16.08.2007 02040-07 La/ss

Fresenius Medical Care Deutschland GmbH D-61352 Bad Homburg

Verfahren zum Zusammenfassen von Hohlfasern zu einem Bündel und mit diesem

Verfahren hergestelltes Hohlfaserbündel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenfassen von Fasern oder auch Fäden, insbesondere von temperaturempfindlichen Hohlfasern zu einem Bündel.

Hohlfasern können für die Durchführung von Membrantrennverfahren als Membran, nämlich als Hohlfasermembran eingesetzt werden. Solche Hohlfasern werden deshalb auch als Membranfasern bezeichnet. Insbesondere werden Hohlfasermembranen in der Medizintechnik eingesetzt. Es sind aber auch diverse andere Anwendungsgebiete bekannt.

Hohlfaserbündel werden in der Medizintechnik z. B. für die Herstellung von Filtern für extrakorporale Blutbehandlungsverfahren, z. B. für die Hämodialyse, die Hömo- filtration und die Hämodiafiltration eingesetzt. Nach dem Stand der Technik werden Hohlfasermembranen für die Dialyse durch kontinuierlich arbeitende Hohlfaser- spinnanlagen hergestellt. Die kontinuierlich aus der Hohlfaserspinnanlage austretenden Hohlfasern werden meist chargenweise z. B. auf langsam rotierende Has-

pelräder aufgewickelt. Es sind aber auch andere Haspelvorrichtungen zur Aufnahme von Hohlfasern bekannt, z. B. mit feststehenden Wickeldornen. Die Haspelräder verfügen über gleichmäßig auf Umfang verteilte Wickeldorne, auf denen die Hohlfasern aufliegen. Dadurch werden die Hohlfasern zwischen den Wickeldornen frei gespannt. Die Abstände zwischen den Wickeldornen sind so gewählt, dass zwischen jeweils zwei Wickeldornen ein Hohlfaserbündel entsteht. Diese Hohlfaserbündel werden in Handarbeit mit einer dünnen Wickelfolie aus Kunststoff umwik- kelt, so dass das Hohlfaserbündel einen Kreisquerschnitt mit vorher festgelegtem definiertem Durchmesser erhält. Die Wickelfolie wird derart um das Hohlfaserbündel gelegt, dass sie sich überlappt. Im überlappungsbereich wird die Wickelfolie dann mit Klebestreifen manuell fixiert. Sobald das Hohlfaserbündel auf diese Weise fixiert ist, wird es wiederum in Handarbeit mit einem Schneidgerät auf die gewünschte Länge abgeschnitten. Schließlich wird das Hohlfaserbündel in eine zylindrische Filterkartusche eingeführt. Nach dem Einführen des Hohlfaserbündels wird die Wickelfolie vom Hohlfaserbündel abgezogen und entsorgt. Derartige Herstellverfahren sind beispielsweise in der US-A-4,276,687 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Zusammenfassen von Hohlfasern zu einem Bündel mittels einer Wickelfolie zu automatisieren. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beschädigung der empfindlichen Hohlfasern während der automatischen Fixierung der Wickelfolie zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieses Verfahren besteht aus folgenden Schritten:

chargenweises Aufwickeln von kontinuierlich hergestellten Hohlfasern auf Haspelvorrichtungen,

Umwickeln der jeweils zwischen zwei Wickeldornen der Haspelvorrichtung gespannten bündelartig zusammengelegten Hohlfasern mit einer Wickelfolie derart, dass die Kante der Wickelfolie, die beim Umwickeln der Wickelfolie

unmittelbar auf dem Hohlfaserbündel liegt, nach innen zum Hohlfaserbündel hin umgeschlagen ist und

Verschweißen der überlappenden Kantenbereiche der Wickelfolie.

Gemäß der Erfindung wird die Fixierung durch Klebestreifen durch ein automatisches Schweißverfahren, vorzugsweise ein automatisches Wärmeimpuls- Schweißverfahren ersetzt.

Um im Schweißbereich, das heißt im überlappungsbereich der Folie eine thermische Beschädigung der äußerst empfindlichen Hohlfasern zu verhindern, wird erfindungsgemäß die Kante der Wickelfolie zum Hohlfaserbündel hin umgeschlagen, die unmittelbar auf dem Hohlfaserbündel liegt. Durch dieses einfache Mittel wird ohne nennenswerte Mehrkosten das Aufschmelzen der Folieninnenseite selbst dann mit Sicherheit ausgeschlossen, wenn das Schweißwerkzeug nicht ganz korrekt parametriert, das heißt nicht korrekt eingestellt wurde.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.

Demnach kann die Wickelfolie bei einer Automatisierung des Prozesses über eine Vorrichtung, die vor dem Einziehen der Folie in die Wickelvorrichtung eingegliedert wird, an ihrem einen Randbereich gefaltet werden. Es ist aber auch möglich, die Wickelfolie mit bereits vorgefalteter Kante bereitzustellen.

Das Verschweißen der Wickelfolie kann mittels allgemein bekannter Kunststoffschweißverfahren, vorzugsweise durch Wärmeimpulsschweißwerkzeuge erfolgen. Die Schweißzeit kann in Abhängigkeit von den gewählten Folienwerkstoffen und Foliendicken im Bereich < 10s liegen und kann beim Wärmeimpulsschweißen vorzugsweise ca. 0,3 bis 0,5 s betragen. Es können aber auch andere Kunststoffschweißverfahren, wie z. B. dauerbeheizte Werkzeuge oder Laserschweißverfahren eingesetzt werden.

Die überlappenden Kantenbereiche der Folie können vorzugsweise nur an voneinander beabstandeten Punkten miteinander verschweißt werden. Es ist aber auch möglich die überlappenden Kantenbereiche der Folie mittels einer durchgehenden Schweißnaht oder mehrerer durchgehender Schweißnahtabschnitte miteinander zu verschweißen.

Teil der Erfindung ist auch ein Hohlfaserbündel, das nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt ist. Dort ist erfindungsgemäß in einem Zwischenproduktionsschritt vor dem Einführen in ein Gehäuse, das beispielsweise ein Dialysatorgehäu- se sein kann, eine Wickelfolie um das Hohlfaserbündel gewickelt, die an ihrem auf dem Hohlfaserbündel aufliegenden Randbereich zu den Hohlfasern nach innen hin umgeschlagen ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes bei der Herstellung eines Hohlfaserbündels,

Figur 2: eine Darstellung gemäß Figur 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Figur 3: eine schematische Darstellung eines Schweißwerkzeugs, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandt werden kann und

Figur 4: eine perspektivische Darstellung eines Hohlfaserbündels.

In Figur 1 ist ein Schnitt durch einen aufgehaspelten Membranfaserstrang 10 gezeigt, um den eine Wickelfolie 12 gewickelt wird. Beim Wickeln erfolgt eine Komprimierung des durch das Wickeln entstehenden Bündels auf eine bestimmte Pak- kungsdichte. Weiterhin erhält das Bündel einen definierten Bündeldurchmesser, so

dass das Bündel später in ein hier nicht näher dargestelltes Filtergehäuse, z. B. in ein Dialysatorgehäuse eingeformt werden kann. Die Wickelfolie 12 dient hierzu als Hilfsmittel. Nach dem Einbringen des Bündels in das Dialysatorgehäuse wird die Wickelfolie wieder entfernt. Nach dem Wickeln des Hohlfaserbündels muss die Wickelfolie fixiert werden. Dies geschieht nach der vorliegenden Erfindung über ein Schweißwerkzeug 14, das beispielsweise in Figur 3 dargestellt ist. Es handelt sich hier um ein Wärmeimpulsschweißwerkzeug, bei dem ein elektrischer Leiter aufgeheizt wird. Dieses Aufheizen geschieht innerhalb sehr kurzer Zeit. Die Schweißzeit liegt im Bereich von ca. 0,3 bis 0,5 Sekunden. In Figur 3 ist mit 16 der Schweißbereich angezeigt.

Die Schwierigkeit bei Schweißen dünner Folien mit einem Wärmeimpulsschweißwerkzeug liegt darin, dass der Schweißprozeß korrekt parametriert wird. Wenn der Schweißprozeß nicht korrekt eingestellt wurde oder sich Abweichungen in den der Einstellung zugrunde gelegten Randbedingungen ergeben, können beispielsweise bei einem Schweißvorgang, wie er in Figur 1 dargestellt ist, verschiedene Schwierigkeiten auftreten. So kann beispielsweise der überlappungsbereich der Folie nicht fest verschweißt sein. Des weiteren können bei zu starkem Schweißimpuls die Membranfasern mitverschweißt sein und an der Wickelfolie anhaften, so dass sie beim Einformen des Bündels in das Dialysatorgehäuse abgerissen werden. Des weiteren können die Membranfasern thermisch beschädigt sein, so dass kein Durchfluß mehr möglich ist. Schließlich können die Membranfäden aufgeschmolzen werden und unkontrolliert erstarren. Auch können an der Folieninnenseite sogenannte Schweißnasen durch das Aufschmelzen der Folie entstehen, an denen die Fasern beim Herausziehen der Wickelfolie hängenbleiben können oder sich Schlingen bilden. Diese Probleme können durch den Wickelprozeß aber auch beispielsweise bei einer Taktzeitveränderung entstehen.

Bei der Verfahrensfolge, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, werden diese Probleme durch eine sehr einfache Maßnahme verhindert. Hier wird nämlich eine Seite der Wickelfolie am Rand gefaltet, so dass sich hier ein Umschlagbereich 18 bildet. Die-

ser Umschlagbereich 18 bildet eine Schutzschicht zwischen den Hohlfasern 10 und der zu verschweißenden Folie 12.

Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile. Die Wickelfolie kann sicher verschweißt werden. Die Parametrierung des Schweißgerätes ist unkritisch. Bei dem in Figur 1 dargestellten Verfahren können 10° Temperaturabweichung die Schweißnahtqualität beeinflussen, das heißt die Fasern könnten beschädigt sein oder die Schweißnaht könnte die benötigte und gewünschte Festigkeit nicht aufweisen.

Bei der erfindungsgemäßen Wickelfolie mit dem Umschlagbereich 18 hätte auch eine Temperaturerhöhung des Schweißgeräts 14 von beispielsweise 50 ⁰ C keinen Einfluß auf das Ergebnis. Der Energieeintrag reicht hier nicht aus, um die zusätzliche Lage zu verschweißen. Die Fasern bleiben somit unbeschädigt.

Aufgrund des Umschlagbereichs 18 entstehen auch keine Schweißnasen.

Da der Energieeintrag nicht mehr genau dosiert werden muss, kann mit höheren Temperaturen in kürzerer Zeit geschweißt werden. Das bedeutet aber, dass die Zykluszeit deutlich minimiert werden kann.

Falls nun die Schweißnaht über die Folienkante verläuft, schützen zwei Folienlagen die Hohlfaser 10 statt nur einer Lage. Diese Situation kann beispielsweise durch fehlerhaftes Wickeln eintreten.

In Figur 4 ist ein Hohlfaserbündel gezeigt, bei dem die Hohlfasern mittels der Wik- kelfolie 12 umwickelt sind. Diese ist in ihrem Randbereich mit drei beabstandeten Schweißnähten 20 verschweißt.