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Gegenstand der Erfindung ist ein Stoff- und/oder Wär;
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meaustauscher, bestehend aus einem Bündel von Hohlfäden von im wesentlichen
gleicher Länge, deren Enden in eine Vergußmasse eingebettet sind, und einem im wesentlichen
zylindrischen Gehäuse mit Anschlußstutzen zur Zu- und Abfuhr mindestens zweier Medien,
wobei das erste Medium durch die Hohlfäden hindurch und das zweite Medium am Strömungseingang
des Gehäuses radial nach innen, am Strömungsausgang radial nach außen geführt wird
und das Gehäuse aus einem im wesentlichen rohrförmigen Körper und zwei Kappen besteht.
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Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen Stoff-und/oder Wärmeaustauscher
zur Verfügung zu stellen, der teil- bzw. vollautomatisch hergestellt werden kann
und der so konstruiert ist, daß möglichst viele seiner Bestandteile wiederverwendbar
sind.
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Das Anordnen eines Stützelementes gestattet es, das Hohlfadenbunsel,
auch schon bevor es in das Gehäuse eingebracht worden ist, zu transportieren, zu
handhaben usw., ohne es zu beschädigen. Ein mit einem den jeweiligen Anforderungen
entsprechenden Stützelement versehenes Hohlfadenbündel kann darüber hinaus auch
zumindest mit dem Gehäusemantel lösbar verbunden werden, so daß eine Wiederverwendung
zumindest des Gehäusemantels möglich wird.
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Da das Gehäuse die Anschlüsse für die Zu- und Abfuhr der am Austausch
beteiligten Medien aufweist und an das Gehäuse hinsichtlich Präzision, Dichtigkeit
u.dgl. hohe Anforderungen gestellt werden, stellt eine Wiederverwendbarkeit selbst
nur des Gehäusemantels auch einen entscheidenden wirtschaftlichen Faktor in solchen
Fällen dar, in denen das eigentliche Austauscherelement, also das Hohlfadenbündel,nach
nur einmaligen kurzen Gebrauch verworfen wird oder werden muß, wie beispielsweise
bei der Blutdialvse. An das Stützelement brauchen nicht dieselben hohen Anforderungen
wie an das Gehäuse gestellt zu werden, so daß es auf einfachere Weise und mit weniger
Materialaufwand und somit auch kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstands nach Anspruch 1 sowie
sich daraus ableitende zweckmäßige Erfindungsgegenstände zur Lösung derselben, eingangs
genannten,Aufgabe sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das Stützelement kann beispielsweise eine mehr oder weniger dicke
Folie sein, die in mehreren Lagen um das Hohlfadenbündel herumgewickelt ist, ein
Gitterrohr, ein Rohr mit einer Vielzahl von Durchbrüchen oder aber ein solches,
wie es in den Figuren dargestellt und weiter unten beschrieben ist.
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Eine gute Verteilung des zweiten Mediums wird dann erreicht, wenn
im Bereich der Vergußmasseeinbettungen mehrere Durchtrittsöffnungen in Umfangsrichtung
möglichst gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
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Darüber hinaus ist eine Kanalbildung zwischen den Hohlfäden und dem
Stützelement einerseits und dem Stützelement und dem Gehäusemantel andererseits
zu vermeiden, da das durch derartige Kanäle strömende Medium am Austausch nur unzureichend
oder überhaupt nicht teilnimmt. Aus diesem Grunde soll das Hohlfadenbündel innerhalb
des Stützelementes möglichst gleichmäßig verteilt angeordnet sein und sollen die
äußeren Hohlfäden des Bündels das Stützelement auch berühren, also an diesem anliegen,
damit die Ausbildung
eines freien Ringkanals zwischen Hohlfäden
und Stützelement vermieden wird. Dasselbe gilt auch für den Bereich zwischen Stützelement
und Gehäusemantel, da auch hier die Ausbildung von Kanälen, die eine Strömung in
Längsrichtung zulassen, möglichst vermieden werden sollte.
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Aus diesem Grunde werden das Stützelement und der Gehäusemantel vorzugsweise
so bemessen, daß das Stützelement zumindest auf einem Längenabschnitt an der Innenfläche
des Gehäusemantels anliegt oder aber höchstens nur einen äußerst schmalen Ringkanal
freiläßt.
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Dieser zuletzt genannten Forderung steht die Forderung nach einem
möglichst einfachen und im wahrsten Sinne des Wortes reibungslosen Einbringen des
mit dem Stützelement versehenen Hohlfadenbündels in den Gehäusemantel gegenüber.
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Beiden Forderungen kann beispielsweise dadurch begegnet werden, daß
das Hohlfadenbündel mit dem Stützrohr und der Gehäusemantel konisch ausgebildet
werden. Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, für das Stützelement ein Material
zu verwenden, das beim Gebrauch des Austauschers quillt, also beispielsweise wasserquellbar
ist, so daß das Stützelement vor dem Einbau so bemessen werden kann, daß es ohne
Gewaltanwendung in den Gehäusemantel eingeschoben werden kann, sich bei der Inbetriebnahme
des Austauschers durch das Quellen dann aber an die Innenfläche des Gehäusemantels
anlegt. Dasselbe wird auch mit einem Gitterrohr erreicht, das in radialer Richtung
elastisch leicht verformbar ist und das vor dem Einbringen in den Gehäusemantel
des Austauschers im Vergleich zu diesem ein geringfügiges Übermaß aufweist. Bei
Hohlfadenbündeln
aus gewellten oder in anderer nicht geradliniger
Form angeordneten Hohlfäden, die also eine gewisse Längung des Hohlfadenbündels
zulassen, kann ein Stützelement verwendet werden, das bei Zugbelastung in Längsrichtung
einen geringeren Umfang annimmt, so daß es in diesem Zustand problemlos in den Gehäusemantel
eingeführt werden kann und sich nach Fortfall der Zugbeanspruchung demzufolge an
die Gehäusemantelinnenfläche anlegt.
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Wie sich aus dem Vorhergesagten ergibt, liegt der Stützkörper vorzugsweise
auf seiner gesamten Länge, zumindest auf dem größten Teil seiner Länge an der Innenfläche
des Gehäusemantels an. Das Stützelement kann demzufolge also auch lediglich zwischen
den Einbettungen der Hohlfadenenden einen Außenumfang aufweisen, der größer ist
als sein Außenumfang im Bereich der Einbettungen und insbesondere größer ist als
der Innenumfang des Gehäusemantels des Austauschers, sofern es radial (reversibel)
verformbar ist.
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Wird für den Stützkörper ein poröser Werkstoff verwendet, so muß dieser
eine ausreichende Anzahl nach außen offener durchgehender Poren aufweisen, um die
Zufuhr des zweiten Mediums zu gewährleisten.
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Bei der Verwendung von Hohlfäden, die beim Gebrauch oder infolge einer
erforderlichen Vorbehandlung peispielsweise der Heißdampfsterilisation,schrumpfen,
sollte auch das Stützelement in Längsrichtung zumindest um diesen dem Schrumpf der
Hohlfäden entsprechenden Betrag in Längsrichtung verformbar sein, um ein Zerreißen
der Hohlfäden zu vermeiden.
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Unter "ähnliche Querschnitte" werden Querschnitte verstanden, die
im mathematischen bzw. geometrischen Sinne ähnlich sind, sich also nicht hinsichtlich
ihrer Form, sondern nur hinsichtlich ihrer Größe unterscheiden. Eine Ausgestaltungsform,
bei der die beiden Vergußmasseeinbettungen dieser Definition entsprechend ähnliche
Querschnitte aufweisen, erleichtert ebenfalls das Einschieben des Hohlfadenbündels
in den Gehäusemantel.
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Die Verbindung der Vergußmasseeinbettungen mit dem Gehäusemantel zum
Abdichten der Verteilerräume für das erste Medium gegenüber den Verteilerräumen
für das zweite Medium kann durch Verkleben, Vergießen od.dgl. erfolgen, wird vorzugsweise
jedoch in Form einer lösbaren, jedoch fluiddichten Verbindung hergestellt. Auf diese
Weise wird erreicht, daß der Gehäusemantel als wiederverwendbares Teil eingesetzt
werden kann.
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Bei Blutdialysatoren werden häufig alle mit dem Blut des Patienten
in Berührung gebrachten Teile verworfen. Wenn das Blut des Patienten dabei durch
die Hohlfäden strömt, zählen hierzu auch die Anschlußkappen mit den Anschlußstutzen
für die Zu- und Abfuhr des Blutes bzw. des Dialysats. Es hat sich daher als zweckmäßig
erwiesen, für diesen Einsatzzweck die Anschlußkappen nur mit den Stutzen für die
Zu- und Abfuhr des Blutes zu versehen und diese Kappen fluiddicht fest mit denvergußmasseeinbettungen
zu verbinden.
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Die Zu- und Abfuhrstutzen für das Dialysat werden dann an dem wiederverwendbaren
Gehäusemantel angeordnet.
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In vielen anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, sowohl die Kappen
als auch den Gehäusemantel, die zusammen das Gehäuse des Austauschers bilden, als
wiederverwendbare Teile einzusetzen und nur das Hohlfadenbündel mit den Vergußmasseeinbettungen
und dem Stützelement zu verwerfen.
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Dabei können die Kappen die Anschlußstutzen für das erste und für
das zweite Medium aufweisen oder wie hier vorgeschlagen, nur den Anschlußstutzen
für das erste Medium aufweisen, während die Anschlußstutzen für das zweite Medium
am Gehäusemantel angeordnet sind.
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Für das Einbringen des Hohlfadenbündels ist es, wenn dieses rohrförmig
ausgebildet ist, vorteilhaft, wenn dieses zumindest entlang einer Mantellinie aufgeschlitzt
und somit aufklappbar ist, so daß das Hohlfadenbündel in das aufgeklappte Stützelement
eingelegt werden kann, und nicht von einer Stirnseite her eingeschoben zu werden
braucht. Da eine Dichtigkeit des Stützelements, wie sich aus dem Vorhergesagten
ergibt, nicht erforderlich ist, stört es auch nicht, wenn das Stützelement nach
dem Einlegen des Hohlfadenbündels und dem Wiederzuklappen eine Fuge aufweist. Ein
eine Fuge aufweisendes Stützelement stellt also eine vorm dar, durch welche der
teil- bzw. vollautomatische Herstellungsprozeß des Gegenstands der Erfindung wesentlich
erleichtert wird.
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Die Ausführungsform, bei welcher alle Anschlußstutzen in den Kappen
angeordnet sind, hat den Vorteil, daß der rohrförmige Körper in diesem Fall ohne
größere Werkzeugkosten in seinen äußeren Dimensionen verändert werden kann, da in
diesen keine Anschlußstutzen vorgesehen werden müssen.
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Im einfachsten Fall genügt eine einzige Durchtrittsöffnung, die dann
als direkte Weiterführung des Anschlußstutzens angesehen werden kann. In der Regel
werden jedoch mehrere Durchtrittsöffnungen vorgesehen.
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Sie sollen möglichst nahe an der Vergußmasse angeordnet sein.
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Die Kappen können fest mit dem rohrförmigen Körper verbunden sein.
Sie können aber auch lösbar angeordnet sein und wiederverwendet werden.
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Besonders günstig es es hierbei, wenn der zweite Verteilerraum ringförmig
um den Außenmantel des rohrförmigen Körpers angeordnet ist, und mehrere Durchtrittsöffnungen
am Umfang des Außenmantels vorgesehen sind.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn durch spezielle Gestaltung
des ringförmigen Querschnitts des zweiten Verteilerraums, durch unterschiedliche
Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen und/oder durch spezielle Verteilung
der Durchtrittsöffnungen am Umfang des rohrförmigen Körpers erreicht wird, daß die
Beaufschlagung mit dem zweiten Medium (Zu- bzw. Abfuhr) des Hohlfadenbündels auf
dessen Umfang gleichmä#ig erfolgt. Bei unterschiedlichen Querschnittsflächen der
Durchtrittsöffnungen kann die größte Öffnung, die naturgemäß gegenüber dem Anschlußstutzen
um 1800 verdreht angeordnet ist, zum Einbringen der Vergußmasse dienen.
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Die Durchtrittsöffnungen werden in der Regel radial durch die Wand
des rohrförmigen Körpers hindurchtreten, sie können aber auch bei entsprechender
ringförmiger
Ausbildung der Rohrwandung axial in den gebildeten
Ringkanal eintreten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus, geeignete
Verfahren für die Herstellung des erfindunosgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauschers
zur Verfügung zu stellen, die sich auch in einen vollkontinuierlichen Herstellungsprozeß
integrieren lassen und die insbesondere auch die häufig auftretenden Dichtungsprobleme
vermeiden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem ein Hohlfadenbündel
axial in ein Gehäuse eingeführt und mittels einer Vergußmasse an beiden Enden abgedichtet
wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein rohrförmiges Gehäuse, dessen beide
Enden möglichst geringfügig erweitert sind, wobei auf die erweiterten Enden des
Gehäuses je ein ringförmiger Körper aufgebracht wird, der am freien Ende in seiner
Innenabmessung der Außenkontur des Hohlfadenbündels mit Stützelement entspricht
und von dieser Infæhnessung zunächst auf die Innenkontur des erweiterten Endes des
Gehäuses übergeht, verwendet wird, daß die Enden des eingeführen Hohlfadenbünjels
mit Stützelement derart in eine VbrTHbesse dicht eingebettet werden, daß die Vergußrnasse
den freien Raum im ringförmigen Körper und zumindest teilweise im erweiterten Gehäuseende
ausfüllt,
daß nach dem Festwerden der Vergußmasse der ringförmige Körper entfernt wird und
daß dann das überstehende, mit Vergußmasse zusammengefaßte Hohlfadenbündelende mit
Stützelement außerhalb des Gehäuses im Bereich, in dem der Außenquerschnitt der
Vergußmasse größer ist als der Au-Benquerschnitt des Hohlfadenbündels, abgeschnitten
wird.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß - das Ausfransen der Hohlfäden,
wie sonst üblich, unterbleibt, - die Herstellung von Hohlfadenmodulen automatisiert
werden kann, - beim hergestellten Modulteil eine dichte Berührung zwischen Vergußmasse
und Gehäuseende gewährleistet werden kann, - eine besonders günstige, in die Oberfläche
der Vergußmasse integrierte Dichtfläche im Bereich der Erweiterung des Querschnitts
der Vergußmasse erreicht wird.
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Eine andere Lösung der Aufgabe bildet ein Verfahren, bei dem ein Hohlfadenbündel
radial in ein Gehäuse eingeführt und mittels Vergußmasse an beiden Enden abgedichtet
wird, das dadurch gehEmueichnet ist, daß das B5hlfadenbundel mit Stutzelement in
ein flexibles, axial aufgetrenntes, aufgebogenes Rohr eingelegt wird, das Rohr in
die gewünschte geschlossene Form gebracht und an der axialen Trennlinie verbunden
wird.
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Eine weitere Lösung der Aufgabe bildet schließlich ein Verfahren,
bei welchem ein Hohlfadenbündel axial in ein Gehäuse eingeführt wird, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß ein Hohlfadenbündel mit Stützelement mit einer zwei- bis
vielfachen Länge des Hohlfadenbündels im fertigen Austauscher in ein ebensolanges
Mehrfachgehäuse eingeführt wird, das in den
als Gehäuseendabschnitten
vorgesehenen Bereichen Wanddurchbrüche für die Zu- bzw. Abfuhr von Austauschmedien
aufweist, daß das Gehäuse mit dem sich darin befindenden Hohlfadenhündel mit Stützelement
zu Austauschern gewünschter Länge zertrennt wird und daß die Hohlfadenendabschnitte
anschließend in den Bereichen zwischen den Trennstellen und den Wanddurchbrüchen
mittels einer Vergußmasse abgedichtet werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt in vereinfachter schematischer Darstellungsweise: Fig. 1
ein erfindungsgemäßes Hohlfadenbündel Fig. 2 ein Austauschersystem, das unter Verwendung
des Hohlfadenbündels nach Fig. 1 arbeitet, Fig. 3 ein aufklappbares Stützelement
in aufgeklapptem und geschlossenem Zustand, Fig. 4 ein Stützelement mit einem Schnappverschluß
im geschlossenen Zustand, Fig. 5 ein Stützelement mit Schnappscharnieren, Fig. 6
einen Teil eines erfindungsgemäßen Hohlfadenbündels mit Verteilerkappe und einem
in Längsrichtung verformbaren Stützelement
Fig. 7 eine weitere
Ausgestaltungsform eines in Längsrichtung verformbaren Stützelementes, Fig. 8 eine
weitere Ausgestaltungsform eines Verschlusses eines aufklappbaren Stützelementes.
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Fig. 9 bis 13 Ausgestaltungen, bei denen beide Anschlußstutzen in
den Kappen angeordnet sind, Fig. 14 eine günstige Ausgestaltung der Innenwand des
rohrförmigen Körpers, Fig. 15 einen Anwendungsfall für den erfindungsgemäßen Stoff-
und/oder Wärmeaustauscher, Fig. 16 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise
ein zum Herstellen des Austauschers geeignetes Verfahren, Fig. 17 bis 19 in vereinfachter
schematischer Darstellungsweise ein weiteres zum Herstellen des Austauschers geeignetes
Verfahren, Fig. 20 und 21 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise ein weiteres
zum Herstellen des Austauschers geeignetes Verfahren.
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Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Hohlfadenbündel weist
auf: Hohlfäden 1 von im wesentlichen gleicher Länge und das Stützelement 2, das
in den Längenbereichen 3 in Längsrichtung um einen vorgegebenen Betrag verformbar
ist, das die in seiner Längsrichtung verlaufende Fuge 4 aufweist und dieselbe Länge
hat wie das Hohlfadenbündel 1 einschließlich der Vergußmasseeinbettungen 5, wobei
die Vergußmasseeinbettungen 5 mit dem Stützelement 2 fest verbunden sind. Das Stützelement
2 besteht hierbei aus einem Gitterrohr, so daß es genügend Durchtrittsöffnungen
für die Zufuhr und die Abfuhr des zweiten Mediums aufweist.
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In Fig. 2 ist ein Austauschersystem dargestellt, bei dem die beiden
Kappen 6 und 7 und der Gehäusemantel 8 wiederverwendbare Teile des Austauschersystems
sind. Die Kappe 6 ist mit der Zufuhrleitung 9 und die Kappe 7 mit der Abführleitung
10 ~beide für das erste Medium, verbunden, während der Gehäusemantel 8 mit der Zufuhrleitung
11 und der Abführleitung 12 für das zweite Medium verbunden ist. Der Gehäusemantel
8 ist mit der Kappe 7 fest verbunden, während die Kappe 6 bewegbar angeordnet ist.
Bei diesem System kann ein erfindungsgemäßes Hohlfadenbündel nach Fig. 1 von oben
in den Gehäusemantel 8 eingeführt werden und durch Aufsetzen der Kappe 6 auf den
Gehäusemantel 8 das System in Betriebsbereitschaft versetzt werden. Die bei einer
solchen Anordnung erforderlichen Dichtungen zum Abdichten der Verteilerräume für
das erste Medium gegenüber den Verteilerräumen für das zweite Medium sind hierbei
nicht dargestellt, da sie sich in ihrer einfachsten Ausgestaltungsform für den Fachmann
von selbst ergeben.Besonders geeignet sind beispielsweise aufblasbare O-Ring-Dichtungen.
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In Fig. 3 ist ein aufklappbares rohrförmiges Stutzelement 2 sowohl
im aufgeklappten wie im geschlossenen Zustand im Querschnitt dargestellt. Das Stützelement
2 weiSt insgesamt vier in Längsrichtung über die gesamte Länge des Stützelementes
2 verlaufende nutenförmige Vertiefungen 13 auf. Hierdurch wird erreicht, daß die
Wandstärke des Stützelements 2 an diesen Stellen wesentlich geringer als in den
übrigen Bereichen ist, so daß bei Verwendung eines nicht spröden Materials für das
Stützelement 2 an diesen Stellen eine reversible gegebenenfalls biegeelastische
Verformung des Stützelements 2 möglich ist, was das Auf-und Zuklappen desselben
wesentlich vereinfacht. Im aufgeklappten Zustand können dann manuell oder maschinell
die Hohlfäden eingelegt werden. Nach dem Einlegen der Hohlfäden kann das Stützelement
dann wieder zugeklappt werden, wobei die Fuge 4 gebildet wird. Um zu vermeiden,
daß das Stützelement 2 nach dem Einlegen der Hohlfäden und dem Zusammenklappen wieder
aufklafft, können kraft- oder formschlüssig arbeitende Verschlüsse vorgesehen werden,
z.B. Klebeband.
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In Fig. 4 ist ein solcher formschlüssig wirkender Schnappverschluß
14 dargestellt, dessen Funktionsweise sich für den Betrachter von selbst ergibt
und deshalb nicht näher erläutert zu werden braucht. Der Schnappmechanismus 14 kann
sich über die gesamte Länge oder aber nur über kurze Teilstrecken erstrecken. Bei
Verwendung eines solchen Stützelements wird die Kontur des inneren Umfangs des Gehäusemantels
des Austauschers zweckmäßigerweise der Kontur des äußeren Umfangs des Stützelements
2 angepaßt, um die Bildung eines durchgehenden in Längsrichtung verlaufenden Kanals
zwischen Gehäusemantel und Stützelement zu vermeiden. Zu
diesem
Zweck kann der Gehäusemantel auf seiner Innenseite mit einer in Längsrichtung verlaufenden
Nut versehen werden, deren Kontur der Kontur des Schnappverschlusses 14 entspricht.
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In Fig. 5 ist eine Hälfte eines Stützelements 2 dargestellt, das durch
Schnappscharniere 15 mit seiner anderen Hälfte aufklappbar verbunden werden kann.
Im geschlossenen Zustand weist dieses Stützelement2 somit zwei Fugen auf. Die Durchlaßöffnungen
für die Zu- und Abfuhr des zweiten Mediums sind hierbei nicht dargestellt.
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Der in Fig. 6 dargestellte Teil eines erfindungsgemäßen Hohlfadenbündels
weist folgende Teile auf: die Hohlfäden 1, deren Enden in dem Vergußmasseblock 5
eingebettet sind, das in Längsrichtung um einen vorgegebenen Betrag verformbare
Stützelement 2 und die mit dem Vergußmasseblock 5 fest verbundene Kappe 16 mit dem
Anschlußstutzen 17 für die Zu- oder Abfuhr des ersten Mediums. An der Kappe 16 ist
die Dichtfläche 18 und darauf die ringförmige Dichtung 19 angeordnet, die das Abdichten
des Verteilerraums für das erste Medium gegenüber dem Verteilerraum für das zweite
Medium bewirkt. Die in Längsrichtung um einen vorgegebenen Betrag gewährleistete
Verformbarkeit wird durch die im Verhältnis zur übrigen Wandstärke des Stützelements
2 dünnen verformbaren in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnetenverformbaren
Rippen 20 erreicht. Zwischen den Rippen 20 befinden sich die Durchbrüche 21. Das
Stützelement 2 kann beim Schrumpfen der Hohlfäden 1 in Längsrichtung, solange verformt,
also verkürzt werden, bis die relativ
dickwandigen ringförmigen
Abschnitte 22 des Stützelements 2 sich berühren. Die in Fig. 6 nicht dargestellte
Seite des Hohlfadenbündels kann genauso ausgeführt sein wie die dargestellte Seite,
sie kann jedoch auch ohne Kappe ausgebildet sein.
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In Fig. 7 ist ein Abschnitt eines Stützelementes 2 dargestellt, das
aus wenigstens zwei Teilen 2a; 2b besteht, die teleskopartig ineinander verschiebbar
angeordnet sind. Auch diese Ausführungsform gestattet einen Langenausgleich des
Stützelements 2 bei einer Längenver#nderung der (nicht dargestellten) Hohlfäden,
wie sie oben bereits beschrieben wurde. Das Stützelement 2 weist darüber hinaus
einen ringförmigen Längenabschnitt 23 auf, der einen größeren Umfang als die übrigen
Längenabschnitte des Stützelements 2 hat und im wesentlichen der Gestalt und den
Abmessungen der Innenkontur des (nur angedeuteten) Gehäusemantels 8 des Austauschers
angepaßt ist, so daß an dieser Stelle eine Abdichtung zur Vermeidung eines in Längsrichtung
gerichteten Flüssigkeitsstroms erreicht, also ein Ringkanal vermieden wird.
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Fig. 8 zeigt im Querschnitt einen druckknopfähnlichen Verschluß 24
für ein aufklappbares Stützelement 2. Dieser Verschluß hat den Vorteil, daß die
äußere Kontur des Stützelementes 2 keine Veränderung seiner Kontur aufweist, wie
dies beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 4 der Fall ist. Auch bei diesem
Verschluß wird die Fuge 4 gebildet.
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Das Verschließen bzw. Zusammenhalten des aufklappbaren Stützelements
nach der Erfindung kann darüber hinaus auch durch Kleben oder Schweißen erfolgen.
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Figur 9 zeigt das Ende eines erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauschers.
Mit 1 ist die Kappe und mit 2 der im wesentlichen rohrförmige Körper bezeichnet.
Vom Hohlfadenbündel mit dem Stützelement sind einzelne Hohlfäden 4 als Striche eingezeichnet.
Die Enden der Hohlfäden 4 sind in eine Vergußmasse 3 eingebettet. Die Kappe 1 besitzt
zwei Anschlußstutzen 5, 6. Der Anschlußstutzen 5 führt in den ersten Verteilerraum
13, der stirnseitig angeordnet ist, während der Anschlußstutzen 6 in den zweiten
Verteilerraum 7 führt, welcher von der Kappe 6 und vom Außenmantel des im wesentlichen
rohrförmigen Körpers 2 gebildet wird. Die Nasen bzw. Ausbuchtungen 8, 9 können als
Schraub- oder Schnapp-Verschluß wirken. Aus dem Verteilerraum 7 führt mindestens
eine Durchtrittsöffnung 10 radial in den Innenraum des zylindrischen Körper, wodurch
das zweite Medium, welches durch den Anschlußstutzen 6 eingeführt wird, radial nach
innen zwischen die einzelnen Hohlfäden 4 geleitet wird. Der Verteilerraum 7 kann
als ringförmiger Kanal ausgebildet sein.
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Der ringförmige Kanal kann auf dem Umfang jeweils gleichen Querschnitt
aufweisen, wobei dann die auf dem Umfang verteilten Durchtrittsöffnungen 10 bevorzugt
umso größeren Durchmesser aufweisen, je weiter sie vom Anschlußstutzen entfernt
sind. Die Durchtrittsöffnungen können auch gleichen Durchmesser aufweisen, wobei
der Abstand der einzelnen Durchtrittsöffnungen mit der Entfernung vom Anschlußstutzen
6 immer geringer wird.
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Die Querschnittsfläche des ringförmigen zweiten Verteilerraumes 7
kann auch mit der Entfernung des Anschlußstutzens 6 immer kleiner werden. Diese
Maßnahmen bewirken jeweils allein oder auch in Kombination zweier oder aller drei
Maßnahmen, daß das zweite Medium auf den Umfang des Hohlfadenbündels gleichmäßig
beaufschlagt werden kann. Wenn das andere Ende des Stoff- oder Wärmeaustauschers
in der gleichen Weise gestaltet wird, ist sichergestellt, daß auch die Abfuhr des
zweiten Mediums radial nach außen über den Umfang des Hohlfadenbündels
gleichmäßig
erfolgt.
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Zur Abdichtung des ersten Verteilerraumes 6 kann an der Innenseite
der Kappe 6 eine umlaufende, spitz äusgebildete Nase 11 vorgesehen sein, die beim
Aufsetzen der Kappe 1 in die Vergußmasse 3 eindringt. Dies soll in dem Bereich der
Vergußmasse geschehen, in dem keine Hohlfäden mehr angeordnet sind. Es ist deshalb
vorgesehen, daß zwischen dem Umfang des Hohlfadenbündels und der Innenwandung des
rohrförmigen Körpers 2 ein mit Vergußmasse ausgefüllter geringer Zwischenraum vorhanden
ist.
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Zur Dichtung des zweiten Verteilerraums nach außen reichen in der
Regel die Nasen 9. Die Kappe kann jedoch auch über eine Dichtmasse, einen Dichtring,
durch Verkleben, Verschweißen o.ä. dicht auf der Außenwandung des überwiegend rohrförmigen
Körpers angeordnet werden.
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Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt Sich aus Figur lo,
wobei die Kappe 1 dann mit dem rohrförmågen Körper 2 unlösbar verbunden ist. Gleiche
Teile wurden in Figur lo mit derselben Numerierung versehen, so daß sich eine nochmalige
Beschreibung - wie auch in den folgenden Figuren - erübrigt.
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In der in Figur lo dargestellten Ausführungsform kann die Kappe 1
mit dem rohrförmigen Körper 2 im Bereich 12 verklebt, verschweißt usw. werden.
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Figur II zeigt eine weitere Form der Abdichtung zwischen den einzelnen
Verteilerräumen 7, 13.
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Hierbei wird der rohrförmige Körper 2 in Form eines (flexiblen) Balges
12 ausgebildet, welcher nach dem
Aufschieben der Kappe und Einschnappen
in die Nasen 8 und 9, an die Kappe gepreßt wird, wodurch eine besonders günstige
Abdichtung bewirkt wird.
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In Figur u wird gezeigt, daß die als Faltenbalg 14 ausgebildete Dichtlippe
das Ende des rohrförmigen Körpers bilden kann. Weiterhin ist in Figur 12 dargestellt,
durch welche Gestaltung des Endbereichs des rohrförmigen Körpers es möglich wird,
die Durchtrittsöffnungen 15 axial durch die Wandung treten zu lassen.
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Figur 13 zeigt weitere Möglichkeiten der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Stoff- und/oder Wärmeaustauschers.
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Die Vergußmasse 3 ist hier in einer konischen Ausgestaltung der Innenwand
des rohrförmigen Körpers 2 angeordnet.
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Der zweite Verteilerraum 7 ist als ringförmiger Kanal ausgebildet.
Die Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen sind unterschiedlich groB, und
zwar derart, daß die Querschnittsfläche 10', 10'', 10 " ', 10 v und 10V mit der
Entfernung vom Anschlußstutzen 5 zunimmt. Die Durchtrittsöffnung 10v kann bei der
Herstellung des erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauschers bei Anwendung
von Schleuderguß zum Einbringen der Vergußmasse, beispielsweise Polyurethan, dienen.
Das Hohlfadenbündel 16 mit dem Stützelenrent erstreckt sich in seiner Quera*nittsEDEssmg
günstigerweise über den gesamten Innenquerschnitt des rohrförmigen Körpers 2. Die
Abdichtung zwischen Kappe und rohrförmigem Körper kann auch durch O-Ringe 17 bewirkt
werden. Die Kappe kann auch als Schnappverschluß 1' ausgebildet sein. Diese Ausgestaltungen
können einzeln oder in Kombination am erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauscher
vorhanden sein.
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In Figur 14 ist die Gestaltung der Innenwand des rohrförmigen Körpers
2 dargestellt. Im wesentlichen erweitert sich hier der Innenraum 18 vom einen Endbereich
21 bis zum anderen Endbereich 20 konisch. Die Konizität wird festgelegt durch r
(etwa 0,5 bis 10). Eine weitere Konizität 19 im einen Endbereich kann, muß aber
nicht vorgesehen sein. Beim Einführen oder Einsaugen des Hohlfadenbündels mit Stützelement
auf der Seite mit dem geringeren Querschnitt (19/21) kann beispielsweise ein Trichter
aufgesetzt werden. Durch die konische Erweiterung des Innenraums wird das Einführen
des Hohifadenbündeis erleichtert. Die Endstücke 20 sind geringfügig erweitert zur
Aufnahme der Vergußmasse.
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In Figur 15 wird ein besonders günstiger Anwendungsfall des erfindungsgemäßen
Stoff- und/oder Wärmeaustauschers dargestellt. Der Austauscher wird hier beispielsweise
in eine Dialyseanlage eingesetzt, die in der Figur nicht dargestellt ist und neben
der Trennungslinie 28 angeordnet ist. Zu dieser Anlage gehören auch die Anschlußschläuche
(-rohre) 22, 23, 24, 25 für Blutzulauf (22), Blutablauf (23), Dialysatzulauf (24)
und Dialysatablauf (25) sowie ein Pneumatikzylinder 26, über dessen Halter 27, 29
die Kappen 1, 1'' mit dem Pneumatikzylinder eine Einheit bilden.
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Die Kappen des erfindungsgemäßen Austauschers sind somit Bestandteil
der Dialyseanlage. Nur der rohrförmige Körper 2 mit dem Hohlfadenbündel 16 und dem
Stützelement sind Wegwerfartikel. Die Kappe 1'' ist über den Halter 29 ortsfest
angeordnet, während die Kappe 1 über den Pneumatikhalter 26 axial bewegbar angeordnet
ist. Beim Auswechseln der Patrone (rohrförmiger Körper 2 mit Hohlfadenbündel 16)
und Stützelement), wird der Pneumatikzylinder auseinandergefahren, die Patrone gewechselt
und dann der Pneumatikzylinder wieder zusammengefahren.
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An Figur 16 kann das Verfahren gemäß Anspruch 22 beispielsweise erläutert
werden. Hierbei ist lediglich ein Gehäuseende 6 dargestellt, welches am Ende 7 geringfügig
erweitert ist. Zwischen Gehäuseerweiterung 7 und Gehäuse 6 ist ein Zu- bzw. Ablauf
8 angeordnet, der beispielsweise im Gehäuse als Spirale ausgebildet ist. Auf das
erweiterte Gehäuseende 7 ist ein ringförmiger Körper 9 aufgesteckt bzw. aufgeschraubt,
welcher sich an seinem freien Ende bis auf den gewünschten Hohlfadenbündelquerschnitt
verjüngt.
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Im dargestellten Beispiel soll das Hohlfadenbündel 10 mit Stützelement
mittels Schleuderguß eingebettet werden. Hierzu muß der ringförmige Körper 9 mit
einer Kappe 1 flüssigkeitsdicht verschlossen werden. Die Vergußmasse kann über den
Zulauf 8 eingeführt werden. Es kann soviel Vergußmasse eingefüllt werden, bis die
Vergußmasse den Zwischenraum 13 bis zur Linie 14 ausfüllt. Nach dem Festwerden der
Vergußmasse kann der ringförmige Körper 9 mit der Kappe 11 abgenommen werden. Darauf
wird das vergossene Bündel mit Stützelement im Bereich der Erweiterung beispielsweise
entlang Linie 15 abgeschnitten.
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Zur Einführung des Hohlfadenbündels mit Stützelement in das mit dem
ringförmigen Körper 9 versehene Gehäuse 6 kann im Gehäuse 6 ein Unterdruck erzeugt
werden, wodurch das Hohlfadenbündel mit Stützelement in das Gehäuse eingesaugt wird.
Sofern in den einzelnen Hohlfäden herstellungsbedingt noch Flüssigkeit enthalten
ist, kann diese durch den Unterdruck ebenfalls aus den Hohlfäden abgesaugt werden.
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In die Vergußmasse können Schikanen, beispielsWeise Strömungswiderstände,
zusätzlich eingebaut weSdeht die beim späteren Betreiben des ModulS die über den
Zu-bzw. Ablauf fließende Flüssigkeit bis zur Kontur der Vergußmasse (Linie 14) wirksam
hinführen.
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Aus den Figurn 17 bis 19 ist das Verfahren gemäß Anspruch 23 ersichtlich.
16 ist ein Rohr, welches längs der Linie 17 axial aufgetrennt ist. Die öffnungen
18 dienen der Zu-bzw. Abfuhr von Austauschmedien. Das schematisch dargestellte Hohlfadenbündel
19 mit Stützeleinent wird in das aufgebogene Rohr 16 eingelegt (Figur 18). Anschließend
wird, wie in Figur 19 dargestellt, das Rohr 16 züsammengefügt und an der Trennlinie
17 verbunden, beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder zusätzlich angebrachte
medhdische Hilfsmittel.
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Uber das verschlossene Rohr wird an beiden Enden je eine Abschlußkappe
angebracht. Diese Abschlußkappe kann vozugsweise Zu- bzw. Abführeinrichtungen für
beide Austausch medien, die um bzw. durch die Hohlfäden hindubbhflieBen sollen,
enthalten. Das Rohr 16 kann aber auch selbst als Stützelement zur Aufnahme des Hohlfadenbündeis
dienen.
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Aus Figur 20 ist das Wesentliche des Verfahrens nach Anspruch 24 dargestellt.
In das die vielfache Länge des fertigen Austauschers aufweisende Mehrfachgehäuse
G ist ein ebensolanges Hohlfadenbündel H mit Stützelement eingeführt.
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Das Mehrfachgehäuse G weist in den als Gehäuseendabschnitten vorgesehenen
Bereichen b Wanddurchbrüche P für die Zu bzw.
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Abfuhr von Austauschmedien auf. In den Bereichen c wird das Mehrfachgehäuse
G mit dem sich darin befindlichen Hohlfadenbündel H mit Stützelement zertrennt.
An#chließend werden die Hohlfadenendabschnittemit Stützelement in aen Bereichen
zwischen
den Trennstellen c und den Wanddurchbrüchen P mittels
einer Vergußmasse abgedichtet. Danach werden durch Abtrennen eines scheibenförmigen
Teils der Vergußmasse mit den darin eingegossenen Hohlfadenendabschnitten mit Stützelement
die Austauscher auf die gewünschte Länge L zugeschnitten und die nicht verschlossenen
Hohlfadenenden freigelegt.
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Die den Stoff- und/oder Wärmeaustausch bewirkende effektive Länge
der Hohlfäden beträgt Leff. Auf diese Weise lassen sich aus einem Hohlfadenbündel
mit einer Austauscheroberfläche von beispielsweise 0,5 bis 5 m2 zwei bis dreißig
aber auch mehr Austauscher auf sehr rationelle Weise herstellen. Das Mehrfachgehäuse
G selbst kann aber auch als Stützelement zur Aufnahme des Hohlfadenbündels dienen.
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Das Mehrfachgehäuse G braucht jedoch nicht als im wesentlichen glatter
Zylinder ausgebildet zu sein, sondern es kann wie in Figur 21 dargestellt, auch
in einer Blasformtechnik hergestellt worden sein und eine Außenkontur aufweisen,
die beispielsweise das Aufsetzen der Kappen erleichtert und/oder bereits den am
Außenmantel angeordneten Verteilerraum mit den Durchtrittsöffnungen P aufweist.
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Das Zertrennen des Mehrfachgehäuses G mit den sich darin befindenden
Hohlfäden mit Stützelement (nicht dargestellt), das anschließende Eingießen der
Hohlfadenenden mit Stützelement und das Freilegen der nichteingegossenen Hohlfadenenden
erfolgt auch hierbei wie in der Beschreibung von Figur 20 beschrieben.
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