleibt im Wesentlichen statisch oder ortsfest beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse. Das Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse erfolgt bevorzugt mit einem im Wesentlich konstanten Durchsatz bzw. mit einer im Wesentlich konstanten Injektionsrate.
Die Zuleitung ist möglichst ausgebildet, sodass die Vergussmasse unmittelbar in den ringförmigen Teil eingespeist bzw. eingespritzt wird, wobei sich die zugeführte Vergussmasse durch das Drehen der Drehvorrichtung dann auf dem ringförmigen Teil im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Die Zuleitung sollte die Vergussmasse auch bevorzugt an einer radial inneren Seite des ringförmigen Teils zuführen, sodass sich die Vergussmasse beim Drehen der Drehvorrichtung auf dieser inneren Seite des Ringes bzw. ringförmigen Teils im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. In diesem Zusammenhang ist die radial innere Seite des ringförmigen Teils mit einer umlaufenden Höhlung zur Aufnahme der Vergussmasse versehen. Vorzugsweise ist die Zuleitung für die Vergussmasse nicht durch eine Verbindung wie beispielsweise ein Rohr oder einen Schlauch mit der Drehvorrichtung z.B. der Dosiereinrichtung verbunden. Vorzugsweise gibt es also keine durchgehende mechanische Verbindung wie ein Rohr oder einen Schlauch zwischen der Zuleitung (der Einspeisung der Vergussmasse in den Apparat) und den Filteranordnungen bzw. Vergussformen (mit Filteranordnungen).
Bezüglich der Zuführung und Verteilung der Vergussmasse im erfindungsgemäßen Apparat ist zu bemerken, dass die Vergussmasse normalerweise ein aushärtbares bzw. aushärtendes Material ist, welches in einem noch nicht ausgehärteten, also noch flüssigen Zustand mittels der Dosiereinrichtung durch die Zentrifugalkraft in die Vergussformen gedrückt bzw. geschleudert wird. Besonders bevorzugt besteht die Vergussmasse aus einem Kunstharz, z.B. auf der Basis von einem Polyurethan, Polysulfid, Polyester, Polyamid, Vinylester, Epoxid, Alkyd oder ähnlichem. Mit anderen Worten kann die Vergussmasse bspw. aus einem Polyurethanharz, Polysulfid- harz, Polyesterharz, Polyamidharz, Vinylesterharz, Epoxidharz oder Alkydharz sein. Daher besteht die Vergussmasse normalerweise aus mindestens zwei Komponenten, die miteinander vermischt werden müssen, nämlich einer Polymer- bzw. Harz- Komponente und einer Härter- bzw. Katalysator-Komponente.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Zuleitung eine Misch- Vorrichtung auf, welche die Komponente der Vergussmasse bei deren Zuführen bzw. Einspritzen in den ringförmigen Teil vermischt. Vorzugsweise weist die Mischvorrichtung mindestens ein Element auf, das die Komponenten mittels des Stromes der einspritzenden Vergussmasse durch die Zuleitung miteinander vermischt. Beispielsweise könnte das Element ein drehbares Element, eine Schraube und/oder einen Drall sein. Vorzugsweise umfasst die Zuleitung ein Auslassrohr, das die Vergussmasse unmittelbar in den ringförmigen Teil führt, und das Element (d.h. das drehbare Element, die Schraube und/ oder den Drall) befindet sich im Hohlraum des Auslassrohrs, sodass das Auslassrohr eine Mischkammer für die Vergussmasse bildet. Da die Zuführung der Vergussmassenkomponenten evtl. unter einem Druck (z.B. Luftdruck) erfolgt, kann die durch die Zuleitung durchströmenden Komponenten der Vergussmasse dabei miteinander vermischt werden. Infolgedessen gilt die Vergussmasse im Wesentlichen erst bei Ankunft im ringförmigen Teil der Dosiereinrichtung als ein aushärtbares bzw. aushärtendes Material. Damit werden Vorratsbehälter für die (bereits gemischte) Vergussmasse oder gegebenenfalls vorbefüllte und/oder segmentierte Vergusskammern überflüssig und deren Nachteile ausgeräumt. Dies hat große Vorteile für die Bestimmung und für die Kontrolle des Verfahrens, denn erst beim Einspritzen der Vergussmasse läuft die Reaktionszeit zum Aushärten des Harzes.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Apparat derart ausgebildet, dass bei Betrieb eine Zuführung der Vergussmasse in die Dosiereinrichtung und damit in die direkt mit den Filteranordnungen verbundenen Leitungssysteme unmittelbar nach Mischen der Komponenten der Vergussmasse in der Zuleitung möglich ist und somit keine Vorratsbehälter für (eventuell vorgemischte) Vergussmasse innerhalb der Drehvorrichtung benötigt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Ap- parat zum Vergießen von Hohlfasermembranen keine Vorratsbehälter für die Vergussmasse oder gegebenenfalls vorbefüllte und/oder segmentierte Vergusskammern, insbesondere keine Vorratsbehälter für die Vergussmasse oder gegebenenfalls vorbefüllte und/oder segmentierte Vergusskammern innerhalb der Drehvorrichtung (oder der Zentrifuge) des erfindungsgemäßen Apparats. Insbesondere umfasst der erfin- dungsgemäße Apparat in einer besonders bevorzugten Ausführungsform keine Vorratsbehälter für Vergussmasse, insbesondere keine Vorratsbehälter für Vergussmasse, deren Komponenten wie Polymer- bzw. Harz-Komponente und Härter- bzw. Katalysator-Komponente bereits gemischt sind, also für bereits vorgemischte Vergussmasse. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Apparat vorzugsweise keine Vorratsbehälter für Vergussmasse, die vor Inbetriebnahme des Apparats mit Vergussmasse, insbesondere mit vorgemischter Vergussmasse, befüllt werden müssen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Apparat keine Vorratsbehälter für Vergussmasse, die sich bei Betrieb des erfindungsgemäßen Apparats mit der Drehvorrichtung drehen. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Apparat vor- zugsweise keinen segmentierten Verteilungsbehälter, insbesondere einen sich bei Betrieb des erfindungsgemäßen Apparats mit der Drehvorrichtung drehenden segmentierten Verteilungsbehälter. Insbesondere umfasst der erfindungsgemäße Apparat vorzugsweise keinen gegebenenfalls in der Rotationsachse der Drehvorrichtung positionierten (evtl. segmentierten) Verteilungbehälter für Vergussmasse. Vielmehr ist der erfindungsgemäße Apparat vorzugsweise so ausgebildet, dass die gemischte Vergussmasse unmittelbar nach dem Mischen der Komponenten, z.B. durch die Mischvorrichtung innerhalb der Zuleitung (z.B. innerhalb eines Auslassrohrs), und Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse in die Dosiereinrichtung durch Zentrifugalkraft direkt in die Leitungssysteme befördert wird, die mit den Modulen (z.B. den Filteranordnungen) vorzugsweise direkt verbunden sind. Der erfindungsgemäße Apparat umfasst bevorzugt lediglich eine, vorzugsweise eine einzige Zuleitung mit vorzugsweise integrierter Mischvorrichtung (z.B. einen Mischhahn) innerhalb der Drehvorrichtung, welche vorzugsweise derart ausgebildet und in dem erfindungsgemäßen Apparat positioniert ist, dass die Vergussmasse direkt aus der Zuleitung (z.B. einem Mischhahn) für eine beliebige Anzahl von Modulen (z.B. zu befüllenden Filteranordnungen) eingesetzt wird. Dabei ist die Zuleitung (z.B. das Auslassrohr) vorzugsweise so ausgebildet, dass sie sich bei Betrieb des Apparats nicht mit der Drehvorrichtung dreht und nicht mit der Drehvorrichtung durch eine mechanische Verbindung (wie Rohr oder Schlauch) verbunden ist.
Typischerweise besitzt jede der Filteranordnungen ein Gehäuse, in dem das Bündel von Hohlfasermembranen angeordnet ist, und mindestens ein Ende bzw. ein Endbereich des Bündels wird in der Vergussform gehalten. Dabei bildet das Gehäuse, insbesondere eine Wand des Gehäuses, zumindest teilweise die Vergussform. Vorzug- weise weist das Gehäuse eine Endkappe auf, in welcher der Endbereich des Bündels von Hohlfasermembranen gehalten wird, sodass die Endkappe des Gehäuses die Vergussform mindestens teilweise bildet. In einem bevorzugten Beispiel sind gegenüberliegende Enden bzw. Endbereiche der gebündelten Hohlfasermembranen in zwei Gruppen am selben Ende des Gehäuses in der Vergussform gehalten. In einer bevorzugten Ausführungsform des Apparats hat der zweite Abschnitt der Drehvorrichtung eine Vielzahl von Halterungen zur Aufnahme bzw. Befestigung der mehreren Filteranordnungen. Die Halterungen sind um einen Umfang des zweiten Abschnitts verteilt, möglichst abstandsgleich, und wenn die Filteranordnungen im zweiten Abschnitt des Apparats montiert bzw. befestigt sind, befindet sich die Verguss- form jeder Filteranordnung an bzw. in einem radial nach Außen gerichteten Ende des Gehäuses. Vorzugsweise sind die mehreren Filteranordnungen um den Umfang des zweiten Abschnitts im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Vorzugsweise befindet sich die Drehachse der Drehvorrichtung außerhalb einer in der Halterung montierten Filteranordnung, also nicht zwischen den beiden Enden einer monierten Filter- anordnung. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der ringförmige Teil mit mehreren z.B. radialen Durchgängen ausgebildet und diese sind vorzugsweise um den Umfang des ringförmigen Teils im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Jeder Durchgang steht in Verbindung mit der Vergussform einer der Filteranordnungen, d.h. in kommunizierender Verbindung im Sinne kommunizierender Röhren, wie z.B. über einen flexiblen Schlauch. In diesem Zusammenhang hat jeder Durchgang ein Anschlussstück an einer radialen äußeren Seite des ringförmigen Teils, über welches dieser Durchgang mit der Vergussform der jeweiligen Filteranordnung verbunden ist, vorzugsweise mittels des flexiblen Schlauches. Diese Anordnung, insbesondere die Anwendung des Prinzips der kommunizierenden Röhren, erlaubt eine exakte Bestimmung der Einbettungshöhe und ermöglicht, insbesondere im Zusammenhang mit der Dosiereinrichtung z.B. in Form eines offenen Dosierrings, eine besonders homogene Verteilung der Vergussmasse. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vergussformen der Filteranordnungen nur an einer Seite mit dem Leitungssystem für die Vergussmasse (z.B. mit einem flexiblen Schlauch) verbunden, so dass Vergussmasse vorzugsweise nur auf einer Seite der Vergussform in die Filteranordnung gelangen kann. Es ist also bevorzugt, dass jede der Vergussformen der Filteranordnungen nicht mehr als einen Zugang für Vergussmasse aufweist. Vorzugsweise ist der Zugang zur Vergussform auf der radial äußeren Seite angebracht, vorzugsweise an der Stirnseite der Vergussform mit Filteranordnung.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Apparat derart ausgebildet, dass die Wegstrecke der Vergussmasse, z.B. von Dosiereinrichtung (z.B. Dosierring) bis zum Zugang der Vergussmasse in die Vergussform, identische Wegstrecken aufweist und somit die Verweilzeit (vorzugsweise einige Sekunden, z.B. 1 - 20 Sekunden) der Vergussmasse in den Zuleitungssystemen identisch für alle Filtermodule ist. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die gesamte Einspritzzeit (vorzugsweise 30 - 60 Sekunden) der Vergussmasse kurz im Verhältnis zur Aushärtzeit (z.B. 5 - 20 Min) gewählt werden kann und somit eine möglichst homogene Vergussmasse dem Filter zugeführt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der ringförmige Teil mehrere Staukammern zum Ansammeln der Vergussmasse auf, wobei jede Staukammer in kommunizierender Verbindung mit einem der Durchgänge steht. Diese Kammern befinden sich möglichst an der inneren Seite des ringförmigen Teils und sind vorzugsweise, wie die Durchgänge, um den Umfang des ringförmigen Teils im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Jede Kammer hat einen Durchmesser, der erheblich größer ist, als ein Durchmesser des mit dieser Kammer verbundenen Durchgangs. Dabei funktioniert jede Staukammer als eine Art Fülltrichter für die damit in kommunizierender Verbindung stehende Vergussform. Der ringförmige Teil, auch „Dosierring" oder einfach„Ring" genannt, ist vorzugsweise als offener, durchgezogener bzw. kreisförmiger Ring ausgebildet mit einer an der radial inneren Seite umlaufenden Höhlung. Die untere Seite des Rings ist vorzugsweise mit einer sich radial nach Innen erstreckenden Schutzlage versehen, die ein Abtropfen der zugeführten bzw. eingespritzten Vergussmasse auffangen kann. Diese Schutzlage kann bspw. als eine Platte unterhalb des ringförmigen Teils ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Abschnitt der Drehvorrichtung zur Befestigung der Filteranordnungen in axialer Richtung (also, entlang der Drehachse) versetzt vom ersten Abschnitt zur Zuführung der Vergussmasse. Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt unterhalb des ersten Abschnitts angeordnet. Die Vergussform jeder im zweiten Abschnitt befestigten Filteranordnung liegt in einem radialen Abstand R4 von der Drehachse, der idealerweise größer ist, als ein radialer Abstand R, der radial äußeren Seite des ringförmigen Teils, jedoch größer ist, als ein radialer Abstand R3 der radial inneren Seite des ringförmigen Teils von der Drehachse. Der radiale Abstand R4 der Vergussform von der Drehachse steht bevorzugt in einem Verhältnis zum radialen Abstand R, der radial äußeren Seite des ringförmigen Teils, wie folgt: R4 = R, + X, wobei X liegt im Bereich von 0% bis 5% des Abstands R, und weiter bevorzugt im Bereich von 0% bis 2% des Abstands R,. Da- durch, dass man die Abstände R, und R4 genau vorbestimmen kann und die Volumen jeder Vergussform sowie ihrer mit dem jeweiligen Durchgang im ringförmigen Teil kommunizierenden Röhre (Schlauch) kennt, kann man die notwendige Menge an Vergussmasse genau vorkalkulieren. Ferner kann man die Abstände R, und R4 so wählen und die Zufuhr der Vergussmasse so kontrollieren, dass die Drehvorrichtung bzw. Zentrifuge im Wesentlich die komplette Menge zugeführter Vergussmasse aus dem Dosierring (also, aus dem ringförmigen Teil) schleudert, was besonders vorteil- haft für einen effizienten und sauberen Betrieb des Apparats ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Apparat mehrere zweite Abschnitte zur Befestigung der Filteranordnungen auf, wobei die zweiten Abschnitte in axialer Richtung (also, entlang der Drehachse) voneinander versetzt sind bzw. übereinander gestapelt sind. Damit kann die Zahl der Filteranordnungen, die in einem einzigen Arbeitsablauf des Apparats angefertigt werden, deutlich gesteigert werden, z.B. verdoppelt oder verdreifacht. Vorzugsweise kann in jedem zweiten Abschnitt eine relativ hohe Anzahl von Filteranordnungen befestigt und durch das erfindungsgemäße Vergussverfahren angefertigt werden. Beispielsweise liegt die Anzahl der Filteran- Ordnungen in jedem zweiten Abschnitt im Bereich von etwa 20 bis 200, bevorzugt im Bereich von etwa 50 bis 100.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Vergießen von Hohlfasermembranen in der Herstellung einer Membranvorrichtung, insbesondere einer Filteranord- nung, vorzugsweise einer Filteranordnung mit hochporösen Hohlfasermembranen, wie vorstehend beschrieben, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Apparates bereitgestellt.
Ferner wird erfindungsgemäß die Verwendung des erfindungsgemäßen Apparates zur Herstellung einer Membranvorrichtung, insbesondere einer Filteranordnung, vorzugsweise einer Filteranordnung mit hochporösen Hohlfasermembranen, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Vergießen von Hohlfasermembranen in der Herstellung einer Membranvorrichtung, insbesondere einer Filteranordnung, vorgesehen, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Drehvorrichtung oder Zentrifuge, welche einen ersten Abschnitt zur Zuführung einer Vergussmasse und einen zweiten Abschnitt zur Befestigung mehrerer Filteranordnungen aufweist,
Befestigen mehrerer Filteranordnungen im zweiten Abschnitt, wobei jede Fil- teranordnung ein Bündel von Hohlfasermembranen aufweist, das in einer Vergussform gehalten wird, und wobei jede Vergussform in kommunizierender Verbindung mit dem ersten Abschnitt zur Zuführung der Vergussmasse steht,
Drehen der Drehvorrichtung um ihre Drehachse, und
Zuführen der Vergussmasse in den ersten Abschnitt beim Drehen der Dreh- Vorrichtung, wobei der erste Abschnitt als Dosiereinrichtung funktioniert, die durch das Drehen der Drehvorrichtung die Vergussmasse zu den mehreren Filteranordnungen im Wesentlichen gleichmäßig verteilt und durch Zentrifugalkraft über die jeweiligen Verbindungen in die Vergussformen drückt bzw. schleudert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der erste Abschnitt einen ringförmigen Teil, der sich mit der Drehvorrichtung um die Achse dreht. Die Vergussmasse wird beim Drehen der Drehvorrichtung in den ringförmigen Teil zugeführt bzw. eingespritzt, sodass sich die zugeführte Vergussmasse durch das Drehen der Drehvorrichtung auf dem ringförmigen Teil im Wesentlichen gleichmäßig ver- teilt. Das Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse erfolgt über eine Zuleitung, die sich vorzugsweise nicht mit der Drehvorrichtung um die Achse dreht, sodass sich der ringförmige Teil relativ zur Zuleitung dreht. Beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse rotiert die Drehvorrichtung mit einer solchen Drehzahl, dass der ringförmige Teil mehrere Umdrehungen während des Zuführens bzw. des Einspritzens der Vergussmasse durchmacht. Die Zahl der Umdrehungen des ringförmigen Teils während des Zuführens bzw. des Einspritzens der Vergussmasse liegt bevorzugt im Bereich von 100 bis 1000, und weiter bevorzugt im Bereich von 300 bis 600. Das Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse erfolgt bevorzugt mit einem im Wesentlich konstanten Durchsatz bzw. mit einer im Wesentlich konstanten Injektionsra- te. Besonders bevorzugt wird die Vergussmasse unmittelbar an einer radial inneren Seite des ringförmigen Teils zugeführt bzw. eingespritzt, sodass sich die Vergussmasse beim Drehen der Drehvorrichtung auf der inneren Seite des ringförmigen Teils im Wesentlichen gleichmäßig verteilt, z.B. entlang einer umlaufenden Höhlung an der radial inneren Seite des ringförmigen Teils.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der ringförmige Teil mit mehreren Durch- gängen ausgebildet, die vorzugsweise um den Umfang des ringförmigen Teils im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind, wobei jeder Durchgang in kommunizierender Verbindung mit der Vergussform einer der Filteranordnungen steht, vorzugsweise über einen flexiblen Schlauch, sodass die Vergussmasse mittels der Zentrifugalkraft durch die Durchgänge und über die jeweiligen Verbindungen in die Vergussformen gedrückt bzw. geschleudert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gemischte Vergussmasse unmittelbar nach dem Mischen der Komponenten, z.B. nach Mischen der Komponenten in der Mischvorrichtung innerhalb der Zuleitung (z.B. innerhalb des Auslassrohrs), in die Dosiereinrichtung zugeführt bzw. eingespritzt und durch Zentrifugalkraft direkt in die Leitungssysteme befördert, die mit den Modulen (z.B. den Filteranordnungen) direkt verbunden sind. Dadurch benötigt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Vorratsbehälter für (eventuell vorgemischte) Vergussmasse, insbesondere keine sich mit der Drehvorrichtung drehenden Vorrats- oder Verteilbehälter für (eventuell vorgemischte) Vergussmasse.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Abschnitt der Drehvorrichtung zur Befestigung der Filteranordnungen in axialer Richtung (also, entlang der Drehachse) versetzt vom ersten Abschnitt zur Zuführung der Verguss- masse. Daher wird die Vergussmasse vom ersten Abschnitt in der axialen Richtung bzw. entlang der Drehachse in die Vergussformen gedrückt bzw. geschleudert. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist jeder Durchgang im Dosierring mit einer in einer peripheren bzw. einer um die Achse verlaufenden Richtung versetzten Filteranordnung in kommunizierender Verbindung. Daher wird die Vergussmasse vom ersten Abschnitt vorzugsweise zusätzlich in einer peripheren bzw. in einer um die Achse verlaufenden Richtung in die Vergussformen des zweiten Abschnitts gedrückt bzw. geschleudert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt: Vermischen von Komponenten der Vergussmasse beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse in den ringförmigen Teil. Vorzugsweise erfolgt das Vermischen der Komponenten durch eine Mischvorrichtung und/oder durch den Strom der zugeführten bzw. eingespritzten Vergussmasse. Besonders bevorzugt werden die Komponenten der Vergussmasse unter Druck durch eine Zuleitung gepresst, wobei die Zuleitung die Mischvorrichtung (wie z.B. ein drehbares Element, einen Drall und/oder eine Schraube) beinhaltet, welche die durchströmenden Komponen- ten miteinander vermischt. Damit gilt die Vergussmasse im Wesentlichen erst bei Ankunft im ringförmigen Teil der Dosiereinrichtung als aushärtbares bzw. aushärtendes Material. Da genau bekannt ist, wie lange es dauert, bis das Kunstharz stockt und aushärtet, nachdem die Komponenten miteinander vermischt sind, kann man das Formen des Vergusses in den Filteranordnungen sehr genau bestimmen und kon- trollieren. Vorzugsweise wird die Vergussmasse erst dann in den ringförmigen Teil zugeführt bzw. eingespritzt, nachdem die Drehvorrichtung bzw. die Zentrifuge eine optimale Drehgeschwindigkeit erreicht hat. Ferner, weil die Vergussmasse erst bei ihrer Ankunft in den Dosierring als völlig vermischt und aushärtbar gilt, kann die Drehzeit oder Schleuderzeit für den Ablauf des Verfahrens optimiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt: Verschließen der Enden der einzelnen Hohlfasermembranen im Endbereich des Bündels der Hohlfasermembranen in jeder Filteranordnung, bevor die Filteranordnungen im zweiten Abschnitt der Drehvorrichtung befestigt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass die Vergussmasse nicht durch offene Enden der Hohlfasern in die inneren Hohlräume der Faser eindringt. Vorzugsweise erfolgt das Verschließen der Enden der einzelnen Hohlfasermembranen im Endbereich des Bündels durch veröden der Hohlfasermembranen, bevorzugt mit Hitze, z.B. mit einem heißen Draht. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bereits verschlossene Hohlfasermembranen über eine einzige Zuleitung der Vergussmasse zur Vergussform eingebettet. In dieser bevorzugten Aus- führungsform weist jede Vergussform (mit Filteranordnung) nur eine einzige Zuleitung für Vergussmasse auf.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren eine Vielzahl von Einbett- Vorgängen, also das Einbetten bzw. Vergießen einer Vielzahl Modulen, z.B. Filteranordnungen mit Hohlfasermembranen, z.B. von mehr als 5, vorzugsweise von mehr als 10, vorzugsweise von mehr als 20, z.B. von etwa 20 bis 200, bevorzugt im Bereich von etwa 50 bis 100 Modulen (z.B. Filteranordnungen), wobei die Vielzahl von Einbettvorgängen parallel verläuft und vorzugsweise zu im Wesentlichen iden- tisch eingebetteten Filteranordnungen führt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand bestimmter in den beigefügten Zeichnungen darge- stellter Ausführungsbeispiele erläutert, in denen gleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische seitliche Teilansicht bzw. ein Querschnitt eines Apparats gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf den ersten Abschnitt des Apparats gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Apparat 1 zum Vergießen von Hohlfasermembranen, welcher Querschnitt entlang einer in der Figur 2 gezeigten zentralen Halb-Ebene I-I genommen wurde. Der Apparat 1 umfasst eine Drehvorrichtung oder Zentrifuge 2, die ein Gestell mit einer zentralen Welle 3 zum Drehen bzw. Rotieren um eine zentrale Achse A und sich von ihr radial nach Außen erstreckenden Speichen 4 aufweist. Ferner weist die Drehvorrichtung oder Zentrifuge 2 einen drehbaren ersten Abschnitt 10 zur Zuführung einer Vergussmasse und einen unterhalb des ersten Abschnitts 10 angeordneten, drehbaren zweiten Abschnitt 20 zur Befestigung mehrerer Filteranordnungen 30 auf.
In diesem Beispiel sind die Filteranordnung 30 der gleichen Art, wie in der internati- onalen Patentschrift WO 02/13888 A1 beschrieben sind. Jede Filteranordnung 30 besitzt ein Gehäuse 31 , in dem ein Bündel 32 von Hohlfasermembranen angeordnet ist, und mindestens ein Ende bzw. ein Endbereich des Bündels 32 wird in einer Vergussform V gehalten, wobei die Vergussform V in diesem Ausführungsbeispiel vom Gehäuse 31 selbst, insbesondere von einer Seitenwand 33 und/oder von einer End- kappe 34 des Gehäuses 31 , zumindest teilweise gebildet ist. Jede Filteranordnung 30 wird in eine jeweilige Halterung 21 im zweiten Abschnitt 20 aufgenommen und dort befestigt. Die Halterungen 21 sind im Wesentlichen abstandsgleich auf einer Drehplatte 22 um einen Umfang des zweiten Abschnitts 20 verteilt und die Filteranordnungen 30 sind derart im zweiten Abschnitt 20 des Apparats 1 montiert bzw. befes- tigt, dass sich die Vergussform V jeder Filteranordnung 30 an einem radial nach Außen gerichteten Ende des Gehäuses 31 befindet. Die Drehplatte 22 des zweiten Abschnitts 20 ist über die unteren Speichen 4 starr mit der Welle 3 verbunden, sodass sich der zweite Abschnitt 20 mit der Drehvorrichtung 2 um die Achse A dreht. Der erste Abschnitt 10 des erfindungsgemäßen Apparats 1 umfasst eine Dosiereinrichtung, die durch das Drehen der Drehvorrichtung 2 die Vergussmasse zu den mehreren Filteranordnungen 30 gleichmäßig verteilt. Die Dosiereinrichtung weist einen ringförmigen Teil 1 1 auf, der starr mit der Welle 3 über die oberen Speichen 4 verbunden ist und sich dadurch mit der Drehvorrichtung 2 um die Achse A dreht. Ferner weist die Dosiereinrichtung im ersten Abschnitt 10 eine Zuleitung 12 auf, die die Vergussmasse in den ringförmigen Teil 1 1 zuführt bzw. einspritzt. Die Zuleitung 12 endet in einem Auslassrohr 13, das sich in den ringförmigen Teil 1 1 hinein erstreckt und sich nicht mit der Drehvorrichtung 2 dreht, sodass sich der ringförmige Teil 1 1 relativ zur Zuleitung 12 während des Zuführens bzw. Einspritzens der Ver- gussmasse dreht. Mit anderen Worten bleibt das Auslassrohr 1 3 beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse im Wesentlichen relativ statisch. Der ringförmige Teil 1 1 , auch„Dosierring" oder einfach„Ring" genannt, ist ausgebildet als einen offenen, kreisförmigen Ring mit einer an der radial inneren Seite umlaufenden Höhlung oder konkaven Wölbung 14. Die untere Seite des Rings 1 1 ist auf einer Bodenringplatte 15 abgestützt, die ihn mit den Speichen 4 verbindet und eine Schutzlage bildet zum Auffangen eines Abtropfens der eingespritzten Vergussmasse. Da das Auslassrohr 13 in der unmittelbaren Nähe der Höhlung 14 seine Auslassöffnung hat, wird die Vergussmasse von der Zuleitung 12 an einer radial inneren Seite des ringförmigen Teils 1 1 zugeführt bzw. eingespritzt. Der Dosierring 1 1 ist ferner mit mehreren radialen Bohrungen 16 ausgebildet, welche Durchgänge zwi- sehen den radial inneren und äußeren Seiten des Rings 1 1 bilden. Die Bohrungen bzw. Durchgänge 1 6 sind um den Umfang des ringförmigen Teils 1 1 gleichmäßig verteilt. An der radial äußeren Seite des Rings 1 1 hat jeder Durchgang 1 6 ein Anschlussstück 1 7 zum Anschließen einer Röhre bzw. eines flexiblen Schlauches 18, die in kommunizierender Verbindung mit der Vergussform V einer der im zweiten Abschnitt 20 befestigten Filteranordnungen 30 steht.
Die Vergussmasse, die in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Polyurethanharz besteht, wird beim Drehen der Drehvorrichtung 2 in Richtung R um ihre Achse A in den ersten Abschnitt 10 zugeführt bzw. eingespritzt. Genauer gesagt, wird die Ver- gussmasse beim Drehen der Drehvorrichtung 2 durch die Zuleitung 12 und aus dem Auslassrohr 13 unmittelbar an der inneren Seite des ringförmigen Teils 1 1 zugeführt bzw. eingespritzt. Da der Ring 1 1 zusammen mit der Welle 3 um die Achse A dreht, rotiert der Ring 1 1 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit mit Bezug auf das im Wesentlichen statische Auslassrohr 1 3. Die Drehvorrichtung bzw. Zentrifuge 2 kann z.B. mit einer Drehzahl im Bereich von 200 bis 800 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt im Bereich von 300 bis 500 pro Minute rotieren. Die hohe Drehzahl des Rings 1 1 beim Einspritzen des Kunstharzes führt dazu, dass die zugeführte Menge an Harz über den gesamten Umfang des Rings 1 1 im Laufe mehrerer Umdrehungen eingespritzt und verteilt wird. Damit wird die Vergussmasse durch das Drehen der Drehvorrichtung 2 um den Dosierring 1 1 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Des weiteren wird die Vergussmasse durch die Zentrifugalkraft über die Durchgänge 1 6 und die Schläuche 18 zu den mehreren Filteranordnungen 30 auch im Wesentlichen gleichmäßig verteilt und in jede der Vergussformen V gedrückt bzw. geschleudert.
Die Vergussmasse bzw. das Polyurethanharz wird in diesem Ausführungsbeispiel in der Zuleitung 12 beim Zuführen bzw. Einspritzen in den Dosierring 1 1 gemischt. Das heißt, die Polymer- bzw. Harz-Komponente des Polyurethanharzes wird mit der Härter- bzw. Katalysator-Komponente zusammengeführt und mittels einer Mischvorrichtung in der Zuleitung 12 vermischt. Die Mischvorrichtung weist bspw. ein Element auf, das diese Komponenten durch den Strom der einspritzenden Vergussmasse durch die Zuleitung 12 miteinander mischt. Das Element kann z.B. in Form einer Schraube und/oder einen Drall im Auslassrohrs 13 sein, sodass das Auslassrohr 1 3 eine Mischkammer für die Vergussmasse bildet. Dabei werden die durch die Zuleitung 12 durchströmenden Komponenten der Vergussmasse im Auslassrohr 13 miteinander vermischt. Infolgedessen ist das Polyurethanharz im Wesentlichen erst bei Ankunft im ringförmigen Teil 1 1 ein aushärtbares bzw. aushärtendes Material.
Wie der Figur 1 deutlich zu entnehmen ist, liegt der zweite Abschnitt 20 zur Befestigung der Filteranordnungen 30 unterhalb des ersten Abschnitts 10 zur Zuführung der Vergussmasse. Mit anderen Worten ist der zweite Abschnitt 20 in axialer Richtung (d.h. entlang der Achse A) vom ersten Abschnitt 10 versetzt. Ferner liegt die Vergussform V jeder im zweiten Abschnitt befestigten Filteranordnung 30 in einem radialen Abstand R4 von der Drehachse A, der etwas größer ist, als ein radialer Abstand R, der radial äußeren Seite des ringförmigen Teils 1 1 . Mit dem erfindungsgemäßen Apparat und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man eine genaue Menge der Verguss- masse bzw. des Harzes bereitstellen, die über die Zuleitung 12 in den Ring 1 1 zugeführt bzw. eingespritzt wird, so dass man sicher sein kann, dass die Vergussformen V zu einem Soll-Füllstand gefüllt werden.
Da die von der Drehvorrichtung 2 erzeugte Zentrifugalkraft Z das Harz aus dem Ring 1 1 radial nach Außen in die kommunizierenden Röhren (i.e., in die Bohrung 1 6, den Schlauch 18 und das Gehäuse 31 ) drückt bzw. schleudert, wird das Harz in einem Soll-Füllstand der Vergussform V den Schlauch 18 in dem mit Pfeilen„F" bezeichne- ten Bereich füllen. Dabei wird das Harz im Wesentlichen komplett aus der Höhlung 14, aus der Bohrung 16 und aus dem Verbindungsstück 1 7 in den Schlauch 18 geschleudert. Mit anderen Worten, wenn man das Volumen jeder Vergussform V und den Durchmesser und Länge jedes Schlauches 18 kennt, kann man die nötige Ge- samtmenge an Harz vorkalkulieren, um alle Vergussformen V zum Soll-Füllstand zu füllen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Drehvorrichtung 2 bei der optimalen Drehgeschwindigkeit solange betrieben, bis die Vergussmasse bzw. das Harz in den Vergussformen V stockt und aushärtet. In diesem Zeitpunkt ist der Verguss um die Hohlfasern und zwischen den Hohlfasern am Ende des Gehäuses 31 fertig ge- formt und die Zentrifuge 2 kann ausgeschaltet werden. Die Schläuche 18 sind allerdings dann auch mit erhärtetem Harz gefüllt und sind nicht mehr verwendbar. Diese können jedoch für die nächste Ladung von Filteranordnungen 30 im Apparat 1 sehr leicht ersetzt werden. Um sicher zu gehen, dass die Vergussmasse bzw. das Harz im Wesentlichen komplett aus dem Dosierring 1 1 geschleudert wird, was zu einem effizienten und sauberen Betrieb des Apparats 1 wesentlich beiträgt, sollte man die Filteranordnungen 30 derart im zweiten Abschnitt 20 positionieren und befestigen, dass ein radialer Abstand Rs des Soll-Füllstands von der Drehachse A etwas größer ist, als der radiale Abstand R, der radial äußeren Seite des ringförmigen Teils 1 1 . Vorzugsweise gilt daher die Formel R5 > R,. In diesem Beispiel stehen die radialen Abstände R4 und R5 im folgenden Verhältnis R4 - R5 = d mm, wobei d die Dicke der Vergussform V und des darin geformten Vergusses ist und bevorzugt im Bereich vom 3 bis 10 mm liegt. Beispielsweise stehen die radialen Abstände R, und R4 in einem Verhältnis, wie folgt: R4 = R, + X, wobei X liegt im Bereich von 0% bis 5% des Abstands R, und weiter bevorzugt im Bereich von 0% bis 2% des Abstands R,. Der Radius R, in diesem Ausführungsbeispiel liegt vorzugsweise im Bereich von 200 mm bis 800 mm, weiter bevorzugt im Bereich von 400 mm bis 600 mm. Mit Bezug auf die Figur 2 weist der Dosierring 1 1 mehrere Kammer bzw. Staukammer 19 zum Ansammeln der Vergussmasse an der inneren Seite des Dosierrings 1 1 auf, wobei jede Staukammer 19 in kommunizierender Verbindung mit einem jewei- ligen Durchgang 16 steht. Da jede Kammer 19 einen Durchmesser hat, der erheblich größer ist, als ein Durchmesser des mit ihr verbundenen Durchgangs 1 6, funktioniert jede Staukammer 19 als eine Art Fülltrichter für die damit in kommunizierender Verbindung stehende Vergussform V. Das in den Ring 1 1 eingespritzte Harz wird über die Kammern 19 mittels der jeweiligen Schläuche 18 in die entsprechende Vergussformen V geführt. Wie die Figur 2 zeigt, ist jeder Durchgang 16 im Dosierring 1 1 mit einer in einer peripheren bzw. einer um die Achse verlaufenden Richtung versetzten Filteranordnung 30 über den Schlauch 18 in kommunizierender Verbindung. Um einen effizienten und sauberen Betrieb des Apparats 1 zu fördern, sollte der radiale Abstand R4 jeder Vergussform V von der Drehachse A größer sein, als ein radialer Abstand R2 jeder Staukammer 19 von der Achse. Ansonsten müssten die Überreste der Vergussmasse aus den Bohrungen 16 und aus den Staukammern 19 nach jedem Betriebsgang des Apparats 1 entfernt werden. Zweck der vorhergehenden Beschreibung ist die Gestaltung und die Wirkungsweise bevorzugter Ausführungen der Erfindung zu erläutern und zu illustrieren, und nicht den Umfang der Erfindung einzuschränken. Ausgehend von der vorhergehenden Erläuterung werden einem Fachmann viele Variationen deutlich sein, die vom Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung erfasst sind.

Claims

Ansprüche:
1 . Apparat (1 ) zum Vergießen von Hohlfasermembranen in der Herstellung einer Membranvorrichtung, insbesondere einer Filteranordnung, mit
einer Drehvorrichtung (2), die einen ersten Abschnitt (10) zur Zuführung einer Vergussmasse und mindestens einen zweiten Abschnitt (20) zur Befestigung mehrerer Filteranordnungen (30) aufweist,
wobei jede Filteranordnung (30) ein Bündel (32) von Hohlfasermembranen aufweist, die in einer Vergussform (V) gehalten sind, und wobei ein Drehen der Drehvorrichtung (2) um ihre Achse (A) die Vergussmasse vom ersten Abschnitt (10) durch Zentrifugalkraft in Richtung jeder Vergussform (V) im zweiten Abschnitt (20) drückt,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (10) eine Dosiereinrichtung umfasst, die durch das Drehen der Drehvorrichtung (2) die Vergussmasse zu den mehreren Filteranordnungen (30) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.
2. Apparat (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Dosiereinrichtung einen ringförmigen Teil (1 1 ), der sich mit der Drehvorrichtung um die Achse (A) dreht, und eine Zuleitung (12) aufweist, wobei die Zuleitung (12) die Vergussmasse derart in den ringförmigen Teil (1 1 ) zuführt bzw. einspritzt, dass sich die zugeführte Vergussmasse durch das Drehen der Drehvorrichtung (2) auf dem ringförmigen Teil (1 1 ) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.
3. Apparat (1 ) nach Anspruch 2, wobei sich die Zuleitung (12) nicht mit der Drehvorrichtung (2) dreht, sodass sich der ringförmige Teil (1 1 ) relativ zur Zuleitung (12) während des Zuführens bzw. Einspritzens der Vergussmasse dreht.
4. Apparat (1 ) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Zuleitung (12) eine Mischvorrichtung aufweist, welche Komponenten der Vergussmasse beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse in den ringförmigen Teil (1 1 ) vermischt.
5. Apparat (1 ) nach Anspruch 4, wobei die Mischvorrichtung ein drehbares Element oder einen Drall umfasst, das bzw. der die Komponenten miteinander vermischt, vorzugsweise mittels des Stromes der Vergussmasse durch die Zuleitung (12).
6. Apparat (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Zuleitung (12) die Vergussmasse an einer radial inneren Seite des ringförmigen Teils (1 1 ) zuführt, sodass sich die Vergussmasse beim Drehen der Drehvorrichtung (2) auf der inneren Seite des ringförmigen Teils (1 1 ) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt,
wobei die radial innere Seite des ringförmigen Teils (1 1 ) vorzugsweise eine umlaufende Höhlung (14) zur Aufnahme der Vergussmasse aufweist.
7. Apparat (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der ringförmige Teil (1 1 ) mit mehreren Durchgängen (1 6) ausgebildet ist, die vorzugsweise um den Umfang des ringförmigen Teils (1 1 ) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind, wobei jeder Durchgang (16) in kommunizierender Verbindung mit der Vergussform (V) einer der Filteranordnungen (30) steht, vorzugsweise über einen flexiblen Schlauch (18).
8. Apparat (1 ) nach Anspruch 7, wobei jeder Durchgang (16) ein Anschlussstück (1 7) an einer radialen äußeren Seite des ringförmigen Teils (1 1 ) aufweist, über welches dieser Durchgang (1 6) mit der Vergussform (V) der jeweiligen Filteranordnung (30) verbunden ist, vorzugsweise mittels eines flexiblen Schlauches (18); und/oder
wobei der ringförmige Teil (1 1 ) mehrere Staukammern (19) zum Ansammeln der Vergussmasse aufweist, wobei jede Staukammer (19) in Verbindung mit einem der Durchgänge (1 6) steht. Apparat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Abschnitt (20) der Drehvorrichtung (2) zur Befestigung der Filteranordnungen (30) vom ersten Abschnitt (10) zur Zuführung der Vergussmasse in axialer Richtung versetzt ist und vorzugsweise unterhalb des ersten Abschnitts (10) angeordnet ist.
Apparat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Abschnitt (20) eine Vielzahl von Halterungen (21 ) zur Aufnahme der mehreren Filteranordnungen (30) hat, welche Halterungen (21 ) um einen Umfang des zweiten Abschnitts (20) verteilt sind, vorzugsweise im Wesentlichen abstandsgleich.
Apparat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vergussform (V) jeder Filteranordnung (30) in einem radialen Abstand (R4) von der Drehachse (A) liegt, der größer ist, als ein radialer Abstand (R^ des ringförmigen Teils (1 1 ) von der Drehachse (A).
Apparat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Filteranordnungen (30) ein Gehäuse (31 ) aufweist, in dem das Bündel (32) von Hohlfasermembranen angeordnet ist, wobei mindestens ein Endbereich des Bündels (32) in der Vergussform (V) gehalten wird, und wobei sich die Vergussform (V) jeder Filteranordnung (30) an bzw. in einem radial nach Außen gerichteten Ende des Gehäuses (31 ) befindet.
Verfahren zum Vergießen von Hohlfasermembranen in der Herstellung einer Filteranordnung, mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Drehvorrichtung (2), die einen ersten Abschnitt (10) zur Zuführung einer Vergussmasse und einen zweiten Abschnitt (20) zur Befestigung mehrerer Filteranordnungen (30) aufweist,
Befestigen mehrerer Filteranordnungen (30) im zweiten Abschnitt (20), wobei jede Filteranordnung (30) ein Bündel (32) von Hohlfaser- membranen aufweist, mindestens ein Ende dessen in einer Vergussform (V) gehalten wird, und wobei jede Vergussform (V) in kommunizierender Verbindung mit dem ersten Abschnitt (10) zur Zuführung der Vergussmasse steht,
Drehen der Drehvorrichtung (2) um ihre Drehachse (A), und Zuführen der Vergussmasse in den ersten Abschnitt (10) beim Drehen der Drehvorrichtung (2), wobei der erste Abschnitt (10) als Dosiereinrichtung funktioniert, die durch das Drehen der Drehvorrichtung (2) die Vergussmasse zu den mehreren Filteranordnungen (30) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt und durch Zentrifugalkraft (Z) über die jeweiligen Verbindungen in die Vergussformen (V) drückt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der erste Abschnitt (10) einen ringförmigen Teil (1 1 ) umfasst, der sich mit der Drehvorrichtung (2) um die Achse (A) dreht,
wobei beim Drehen der Drehvorrichtung (2) die Vergussmasse unmittelbar in den ringförmigen Teil (1 1 ) bzw. auf eine innere Seite des ringförmigen Teils (1 1 ) über eine Zuleitung (12) zugeführt bzw. eingespritzt wird,
wobei sich der ringförmige Teil (1 1 ) relativ zur Zuleitung (12) während des Zuführens bzw. Einspritzens der Vergussmasse dreht, und
wobei sich die zugeführte Vergussmasse durch das Drehen der Drehvorrichtung (2) auf dem ringförmigen Teil (1 1 ) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei der ringförmige Teil (1 1 ) mit mehreren Durchgängen (1 6) ausgebildet ist, die vorzugsweise um den Umfang des ringförmigen Teils (1 1 ) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind, wobei jeder Durchgang (16) in kommunizierender Verbindung mit der Vergussform einer der Filteranordnungen steht, vorzugsweise über einen flexiblen Schlauch (18), wobei die Vergussmasse (V) mittels der Zentrifugalkraft (Z) durch die Durchgänge (16) und über die jeweiligen Verbindungen in die Vergussformen (V) gedrückt wird.
1 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 1 5, wobei die Vergussmasse vom ersten Abschnitt (10) in einer axialen Richtung in die Vergussformen (V) gedrückt wird.
1 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 1 6, wobei die Drehvorrichtung (2) beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse mit einer solchen Drehzahl rotiert, dass der ringförmige Teil (1 1 ) mehrere Umdrehungen während des Zuführens bzw. des Einspritzens der Vergussmasse durchmacht,
wobei die Zahl der Umdrehungen des ringförmigen Teils (1 1 ) während des Zuführens bzw. des Einspritzens der Vergussmasse vorzugsweise im Bereich von 100 bis 1000, weiter bevorzugt im Bereich von 300 bis 600 liegt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 1 7, wobei das Zuführen bzw.
Einspritzen der Vergussmasse mit einem im Wesentlich konstanten Durchsatz bzw. mit einer im Wesentlich konstanten Injektionsrate erfolgt.
1 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, mit dem weiteren Schritt:
Vermischen von Komponenten der Vergussmasse beim Zuführen bzw. Einspritzen der Vergussmasse in den ringförmigen Teil, vorzugsweise durch eine Mischvorrichtung und/oder durch den Strom der zugeführten bzw. eingespritzten Komponenten der Vergussmasse.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, mit dem weiteren Schritt:
Verschließen der Enden der einzelnen Hohlfasermembranen am Ende des Bündels der Hohlfasermembranen in jeder Filteranordnung, bevor die mehreren Filteranordnungen im zweiten Abschnitt der Drehvorrichtung befestigt werden; wobei das Verschließen der Enden der einzelnen Hohlfasermembranen am Ende des Bündels von Hohlfasermembranen vorzugsweise durch veröden der Hohlfasermembranen erfolgt, besonders bevorzugt mit einem heißen Draht.
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