WO2021160397A1 - Verfahren und vorrichtung zur formung einer kavität - Google Patents

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WO2021160397A1
WO2021160397A1 PCT/EP2021/051285 EP2021051285W WO2021160397A1 WO 2021160397 A1 WO2021160397 A1 WO 2021160397A1 EP 2021051285 W EP2021051285 W EP 2021051285W WO 2021160397 A1 WO2021160397 A1 WO 2021160397A1
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WO
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housing
rotation
axis
movement
force
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/051285
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Felix HESSELMANN
Peter Christian SCHLANSTEIN
Niklas STEUER
Andreas Kaesler
Jannis FOCKE
Jutta Arens
Ulrich Steinseifer
Thomas Schmitz-Rode
Original Assignee
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen filed Critical Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/021—Manufacturing thereof
    • B01D63/022—Encapsulating hollow fibres
    • B01D63/0222—Encapsulating hollow fibres using centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/02—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C41/04—Rotational or centrifugal casting, i.e. coating the inside of a mould by rotating the mould
    • B29C41/06—Rotational or centrifugal casting, i.e. coating the inside of a mould by rotating the mould about two or more axes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • B29C70/323—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core on the inner surface of a rotating mould

Definitions

  • the invention relates to a method for forming a cavity formed by a hardened material in a housing, in which the housing partially filled with the hardenable material in a flowable state is set in a first movement by which at least one force or forces act on the Flowable material is / are exerted, with a force being applied until the material has hardened.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method, which has a receiving element which can be set in a first movement by means of a first drive, with which at least one force can be exerted on a housing directly and indirectly attached to the receiving element and the hardenable material therein .
  • the resulting shape of the cavity or chamber in the housing is then formed by the inner housing wall areas not covered by the material and the inside Inside the housing by the at least one force-shaped surface of the material.
  • This procedure is used, for example, when the material and / or energy-permeable hollow fibers are mocked in devices for the material and / or energy exchange between two media, e.g. blood and a fluid (e.g. gas), preferably in so-called oxygenators. Potting is understood to be the connection of the hollow fibers, in particular at their two end areas, the hollow fibers being connected to one another and to the housing wall with a flowable, hardenable material, e.g. a polyurethane or a silicone.
  • a flowable, hardenable material e.g. a polyurethane or a silicone.
  • connection can be materially bonded and thus form an adhesive bond, in particular when using polyurethane.
  • a connection can only be a form-fitting filling of areas between the hollow fibers and / or the housing wall, e.g. when using silicone.
  • At least one force acting on the material is generated by generating a first and single movement, in particular apart from the permanently acting gravitational force, for which purpose the filled with the flowable material, in particular with the hollow fibers, in particular a bundle or lap of hollow fibers Housing rotates around an axis of rotation, which is also known as centrifugation.
  • At least one centrifugal force is exerted on the material.
  • this ensures that the flowable material does not pull in the direction of the housing center due to the capillary forces between the hollow fibers, since the centrifugal forces overcompensate for the capillary forces. In the known method, this also ensures that the flowable material is also filled into Interstices between the hollow fibers, between the hollow fibers and the housing wall and is forced into other interstices.
  • the hollow fibers can be arranged at least essentially with their longitudinal direction in the radial direction in the housing, or with their longitudinal direction transversely to the radial direction in the housing, or with their longitudinal direction in different layers crosswise to the radial direction in the housing.
  • a device to carry out this method is formed in the prior art, for example, by a centrifuge with a receiving element, for example a centrifuge arm, to which the filled or yet to be filled housing is attached or at least can be attached, and by means of a first drive and in State of the art single drive can be set in a rotational movement around an axis of rotation in order to generate the centrifugal force or centrifugal forces acting on the housing and the material.
  • the surface shape of the hardened material defines, among other things, in particular together with wall areas of the housing that are not covered by the material, a chamber in which the blood can flow through the housing and past the hollow fibers .
  • the geometric chamber definition is therefore restricted by the centrifugation process, namely to the partially cylindrical or paraboloidal shape already mentioned at the outset, or a shape with a curvature in only one plane.
  • this form is often not ideal with regard to the formation or avoidance of stagnation areas or dead water areas.
  • the partially cylindrical shape already mentioned in the introduction, or a shape with a curvature in only one plane, is also often not ideal with regard to the formation of the shape of the cavity in devices for the exchange of substances or energy, which allow a distribution of liquid medium,
  • blood which is supplied via a tube with a relatively small cross-section cannot support a larger cross-section and, conversely, cannot support the merging of a larger cross-section into a smaller cross-section in the tube of the drainage well.
  • surface shapes should be produced in the hardened material, in which the surface approaches the housing wall at least essentially asymptotically.
  • at least the angle between the surface of the material and the housing wall should be reduced compared to the prior art.
  • shapes of cavities should be created in the hardened material, which supports a distribution of a fluid, preferably blood, within the area with flea fibers from a smaller cross-section in the tube to a larger cross-section and, conversely, also a merging.
  • the invention is not limited to the named application in devices for the exchange of substances and / or energy between two media, such as blood and another fluid, such as gas.
  • it is preferred to use it when setting up oxygenators, in order to be able to design the cavity shape in the housing of the oxygenator in a more universal manner and to be able to improve the blood flow as a result.
  • the material is designated as hardened if it remains dimensionally stable after shaping by the at least one force, even if the at least one acting force is absent.
  • the material does not necessarily have to be hardened, in particular not completely polymerized in the case of a polymerization which brings about the hardening.
  • the material does not have to be chemically "dead”.
  • a device of the type mentioned at the outset in which a receiving element is provided which can be set in a first movement by means of a first drive, with at least one further drive arrangement attached to the receiving element directly or indirectly, e.g. via the housing with which a housing that can be fastened to the further drive arrangement or to the receiving element for receiving hardenable material can be moved during the first movement with at least one further movement.
  • the first movement as described above as the only movement in the prior art, can be a rotational movement, but this is not mandatory for the invention.
  • the receiving element can, for example, be a centrifuge arm or a turntable.
  • the first and the at least one further movement can be any movement with which at least one force is exerted on the housing and thus on the material located therein during the time or during part of the time until the material has reached the hardened state.
  • a respective movement used is preferably one that generates an acceleration of the material, so that the at least one movement in each case Force resulting from the effective acceleration multiplied by the mass of the material.
  • the at least one force generated by the movement can act at least temporarily or act at least along a section of a movement trajectory of the housing during this movement under consideration.
  • the at least one force preferably acts during the entire duration of the movement under consideration or along the entire trajectory of the movement under consideration.
  • the characterized movement can form the aforementioned first and / or at least one further movement.
  • a movement can be a translational movement in which there is a change in the speed vector of the housing and the material located therein along the translation path with regard to the direction and / or magnitude of the speed vector.
  • a translational movement can be a reversing translational movement, that is to say a back and forth movement between two reversal points at the ends of a translation trajectory.
  • the translation trajectory can basically take any shape.
  • a translational movement in particular a previously mentioned reversing translational movement, can preferably be a linear movement, i.e. the trajectory of the translation extends in a straight line.
  • a movement can also form a closed trajectory, in particular one with several linear areas that are connected by areas of a change in direction of the housing. Movements with a change in direction can be understood as at least one rotational movement about a respective axis of rotation with an angle of less than 360 degrees.
  • a movement along a closed trajectory, in particular that delimits an area can be understood, at least in some areas, as the superposition of linear translations and rotations. The movement along a closed trajectory is thus already an inventive superposition of a first and at least one second movement.
  • Another possible movement can also be a rotational movement of the housing, in particular also of the material located therein, about an axis of rotation, preferably over a full 360 degrees, in particular repetitive, preferably periodically repeating.
  • the rotation can preferably take place at a constant angular velocity or path velocity. This results in a radial acceleration and the associated at least one centrifugal force that acts on the material.
  • the invention can also provide an angular / path speed that varies over time.
  • the main advantage of the invention is that due to the inventive superimposition of at least two movements, in particular movements that are not the same, preferably at least two movements of the housing of different types or directions, the formation of the cavity in the housing is no longer based on a curvature in only one plane, in particular is limited to the part cylindrical or paraboloid shape.
  • a force acts at least temporarily on the material, in particular at every location, which results from a superposition of forces generated by one of the movements is, in particular is generated by a different drive in each case.
  • a force acts at least temporarily on the material, in particular at every location, which results from a superposition of forces generated by one of the movements is, in particular is generated by a different drive in each case.
  • only the locations in the material on and along one of the axes of rotation would be excluded from the superimposition of forces.
  • This superimposed force or the forces generated can be constant over time, in particular apart from a start-up period and / or braking period of the device, e.g. if the at least two superimposed movements are maintained simultaneously and without change, in particular until the curing time is reached.
  • the invention can also provide that of the at least two movements that are exerted on the housing and the material, in particular apart from a start-up period and / or braking period of the device, at least one movement is not carried out constantly, in particular that of the movement acceleration generated is not uniform.
  • the angular velocity can be changed with continuous rotation or the rotation can be switched on and off.
  • the amount of acceleration can be changed. This acceleration can e.g. not be uniform, e.g. by reversing the translation at turning points.
  • the invention can provide that at least one of the superimposed movements contains a repetitive movement pattern.
  • a movement pattern can at least temporarily also include a speed with the amount “zero”. According to the invention, it can thus be provided that the housing executes a first movement pattern with the material, while at the same time it executes at least a second other movement pattern.
  • the invention can provide, during the period of hardening, in particular starting with the time the material is poured into the housing or starting with the beginning of at least one of the multiple movements, temporarily one or more movements to at least one that takes place continuously during the period or also temporally to activate or deactivate the varying movement.
  • the superimposition of the movements is then only present temporarily, possibly repeatedly occurring several times during the period.
  • the invention provides for a force to be exerted on the material until the material has hardened.
  • the force can be exerted by the at least one force that is generated by at least one of the movements;
  • Switching on and / or switching off at least one movement or the presence of an acceleration that is not constant over time in one or more of the superimposed movements can mean that the material is not exposed to a constant force or constant forces during the hardening time, but rather forces which vary over time.
  • the material can be reshaped from a shape achieved in the meantime, for example after initial stiffening, by changing the effective force before final hardening, in particular so that a different shape of the cavity results compared to the case that all shaping forces are simultaneous and work continuously.
  • the invention can also provide for influencing the resulting shape of the cavity through differently adjustable and / or selectable curing times of the material.
  • the invention can provide that of the at least two superimposed movements, all movements are periodically repeating movements. Periodically repeating movements occur, for example, in the case of rotational movements through a full 360 degrees or also in the case of reversing translational movements or translations with a closed trajectory. Due to the periodicity, the time at which the hardening is achieved is rather uncritical for such movements. It is also possible to adapt the duration of a non-periodic movement, for example a translational movement, to the time that the material needs to harden, or conversely, to adapt the time of the necessary hardening to the duration of a non-periodic movement.
  • the adaptation is carried out in such a way that hardening takes place before the non-periodic movement, e.g. the translation, has ended.
  • a necessary reversion of a translation or the translation along a closed trajectory can thus be avoided, for example.
  • the invention can provide to initiate a hardening of the material in a triggered manner or to accelerate it in a triggered manner, e.g. in order to have achieved a hardening with certainty at a desired point in time or in a specific movement situation, e.g. during a non-periodic movement before the end of this movement.
  • a measure that triggers or accelerates the hardening is exerted on the material.
  • This can be, for example, the triggered supply of a hardener component that is second to the material or triggered lighting with curing radiation, e.g. UV light.
  • UV LEDs that illuminate the housing can be arranged on the device, which can be switched on in a triggered manner.
  • the invention can provide that before and or during the change of direction, whereby the direction vector of the housing with respect to the linear translation changes, for example reversed by 180 degrees, the housing with the material to be hardened, in particular about an axis traversing the housing, is rotated by the same angle, for example by 180 degrees. This ensures that the material has the same orientation with respect to the direction vector of the linear translation on both sides of the locations at which the change in direction takes place.
  • the linear translation between the locations of the change in direction can be understood here as one of the superimposed movements and the rotation around the angle at the location of the change in direction or in an area around the location of the change in direction as another movement.
  • the invention can provide that with the first and the at least one further movement at least two, in particular exactly two, translations of the housing along different linear directions are superimposed, the material in the housing being accelerated with each translation.
  • the invention can provide that one or more of the translations are reversing.
  • the at least two translations result in a self-contained trajectory of the movement of the housing.
  • At least one further movement at least one, in particular exactly one translation, e.g. a reversing translation and at least one, in particular precisely one rotation about an axis of rotation are superimposed.
  • it can generally provide an embodiment between several translations, between which the direction of translation is changed by an angle in a movement range of the change of direction by rotating the housing, preferably about an axis of rotation perpendicular to a plane in which all directions of translation lie, in particular within the stated range of motion of the change of direction, to change the housing orientation by the same angle.
  • a particularly preferred embodiment can provide that at least two, in particular exactly two rotations about different rotation axes are superimposed with the first and the at least one further movement.
  • This last-mentioned embodiment has the advantage that the force resulting from the superposition or the resulting forces acting on the material can be kept constant during the period of time until hardening.
  • the invention can also provide that in addition to at least two movements which exert forces on the material through acceleration, at least one uniform movement, in particular linear translation, is also impressed on a housing.
  • the invention can provide for all superimposed movements, in particular in which at least one movement is a rotational movement, that an acceleration that is present during the implementation of the The method is changed, in particular within the period up to the hardening of the material, preferably wherein the period starts from the time of filling into the housing or the start of a first movement.
  • a rotational movement this can take place, for example, by changing the angular velocity of the rotation during this period or, in the case of a translation, by changing the amount of the linear acceleration.
  • the invention can further preferably provide that the two axes of rotation are oriented intersecting at an angle of 90 degrees, or are oriented non-intersecting at an angle of 90 degrees, or are oriented in an intersecting manner at an angle not equal to zero degrees and not equal to 90 degrees, or are oriented in an intersecting manner at an angle not equal to zero degrees and not equal to 90 degrees.
  • the invention can furthermore preferably provide that the housing, in particular with regard to its internal volume, is rotationally symmetrical with respect to an axis of rotation, in particular with respect to one of two axes of rotation, or at least n-fold rotationally symmetrical. This is particularly advantageous in order to avoid or at least reduce imbalances in the rotating system.
  • it can be provided with any housing shape that the respective rotational movement is balanced by additional weights.
  • n housings can be arranged at an angular distance of 360 degrees / n around the axis of rotation.
  • the invention can provide that the axis of rotation, in particular one of at least two axes of rotation, intersects the housing, in particular its inner volume, preferably leads the axis of rotation through the center of the housing / volume or is collinear with the center axis of the housing / volume. In this way, it can be achieved that in the hardened material a circumferential surface extending through 360 degrees around the axis of rotation is produced in the material.
  • the invention can provide that the housing is filled with a hardenable material in the flowable state and then fastened in a device for carrying out the method.
  • this would be disadvantageous because, during assembly in the device, the area to be kept free of material could be undesirably wetted with the material.
  • the housing is filled with the hardenable material only after it has been installed in the device for carrying out the method.
  • the housing can be filled with the flowable material before or while at least one of the movements, preferably all movements, is being carried out from a reservoir, in particular the device.
  • the transfer is triggered by a signal and / or as a function of the reaching of a predetermined movement state of the housing.
  • a triggering signal can be generated, for example, by a user or by electronics in the device, for example as a function of a predetermined movement state.
  • Reaching a predetermined movement state can thus generate the trigger signal, for example, but in principle also passively, in particular without it Generation of a signal that triggers the filling, for example mechanically when a predetermined acceleration is reached, in particular directly through the acceleration or when a certain force generated with the movement is reached.
  • a force can be exerted on the material in the reservoir or on an element displacing the material, which force brings about the transfer into the housing.
  • the reservoir can be arranged in a possible embodiment, e.g. in or on the housing, and can be moved along with it.
  • a transfer can thus be brought about directly by a force acting on the material or by a force acting on an element which can be moved with the force and which moves the material into the housing through its movement.
  • an element can, for example, be a piston in or on the reservoir, the displacement of which pushes the material out of the reservoir into the housing.
  • the invention can provide that the reservoir is arranged centrally around an axis of rotation around which one of the movements is carried out.
  • the material can be transferred into the housing by centrifugal forces, preferably from the radial outside.
  • the area of the housing to be filled can have a greater radial distance to the axis of rotation than the reservoir.
  • the reservoir can be arranged at a radial and / or axial distance from the housing or at least from the area to be filled and / or in the housing.
  • the reservoir can for example be arranged in the hollow area of the core element.
  • the method is preferably used to produce a device for the exchange of substances and / or energy between two media, in particular to produce an oxygenator device, with the potting of the hollow fibers in the housing in which the exchange of substances between blood and a gas takes place, done by this inventive method.
  • a package of material-permeable and / or energy-permeable hollow fibers is or is arranged in the housing, preferably already before it is filled with the hardenable material, wherein at least a part of their axial ends is embedded in the hardening material.
  • a package can comprise at least one folded or wound mat with hollow fibers, in particular wound onto a core element.
  • a respective drive arrangement for generating a further acceleration has a rotatable receptacle, in particular a rotating shaft, to which a housing for receiving the hardenable material can be fastened.
  • the housing can be fastened to the radially inner end with respect to the axis of rotation and / or to the radially outer end of the rotary shaft.
  • the end of the rotating shaft that is radially inner with respect to the axis of rotation of a first movement can end at a distance from the named axis of rotation, in particular wherein the housing can be attached to the inner end of the rotating shaft and the axis of rotation intersects the housing, preferably its center point, in the attached state.
  • the housing can also be rotated spherically about a center point in the inner volume of the housing.
  • FIG. 1 shows a first embodiment in which two rotational movements about different axes are superimposed during the movement of the cylindrical, preferably circular-cylindrical housing 1.
  • both axes of rotation A1 and A2 are oriented perpendicular to one another and intersect at point S.
  • housing shapes are described in the description of the figures, these also relate to the shapes of the inner volume surrounded by the housing.
  • the device for carrying out the method here has a receiving element 2, which is designed as a turntable 2 which rotates about the axis of rotation A1 with a drive 3, which is only indicated schematically can be.
  • Another drive arrangement 4 is attached to the turntable 2. This comprises a drive 5, a rotating shaft 7 mounted in two bearings 6, which can be set in rotation about the axis A2 by the drive 5 via a belt 5a.
  • the housing 1 is fastened to the radially inner end of the rotary shaft 7 (with respect to A2), which ends at a distance from the axis A1.
  • the point of intersection S of the two axes A1 and A2 thus lies in the housing volume, advantageously centrally in it.
  • another identical drive arrangement is attached to the turntable 2, which in this embodiment is not used for rotating a housing and could therefore be omitted, but advantageously at least leads to an unbalance compensation.
  • the further identical drive arrangement can advantageously also be driven in order to form a torque compensation for the moving shaft 7 with the housing 1.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the distribution of the flowable material in the cylindrical volume of the housing 1, which is stationary due to the forces acting in the superposition when the housing 1 with the device of FIG. 1 rotates about axes A1 and A2 at the same time will.
  • the material is arranged at a distance on both sides of the axis A1 and distributed around the axis A2 by a full 360 degrees. This results in opposing shell-shaped surfaces around the axis A1 that are concave at the intersection point S of the axes.
  • the contact angle is significantly smaller than in the prior art.
  • the surface of the material 8 can have approached the inner wall of the housing asymptotically there.
  • the contact angle is preferably understood to be the angle that the tangent on the material surface includes at the point of transition to the housing with the housing wall covered by the material.
  • the invention can provide that the rotation about both axes is maintained, in particular at a constant angular velocity, until the material 8 has hardened and the surface shape thus remains stable.
  • FIG. 2a shows a possible design of an oxygenator produced with the method and the device according to FIGS. 1 and 2, in which the flea fibers 9 were also incorporated into the material 8.
  • a central area around the cylinder axis Z is used coaxially on the inside for blood supply and coaxially on the outside for blood removal.
  • This blood flow can take place in a hollow core element 10 which carries the flea fibers 9 around it on the outside, e.g. as a wrap of at least one mat comprising the flea fibers 9.
  • core element 10 and flea fibers 9 arranged around it are arranged in housing 1 when the method is carried out.
  • the course of the surface formed in the material 8 is adapted to the blood flow, which is visualized by the arrows in the figure.
  • the course of the material surface with its curvature can at least essentially continuously merge into the curvature on the inner, axially end-side surface of the blood outlet opening in the core element 10.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the device which is already shown in FIG. 1, the housing 1 to be moved being arranged in such a way that the intersection point S of the axes lies outside the housing 1.
  • the housing 1 is attached to the radially outer end of the rotating shaft 7.
  • the rotation about the axes A1 and A2 generates a respective radial acceleration with respect to these axes and the associated centrifugal forces that act on the material 8 located in the housing 1.
  • FIG. 4 shows, in a sectional illustration, the surface of the material 8 resulting in the housing 1, in particular when both rotations are carried out at an angular velocity that remains constant.
  • the material 8 is accelerated radially outward and is distributed around the axis A2 by a full 360 degrees, thus forming a concave shell shape towards the interior of the housing or the intersection point S of the axes, in particular a surface curvature in two planes.
  • the radially outer housing end can be provided with the surface shape of the material 8. To treat the other end, the procedure must be repeated with the housing rotated 180 degrees.
  • FIG. 5 shows an embodiment with the same device from FIG. 3, the housing 1 not having a cylindrical shape here, but being cuboid.
  • FIGS. 6a and 6b By treating the second end of the housing again, it is possible, for example, to produce an oxygenator device, which is shown in FIGS. 6a and 6b.
  • the material hardened in the two separate treatments is shown with different hatching in FIGS. 6a, 6b.
  • the housing 1 is folded over by 180 degrees about an axis that runs through the intersection of the axes A1 and A2, is perpendicular to the axis K, which is tilted by the angle a to the axis A2, and intersects the short edges of the cuboid in the middle .
  • fluff fibers 9 are arranged in the housing to position an oxygenator or other mass transfer device when the method is carried out.
  • FIG. 6b in particular shows that the surface profile the shell formed in the material 8 is asymmetrical with respect to the center plane.
  • the course of the shell can be adapted to the blood flow direction visualized by the arrows.
  • the dashed lines show the course of the cavity realized by the method according to the invention, which is actually formed in the hardened material.
  • FIG. 7 visualizes the possibility of arranging the cuboid housing 1 analogously to FIG. 1 in such a way that the axis intersection S lies in the housing volume.
  • FIG. 7a illustrates, on the one hand, the tilting and, on the other hand, the resulting shape of the material 8 in the housing 1.
  • FIGS. 7b and 7c show the shape according to FIG. 7a in further views.
  • FIG. 7c shows the possible arrangement of an inlet E and an outlet A. In this case, the cover of the housing can nestle against the potting.
  • Figures 1, 3, 5 and 7 visualize embodiments in which two preferably independent drives 4 are used for the two rotations to be superimposed.
  • the invention can generally, i.e. not only in the case of rotations, also provide for the drives that are used to generate the movement to be superimposed to be coupled to one another, so that at least one drive generates the movement it generates as a function of the movement generated by another drive causes.
  • coupled drives can be coupled via a gearbox.
  • a centrifuge arrangement not shown, similar to that according to FIGS. 1, 3, 5 and 7, it can be provided, for example, that a first rotation about the axis A1 is generated with a drive, here the symbolized drive 3 of the figures mentioned.
  • a further drive can be formed by an impeller, the rotation of which about its axis is converted into the second rotation about the axis of rotation A2, for example by means of a gear.
  • the impeller driving the second rotation can for example be arranged, for example at the outer radial end of a centrifuge arm, that it rolls on a track arranged circularly around the axis of rotation A2 at a distance.
  • the axis of the impeller can be parallel or perpendicular, for example be oriented to the axis of rotation A1.
  • the orientation of the axis of the impeller is essentially dependent on the orientation of the surface of the raceway relative to the axis of rotation A1. The unrolling therefore only takes place when there is a rotation of this arrangement about the axis A1.
  • FIG. 8 shows a manufactured oxygenator with hollow fibers 9 around a hollow core 10 in a housing 1, in which the material 8 at the lower end of the housing 1 was formed by superimposing two rotations, in particular with a device according to FIG. 3 or according to FIG. 1 if the flowable material was fed into the housing 1 only at one of the axial ends during the superimposed movement.
  • the end shown here above can be generated in a second mocking step with only one active acceleration field, e.g. by the effect of centrifugation in the device of FIG. 3 with rotation only around the axis A1, in particular with a very large radius.
  • the blood flow is marked with the aid of the arrows, which clearly shows that the curvatures achieved in the material 8 are well adapted to the blood flow.
  • FIG. 9 shows an embodiment of an oxygenator in section, in which the resulting cavity is created by superimposing two rotations, as in an arrangement in FIG. 1 and FIG. 2.
  • a portion of potting compound in particular a larger portion of potting compound added in the comparison, so that the outer wall is also completely wetted and the remaining inner cavity is created, in particular is smaller in the comparison.
  • the angular speed about the axis of rotation A2 is greater than the angular speed about the axis of rotation A1.
  • the blood flow is shown by the arrows.
  • FIG. 10 shows the possibility that the two axes of rotation A1 and A2, oriented at 90 degrees, run at a distance b, that is, do not intersect.
  • FIG. 11 further modifies the embodiment of FIG. 10 in that the axial angle between A1 and A2 differs from 90 degrees by angle ⁇ .
  • the two axes of rotation are indeed intersecting, but are unequal at the angle axy, here oriented less than 90 degrees to one another.
  • FIG. 13 shows a reversing linear translational movement of the housing 1 with material 8 along the route I with reversal points at the ends. Movement from left to right is shown above and movement from right to left is shown below. However, both movements take place on the same trajectory.
  • the housing In an area around the middle of the distance I, in which the positive acceleration and the negative acceleration alternate in the translational movement, i.e. here in the time intervals t2 ⁇ öt and t4 ⁇ öt, the housing is rotated by 180 degrees. The rotation has the effect that the material 8 is always accelerated on both sides of the middle of the route in relation to the housing 1 in the direction of the same end of the housing.
  • the first movement is the translation along the path I.
  • the second movement is the rotation, which in this embodiment is only carried out temporarily, namely in the local area around the center of the path, or around the temporal zero crossing of the acceleration t2 or t4.
  • This execution of the superposition of two movements, one of which is only carried out temporarily during the other, opens up the possibility of designing a flat material surface at one end of the housing. It is preferably ensured that the material 8 cures at times when the housing 1 is only moved in a purely translatory manner.
  • the invention can provide for changing the speed of rotation as the viscosity changes during the hardening of the material 8, in particular increasing it with increasing hardening, since the acceleration of rotation with increasing hardening has less effect on the surface and the time of the pure linear translation is thereby increased.
  • FIG. 14 shows an embodiment in which the housing 1 with material 8 is rotated about an axis A1 intersecting the housing, which lies parallel to the path I and at the same time accelerates along the path I, in particular is linearly translated with uniform acceleration.
  • the execution assumes that at the end of the section I the material 8 has hardened. A braking area coming after distance I is not visualized and no longer has any influence on the hardened material 8. Rotation and translation are carried out simultaneously during the entire time between t1 and t3.
  • FIG. 15 shows an embodiment in which three movements of the housing 1 are superimposed. This involves a rotation of the housing 1 about its central longitudinal axis A1 and a simultaneous rotation of the housing 1 with a radial distance about the axis A2. Furthermore, the housing 1 is simultaneously translated linearly along the axis of rotation A2. This results in an effective spiral overall movement of the housing along the spiral S with simultaneous rotation about the housing longitudinal axis A1.
  • the linear translation along the axis of rotation A2 is preferably a non-accelerated movement, that is to say a uniform movement at a constant speed.
  • the design basically has the same effect as the design according to FIG. 2, the circular path of the housing about the axis A2 not being closed in itself. In contrast to centrifuges that have to be re-equipped again and again, a continuous production can be realized in which the housing 1 is inserted into the continuous process at the beginning of the spiral path and removed at the end of the spiral path.
  • FIG. 16 shows an embodiment in which the housing 1 with material 8 is rotated about the axis Y and at the same time is translated linearly along the axis X in a reversing accelerated manner.
  • the axis X can preferably be rotated about Y.
  • the change in the surface caused by the translational movement is dependent on the frequency of this movement and the viscosity of the not yet hardened material 8.
  • a high frequency and high viscosity increase the inertia with which the material follows the forces. This creates an almost constant surface.
  • FIG. 17 shows an embodiment in which the housing is translated along a closed trajectory T and is rotated in some areas along the trajectory about an axis A1 which leads through the housing 1.
  • the trajectory T is composed of several, here for example four, linear translations and areas in which the linear translation direction changes continuously. It is provided that the rotation of the housing 1 is carried out in the areas of the change in direction. In the direction of movement in front of an area of change in direction, the housing 1 can be accelerated negatively in the linear translation and then accelerated positively. The at least one force effectively acting on the material can thus be maintained in the areas of change of direction by the rotation. At least in the areas of the change of direction, there is a simultaneous superposition of two movements, namely the rotation and the translation on the curved trajectory. Only the translation is present in the linear translation areas.
  • the rotation here has an angular velocity of "zero". Such an embodiment represents a movement pattern of a rotational movement in which the rotation is switched off and on at times or in sections with respect to the closed trajectory.
  • FIG. 18 shows a translation along a closed trajectory T, which can be viewed as being composed of two opposite linear translations with regions of constant change in direction in between.
  • the housing In each of these two areas, the housing is translated on a semicircle.
  • the change in direction of the translation between the purely linear translation areas is 180 degrees.
  • the housing 1 is also rotated by 180 degrees in a respective area of the change in direction, in particular around the housing center axis perpendicular to the plane in which the translation trajectory lies. In this area of change of direction there is thus a superposition of a rotation with a curved, in particular semicircular translation.
  • the force generated by the linear accelerated translation thus acts on the material in the same direction in both translation areas.
  • FIG. 18 shows a translation along a closed trajectory T, which can be viewed as being composed of two opposite linear translations with regions of constant change in direction in between.
  • the housing In each of these two areas, the housing is translated on a semicircle.
  • flat material surfaces can also be designed with this embodiment, in particular if a point in time of hardening is reached while the material in the housing is being translated in a purely linear manner.
  • a negative Acceleration and a positive acceleration after a reversal area In the direction of movement in front of a reversal area, a negative Acceleration and a positive acceleration after a reversal area. The zero crossing of the acceleration can be in the middle of the route between the reversal areas.
  • FIG. 19 shows a translation along a closed trajectory T, which can be viewed as being composed of two opposite, purely linear translations with regions of constant change in direction in between.
  • the change in direction of the translation is also here 180 degrees between the purely linear translation areas.
  • the housing is translated here on a segment of a circle with a circumferential extent greater than 180 degrees. In this area it is planned to rotate the housing several times through 360 degrees. In this area of the change in direction there is again a superposition of rotation, in particular multiple complete rotations and a curved, in particular part-circularly curved translation. The movements are thus superimposed in some areas / at times along the overall movement.
  • the rotational movement and the translational movement can each be understood as a movement pattern with changing speeds, in particular during the rotation including a standstill, namely in the purely linear translation areas.
  • In the direction of movement there can be a negative acceleration before an area of the change in direction and a positive acceleration after an area of the change in direction.
  • the zero crossing of the acceleration can lie in the middle of the route between the areas of change of direction.
  • FIGS. 20ff show options for filling the housing 1 with hardenable material 8.
  • FIG. 20 shows a possibility of filling the housing 1 from a reservoir 1a arranged on the housing 1 and filled with flowable hardenable material, which is arranged radially outside of the housing 1 and wherein the housing 1 is arranged radially outside of the axis intersection S, i.e. eccentrically.
  • the outer wall 1 b of the reservoir 1 a is symbolically provided here with weights G to illustrate its mass and can move radially outwards due to its mass due to the centrifugal forces acting, ie slide over the piston 1 c.
  • the material 8 is displaced from the reservoir from the radial outside to the radial inside into the housing 1.
  • the filling is thus triggered by the acting centrifugal forces, in particular when a limit centrifugal force is reached, which displaces the reservoir outer wall 1b with respect to the piston 1c.
  • FIG. 21 shows the same mode of operation of the filling for a housing 1 which is arranged around the intersection point S of the axes A1 and A2.
  • Reservoirs 1 a are arranged here on both sides at the radially outer end of the housing 1 in order to fill it from the radially outer side at both ends.
  • Figure 22 shows an embodiment of the filling for eccentrically rotated housing 1 from a reservoir 1a arranged around the axis of rotation A1, from which the material is displaced into the housing by centrifugal forces acting radially past the housing at the radially outer end of the housing 1 .
  • the reservoir can be filled with material in the direction of gravity of axis A1, e.g. only when the housing 1 is already rotating.
  • FIG. 23 shows an embodiment for filling a centrally rotated housing 1 which is arranged around the intersection point S of the axes A1 and A2.
  • the reservoir 1a can also be filled in the direction of gravity of the axis A1. Since the area of the housing 1 to be filled is located radially further out than the reservoir 1a, the centrifugal forces that act displace the material 8 from the reservoir 1a into this area.
  • FIG. 24 shows the possibility of centrifugal filling of an eccentrically rotated housing 1, also with the possibility of filling the reservoir 1a in the direction of gravity of the axis A1.
  • the filling takes place here radially on the outside past the housing 1 into the radially outer end of the housing 1.
  • the driving force of the filling is generated by the movement of the housing Force, e.g. the centrifugal force, in particular that is generated here by rotation about axis A1, but the start of the filling can be triggered by an external signal, e.g. an electrical signal, e.g. which opens a valve, through which the material then centrifugal force driven flows into the housing.
  • an external signal e.g. an electrical signal, e.g. which opens a valve, through which the material then centrifugal force driven flows into the housing.
  • a reservoir with material on the housing, preferably radially outward in relation to a rotational movement, and actively conveying the material into the housing by means of an actuator, e.g. a pump, in particular from radially outward into the housing to promote.
  • an actuator e.g. a pump

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formung einer durch ein erhärtetes Material (8) gebildeten Kavität in einem Gehäuse (1), insbesondere einer Kavität zur Blutführung in einem Gehäuse (1) einer Vorrichtung zum Stoffaustausch und/oder Energieaustausch zwischen Blut und einem weiteren Medium, vorzugsweise einem Gas, bei dem das mit dem härtbaren, in fließfähigem Zustand befindliche Material (8) teilweise gefüllte Gehäuse (1) in eine erste Bewegung versetzt wird, durch die wenigstens eine Kraft auf das fließfähige Material (8) ausgeübt wird, wobei eine Krafteinwirkung erfolgt, bis dass das Material (8) erhärtet ist, wobei während der ersten Bewegung, zumindest zeitweise mit dem Gehäuse (1) wenigstens eine weitere Bewegung durchgeführt wird, insbesondere um wenigstens eine weitere Kraft auf das fließfähige Material (8) auszuüben. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Formung einer Kavität
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formung einer durch ein erhärtetes Material gebildeten Kavität in einem Gehäuse, bei dem das mit dem härtbaren, in fließfähigem Zustand befindliche Material teilweise gefüllte Gehäuse in eine erste Bewegung versetzt wird, durch die wenigstens eine Kraft, oder Kräfte auf das fließfähige Material ausgeübt wird/werden, wobei eine Krafteinwirkung erfolgt, bis dass das Material erhärtet ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die ein Aufnahmeelement aufweist, welches mittels eines ersten Antriebes in eine erste Bewegung versetzbar ist, mit der wenigstens eine Kraft auf ein am Aufnahmeelement mittelbar und unmittelbar befestigtes Gehäuse und darin befindliches härtbares Material ausgeübt werden kann.
Grundsätzlich ist es im Stand der Technik bekannt, das innere Volumen eines Gehäuses mit einem fließfähigen härtbaren Material teilweise zu füllen und das Material in seiner Oberflächenform zu formen durch Ausübung von Kräften auf das Material mittels einer Bewegung des Gehäuses, wobei das Material während der Wirkung der formenden Kräfte erhärtet und hiernach seine Form beibehält. Durch die Verteilung des Materials im Gehäuse in einem durch das Gehäuse umgrenzten Volumen wirkt eine Kraft oder wirken jeweils Kräfte, insbesondere leicht unterschiedliche Kräfte, in verschiedenen Volumenbereichen auf das Material und formen dieses in der Oberfläche.
Die erzielte Form der Kavität oder Kammer im Gehäuse wird dann gebildet durch die nicht vom Material bedeckten inneren Gehäusewandbereiche und der im Inneren des Gehäuses durch die wenigstens eine Kraft geformten Oberfläche des Materials.
Von diesem Vorgehen wird z.B. Gebrauch gemacht, wenn die Stoff- und/oder energiepermeablen Hohlfasern in Vorrichtungen für den Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen zwei Medien, z.B. Blut und einem Fluid (z.B. Gas), vorzugsweise in sogenannten Oxygenatoren, verpottet werden. Als Verpotten wird dabei das Verbinden der Hohlfasern verstanden, insbesondere an deren beiden Endbereichen, wobei die Hohlfasern untereinander und mit der Gehäusewand mit einem fließfähigen härtbaren Material verbunden werden, z.B. einem Polyurethan oder einem Silikon.
Eine solche Verbindung kann stoffschlüssig sein und somit eine Verklebung ausbilden, insbesondere bei Verwendung von Polyurethan. Eine Verbindung kann aber auch nur ein formschlüssiges Auffüllen von Bereichen zwischen den Hohlfasern und/oder der Gehäusewand sein, z.B. bei Verwendung von Silikon.
In diesem bekannten Verfahren wird mit Erzeugung einer ersten und einzigen Bewegung wenigstens eine auf das Material wirkende Kraft erzeugt, insbesondere abgesehen von der dauerhaft wirkenden Gravitationskraft, wofür das mit dem fließfähigen Material, insbesondere auch mit den Hohlfasern, insbesondere einem Bündel oder Wickel von Hohlfasern befüllte Gehäuse um eine Rotationsachse rotiert, was auch als Zentrifugation bezeichnet wird.
Hierdurch wird wenigstens eine Fliehkraft auf das Material ausgeübt. Diese ergibt sich aus der radial wirkenden Zentrifugalbeschleunigung multipliziert mit der Masse des Materials. Erzeugt wird hierdurch eine Oberflächenform des Materials, die im Wesentlichen zumindest teilzylindrisch um die Rotationsachse ausgebildet ist, insbesondere nur in einer Ebene eine Krümmung aufweist, insbesondere zumindest soweit die Gravitationskraft als vernachlässigbar angesehen wird. Ansonsten kann die Oberflächenform auch paraboloid sein.
Im bekannten Verfahren wird hierdurch erzielt, dass das fließfähige Material durch die Kapillarkräfte zwischen den Hohlfasern nicht in Richtung Gehäusemitte zieht, da die Fliehkräfte die Kapillarkräfte überkompensieren. Im bekannten Verfahren wird hierdurch zusätzlich erzielt, dass das fließfähige Material auch in zu füllende Zwischenräume zwischen den Hohlfasern, zwischen den Hohlfasern und der Gehäusewandung und in andere Zwischenräume gedrängt wird.
Grundsätzlich können beispielsweise die Hohlfasern zumindest im Wesentlichen mit ihrer Längsrichtung in radialer Richtung im Gehäuse, oder mit ihrer Längsrichtung quer zur radialen Richtung im Gehäuse, oder mit ihrer Längsrichtung in verschiedenen Lagen kreuzangeordnet quer zur radialen Richtung im Gehäuse angeordnet sein.
Eine Vorrichtung, um dieses Verfahren auszuführen, wird im Stand der Technik z.B. gebildet durch eine Zentrifuge mit einem Aufnahmeelement, z.B. einem Zentrifugenarm, an dem das gefüllte oder noch zu füllende Gehäuse befestigt ist oder zumindest befestigt werden kann, und mittels eines ersten Antriebes und im Stand der Technik einzigen Antriebes in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse herum versetzbar ist, um so die auf das Gehäuse und das Material wirkende Fliehkraft bzw. Fliehkräfte zu erzeugen.
Im Stand der Technik, insbesondere auch bei der Erfindung erfolgt eine Krafteinwirkung solange, bis dass eine genügende Erhärtung des Materials stattgefunden hat. Im Stand der Technik ergibt sich die Krafteinwirkung nur durch die bei der Zentrifugation erzeugte Kraft bzw. erzeugten Kräfte.
In der Anwendung bei der Herstellung von Oxygenatoren oder anderen Vorrichtungen zum Stoffaustausch definiert die Oberflächenform des erhärteten Materials unter anderem, insbesondere zusammen mit nicht vom Material bedeckten Wandungsbereichen des Gehäuses, eine Kammer, in welcher der Blutfluss durch das Gehäuse und an den Hohlfasern vorbei stattfinden kann. Die geometrische Kammerdefinition ist daher durch das Zentrifugationsverfahren eingeschränkt, nämlich auf die bereits eingangs genannte bereichsweise teilzylindrische oder paraboloide Form, oder eine Form mit einer Krümmung in nur einer Ebene. Diese Form ist jedoch häufig nicht ideal in Bezug auf die Ausbildung bzw. die Vermeidung von Stagnationsgebieten oder Totwassergebieten.
Insbesondere können so nur Oberflächen des erhärteten Materials ausgebildet werden, deren Tangente am Übergang zur einer Gehäusewand einen vergleichsweise großen Winkel zur Gehäusewand einschließt. Daher bildet die Oberfläche im Übergangsbereich zur Gehäusewand einen vergleichsweise großen Winkel. Es können sich daher in solchen Übergangsgebieten Stagnationen des Blutes ergeben.
Die bereits eingangs genannte bereichsweise teilzylindrische Form, bzw. eine Form mit einer Krümmung in nur einer Ebene, ist häufig auch nicht ideal in Bezug auf die Ausbildung der Form der Kavität in Vorrichtungen für den Stoff- oder Energieaustausch, die eine Verteilung von flüssigem Medium, z.B. Blut, welches über einen Schlauch mit einem verhältnismäßig kleinen Querschnitt zugeführt wird, auf einen größeren Querschnitt nicht gut unterstützen kann und umgekehrt auch die Zusammenführung von einem größeren Querschnitt auf einen kleineren Querschnitt im Schlauch der Ableitung nicht gut unterstützen kann.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen von der teilzylindrischen Form oder in nur einer Ebene gekrümmten Formen abweichende Kavitätsformen im Gehäuse durch das erhärtete Material erzeugt werden können. Vorzugsweise sollen Oberflächenformen im erhärteten Material erzeugt werden, bei denen die Oberfläche sich zumindest im Wesentlichen asymptotisch an die Gehäusewand annähert. Vorzugsweise soll zumindest der Winkel zwischen der Oberfläche des Materials und der Gehäusewand gegenüber dem Stand der Technik verringert werden. Vorzugsweise sollen Formen von Kavitäten im erhärteten Material erzeugt werden, die eine Verteilung eines Fluids, vorzugsweise von Blut innerhalb des Bereiches mit Flohlfasern von einem kleineren Querschnitt im Schlauch auf einen größeren Querschnitt unterstützt und umgekehrt auch eine Zusammenführung.
Dabei ist die Erfindung nicht auf die genannte Anwendung bei Vorrichtungen für den Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen zwei Medien, wie z.B. Blut und einem anderen Fluid, z.B. Gas beschränkt. Die Anwendung bei der Fierstellung von Oxygenatoren ist hingegen bevorzugt, um die Kavitätsform im Gehäuse des Oxygenators universeller gestalten zu können und den Blutfluss hierdurch verbessern zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das mit dem härtbaren, sich in fließfähigem Zustand befindliche Material teilweise gefüllte Gehäuse in eine erste Bewegung versetzt wird, durch die wenigstens eine Kraft auf das fließfähige Material ausgeübt wird und weiterhin während der ersten Bewegung, zumindest zeitweise mit dem Gehäuse wenigstens eine weitere Bewegung durchgeführt wird, wobei eine Krafteinwirkung erfolgt, bis dass das Material erhärtet ist.
Vorzugsweise wird im Sinne der nachfolgend beschriebenen Erfindung das Material als erhärtet bezeichnet, wenn es nach einer Formung durch die wenigstens eine Kraft formstabil bleibt, selbst wenn die wenigstens eine wirkende Kraft entfällt. In diesem erhärteten Zustand der erzielten Formstabilität muss das Material nicht zwingend ausgehärtet sein, insbesondere also bei einer Polymerisation, welche die Erhärtung bewirkt, nicht vollständig durchpolymerisiert sein. Im formstabilen Zustand muss das Material also noch nicht chemisch „tot“ sein.
Die Aufgabe wird weiterhin auch gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der ein Aufnahmeelement vorgesehen ist, das mittels eines ersten Antriebes in eine erste Bewegung versetzbar ist, wobei an dem Aufnahmeelement unmittelbar oder mittelbar, z.B. über das Gehäuse wenigstens eine weitere Antriebsanordnung befestigt ist, mit welcher ein an der weiteren Antriebsanordnung oder an dem Aufnahmeelement befestigbares Gehäuse zur Aufnahme von härtbarem Material während der ersten Bewegung mit wenigstens einer weiteren Bewegung bewegbar ist.
Dabei kann beim Verfahren und auch der Vorrichtung die erste Bewegung, wie zuvor als einzige Bewegung beim Stand der Technik beschrieben, eine Rotationsbewegung sein, dies ist für die Erfindung jedoch nicht zwingend. Das Aufnahmeelement kann also z.B. ein Zentrifugenarm oder Drehteller sein.
Grundsätzlich kann die erste und die wenigstens eine weitere Bewegung jegliche Bewegung sein, mit der jeweils wenigstens eine Kraft auf das Gehäuse und somit auf das darin befindliche Material während der Zeit oder während einem Teil der Zeit bis zum Erreichen des erhärteten Zustandes des Materials ausgeübt wird.
Vorzugsweise ist eine jeweilige eingesetzte Bewegung eine solche, die eine Beschleunigung des Materials erzeugt, so dass sich die jeweils wenigstens eine Kraft durch die wirkende Beschleunigung multipliziert mit der Masse des Materials ergibt. Dabei kann die von der Bewegung erzeugte wenigstens eine Kraft zumindest zeitweise wirken oder zumindest entlang einer Teilstrecke einer Bewegungstrajektorie des Gehäuses bei dieser betrachteten Bewegung wirken. Vorzugsweise wirkt die wenigstens eine Kraft während der gesamten Dauer der betrachteten Bewegung bzw. entlang der gesamten Trajektorie der betrachteten Bewegung.
Sofern nachfolgend Bewegungen näher charakterisiert werden, kann die charakterisierte Bewegung die vorgenannte erste und/oder wenigstens eine weitere Bewegung bilden.
Z.B. kann eine Bewegung eine Translationsbewegung sein, bei der sich eine Änderung des Geschwindigkeitsvektors des Gehäuses und des darin befindlichen Materials entlang des Translationsweges hinsichtlich Richtung und/oder Betrag des Geschwindigkeitsvektors ergibt.
Insbesondere bedeutet dies, dass nicht nur eine Änderung des Geschwindigkeitsbetrages, z.B. bei gleichbleibender Richtung, sondern auch eine Änderung der Richtung, z.B. bei gleichbleibender Geschwindigkeit auf der Translationstrajektorie eine Beschleunigung erzeugen kann.
In möglicher Ausgestaltung kann eine Translationsbewegung eine reversierende Translationsbewegung, also eine Hin- und Herbewegung zwischen zwei Umkehrpunkten an den Enden einer Translationstrajektorie sein. Die Trajektorie der Translation kann grundsätzlich beliebige Form annehmen.
Eine Translationsbewegung, insbesondere eine vorgenannte reversierende Translationsbewegung, kann vorzugsweise eine lineare Bewegung sein, d.h. die Trajektorie der Translation ist geradlinig erstreckt.
Eine Bewegung kann auch eine geschlossene Trajektorie ausbilden, insbesondere eine solche mit mehreren linearen Bereichen, die durch Bereiche einer Richtungsänderung des Gehäuses verbunden sind. Bewegungen mit einer Richtungsänderung können als wenigstens eine Rotationsbewegung um eine jeweilige Rotationsachse mit einem Winkel kleiner als 360 Grad verstanden werden. Eine Bewegung entlang einer geschlossenen Trajektorie, insbesondere die eine Fläche umgrenzt, kann zumindest bereichsweise verstanden werden als die Überlagerung linearer Translationen und Rotationen. Die Bewegung entlang einer geschlossenen Trajektorie ist somit bereits eine erfindungsgemäße Überlagerung aus einer ersten und wenigstens einer zweiten Bewegung.
Eine andere mögliche Bewegung kann auch eine Rotationsbewegung des Gehäuses, insbesondere auch des darin befindlichen Materials um eine Rotationsachse sein, vorzugsweise über volle 360 Grad, insbesondere wiederholend, vorzugsweise periodisch wiederholend. Vorzugsweise kann dabei die Rotation mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit bzw. Bahngeschwindigkeit erfolgen. Es ergibt sich eine Radialbeschleunigung und die damit einhergehende wenigstens eine Zentrifugalkraft, die auf das Material wirkt. Die Erfindung kann auch eine zeitlich variierende Winkel-/Bahngeschwindigkeit vorsehen.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist es, dass durch die erfindungsgemäße Überlagerung von wenigstens zwei Bewegungen, insbesondere nicht gleichen Bewegungen, vorzugsweise wenigstens zwei jeweils artverschiedenen oder richtungsverschiedenen Bewegungen des Gehäuses die Formung der Kavität im Gehäuse nicht mehr auf eine Krümmung in nur einer Ebene, insbesondere auf die teilzylindrische oder paraboloide Form beschränkt ist.
Durch die Erfindung ergibt es sich, dass im Bezugssystem des Gehäuses bzw. des sich darin befindlichen Materials auf das Material, insbesondere an jedem Ort, zumindest zeitweise eine Kraft wirkt, die sich durch eine Überlagerung von Kräften ergibt, die jeweils von einer der Bewegungen erzeugt wird, insbesondere durch jeweils einen anderen Antrieb erzeugt ist. Bei überlagerten Rotationen mit zueinander senkrechten Rotationsachsen wären lediglich die Orte im Material auf und entlang einer der Rotationsachsen von der Kraftüberlagerung ausgenommen.
Diese durch Überlagerung erzeugte Kraft kann oder die erzeugten Kräfte können insbesondere abgesehen von einer Anfahrzeitspanne und/oder Abbremszeitspanne der Vorrichtung, zeitlich konstant sein, z.B. wenn die wenigstens zwei überlagerten Bewegungen gleichzeitig und ohne Änderung aufrechterhalten werden, insbesondere bis zum Erreichen des Aushärtungszeitpunktes. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass alle Bewegungen, insbesondere somit wenigstens eine hierdurch erzeugte überlagerte Kraft bis zum Erreichen des erhärteten Zustandes des im Gehäuse befindlichen Materials, insbesondere startend mit dem Zeitpunkt des Einfüllens des Materials in das Gehäuse oder startend mit dem Beginn zumindest einer der mehreren beschleunigten Bewegungen, fortwährend aufrechterhalten werden.
Die Erfindung kann aber auch vorsehen, dass von den wenigstens zwei Bewegungen, die auf das Gehäuse und das Material ausgeübt werden, insbesondere abgesehen von einer Anfahrzeitspanne und/oder Abbremszeitspanne der Vorrichtung wenigstens eine Bewegung zeitlich nicht konstant durchgeführt wird, insbesondere somit die von der Bewegung erzeugte Beschleunigung nicht gleichförmig ist.
Z.B. kann bei einer Rotationsbewegung die Winkelgeschwindigkeit bei fortwährender Rotation geändert oder die Rotation an und abgeschaltet werden. Bei einer Translationsbewegung, kann z.B. der Betrag der Beschleunigung geändert werden. Diese Beschleunigung kann z.B. nicht gleichförmig sein, z.B. durch Reversion der Translation in Umkehrpunkten.
Die Erfindung kann vorsehen, dass wenigstens eine der überlagerten Bewegungen ein sich wiederholendes Bewegungsmuster enthält. Ein Bewegungsmuster kann zumindest zeitweise auch eine Geschwindigkeit mit dem Betrag „Null“ umfassen. Erfindungsgemäß kann es somit vorgesehen sein, dass das Gehäuse mit dem Material ein erstes Bewegungsmuster ausführt, während es gleichzeitig wenigstens ein zweites anderes Bewegungsmuster durchführt.
Bei wenigstens zwei, insbesondere z.B. genau zwei überlagerten Bewegungen kann eine zeitlich konstant und die anderen zeitlich variierend durchgeführt werden. Ebenso können alle bzw. beide Bewegungen zeitlich variierend oder zeitlich konstant durchgeführt werden, insbesondere jeweils abgesehen von einer Anfahrzeitspanne und/oder Abbremszeitspanne der Vorrichtung.
Die Erfindung kann vorsehen, während des Zeitraumes der Erhärtung, insbesondere startend mit dem Zeitpunkt des Einfüllens des Materials in das Gehäuse oder startend mit dem Beginn zumindest einer der mehreren Bewegungen, zeitweise eine oder mehrere Bewegungen zu wenigstens einer während des Zeitraumes dauerhaft stattfindenden oder ebenso zeitlich variierenden Bewegung zu- oder abzuschalten. Die Überlagerung der Bewegungen liegt somit dann nur zeitweise vor, ggfs mehrfach während des Zeitraumes wiederkehrend vor.
Die Erfindung sieht, wie eingangs genannt, vor, dass eine Krafteinwirkung auf das Material erfolgt, bis dass eine Erhärtung des Materials stattgefunden hat. Die Krafteinwirkung kann erfindungsgemäß durch die wenigstens eine Kraft erfolgen, die durch wenigstens eine der Bewegungen erzeugt wird, vorzugsweise erfolgt die Krafteinwirkung durch die wenigstens eine Kraft, die durch eine Überlagerung der Kräfte gebildet wird, die durch wenigstens zwei gleichzeitig stattfindende Bewegungen erzeugt werden.
Es besteht mit der Vielzahl der vorbenannten Bewegungsformen, insbesondere der Formen zeitlicher und geometrischer Art, so die Möglichkeit, die Kavität mit größerer Gestaltungsvielfalt zu formen im Vergleich zum Stand der Technik.
Das An- und/oder Abschalten wenigstens einer Bewegung oder das Vorhandensein einer zeitlich nicht konstanten Beschleunigung in einer oder mehreren der überlagerten Bewegungen kann bewirken, dass das Material während der Erhärtungszeit nicht einer konstanten Kraft oder konstanten Kräften, sondern zeitlich variierenden Kräften ausgesetzt ist.
Z.B. kann das Material hierbei, beispielsweise nach einem ersten Ansteifen, durch Änderung der wirkenden Kraft vor dem endgültigen Aushärten aus einer zwischenzeitig erzielten Form umgeformt werden, insbesondere so dass sich eine andere Form der Kavität ergibt im Vergleich zu dem Fall, dass alle formenden Kräfte gleichzeitig und kontinuierlich wirken.
Die Erfindung kann auch vorsehen, durch unterschiedlich einstellbare und/oder wählbare Aushärtungszeiten des Materials die resultierende Form der Kavität zu beeinflussen.
Die Erfindung kann vorsehen, dass von den wenigstens zwei überlagerten Bewegungen alle Bewegungen sich periodisch wiederholende Bewegungen sind. Periodisch sich wiederholende Bewegungen liegen z.B. vor bei Rotationsbewegungen um volle 360 Grad oder auch bei reversierenden Translationsbewegungen oder Translationen mit geschlossener Trajektorie. Aufgrund der Periodizität ist der Zeitpunkt der erzielten Erhärtung bei solchen Bewegungen eher unkritisch. Ebenso ist es möglich, die zeitliche Dauer einer nicht periodischen Bewegung, z.B. einer Translationsbewegung anzupassen an die Zeit, die das Material zur Erhärtung benötigt, oder umgekehrt die Zeit der benötigten Erhärtung anzupassen an die Dauer einer nicht periodischen Bewegung.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, die Anpassung so vorzunehmen, dass eine Erhärtung erfolgt ist, bevor die nicht periodische Bewegung, z.B. die Translation beendet ist. Eine notwendige Reversion einer Translation oder die Translation entlang einer geschlossenen Trajektorie kann so z.B. vermieden werden.
Die Erfindung kann vorsehen, eine Härtung des Material getriggert zu initiieren oder getriggert zu beschleunigen, z.B. um eine Erhärtung zu einem gewünschten Zeitpunkt oder zu einer bestimmten Bewegungssituation mit Sicherheit erzielt zu haben, z.B. während einer nicht periodischen Bewegung vor dem Ende dieser Bewegung. Hierfür kann es vorgesehen sein, auf das Material eine die Härtung auslösende oder beschleunigende Maßnahme auszuüben. Dies kann z.B. die getriggerte Zuführung einer zum Material zweiten Härterkomponente sein oder auch die getriggerte Beleuchtung mit härtender Strahlung, z.B. UV-Licht. Dafür können z.B. an der Vorrichtung das Gehäuse beleuchtende UV-LEDs angeordnet sein, die getriggert geschaltet werden können.
Insbesondere in Verbindung mit linearen Translationen als eine der überlagerten Bewegungen, deren Richtung sich um einen vorbestimmten Winkel ändert, z.B. um 180 Grad bei reversierenden linearen Translationen kann es die Erfindung vorsehen, dass vor und oder während der Richtungsänderung, wodurch sich der Richtungsvektor des Gehäuses bzgl. der linearen Translation ändert, z.B. um 180 Grad umkehrt, das Gehäuse mit dem zu härtenden Material, insbesondere um eine das Gehäuse durchquerende Achse, um denselben Winkel, z.B. um 180 Grad rotiert wird. Hierdurch wird erreicht, dass das Material bezüglich des Richtungsvektors der linearen Translation beidseits der Orte, an denen die Richtungsänderung stattfindet, gleiche Orientierung hat.
Im Sinne der Erfindung kann hier die lineare Translation zwischen den Orten der Richtungsänderung als eine der überlagerten Bewegungen verstanden werden und die Rotation um den Winkel am Ort der Richtungsänderung oder in einem Bereich um den Ort der Richtungsänderung herum als eine andere Bewegung. In einem möglichen Beispiel kann es die Erfindung vorsehen, dass mit der ersten und der wenigstens einen weiteren Bewegung wenigstens zwei, insbesondere genau zwei Translationen des Gehäuses entlang verschiedener linearer Richtungen überlagert werden, wobei mit jeder Translation das Material im Gehäuse beschleunigt wird. Die Erfindung kann vorsehen, dass eine oder mehrere der Translationen reversierend sind. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass sich durch die wenigstens zwei Translationen eine in sich geschlossenen Trajektorie der Bewegung des Gehäuses ergibt.
Ebenso kann es vorgesehen sein, dass mit der ersten und der wenigstens einen weiteren Bewegung wenigstens eine, insbesondere genau eine Translation, z.B. eine reversierende Translation und wenigstens eine, insbesondere genau eine Rotation um eine Rotationsachse überlagert werden.
Wie zuvor erwähnt, kann es allgemein eine Ausführung vorsehen, zwischen mehreren Translationen, zwischen denen in einem Bewegungsbereich der Richtungsänderung die Translationsrichtung um einen Winkel geändert wird durch Rotation des Gehäuses, vorzugsweise um eine Rotationsachse senkrecht zu einer Ebene, in der alle Translationsrichtungen liegen, insbesondere innerhalb des genannten Bewegungsbereiches der Richtungsänderung, die Gehäuseorientierung um denselben Winkel zu ändern.
Eine besonders bevorzugte Ausführung kann es vorsehen, dass mit der ersten und der wenigstens einen weiteren Bewegung wenigstens zwei, insbesondere genau zwei Rotationen um verschiedene Rotationsachsen überlagert werden. Diese letztgenannte Ausführung hat den Vorteil, dass die aus der Überlagerung resultierende Kraft oder die resultierenden Kräfte, die auf das Material wirken, während der Zeitdauer bis zur Erhärtung konstant gehalten werden kann.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass einem Gehäuse zusätzlich zu wenigstens zwei Bewegungen, die durch Beschleunigung Kräfte auf das Material ausüben, auch noch wenigstens eine gleichförmige Bewegung, insbesondere lineare Translation aufgeprägt wird.
Allgemein kann die Erfindung bei allen überlagerten Bewegungen, insbesondere bei denen wenigstens eine Bewegung eine Rotationsbewegung ist, vorsehen, dass eine vorliegende Beschleunigung während der Durchführung des Verfahrens geändert wird, insbesondere innerhalb des Zeitraums bis zur Erhärtung des Materials, vorzugsweise wobei der Zeitraum startet vom Zeitpunkt des Einfüllens in das Gehäuse oder dem Start einer ersten Bewegung. Dies kann bei einer Rotationsbewegung z.B. erfolgen über eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Rotation während dieses Zeitraumes oder bei einer Translation durch Änderung des Betrags der linearen Beschleunigung.
In der bevorzugten Ausführung der Überlagerung von zwei Rotationsbewegungen des Gehäuses um verschiedene Rotationsachsen kann die Erfindung weiter bevorzugt vorsehen, dass die beiden Rotationsachsen unter einem Winkel von 90 Grad sich schneidend orientiert sind, oder unter einem Winkel von 90 Grad sich nicht schneidend orientiert sind, oder unter einem Winkel ungleich Null Grad und ungleich 90 Grad sich schneidend orientiert sind, oder unter einem Winkel ungleich Null Grad und ungleich 90 Grad sich nicht schneidend orientiert sind.
Sofern wenigstens eine Rotationsbewegung in der Überlagerung vorkommt, kann es die Erfindung weiterhin vorzugsweise vorsehen, dass das Gehäuse, insbesondere hinsichtlich seines inneren Volumens, bezüglich einer Rotationsachse, insbesondere bzgl. einer von zwei Rotationsachsen rotationssymmetrisch oder zumindest n-zählig drehsymmetrisch ausgebildet ist. Dies ist besonders vorteilhaft, um Unwuchten im rotierenden System zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Alternativ kann es bei jeglicher Gehäuseform vorgesehen sein, die jeweilige Rotationsbewegung durch zusätzliche Gewichte auszuwuchten.
Ebenso kann es allgemein vorgesehen sein, bei wenigstens einer in der Überlagerung vorgesehenen Rotationsbewegung, dass bzgl. der jeweiligen Rotationsachse dieser Bewegung die Anordnung von mehreren Gehäusen, in denen gleichzeitig das Material der überlagerten Beschleunigung ausgesetzt ist, symmetrisch ausgebildet ist. Z.B. können um die Rotationsachse n Gehäuse mit einem Winkelabstand von 360 Grad / n angeordnet sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass in einer Vorrichtung an dem Aufnahmeelement in gleichmäßiger Winkelteilung um die Rotationsachse herum wenigstens zwei weitere Antriebsanordnungen befestigt sind, insbesondere mit denen jeweils ein Gehäuse einer beschleunigten Bewegung ausgesetzt wird.
Die Erfindung kann vorsehen, dass die Rotationsachse, insbesondere eine von wenigstens zwei Rotationsachsen das Gehäuse, insbesondere dessen inneres Volumen schneidet, vorzugsweise die Rotationsachse durch den Mittelpunkt des Gehäuses/Volumens führt oder kollinear zur Mittenachse des Gehäuses/Volumens ist. Hierdurch kann erzielt werden, dass im erhärteten Material eine um die Rotationsachse um 360 Grad erstreckte Mantelfläche im Material erzeugt wird.
Grundsätzlich kann die Erfindung vorsehen, dass das Gehäuse mit einem härtbaren Material im fließfähigen Zustand gefüllt und hiernach in einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens befestigt wird. Dies wäre jedoch in der bevorzugten Anwendung bei Stoffaustauschvorrichtungen nachteilig, weil bei Montage in der Vorrichtung der von Material freizuhaltende Bereich mit dem Material unerwünscht benetzt werden könnte.
In bevorzugter Ausführung kann es daher vorgesehen sein, dass das Gehäuse erst nach der Montage in der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit dem härtbaren Material befüllt wird.
Allgemein kann die Befüllung des Gehäuses mit dem fließfähigen Material vor oder während der Durchführung wenigstens einer der Bewegungen, vorzugsweise aller Bewegungen, aus einem Reservoir, insbesondere der Vorrichtung, erfolgen.
Dabei kann es z.B. vorgesehen sein, dass die Überführung durch ein Signal und/oder in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorbestimmten Bewegungszustandes des Gehäuses ausgelöst wird.
Ein auslösendes Signal kann z.B. durch einen Nutzer erzeugt werden oder durch eine Elektronik der Vorrichtung, z.B. in Abhängigkeit eines vorbestimmten Bewegungszustandes.
Das Erreichen eines vorbestimmten Bewegungszustandes kann also z.B. das Auslösesignal erzeugen, aber grundsätzlich auch passiv, insbesondere ohne Erzeugung eines Signals, die Befüllung auslösen, z.B. mechanisch bei Erreichen einer vorbestimmten Beschleunigung, insbesondere direkt durch die Beschleunigung oder bei Erreichen einer bestimmten mit der Bewegung erzeugten Kraft. Z.B. kann durch wenigstens eine der Bewegungen eine Kraft auf das Material im Reservoir oder ein das Material verlagerndes Element ausgeübt werden, welche die Überführung in das Gehäuse bewirkt.
Das Reservoir kann in möglicher Ausführung z.B. im oder am Gehäuse angeordnet sein und mit diesem mitbewegt werden. Eine Überführung kann so direkt durch eine auf das Material wirkende Kraft bewirkt werden oder durch eine Kraft bewirkt werden, die auf ein mit der Kraft bewegbares Element wirkt, welches durch seine Bewegung das Material in das Gehäuse hinein verlagert. Ein solches Element kann z.B. ein Kolben im oder am Reservoir sein, dessen Verlagerung das Material aus dem Reservoir in das Gehäuse drückt.
Die Erfindung kann vorsehen, dass das Reservoir zentrisch um eine Rotationsachse herum angeordnet ist, um welche eine der Bewegungen ausgeführt wird. Insbesondere kann so durch Fliehkräfte das Material, vorzugsweise von radial außen, in das Gehäuse überführt werden. Insbesondere kann dafür der zu füllende Bereich des Gehäuses im Vergleich zum Reservoir einen größeren Radialabstand zur Rotationssachse aufweisen. Das Reservoir kann dabei mit einem radialen und/oder axialen Abstand zum Gehäuse oder zumindest zu dessen zu füllenden Bereich und/oder im Gehäuse angeordnet sein. Bei einem Oxygenator mit einem hohlen Kernelement, welches die Hohlfasern um sich herum aufweist, kann das Reservoir z.B. im hohlen Bereich des Kernelementes angeordnet ein.
Wie eingangs erwähnt, dient das Verfahren vorzugsweise dazu, eine Vorrichtung für den Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen zwei Medien herzustellen, insbesondere eine Oxygenatorvorrichtung herzustellen, wobei das Vergießen der Hohlfasern in dem Gehäuse, in welchem der Stoffaustausch zwischen Blut und einem Gas stattfindet, durch dieses erfindungsgemäße Verfahren erfolgt.
Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass in dem Gehäuse, vorzugsweise bereits vor dessen Befüllung mit dem härtbaren Material, ein Paket aus stoffpermeablen und/oder energiepermeablen Hohlfasern angeordnet wird, bzw. ist, wobei zumindest ein Teil von deren axialen Enden in das härtende Material eingebettet wird. Ein solches Paket kann wenigstens eine gefaltete oder gewickelte, insbesondere auf ein Kernelement gewickelte Matte mit Hohlfasern umfassen.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann es weiterhin vorgesehen sein, dass eine jeweilige Antriebsanordnung zur Erzeugung einer weiteren Beschleunigung eine rotierbare Aufnahme, insbesondere eine Drehwelle aufweist, an welcher ein Gehäuse zur Aufnahme des härtbaren Materials befestigbar ist. Bei einer Ausführung als Drehwelle kann das Gehäuse an dem bezüglich der Rotationsachse radial innenliegenden Ende und/oder am radial außenliegenden Ende der Drehwelle befestigbar sein.
Weiterhin kann das bezüglich der Rotationsachse einer ersten Bewegung radial innenliegende Ende der Drehwelle in einem Abstand zur genannten Rotationsachse enden, insbesondere wobei das Gehäuse an dem innenliegenden Ende der Drehwelle befestigbar ist und die Rotationsachse das Gehäuse, vorzugsweise dessen Mittelpunkt, im befestigten Zustand schneidet.
Wenn auch die Achse einer weiteren Rotationsbewegung das Gehäuse schneidet, so kann das Gehäuse auch sphärisch um einen Mittelpunkt im inneren Volumen des Gehäuses gedreht werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform, in welcher zwei Rotationsbewegungen um jeweils verschiedene Achsen bei der Bewegung des zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen Gehäuses 1 überlagert werden. Im vorliegenden Fall sind beide Rotationsachsen A1 und A2 senkrecht zueinander orientiert und schneiden sich im Punkt S.
Soweit in der Figurenbeschreibung Gehäuseformen beschrieben werden, beziehen sich diese auch auf die Formen des vom Gehäuse umgebenen inneren Volumens.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist hier ein Aufnahmeelement 2 auf, welches als ein Drehteller 2 ausgebildet ist, der um die Rotationsachse A1 mit einem nur schematisch angedeuteten Antrieb 3 rotiert werden kann. An dem Drehteller 2 ist eine weitere Antriebsanordnung 4 befestigt. Diese umfasst einen Antrieb 5, eine in zwei Lagern 6 gelagerte Drehwelle 7, die über einen Riemen 5a vom Antrieb 5 in Rotation um die Achse A2 versetzt werden kann.
Am radial (bzgl. A2) innenliegenden Ende der Drehwelle 7, welches beabstandet zur Achse A1 endet, ist das Gehäuse 1 befestigt. Der Schnittpunkt S beider Achsen A1 und A2 liegt somit im Gehäusevolumen, vorteilhafterweise zentrisch in diesem.
Gegenüberliegend zur Antriebsanordnung 4 ist eine weitere identische Antriebsanordnung auf dem Drehteller 2 befestigt, die in dieser Ausführung nicht für die Rotation eines Gehäuses zum Einsatz kommt, daher auch entfallen könnte, führt aber vorteilhafterweise zumindest zu einem Unwuchtausgleich. Die weitere identische Antriebsanordnung kann vorteilhafterweise auch angetrieben sein, um einen Drehmomentausgleich zu der bewegten Welle 7 mit dem Gehäuse 1 zu bilden.
Die Figur 2 zeigt in einer geschnittenen Ansicht die Verteilung des fließfähigen Materials im zylindrischen Volumen des Gehäuses 1, die sich aufgrund der wirkenden Kräfte in der Überlagerung stationär ergibt, wenn das Gehäuse 1 mit der Vorrichtung der Figur 1 um die Achsen A1 und A2 gleichzeitig rotiert wird. Das Material ist beidseits der Achse A1 mit einem Abstand angeordnet und um die Achse A2 um volle 360 Grad verteilt. Hierdurch ergeben sich um die Achse A1 einander gegenüberliegende jeweils schalenförmige, zum Schnittpunkt S der Achsen konkave Oberflächen.
An den Übergängen zwischen der Oberfläche des Materials 8 und der Gehäuseinnenwandung ist der Kontaktwinkel gegenüber dem Stand der Technik deutlich verkleinert. Insbesondere kann sich die Oberfläche des Materials 8 dort asymptotisch an die Gehäuseinnenwand angenähert haben. Als Kontaktwinkel wird vorzugsweise der Winkel verstanden, den die Tangente an der Materialoberfläche am Ort des Übergangs zum Gehäuse mit der vom Material überdeckten Gehäusewand einschließt. Die Erfindung kann vorsehen, dass die Rotation um beide Achsen solange aufrecht erhalten bleibt, insbesondere mit konstant bleibender Winkelgeschwindigkeit, bis dass das Material 8 erhärtet ist und somit die Oberflächenform stabil bestehen bleibt.
Die Figur 2a zeigt eine mögliche Ausbildung eines mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 hergestellten Oxygenators, bei dem die Flohlfasern 9 mit in das Material 8 eingebunden wurden. Ein zentrischer Bereich um die Zylinderachse Z wird koaxial innen zur Blutzuführung und koaxial außen zur Blutabführung genutzt. Diese Blutführung kann in einem hohlen Kernelement 10 erfolgen, welches außen um sich herum die Flohlfasern 9 trägt, z.B. als Wickel wenigstens einer die Flohlfasern 9 umfassenden Matte. Kernelement 10 und darum angeordnete Flohlfasern 9 werden dafür bei der Verfahrensdurchführung im Gehäuse 1 angeordnet. Es zeigt sich hier deutlich, dass der Verlauf der im Material 8 gebildeten Oberfläche an den Blutstrom angepasst ist, der durch die Pfeile in der Figur visualisiert ist. Insbesondere im hier unteren Bereich kann der Verlauf der Materialoberfläche mit seiner Krümmung zumindest im Wesentlichen stetig übergehen in die Krümmung an der inneren axial endseitigen Oberfläche der Blutauslassöffnung im Kernelement 10.
Figur 3 zeigt eine Ausführung der Vorrichtung, die schon in Figur 1 gezeigt ist, wobei das zu bewegende Gehäuse 1 so angeordnet ist, dass der Schnittpunkt S der Achsen außerhalb des Gehäuses 1 liegt. Dafür ist das Gehäuse 1 am radial äußeren Ende der Drehwelle 7 befestigt.
Wie auch bei der Figur 1 , erzeugt die Rotation um die Achsen A1 und A2 eine jeweilige Radialbeschleunigung bzgl. dieser Achsen und damit einhergehende Fliehkräfte, die auf das im Gehäuse 1 befindliche Material 8 wirken.
Zur Vermeidung von Unwuchten und für einen Drehmomentausgleich ist die Antriebsanordnung 4 gespiegelt um die Achse A1 nochmals angeordnet. Es werden somit zwei sich um die Achse A1 gegenüberliegenden Gehäuse 1 gleichzeitig um beide Achsen A1 und A2 rotiert und hierdurch das jeweils darin befindliche Material 8 beschleunigt. Die Figur 4 zeigt rechtsseitig in einer Schnittdarstellung die sich im Gehäuse 1 ergebende Oberfläche des Materials 8, insbesondere wenn beide Rotationen mit konstant bleibender Winkelgeschwindigkeit ausgeführt werden. Das Material 8 wird radial nach außen beschleunigt und verteilt sich um die Achse A2 um volle 360 Grad, bildet damit zum Inneren des Gehäuses bzw. des Schnittpunktes S der Achsen eine konkave Schalenform, insbesondere also eine Oberflächenkrümmung in zwei Ebenen. Bei einer Durchführung des Verfahrens kann nur das radial außenliegenden Gehäuseende mit der Oberflächenform des Materials 8 versehen werden. Für die Behandlung des anderen Endes muss das Verfahren mit um 180 Grad gedrehtem Gehäuse wiederholt werden.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführung mit derselben Vorrichtung der Figur 3, wobei hier das Gehäuse 1 keine zylindrische Form aufweist, sondern quaderförmig ist.
Es kann allgemein bei der Erfindung vorgesehen sein, eine Symmetrieebene des Gehäuses bei der Durchführung des Verfahrens gegenüber einer Rotationsachse zu verkippen.
Hier ist, wie sich aus Figur 4 im linken Bereich erkennen lässt, eine Mittenebene des quaderförmigen Gehäuses 1, die mittig die kurzen Kanten des Gehäuses schneidet, gegenüber der Rotationsachse A2 um einen Winkel a verkippt. Es ergibt sich dadurch eine nicht symmetrische Schalenanordnung des Materials 8 im Gehäuse 1, wie es links in der Figur 4 dargestellt ist.
Durch nochmalige Behandlung des zweiten Gehäuseendes kann z.B. eine Oxygenatorvorrichtung hergestellt werden, welche in den Figuren 6a und 6b dargestellt ist. Das in den beiden separaten Behandlungen erhärtete Material ist in den Figuren 6a, 6b unterschiedlich schraffiert dargestellt. Insbesondere wird für diese nochmalige Behandlung das Gehäuse 1 um 180 Grad umgeklappt um eine Achse, die durch den Schnittpunkt der Achsen A1 und A2 verläuft, senkrecht ist zu der um den Winkel a zur Achse A2 verkippten Achse K und die kurzen Kanten des Quaders mittig schneidet.
Allgemein werden zur Fierstellung eines Oxygenators oder sonstiger Stoffaustauschvorrichtung in das Gehäuse bei der Durchführung des Verfahrens Flohlfasern 9 angeordnet. Besonders Figur 6b zeigt, dass der Oberflächenverlauf der im Material 8 gebildeten Schale bzgl. der Mittenebene unsymmetrisch ausgebildet ist. So kann der Schalenverlauf z.B. an die durch die Pfeile visualisierte Blutstromrichtung angepasst werden. Durch die gestrichelten Linien wird der durch das erfindungsgemäße Verfahren realisierte Kavitätsverlauf dargestellt, der sich im erhärteten Material konkret ausbildet.
Figur 7 visualisiert die Möglichkeit, das quaderförmige Gehäuse 1 analog zur Figur 1 so anzuordnen, dass der Achsenschnittpunkt S im Gehäusevolumen liegt.
Auch hier kann die vorbeschriebene Mittenebene des Gehäuses 1 zur Achse A2 um einen Winkel a verkippt sein. Die Figur 7a verdeutlich einerseits die Verkippung und andererseits die resultierende Form des Materials 8 im Gehäuse 1. Die Figuren 7b und 7c zeigen die Form gemäß Figur 7a in weiteren Ansichten. Zusätzlich zeigt Figur 7c die mögliche Anordnung von einem Einlass E und einem Auslass A. Dabei können sich die Deckel des Gehäuses an die Verpottung anschmiegen.
Die Figuren 1 , 3, 5 und 7 visualisieren Ausführungen, in denen für die zwei zu überlagernden Rotationen zwei vorzugsweise unabhängige Antriebe 4 verwendet werden. Die Erfindung kann allgemein, also nicht nur bei Rotationen, auch vorsehen, die Antriebe, die zur Erzeugung der zu überlagernden Bewegung eingesetzt sind, aneinander zu koppeln, so dass wenigstens ein Antrieb die vom ihm erzeugte Bewegung in Abhängigkeit der von einem anderen Antrieb erzeugte Bewegung bewirkt. Z.B. können gekoppelte Antriebe über ein Getriebe gekoppelt sein.
In einer nicht gezeigten Zentrifugenanordnung, ähnlich der gemäß den Figuren 1, 3, 5 und 7, kann es z.B. vorgesehen sein, dass mit einem Antrieb, hier der symbolisierte Antrieb 3 der genannten Figuren, eine erste Rotation um die Achse A1 erzeugt wird. Statt der gezeigten Antriebe 4 kann ein weiterer Antrieb durch ein Laufrad gebildet sein, dessen Rotation um seine Achse in die zweite Rotation um die Rotationsachse A2 umgesetzt wird, z.B. mittels eines Getriebes. Das die zweite Rotation antreibende Laufrad kann z.B. so angeordnet sein, beispielsweise am äußeren radialen Ende eines Zentrifugenarmes, dass es auf einer kreisförmig um die Rotationsachse A2 in einem Abstand angeordneten Laufbahn abrollt. Die Achse des Laufrades kann z.B. parallel oder auch senkrecht zur Rotationsachse A1 orientiert sein. Im Wesentlichen ist die Orientierung der Achse des Laufrades abhängig von der Orientierung der Fläche der Laufbahn relativ zur Rotationsachse A1. Das Abrollen erfolgt demnach nur bei einer vorliegenden Rotation dieser Anordnung um die Achse A1.
Figur 8 zeigt einen hergestellten Oxygenator mit Hohlfasern 9 um einen hohlen Kern 10 in einem Gehäuse 1, bei dem am hier unten liegenden Ende des Gehäuses 1 das Material 8 durch Überlagerung zweier Rotationen geformt wurde, insbesondere mit einer Vorrichtung gemäß Figur 3 oder gemäß Figur 1 , wenn das fließfähige Material während der überlagerten Bewegung nur an einem der axialen Enden in das Gehäuse 1 zugeführt wurde. Das hier oben dargestellte Ende kann in einem zweiten Schritt der Verpottung mit nur einem wirkenden Beschleunigungsfeld erzeugt werden, z.B. durch die Wirkung einer Zentrifugation in der Vorrichtung der Figur 3 bei Rotation nur um die Achse A1 , insbesondere mit einem sehr großen Radius. Anhand der Pfeile ist der Blutfluss gekennzeichnet, was gut belegt, dass die im Material 8 erzielten Krümmungen gut an den Blutfluss angepasst sind.
Figur 9 zeigt eine Ausführung eines Oxygenators im Schnitt, bei dem die entstehende Kavität durch die Überlagerung zweier Rotationen erzeugt ist, wie in einer Anordnung in Figur 1 und Figur 2. Im Gegensatz zu Figur 2 wurde zur Herstellung, insbesondere bei gleichem Volumen des Gehäuses, ein Anteil an Vergussmasse, insbesondere in dem Vergleich ein größerer Anteil an Vergussmasse hinzugeführt, so dass auch die Außenwandung vollständig benetzt ist und die verbleibende innere Kavität entsteht, insbesondere in dem Vergleich kleiner ist. Alternativ oder auch kumulativ mit dem Vorgenannten kann es vorgesehen sein, dass die Winkelgeschwindigkeit um die Rotationsachse A2 größer ist als die Winkelgeschwindigkeit um die Rotationsachse A1. Auch hier ist der Blutfluss durch die Pfeile dargestellt.
Figur 10 zeigt ohne weitere Darstellung der Vorrichtung die Möglichkeit, dass die beiden unter 90 Grad orientierten Rotationsachse A1 und A2 mit einem Abstand b, also nicht schneidend, verlaufen. Figur 11 wandelt die Ausführung der Figur 10 noch dahingehend weiter ab, dass der Achswinkel zwischen A1 und A2 um den Winkel ß von 90 Grad abweichend ist.
Gemäß Figur 12 sind die beiden Rotationsachsen zwar schneidend, aber im Winkel axy ungleich, hier kleiner 90 Grad zueinander orientiert.
Die nachfolgenden Figuren visualisieren Möglichkeiten, translatorische Bewegungen und Rotationen zumindest zeitweise zu überlagern.
Figur 13 zeigt eine reversierende lineare translatorische Bewegung des Gehäuses 1 mit Material 8 entlang der Strecke I mit endseitigen Umkehrpunkten. Die Bewegung von links nach rechts ist oben und die Bewegung von rechts nach links unten dargestellt. Beide Bewegungen erfolgen aber auf derselben Trajektorie. In einem Bereich um die Mitte der Strecke I, in welcher die positive Beschleunigung und die negative Beschleunigung in der translatorischen Bewegung einander abwechseln, also hier in den Zeitintervallen t2 ± öt und t4 ± öt wird das Gehäuse um 180 Grad rotiert. Durch die Rotation wird bewirkt, dass das Material 8 beidseits der Streckenmitte bezogen auf das Gehäuse 1 immer in Richtung zu demselben Gehäuseende beschleunigt wird.
Im Sinne der Erfindung ist die erste Bewegung die Translation entlang der Strecke I. Die zweite Bewegung ist die Rotation, die in dieser Ausführung nur zeitweise durchgeführt wird, nämlich im örtlichen Bereich um die Streckenmitte herum, bzw. um den zeitlichen Nulldurchgang der Beschleunigung herum bei t2 bzw. t4.
Diese Ausführung der Überlagerung von zwei Bewegungen, von denen eine nur zeitweise während der anderen durchgeführt wird, erschließt die Möglichkeit, an einem Gehäuseende eine plane Materialoberfläche zu gestalten. Vorzugsweise wird sichergestellt, dass eine Aushärtung des Materials 8 zu Zeiten erfolgt, in denen das Gehäuse 1 nur rein translatorisch bewegt ist. Die Erfindung kann vorsehen, mit Änderung der Viskosität bei der Aushärtung des Materials 8 die Rotationsgeschwindigkeit zu ändern, insbesondere mit zunehmender Aushärtung zu vergrößern, da die Rotationsbeschleunigung mit zunehmender Aushärtung weniger Auswirkung auf die Oberfläche hat und die Zeit der reinen linearen Translation hierdurch verlängert wird.
Die Figur 14 zeigt eine Ausführung, bei welcher das Gehäuse 1 mit Material 8 um eine das Gehäuse schneidende Achse A1 rotiert wird, die parallel zur Strecke I liegt und gleichzeitig entlang der Strecke I beschleunigt, insbesondere gleichförmig beschleunigt linear translatiert wird. Die Ausführung setzt voraus, dass am Ende der Strecke I das Material 8 erhärtet ist. Ein nach der Strecke I kommender Abbremsbereich ist nicht visualisiert und hat auf das erhärtete Material 8 keinen Einfluss mehr. Rotation und Translation sind hier während der gesamten Zeit zwischen t1 und t3 gleichzeitig durchgeführt.
Figur 15 zeigt eine Ausführung, bei der drei Bewegungen des Gehäuses 1 überlagert sind. Es handelt sich dabei um eine Rotation des Gehäuses 1 um seine Mittenlängsachse A1 und eine gleichzeitige Rotation des Gehäuses 1 mit einem radialen Abstand um die Achse A2. Weiterhin wird das Gehäuse 1 gleichzeitig entlang der Rotationsachse A2 linear translatiert. Flierdurch ergibt sich eine effektive spiralförmige Gesamtbewegung des Gehäuses entlang der Spirale S bei gleichzeitiger Rotation um die Gehäuselängsachse A1. Die lineare Translation entlang der Rotationsachse A2 ist vorzugsweise eine nicht beschleunigte Bewegung, also gleichförmige Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Die Ausführung gleicht grundsätzlich in der Wirkung der Ausführung gemäß Figur 2, wobei die Kreisbahn des Gehäuses um die Achse A2 nicht in sich geschlossen ist. Im Gegensatz zu immer wieder neu zu bestückenden Zentrifugen kann so eine kontinuierliche Fertigung realisiert werden, bei der Gehäuse 1 am Anfang der Spiralbahn in den kontinuierlichen Prozess eingefügt werden und am Ende der Spiralbahn entnommen werden.
Figur 16 zeigt eine Ausführung, bei der das Gehäuse 1 mit Material 8 um die Achse Y rotiert wird und gleichzeitig linear entlang der Achse X reversierend beschleunigt translatiert wird. Die Achse X kann vorzugsweise um Y rotiert werden. Die durch die translatorische Bewegung hervorgerufene Veränderung der Oberfläche ist hierbei abhängig von der Frequenz dieser Bewegung sowie der Viskosität des noch nicht erhärteten Materials 8. Eine hohe Frequenz und hohe Viskosität erhöhen die Trägheit, mit der das Material den Kräften folgt. Dadurch wird eine annähernd konstante Oberfläche erzeugt. Figur 17 zeigt eine Ausführung, bei der das Gehäuse entlang einer geschlossenen Trajektorie T translatiert wird und bereichsweise entlang der Trajektorie rotiert wird um eine Achse A1, die durch das Gehäuse 1 führt. Die Trajektorie T ist aus mehreren, hier beispielsweise vier linearen Translationen und Bereichen zusammengesetzt, in denen sich die lineare Translationsrichtung stetig ändert. Es ist vorgesehen, dass in den Bereichen der Richtungsänderung die Rotation des Gehäuses 1 durchgeführt wird. In Bewegungsrichtung vor einem Bereich der Richtungsänderung kann das Gehäuse 1 in der linearen Translation negativ beschleunigt und danach positiv beschleunigt werden. Die effektiv auf das Material wirkende wenigstens eine Kraft kann durch die Rotation so in den Bereichen der Richtungsänderung aufrechterhalten werden. Zumindest in den Bereichen der Richtungsänderung liegt eine gleichzeitige Überlagerung von zwei Bewegungen vor, nämlich der Rotation und der Translation auf der gekrümmten Trajektorie. In den linearen Translationsbereichen liegt ausschließlich nur die Translation vor. Die Rotation hat hier eine Winkelgeschwindigkeit von „Null“. Eine solche Ausführung stellt ein Bewegungsmuster einer Rotationsbewegung dar, in welcher die Rotation zeitweise bzw. abschnittsweise bzgl. der geschlossenen Trajektorie ab- und angeschaltet wird.
Figur 18 zeigt eine Translation entlang einer geschlossenen Trajektorie T, die als zusammengesetzt angesehen werden kann aus zwei entgegengesetzten linearen Translationen mit dazwischenliegenden Bereichen stetiger Richtungsänderung. In jedem dieser beiden Bereiche wird das Gehäuse auf einem Halbkreis translatiert. Die Richtungsänderung der Translation zwischen den rein linearen Translationsbereichen beträgt 180 Grad. Ebenso um 180 Grad wird das Gehäuse 1 in einem jeweiligen Bereich der Richtungsänderung rotiert, insbesondere um die Gehäusemittenachse senkrecht zur Ebene, in welcher die Translationstrajektorie liegt. In diesem Bereich der Richtungsänderung liegt somit eine Überlagerung einer Rotation mit einer gekrümmten, insbesondere halbkreisförmigen Translation vor. Die durch die lineare beschleunigte Translation erzeugte Kraft wirkt somit in beiden Translationsbereichen in der gleichen Richtung auf das Material. Ähnlich wie zur Figur 13 beschrieben, können auch mit dieser Ausführung plane Materialoberflächen gestaltet werden, insbesondere wenn ein Zeitpunkt der Erhärtung erreicht wird, während das Material im Gehäuse rein linear translatiert wird. In Bewegungsrichtung vor einem Umkehrbereich kann eine negative Beschleunigung und nach einem Umkehrbereich eine positive Beschleunigung vorliegen. Der Nulldurchgang der Beschleunigung kann in der Streckenmitte zwischen den Umkehrbereichen liegen.
Ähnlich wie bei Figur 18 zeigt die Figur 19 eine Translation entlang geschlossener Trajektorie T, die als zusammengesetzt angesehen werden kann aus zwei entgegengesetzten rein linearen Translationen mit dazwischenliegenden Bereichen stetiger Richtungsänderung. Die Richtungsänderung der Translation beträgt auch hier 180 Grad zwischen den rein linearen Translationsbereichen. Im Bereich der Richtungsänderung zwischen den rein linearen Translationsbereichen wird hier das Gehäuse auf einem Kreissegment größer als 180 Grad Umfangserstreckung translatiert. In diesem Bereich ist es vorgesehen, das Gehäuse mehrfach um 360 Grad zu rotieren. Es liegt also wiederum in diesem Bereich der Richtungsänderung eine Überlagerung von Rotation, insbesondere mehrfacher vollständiger Rotation und einer gekrümmten, insbesondere teilkreisförmig gekrümmten Translation vor. Entlang der Gesamtbewegung liegt somit bereichsweise / zeitweise eine Überlagerung der Bewegungen vor. Die Rotationsbewegung und die Translationsbewegung können jeweils als Bewegungsmuster verstanden werden mit sich ändernden Geschwindigkeiten, insbesondere bei der Rotation inklusive eines Stillstandes, nämlich in den rein linearen Translationsbereichen. In Bewegungsrichtung vor einem Bereich der Richtungsänderung kann eine negative Beschleunigung und nach einem Bereich der Richtungsänderung eine positive Beschleunigung vorliegen. Der Nulldurchgang der Beschleunigung kann in der Streckenmitte zwischen den Bereichen der Richtungsänderung liegen.
Die Figuren 20ff zeigen Möglichkeiten der Befüllung des Gehäuses 1 mit härtbarem Material 8.
Figur 20 zeigt eine Möglichkeit der Befüllung des Gehäuses 1 aus einem am Gehäuse 1 angeordneten, mit fließfähigem härtbarem Material gefüllten Reservoir 1a, welches radial außen liegend zum Gehäuse 1 angeordnet ist und wobei das Gehäuse 1 radial außen vom Achsenschnittpunkt S angeordnet ist, also exzentrisch. Die Außenwand 1 b des Reservoirs 1 a ist hier symbolisch zur Verdeutlichung seiner Masse mit Gewichten G versehen und kann sich durch die wirkenden Fliehkräfte aufgrund seiner Masse nach radial außen bewegen, d.h. über den Kolben 1c schieben. Hierdurch wird das Material 8 aus dem Reservoir von radial außen nach radial innen in das Gehäuse 1 verdrängt. Die Befüllung wird somit ausgelöst durch die wirkenden Fliehkräfte, insbesondere ab Erreichen einer Grenzfliehkraft, welche die Reservoir-Außenwand 1b gegenüber dem Kolben 1c verlagert.
Die Figur 21 zeigt dieselbe Wirkweise der Befüllung für ein Gehäuse 1 , das um den Schnittpunkt S der Achse A1 und A2 angeordnet ist. Hier sind Reservoire 1a beidseits am radial außenliegenden Ende des Gehäuses 1 angeordnet, um dieses beidendig von radial außen zu befüllen.
Figur 22 zeigt eine Ausführung der Befüllung für exzentrisch rotierte Gehäuse 1 aus einem um die Rotationsachse A1 angeordneten Reservoir 1a, aus welchem heraus durch wirkende Fliehkräfte das Material über an dem Gehäuse radial vorbeiführende Zuführungen am jeweils radial außenliegenden Ende der Gehäuse 1 in die Gehäuse verdrängt wird. Das Reservoir kann in Schwerkraftrichtung der Achse A1 mit Material befüllt werden, z.B. erst dann, wenn die Gehäuse 1 bereits rotieren.
Figur 23 zeigt eine Ausführung zur Befüllung eines zentrisch rotierten Gehäuses 1, das um den Schnittpunkt S der Achsen A1 und A2 angeordnet ist. Das Reservoir 1a kann ebenso in Schwerkraftrichtung der Achse A1 befüllt werden. Da der zu füllende Bereich des Gehäuses 1 radial weiter außen liegt als das Reservoir 1a, wird durch die wirkenden Fliehkräfte das Material 8 aus dem Reservoir 1a in diesen Bereich verlagert.
Die Figur 24 zeigt die Möglichkeit zur Fliehkraft-Befüllung eines exzentrisch rotierten Gehäuses 1, ebenso mit der Möglichkeit das Reservoir 1a in Schwerkraftrichtung der Achse A1 zu befüllen. Die Befüllung erfolgt hier radial außen am Gehäuse 1 vorbei in das radial außenliegende Ende des Gehäuses 1.
Es kann bei allen Ausführungen der Befüllung vorgesehen sein, dass zwar die treibende Kraft der Befüllung eine durch die Bewegung des Gehäuses erzeugte Kraft, z.B. die Fliehkraft ist, insbesondere die hier durch Rotation um Achse A1 erzeugt ist, wobei aber der Start der Befüllung durch ein externes Signal getriggert sein kann, z.B. ein elektrisches Signal, z.B. welches ein Ventil öffnet, durch welches das Material dann Fliehkraft-getrieben in das Gehäuse strömt.
Alternativ besteht bei allen denkbaren Ausführungsformen die Möglichkeit, am Gehäuse, vorzugsweise jeweils radial außenliegend bezogen auf eine Rotationsbewegung, ein Reservoir mit Material anzuordnen und mittels einer Aktorik, z.B. einer Pumpe das Material aktiv in das Gehäuse zu fördern, insbesondere von radial außenliegend in das Gehäuse zu fördern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Formung einer durch ein erhärtetes Material (8) gebildeten Kavität in einem Gehäuse (1), insbesondere einer Kavität zur Blutführung in einem Gehäuse (1) einer Vorrichtung zum Stoffaustausch und/oder Energieaustausch zwischen Blut und einem weiteren Medium, vorzugsweise einem Gas, bei dem das mit dem härtbaren, in fließfähigem Zustand befindliche Material (8) teilweise gefüllte Gehäuse (1) in eine erste Bewegung versetzt wird, durch die wenigstens eine Kraft auf das fließfähige Material (8) ausgeübt wird, wobei eine Krafteinwirkung erfolgt, bis dass das Material (8) erhärtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Bewegung, zumindest zeitweise mit dem Gehäuse (1) wenigstens eine weitere Bewegung durchgeführt wird, insbesondere um wenigstens eine weitere Kraft auf das fließfähige Material (8) auszuüben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten und der wenigstens einen weiteren Bewegung a. wenigstens zwei Translationen, insbesondere genau zwei Translationen, vorzugsweise reversierende Translationen des Gehäuses (1) entlang verschiedener linearer Richtungen, und/oder b. wenigstens zwei, insbesondere genau zwei Rotationen um verschiedene Rotationsachsen (A1 , A2), und/oder c. wenigstens eine Translation, insbesondere genau eine Translation, vorzugsweise genau eine reversierende lineare Translation und wenigstens eine Rotation, insbesondere genau eine Rotation um eine Rotationsachse (A1 , A2) d. lineare Translationen und Rotationen zu einer in sich geschlossenen Trajektorie, insbesondere die in sich eine Fläche einschließt, überlagert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, Alternative b, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überlagerung von zwei Rotationen um zwei verschiedene Rotationsachsen (A1, A2) die beiden Rotationsachsen (A1, A2) a. unter einem Winkel von 90 Grad sich schneidend orientiert sind, oder b. unter einem Winkel von 90 Grad sich nicht schneidend orientiert sind, oder c. unter einem Winkel ungleich Null Grad und ungleich 90 Grad sich schneidend orientiert sind, oder d. unter einem Winkel ungleich Null Grad und ungleich 90 Grad sich nicht schneidend orientiert sind.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1), insbesondere hinsichtlich seines inneren Volumens, bezüglich einer Rotationsachse (A2), insbesondere bzgl. einer von zwei Rotationsachsen (A1, A2) rotationssymmetrisch oder zumindest n-zählig drehsymmetrisch ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (A1 , A2), insbesondere eine von wenigstens zwei Rotationsachsen (A1 , A2) das Gehäuse (1 ) / das innere Volumen des Gehäuses (1) schneidet, vorzugsweise die Rotationsachse (A1, A2) durch den Mittelpunkt des Gehäuses (1 ) / Volumens führt oder kollinear zur Mittenachse des Gehäuses (1) / Volumens ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das härtbare Material (8) vor oder während der Durchführung wenigstens einer der Bewegungen, vorzugsweise vor oder während der gleichzeitigen Durchführung aller möglichen Bewegungen aus einem Reservoir (1a) in das Gehäuse (1) im fließfähigen Zustand überführt wird, insbesondere wobei die Überführung durch ein Signal und/oder in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorbestimmten Bewegungszustandes des Gehäuses (1 ) ausgelöst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (1 a) im oder am Gehäuse (1 ) angeordnet ist und mit diesem mitbewegt wird, insbesondere wobei eine Überführung direkt durch eine auf das Material (8) wirkende Kraft oder durch eine auf ein das Material (8) verlagerndes Element (1c) wirkende Kraft erzeugt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (1a), insbesondere mit einen radialen und/oder axialen Abstand zum Gehäuse (1) oder zumindest zu dessen zu füllenden Bereich und/oder im Gehäuse (1), zentrisch um eine Rotationsachse (A1 , A2) herum angeordnet ist, vorzugsweise wobei durch Kräfte, vorzugsweise Fliehkräfte das Material (8), insbesondere von radial außen in das Gehäuse (1) überführt wird, insbesondere wofür der zu füllende Bereich des Gehäuses (1 ) im Vergleich zum Reservoir (1a) einen größeren Radialabstand zur Rotationssachse (A1, A2) aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) ein Paket aus stoffpermeablen und/oder energiepermeablen Hohlfasern (9) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil von deren axialen Enden in das härtende Material (8) eingebettet werden.
10. Oxygenatorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpottung der Hohlfasern (9) in dem Gehäuse (1), in welchem der Stoffaustausch zwischen Blut und einem Gas stattfindet, durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist.
11.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend ein Aufnahmeelement (2), insbesondere einen Drehteller (2), das mittels eines ersten Antriebes (3), insbesondere Zentrifugenantriebes, in eine erste Bewegung versetzbar ist, insbesondere um eine Rotationsachse (A1) rotierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aufnahmeelement (2) wenigstens eine weitere Antriebsanordnung (4) befestigt ist, mit welcher ein an der weiteren Antriebsanordnung (4) oder an dem Aufnahmeelement (2) befestigbares Gehäuse (1) zur Aufnahme von härtbarem Material (8) während der ersten Bewegung, insbesondere der Rotation um die Rotationsachse (A1), mit wenigstens einerweiteren Bewegung bewegbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aufnahmeelement (2) in gleichmäßiger Winkelteilung um eine der Rotationsachsen (A1, A2), insbesondere die erste Rotationsachse (A1) herum wenigstens zwei weitere Antriebsanordnungen (4) befestigt sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Antriebsanordnung (4) eine rotierbare Aufnahme, insbesondere eine Drehwelle (7) aufweist, an welcher ein Gehäuse (1) zur Aufnahme des härtbaren Materials (8) befestigbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) an dem bezüglich der Rotationsachse (A1) radial innenliegenden Ende und/oder am radial außenliegenden Ende der Drehwelle (7) befestigbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das bezüglich der Rotationsachse (A1) radial innenliegende Ende der Drehwelle (7) in einem Abstand zur Rotationsachse (A1 ) endet, insbesondere wobei das Gehäuse (1) an dem innenliegenden Ende der Aufnahme, insbesondere der Drehwelle (7) befestigbar ist und die Rotationsachse (A1) das Gehäuse, vorzugsweise dessen Mittelpunkt, im befestigten Zustand schneidet.
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