Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlfasermembran mit dreidimensionaler Lockung, ein Verfahren zur Herstellung der Faser, ein Bündel umfassend die Fasern sowie eine Filtervorrichtung umfassend das Bündel. Die Filtervorrichtung ist vorzugsweise ein Hohlfaserdialysator für die Hämodialyse. Hohlfaserdialysatoren weisen typischerweise ein Hohlfaserbündel auf, das in einem zylindrischen Filtergehäuse angeordnet ist. Bei der Dialyse fließt durch das Innere der Fasern Blut und im Raum zwischen Fasern und Filtergehäuse fließt das Dialysat im Gegenstrom zum Blut. Die Aufgabe eines Dialysators ist es den Stoffaustausch durch die Wand der Hohlfasern zu bewirken.

Es ist bekannt, zur Steigerung der Stoffaustauschleistung in Hohlfasern, die für die Hämodialyse verwendet werden, die Hohlfasern in Form gelockter Hohlfasern bereitzustellen. WO 01/60477 betrifft eine Filtervorrichtung, vorzugsweise für die Hämodialyse, die aus einem zylindrischen Filtergehäuse und einem Bündel von gelockten (gekräuselten) Hohlfasern besteht.

EP 2 1 19 494 betrifft Hohlfasermembranen und ein Modul enthaltend die Hohlfasern. Die Hohlfasern weisen eine Lockung auf, wobei die Wellenlänge der Lockung 15 bis 25 mm beträgt.

EP 1 714 692 betrifft einen Dialysefilter, welcher gewellte Hohlfasern aufweist. DE 28 51 687 betrifft hohle, semipermeable Fasern für die Verwendung bei Fluidtrennungen, wobei die Fasern eine Vielzahl von Wellen aufweisen. Da bei der dort beschriebenen Herstellung die Kräfte, die auf die hohlen Fasern ausgeübt werden, mit der Tiefe" der hohlen Faser innerhalb des Bündels variieren, kommt es zur Ausbildung unregelmäßiger Wellen auf den hohlen Fasern, wobei die äußeren Anteile des Bündelseine geringere weiträumigere Kräuselung aufweisen als die hohlen Fasern, die im inneren Zentrum des Bündels angeordnet sind.

EP 0 1 16 155 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fadenbündeln, wobei die Fäden eine Lockung (Wellung) aufweisen. Hierbei werden die Hohlfasern zick-zack förmig um in zwei Ebenen und in Abständen voneinander angeordnete runde Stäbe geführt, die mit derselben Geschwindigkeit wie die Hohlfasern kontinuierlich durch eine Fixierzone geführt werden. Die Fadenbündel können zur Stoff- und Wärmeübertragung verwendet werden, beispielsweise für die Blutdialyse. Dieses Dokument offenbart auch, dass ein Verfahren, welches das Hindurchführen eines Hohlfadens durch zwei kämmende aber sich nicht berührende Zahnräder vorsieht, zur Herstellung gelockter Hohlfasern technisch nachteilig sein kann.

Angesichts der anhaltenden Nachfrage nach neuen Hohlfasermembranen, welche für die Hämodialyse geeignet sind, war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Hohlfasermembran mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen. Diese Aufgabe konnte mit einer Hohlfasermembran gelöst werden wie in einem der der Ansprüche 1 , 1 1 oder 13 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den davon abhängigen Ansprüchen definiert. Die nebengeordneten Ansprüche definieren weitere Aspekte der Erfindung unter Verwendung der Hohlfaser. Die im Folgenden verwendeten Begriffe in Anführungs- und Schlusszeichen sind im Sinne der Erfindung definiert.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Hohlfasermembran aufweisend zumindest eine erste Lockung in Form einer ersten Welle, welche durch eine erste Schwingungsebene und eine erste Wellenlänge gekennzeichnet ist, und zumindest eine zweite Lockung in Form einer zweiten Welle, die durch eine zweite Schwingungsebene und eine zweite Wellenlänge gekennzeichnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwingungsebene und die zweite Schwingungsebene einen Winkel einschließen, welcher von Null verschieden ist. Der Begriff „Hohlfasermembran" bezeichnet eine hohle Faser mit membranartigen Wandungen aus einem organischen Material. Derartige Hohlfasermembranen sind aus dem Stand der Technik bekannt und können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Spinnverfahren.

Eine beispielhafte Ausführungsform einer geeigneten Hohlfasermembran besteht aus 90 bis 99 Gewichtsprozent eines hydrophoben ersten Polymers und 10 bis 1 Gewichtsprozent eines hydrophilen zweiten Polymers. Dabei werden die hydrophoben ersten Polymere z.B. aus folgender Gruppe ausgewählt: Polyarylsulfone, Polycarbonate, Polyamide, Polyvinylchlorid, modifizierte Acrylsäure, Polyether, Polyurethane oder deren Copolymere. Die hydrophilen zweiten Polymere werden z.B. aus folgender Gruppe ausgewählt: Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglycol, Polyglycolmonoester, Copolymere von Polyethylenglycol mit Polypropylenglycol, wasserlösliche Derivate der Zellulose oder Polysorbate. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Faser die Materialien Polysulfon und Polyvinylpyrrolidon.

Der Begriff „Lockung" bedeutet, dass die Faser entlang ihrer Länge nicht vollständig gerade ist, sondern Abweichungen von der Geraden aufweist. Der Begriff „Lockung" bedeutet einen Sammelbegriff für Begriffe wie "Ondulierung", „Kräuselung", „Wellung", „Welle" oder„Textur", welche im Stand der Technik verwendet werden.

Im Folgenden wird der Begriff „Lockung" anhand des Begriffs „Welle" definiert. Somit umfasst der Begriff „Lockung" eine Welle bzw. eine periodische Welle oder ist mit einer Welle oder einer periodischen Welle gleichzusetzen, d.h. die Lockung liegt in Form einer Welle vor.

Im physikalischen Sinn stellt eine periodische Welle eine sich räumlich ausbreitende Schwingung einer ort- und zeitabhängigen physikalischen Größe dar, die zumindest durch eine Schwingungsebene und eine Wellenlänge gekennzeichnet ist.

Erfindungsgemäß weist die Hohlfasermembran mindestens zwei verschiedene Lockungen auf, wobei jede der Lockungen - da sie Wellen umfassen oder aus Wellen bestehen - jeweils durch eine Schwingungsebene und eine Wellenlänge beschrieben werden können. Somit ist die erste Lockung in Form einer ersten Welle durch eine erste Schwingungsebene und eine erste Wellenlänge gekennzeichnet, und die zweite Lockung in Form einer zweiten Welle durch eine zweite Schwingungsebene und eine zweite Wellenlänge gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß schließen die erste Schwingungsebene und die zweite Schwingungsebene einen Winkel miteinander ein, welcher von Null verschieden ist.

Der Begriff „die erste Schwingungsebene und die zweite Schwingungsebene schließen einen Winkel miteinander ein, welcher von Null verschieden ist bedeutet somit auch, dass die erste und die zweite Schwingungsebene nicht parallel zueinander ausgerichtet oder in einer Ebene liegen können.

In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 70 bis 1 10°.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Winkel 85 bis 95°.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Winkel 90°, d.h. die Schwingungsebenen stehen senkrecht aufeinander. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, da eine derartige Anordnung eine besonders gute mechanische Stabilität aufweisen kann.

In einer weiteren Ausführungsform kann eine erfindungsgemäße Hohlfasermembran auch verschiedene Winkel zwischen den zumindest zwei Schwingungsebenen aufweisen.

Erfindungsgemäß sind die Wellenlängen der ersten und der zweiten Welle gleich oder verschieden voneinander.

Vorzugsweise beträgt die Wellenlänge der ersten Welle in einer Ausführungsform 3 bis 15 mm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der ersten Welle 4 bis 10 mm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der ersten Welle 6 bis 8 mm. Vorzugsweise beträgt die Wellenlänge der zweiten Welle 20 bis 50 mm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der zweiten Welle 25 bis 40 mm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der zweiten Welle 25 bis 35 mm. In einer Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der ersten Welle 3 bis 15 mm und die Wellenlänge der zweiten Welle 20 bis 50 mm.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der ersten Welle 4 bis 10 mm und die Wellenlänge der zweiten Welle 25 bis 40 mm.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der ersten Welle 6 bis 8 mm und die Wellenlänge der zweiten Welle 25 bis 35 mm.

Außer durch Schwingungsebene und Wellenlänge kann eine Welle auch durch eine Amplitude gekennzeichnet sein.

In einer Ausführungsform weist die erste Amplitude einen Wert von 0,2 bis 0,6 mm auf. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die erste Amplitude 0,3 bis 0,5 mm. In einer Ausführungsform weist die zweite Amplitude einen Wert von 2,0 bis 6,0 mm auf. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die zweite Amplitude 2,5 bis 4,5 mm.

In einer Ausführungsform beträgt die erste Amplitude 0,2 bis 0,6 mm und die zweite Amplitude 2,0 bis 6 mm.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt die erste Amplitude 0,3 bis 0,5 mm und die zweite Amplitude 2,5 bis 4,5 mm.

In bestimmten Ausführungsformen ist die Hohlfasermembrandurch durch eine Kombination von erster Wellenlänge und deren Amplitude, zweiter Wellenlänge und deren Amplitude und dem Winkel der Schwingungsebenen von erster und zweiter Welle zueinander gekennzeichnet.

In einer Ausführung beträgt die Wellenlänge der ersten Hohlfasermembran 3 bis 15 mm, und deren Amplitude beträgt 0,2 bis 0,6 mm, die Wellenlänge der zweiten Welle beträgt 20 bis 50 mm, deren Amplitude beträgt 2 bis 6 mm, und der durch die Schwingungsebenen der Wellen eingeschlossene Winkel beträgt 70° bis 1 10°

In einer anderen Ausführungsform beträgt die Wellenlänge der ersten Welle der Hohlfasermembran 6 bis 8 mm, deren Amplitude 0,2 bis 0,6 mm, die Wellenlänge der zweiten Welle 25 - 35 mm und deren Amplitude 2 bis 6 mm, und der durch die Schwingungsebenen der Wellen eingeschlossene Winkel beträgt 80° bis 100°.

In einer weiteren Ausführung beträgt die erste Wellenlänge der Faser 7 mm, und deren Amplitude 0,4 mm. Die zweite Wellenlänge beträgt 30 mm und deren Amplitude 3,5 mm. Die Schwingungsebenen der ersten und der zweitem Welle nehmen einen Winkel von 90° ein.

In einer Ausführungsform umfassen die erste Lockung und die zweite Lockung periodische Wellenformen oder bestehen aus periodischen Wellenformen.

Typische periodische Wellenformen sind eine Dreieckschwingung, eine Sägezahnschwingung, eine Rechteckschwingung oder eine Sinusschwingung (sinusoide Schwingung) oder Überlagerungen von zwei oder mehr dieser Schwingungen.

In einer Ausführungsform sind sowohl die erste Welle und die zweite Welle sinusförmig (sinusoid).

Die Hohlfasern der vorliegenden Erfindung weisen im Vergleich zu Hohlfasern mit lediglich einfacher Lockung eine verbesserte mechanische Festigkeit auf, beispielsweise gegen Verdrillung. Als Konsequenz lassen sie sich besser verarbeiten. Beispielsweise liefern sie beim Schneiden sauberere Schnittkanten, was zu einem geringeren Ausschuss führt. In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Hohlfasermembran bereitgestellt, die derartig ausgebildet ist, dass ein daraus hergestelltes Hohlfasermembranbündel eine möglichst hohe Ausform kraft von 3,4 bis 10 N aufweist, wenn das Bündel in das zylindrische Gehäuse eines Hohlfasermembranfilters für die Dialyse eingeformt wird. Derartige Hohlfasermembranen sind Gegenstand der Ansprüche 1 1 bis 14. Insbesondere handelt es sich dabei um eine gelockte Hohlfasermembran, wie sie ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Das resultierende Hohlfaserbündel weist eine Ausformkraft von 3,4 bis 10 N an einem daraus hergestellten Hohlfasermembranbündel mit 16896 Fasern auf, wenn das Hohlfasermembranbündel aus einer zylindrischen Hülse mit einem Durchmesser von 41 ,4 mm entformt wird. Bevorzugt sind im zweiten Aspekt der Erfindung Hohlfasermembranen, die eine Ausformkraft von 3,4 bis 7 N bewirken, weiter bevorzugt sind solche Hohlfasermembranen, die eine Ausform kraft von 3,6 bis 5 N bewirken. In einer Ausführungsform besitzt die Hohlfasermembran einen Faserdurchmesser von 170 bis 210 pm.

Üblicherweise ist ein Hohlfasermembranbündel in radialer Richtung komprimierbar und wird bei der Herstellung von Hohlfasermembranfiltern unter radialer Kompression in das zylindrische Gehäuse des zylindrischen Filtergehäuses eingebracht. Die Rückstellkraft eines Hohlfasermembranbündels stellt dabei das Bestreben des Bündels dar, in eine entspannte Form über zu gehen.

Je stärker die Rückstell kraft des Hohlfasermembranbündels ist, desto größer ist auch die Ausformkraft, die notwendig ist, um das Hohlfasermembranbündel aus dem Zylinder herauszuziehen.

Letztendlich ist das Rückstellvermögen des Hohlfasermembranbündels über die Lockung der Fasern einstellbar. Je nach Wellenlänge und Amplituden der Lockungen kann eine mehr oder weniger starkes Rückstellkraft des Hohlfasermembranbündels, korrelierend mit einer mehr oder weniger starken Ausformkraft bewirkt werden.

Im zweiten Aspekt dieser Erfindung wurde gefunden, dass Bündel deren Ausformkraft durch die Art der Lockung erhöht ist, im Herstellprozess von Hohlfasermembranfilter besser handhabbar sind, da sie eine höher mechanische Stabilität aufweisen und zu weniger Produktionsausschuss führen. Die höhere mechanische Stabilität resultiert aus einer stärkeren gegenseitigen Abstützung der Fasern im Hohlfaserbündel. Im Produktionsprozess von Hohlfasermembranfiltern wurde daher beobachtet, dass es zu weniger Faserbrüchen kommt. In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlfasermembran. Das Verfahren weist zumindest die Schritte (a) und (b) auf: (a) Bereitstellen einer Hohlfasermembran, welche eine erste Lockung in Form einer ersten Welle aufweist, welche durch eine erste Schwingungsebene und eine erste Wellenlänge gekennzeichnet ist;

(b) Aufbringen einer zweiten Lockung auf die in Stufe (a) bereitgestellte Hohifasermembran in Form einer zweiten Welle, welche durch eine zweite Schwingungsebene und eine zweite Wellenlänge gekennzeichnet ist; wobei das Aufbringen der Stufe (b) so erfolgt, dass nach dem Aufbringen die erste Schwingungsebene und die zweite Schwingungsebene einen Winkel einschließen, welcher von Null verschieden ist. In einer Ausführungsform wird die Wellenlängen so ausgewählt, dass die erste Wellenlänge kürzer als die zweite Wellenlänge ist.

In Stufe (a) kann eine gelockte Faser bereitgestellt werden, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die gelockte Faser kann auch nach Verfahren hergestellt werden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.

In einer Ausführungsform wird dabei die Lockung der in Stufe (a) bereitgestellten Hohlfasermembran dadurch erzeugt, dass eine Hohlfasermembran ohne Lockung durch mindestens zwei sich gegenläufig drehende Zahnräder hindurchgeführt wird. Die Form der Zähne der Zahnräder, die Abstände benachbarter Zähne voneinander sowie die Höhe der Zähne werden dabei so ausgewählt, dass die gewünschte Wellenform der ersten Welle, die gewünschte erste Wellenlänge und die gewünschte erste Amplitude eingestellt werden. In Stufe (b) wird nun auf diese gelockte Faser, die in Stufe (a) bereitgestellt wurde, eine weitere Lockung aufgebracht.

Vorzugsweise wird dabei in Stufe (b) die Hohlfasermembran der Stufe (a) durch mindestens zwei sich gegenläufig drehende Zahnräder geführt. Dabei sind die Drehachsen der Zahnräder senkrecht zur ersten Schwingungsebene der in Stufe (a) bereitgestellten Hohlfasermembran ausgerichtet, d.h. vorzugsweise sind die Lockenwicklerzahnräder parallel zueinander angeordnet. Überraschenderweise wurde gefunden, dass bei paralleler Anordnung der Lockenwicklerzahnräder der ersten und zweiten Stufe die Schwingungsebene einer wellengeprägten Hohlfasermembran nach einer ersten Stufe der Wellenprägung eine Drehung vollzieht, wenn sie in den Lockenwickler der zweiten Stufe eingezogen wird. In einer solchen Anordnung vollzieht die Schwingungsebene der Hohlfasermembran nach der ersten Stufe eine 90°C Drehung, um in die zweite Stufe eingezogen zu werden. Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je kürzer die in der ersten Stufe generierte Wellenlänge ist.

Die Form der Zähne der Zahnräder, die Abstände benachbarter Zähne und die Höhe der Zähne werden dabei so ausgewählt, dass die gewünschte Wellenform der zweiten Welle sowie die gewünschte zweite Wellenlänge und die gewünschte zweite Amplitude eingestellt werden.

Selbstverständlich kann auch eine Einstellung gewählt werden derart, dass Winkel gebildet werden, welche vom einem Winkel von 0° abweichen. Auch eine Anordnung mit einem Winkel von 90° ist möglich.

Weiter erfindungsgemäß werden die Wellenlängen der ersten und der zweiten Welle vorzugsweise so ausgewählt, dass die erste Wellenlänge kürzer als die zweite Wellenlänge ist.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlfasern. Hierbei wird eine Hohlfaser, welche eine erste Lockung in Form einer ersten Welle aufweist, welche durch eine erste Schwingungsebene und eine erste Wellenlänge gekennzeichnet ist, durch mindestens zwei sich gegenläufig drehende Zahnräder geführt (in Pfeilrichtung), wobei die Drehachsen D der Zahnräder nicht senkrecht zur ersten Schwingungsebene ausgerichtet sind sondern parallel. Dabei wird auf die Hohlfasermembran eine zweite Lockung aufgebracht, welche durch eine zweite Schwingungsebene und eine zweite Wellenlänge gekennzeichnet ist. Dabei erfolgt das Aufbringen der Stufe (b) so, dass nach dem Aufbringen die erste Schwingungsebene und die zweite Schwingungsebene einen Winkel einschließen, welcher von Null verschieden ist. In der Figur 1 soll der Winkel ca. 90° betragen. Die Wellenlängen werden so ausgewählt, dass die erste Wellenlänge kürzer als die zweite Wellenlänge ist. Für das Aufbringen einer Lockung kann die Hohlfasermembran in einer Form zur Verfügung gestellt werden, wie sie im Stand der Technik beschrieben ist, also beispielsweise plastifiziert durch Lösemittel. Die Wellen können dann dadurch fixiert werden, indem das Lösungsmittel verdampft wird. Andererseits ist es auch möglich, die zum Aufbringen der Lockung verwendeten Zahnräder zu beheizen, so dass die Hohlfasermembran thermisch verformt wird.

Fig. 2 zeigt schematisch die Herstellung einer Hohlfaser, welche in Stufe (a) bereitgestellt wird, wobei die Lockung dieser Faser dadurch hergestellt wird, dass eine im Wesentlichen lineare Hohlfasermembran durch zwei sich gegenläufig drehende Zahnräder hindurchgeführt wird (in Pfeilrichtung). Die Drehachsen stehen hier senkrecht zur Schwingungsebene der gebildeten gelockten Hohlfaser, welche die erste Lockung in Form einer ersten Welle aufweist, welche durch eine erste Schwingungsebene und eine erste Wellenlänge gekennzeichnet ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt, lassen sich die Wellenlängen der ersten und der zweiten Lockung, wobei die der zweiten Lockung größer sein muss als die der ersten Lockung, durch die Form der Zähne der Zahnräder, den Abstand benachbarter Zähne voneinander und auch der Höhe der Zähne einstellen.

Die Hohlfasern der vorliegenden Erfindung können nach bekannten Verfahren zu einem Bündel verarbeitet werden. Diese bekannten Verfahren sehen beispielsweise das Zurechtschneiden der Hohlfasern auf eine bestimmte Länge vor. Die Hohlfasern können dann zu einem Bündel geformt werde, wobei die Enden der Fasern mit geeigneten Harzen wie Polyurethanen zur Fixierung vergossen werden.

Die Herstellung des Hohlfasermembranfadens an sich kann nach einem bekannten Spinnverfahren unter Phaseninversion erfolgen. Im Folgenden werden typische Bereichsparameter für einen Spinnprozess einer Hohlfasermembran angegeben. Diese Bedingungen führen zu den Hohlfasermembranen gemäß der vorliegenden Erfindung, sind jedoch nicht einschränkend zu verstehen.

Die nachfolgenden„%" Angaben sind allesamt Gewichtsprozent-Angaben.

Hierzu wird eine Spinnmasse beispielsweise bestehend aus 16 bis 18 % Polysulfon, 3 bis 6 % Polyvinylpyrrolidon und 76 bis 81 % Dimethylacetamid vorbereitet und auf 30 bis 60 °C temperiert. Die Spinnmasse wird zusammen mit einem Fällmittel bestehend aus 25-40% Wasser und 60-75% Dimethylacetamid durch eine entsprechende Ringdüse extrudiert. Die Spinnmasse wird dabei durch einen Ringspalt zusammen mit dem Fällmittel, das durch eine zentrale kreisförmige Öffnung der Spinndüse austritt, extrudiert. Der Ringspalt kann eine typische Spaltweite von 30 bis 50 pm und einen inneren Durchmesser von 150 bis 300 pm aufweisen. Der so erhaltene Spinnfaden kann durch einen Luftspalt mit relativem Feuchtewert von 40 bis 100%, vorzugsweise 80 bis 100%, und einer Länge von 100 bis 800 mm., vorzugsweise von 200 bis 600 mm, geführt werden. Anschließend wird der Spinnfaden in ein auf beispielsweise 60 bis 80°C temperiertes Fällbad aus Wasser eingeleitet und koaguliert. Die so erhaltene Hohlfasermembran wird mit Wasser bei Temperaturen von 60°C bis 90°C gespült. Anschließend wird die Hohlfasermembran bei Temperaturen von 100 bis 150°C für 1 bis 10 Minuten getrocknet.

Der Durchmesser der so erhaltenen Hohlfasermembran und die Wandstärke der Membran können über die Extrusionsrate der Spinnmasse und des inneren Fällmittels angepasst werden. Typische Lumenweite so erhaltener Hohlfasermembranen liegen zwischen 150 und 350 pm. Typische Wandstärken solcher Hohlfasermembranen können 30 bis 50 pm betragen.

Im Anschluss an das beschriebene Spinnverfahren werden die erste und die zweite Lockung durch die entsprechenden Lockenwickler auf die Hohlfasermembran aufgeprägt.

Maßgeblich ist anscheinend, dass die erste Wellenprägung die wellenförmige Hohlfasermembran in der Schwingungsebene der Welle soweit aussteift, dass beim Übergang in die 2. Lockenwicklerstufe ein Umklappen der wellenförmigen Hohlfasermembran erfolgt.

Es hat sich gezeigt, dass die Ausrichtung der beiden Schwingungsebenen von den Wellenlängen der ersten und der zweiten Welle zueinander abhängen kann. Es wird daher in bestimmten Ausführungsformen auch eine Drehung der Schwingungsebene gefunden, die Winkelwerte von 70° bis 1 10° annehmen können.

Somit betrifft die Erfindung in einem vierten Aspekt ein Bündel aufweisend Hohlfasern wie im ersten oder zweiten Aspekt definiert, oder Hohlfasern hergestellt nach einem Verfahren wie im dritten Aspekt definiert.

Die Hohlfasern der vorliegenden Erfindung können für Filtrationszwecke eingesetzt werden. Dazu werden sie typischerweise in einem Gehäuse angeordnet, vorzugsweise in Form eines Bündels.

Insbesondere zeigen Hohlfaserbündel aus Fasern wie im ersten Aspekt definiert, eine stärkere Vorspannung als herkömmliche Hohlfasermembranbündel bestehend aus geraden bzw. einfach wellengeprägten Hohlfasern. Der Begriff „Vorpannung" bezeichnet ein Maß für eine Rückstellkraft die ein Bündel aufweist, wenn es komprimiert wird. Fasern, wie im ersten Aspekt definiert, sind bestrebt einen größeren Raum im Hohlfaserbündel einzunehmen, als herkömmliche gerade oder einfach gewellte Fasern. Bei gleicher Faseranzahl und gleichen Gehäusedimensionen bedarf es damit einer höheren Kraft um die Fasern in ein zylindrisches Gehäuse eines Filtermoduls auszuformen, als dies bei einfach wellengeprägten Fasern der Fall ist. Hierbei versteht man unter Ausformen das Herausschieben oder -ziehen eines Hohlfaserbündels aus der das Hohlfaserbündel umgebenden zylindrischen Umfassung, z.B. einem Dialysatorgehäuse, oder einer Umschlagfolie. Hohlfasermembranbündel mit derart erhöhter Vorspannung, die nach den derzeit üblichen Bündelungsverfahren in Bündelabschnitte geschnitten werden, zeigen den Vorteil gleichmäßig geschnittener Schnittkanten auf, als dies bei Schnittkanten einfach wellengeprägter Hohlfasermembranbündeln beobachtet wird. Insbesondere beim Vergießen der Faserenden mit einer Vergussmasse kommt dies zum Tragen. Ein typisches Verfahren zum Vergießen der Faserenden von Hohlfaserbündeln wird beispielsweise in der DE 10 2006 021 066 A1 beschrieben. Demnach wird beim Vergießen der Faserenden eines Hohlfasermembranbündels beispielsweise ein flüssiges Polyurethan Präpolymer verwendet. Bei derartigen Prozessen dringt die Vergussmasse in den Endbereich des Faserbündels ein und fixiert nach Aushärten des Präpolymeren die Faserenden in ihrer Position. Dies führt zu sogenannten„Vergusskeilen". Nachteilig ist, dass ein Teil der Fasern aus ihrer Lage verschoben wird. Dies kann in der weiteren Herstellung zu unbrauchbaren Filtermodulen führen. Es wurde beobachtet, dass die Bildung solcher Vergusskeile abnimmt, wenn die Schnittkante des Hohlfasermembranbündels gleichmäßiger hergestellt werden kann.

Ein weiterer positiver Effekt der erfindungsgemäßen zweifachen Lockung der Hohlfasermembran besteht in einer gleichmäßigeren Faserverteilung der Fasern innerhalb des Faserbündes. Durch eine gleichmäßigere Beabstandung der Fasern neigen die Fasern im Hohlfaserbündel weniger dazu sich zu sogenannten Strähnen zusammenzulegen. In Zonen dieser Strähnen sind einzelne Fasern unter Filtrationsbedingungen nicht frei anspülbar. Die Strähnenbildung geht dann immer einher mit einer Verringerung der Filtrationsleistung des Filtermoduls. Im vorliegenden Fall konnte durch die erfindungsgemäße zweifache Lockung und die damit verbundene gleichmäßigere Faserverteilung eine Verbesserung der Filtration erreicht werden.

Somit betrifft die Erfindung in einem fünften Aspekt eine Filtervorrichtung aufweisend ein Gehäuse und einem in diesem Gehäuse angeordneten Bündel wie im vierten Aspekt definiert. Vorzugsweise ist die Filtervorrichtung ein Hohlfaserdialysator für die Hämodialyse.

Ganz allgemein kann jedoch die Hohlfasermembran wie im ersten Aspekt oder zweiten Aspekt definiert oder die Hohlfasermembran hergestellt nach einem Verfahren wie im dritten Aspekt definiert oder das Bündel wie im vierten Aspekt definiert oder die Filtervorrichtung wie im fünften Aspekt definiert nicht nur für die Dialyse von Blut sondern für jegliche Fluidtrennung verwendet werden.

Demzufolge betrifft in einem sechsten Aspekt die Erfindung auch die Verwendung einer Hohlfasermembran wie im ersten Aspekt oder zweiten Aspekt definiert oder hergestellt wie im dritten Aspekt definiert, oder die Verwendung eines Bündels wie im vierten Aspekt definiert, oder die Verwendung einer Filtervorrichtung wie im fünften Aspekt definiert, für die Fluidtrennung.

BEISPIELE

Als Maß der Filtrationsleistung von Dialysatoren diente der sogenannte Clearance Wert, der wie nachfolgend beschrieben bestimmt wurde. Clearance Werte erfindungsgemäßer Hohlfaserbündel wurden unter Vorgaben der DIN EN ISO 8637 Norm gemessen. Dabei wurde jeweils die Eingangs- und Ausgangskonzentration einer bestimmten Leitsubstanz während einer simulierten Dialyse an einem Dialysator, der aus Hohlfaserbündel aufgebaut ist gemessen und die Clearance entsprechend der Formel berechnet:

Cl Clearance [ml/min]

OB Flussrate auf Blutseite [ml/min]

0 _F Filtratfluss [ml/min]

C _ß .in Eingangskonzentration Blutseite

C _ß .out Ausgangskonzentration Blutseite

Insgesamt wurden an 10 Filtermodulen die Clearancewerte bestimmt und die erhaltenen Werte gemittelt.

Die Clearancemessung wurde wie folgt durchgeführt: Ein Dialysator wurde durch Einformen des zu untersuchenden Hohlfaserbündel hergestellt, indem die Faserenden endseitig in dem Gehäuse des Dialysators vergossen werden. Der endseitige Verguss trennte den Dialysator in zwei Strömungsräume, einen blutseitigen Strömungsraum, der die Hohlräume der Fasern umfasst und einen dialysatseitigen Strömungsraum, der den die Fasern umgebenden Raum umfasst. Der Dialysator weiste blutseitig einen Zuführport und Auslassport auf, um Flüssigkeit in das Faserinnere einzuleiten und am anderen Ende der Fasern auszuleiten. Weiterhin weiste der Dialysator dialysatseitig einen Zuführport und einen Auslassport auf, um dialysatseitig Flüssigkeit entlang der Fasern strömen zu lassen.

Zur Durchführung der Clearancemessung wurde die Dialysatseite mit einer 1 %igen wässrigen Kaliumchloridlösung bei 37°C mit einer Flussrate von 500ml/min durchspült. Die Blutseite wurde mit der auf 37°C temperierten Prüfflüssigkeit mit einer Flussrate von 300 ml/min durchströmt.

Im Falle der Messung der Natrium Clearance wurde als Testflüssigkeit ein 154 mmol/l Natriumchloridlösung verwendet. Im Falle der Messung der Vitamin B12 Clearance wurde eine 36,07 pmol/l Testlösung verwendet. Nach 10 minütigem Durchströmen der beiden Strömungsseiten mit den jeweiligen Flüssigkeiten wurde die Konzentration des Analyten am Ausgang der Blutseite und am Ausgang der Dialysatseite bestimmt.

Zur Messung der Ausform kraft dient ein Faserbündel, das in eine HDPE Folie eingeschlagen wird als Prüfkörper. Das in die Folie eingefasste Hohlfasermembranbündel nimmt dabei eine zylindrische Form an.

Das Faserbündel wird anschließend aus dem Folienumschlag herausgeschoben, so dass das Hohlfaserbündel den Folienumschlag um 2cm frei überragen. Mit Hilfe eines Klebestreifens wird das freie Bündelende umwickelt und an einer Aufnahmeeinheit eines Zugmessgerätes fixiert. Das so eingefasste Bündelende weist dann denselben Durchmesser auf, wie das in die Folie eingeschlagene Bündel. Das auf diese Weise vorbereitete Faserbündel wird waagerecht auf einem Prüftisch positioniert. Die Folie wird mit entsprechenden Haltvorrichtungen fixiert. Mit Hilfe des Zugmessgerätes wurde das Faserbündel aus der Folienhülse herausgezogen. Die Zuggeschwindigkeit betrug 1 cm/sec. Nachdem 50% der Länge des Faserbündels aus der Folienhülse herausgezogen worden waren, wurde der Kraftwert des Entformungsvorgangs am Zugmessgerät aufgenommen. Der so gemessene Kraftwert gab die Ausformkraft des Faserbündels an. Beispiel 1

In ein handelsübliches F60S Filtergehäuse der Firma Fresenius Medical Care wurde ein erfindungsgemäßes Faserbündel mit zweifacher Lockung eingeformt. Spezifikationen zu Faseranzahl, aktiver Membranfläche, Faserdurchmesser, Wandstärke der Hohlfasermembran und Länge der Hohlfasermembran im Dialysatorgehäuse sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Fasern des erfindungsgemäßen Hohlfasermembranbündels wiesen eine erste Lockung mit einer Wellenlänge von 3 mm und eine zweite Lockung mit einer Wellenlänge von 30 mm auf. Die Schwingungsebene der beiden Lockungen standen in einem 90° Winkel zueinander.

Die Clearance Werte für Natrium und Vitamin B12 wurden nach der vorab beschriebenen Methode bestimmt. Die Natrium Clearance betrug 253 ml/min. Die Vitamin B12 Clearance betrug 135 ml/min

Vergleichsbeispiel 1

Fasern des Vergleichsbeispiels wurden nach demselben Spinnverfahren erhalten, wie die Fasern des Ausführungsbeispiels. Faserdimensionen und Porenstruktur waren daher mit denen der Fasern des Ausführungsbeispiels identisch. Die Fasern des Ausführungsbeispiels wurden im Anschuss mit einer einfachen Lockung mit einer Wellenlänge von 30 mm versehen. Die Fasern wurden zu Bündeln zusammengefasst und nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 in ein handelsübliches F60S Filtergehäuse der Firma Fresenius Medical Care eingeformt und vergossen.

Die Clearance Werte für Natrium und Vitamin B12 wurden nach der vorab beschriebenen Methode bestimmt. Die Natrium Clearance betrug 238 ml/min. Die Vitamin B12 Clearance betrug 127 ml/min. Tabelle 1

Beispiel 2

Zur Messung der Ausformkraft wurden Faserbündel bestehend aus 16896 Fasern mit 280 mm Länge hergestellt. Der Faserinnendurchmesser der Fasern betrug 183 m und die Wandstärke der Fasern betrug 38 pm. Die Fasern wurden in eine HDPE Folie zu einem zylindrischen Faserbündel mit 41 ,4 mm Durchmesser eingefasst. Die Ausform kraft wurde nach der vorab beschriebenen Methode bestimmt. Die Ausformkraft wurde an jeweils 30 Faserbündeln mit der erfindungsgemäßen zweifachen Lockung mit einer ersten Wellenlänge von 7 mm und einer Amplitude von 0,4 mm und einer zweiten Wellenlänge mit von 30 mm mit einer Amplitude von 3,5 mm gemessen.

Zum Vergleich wurde die Ausformkraft an 30 Faserbündeln gemessen, die sich von den erfindungsgemäßen Faserbündeln nur durch die Art der Lockung unterschied. Die Fasern wiesen eine einfache Lockung mit einer Wellenlänge von 30 mm und einer Amplitude von 3,5 mm auf.

Aus 30 Messungen wurde für die erfindungsgemäßen Faserbündel eine gemittelte Ausformkraft von 4,2 N gefunden. Für die Faserbündel mit den einfach gelockten Fasern wurde eine gemittelte Ausformkraft von 3,4 N für Faserbündel gefunden.