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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Umhüllung von
einem Faserbündel, und insbesondere auf eine Methode zur Umhüllung eines
Bündels aus hohlen Fasern, um ein Rohr im wesentlichen mit diesem Bündel
auszufüllen, wobei die hohlen Fasern von einer Art sind, wie sie in großem
Umfang auf dem Gebiet der Behandlung von Blut, der Umkehrosmose, für den
Wärmetausch od. dgl. eingesetzt werden.
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Üblicherweise werden Faserbündel in vorbestimmten Längen so zugeschnitten,
daß sie in Rohren oder zylindrischen Behältern installiert werden können. Um
die Bündel im Laufe des Zerschneidens und Einsetzens gegen
Beschädigungen zu schützen, wurden die einzelnen Bündel mit einer
Schutzfolie umhüllt, die vorher auf die entsprechende Länge beschnitten
worden war. Eine solche Methode ist in der US-A-4 276 687 beschrieben.
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Die Fig. 3 zeigt ein mit einer Folie 22 umhülltes Faserbündel 21, und die Fig. 4
zeigt einen entsprechenden Querschnitt dieser Einheit. Die Schutzfolie 22 wird
verspannt und eine ihrer Längskanten ist an einem Teil des Körpers der Folie
an verschiedenen Positionen mit Hilfe mehrerer Streifen eines einseitigen
Klebebandes 23 befestigt.
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Wenn die Folie 22 auf das Faserbündel 21 gewickelt wird, besteht die
Möglichkeit, daß mehrere in der äußeren Schicht angeordnete hohle Fasern 24
zwischen den übereinandergelegten Abschnitten der Folie eingeklemmt
werden. Dabei besteht die Gefahr, daß die eingeklemmten Fasern 24 nicht nur
während der Wicklung, sondern auch während des Einsetzens des Bündels 21
zusammen mit der Schutzfolie 22 in den Behälter beschädigt, verbogen
und/oder zerrissen werden. Bei der Benutzung eines mit hohlen Fasern
bestückten Gerätes haben die in einem Bündel enthaltenen beschädigten
hohlen Fasern 24 ernsthafte Probleme verursacht, wie zum Beispiel das
Austreten von in diesen Fasern fließendem Blut.
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Daher muß die Umhüllung des Bündels 21 aus hohlen Fasern mit der
Schutzfolie 22 sehr sorgfältig durchgeführt werden, um ein Einklemmen der
Fasern 24 zu verhindern. Wenn ein solches Einklemmen von Fasern in einem
bereits umhüllten Bündel 21 festgestellt wird, so muß von Hand repariert
werden. Solche Reparaturen senken die Effizienz der Produktion.
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Eine kleine Anzahl von Streifen aus einseitigen Klebebändern 23 für die
Befestigung der Folienkante erwies sich als nicht ausreichend, um eine
ungehinderte Weiterleitung der Bündel auf dem Montageband zu
gewährleisten. Dies beruht darauf, daß einzelne gekräuselte Ränder der Folie
in vielen Fällen mit irgendwelchen auf dem Montageband vorhandenen
Gegenständen oder Teilen kollidiert haben, oder an ihnen hängengeblieben
sind.
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Die nur in einfacher Weise mit der Schutzfolie 22 umhüllten Faserbündel 21
hatten keine einheitliche Form, sondern wiesen verschiedene Einsenkungen in
ihrem Querschnitt auf. Daher war es nicht einfach, solche Bündel koaxial
ausgerichtet in die Behälter von mit hohlen Fasern bestückten Geräten
einzusetzen.
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Eine weitere Methode für die Umhüllung eines Faserbündels, das in einen
zylindrischen Behälter eingesetzt wird, ist in der US-A-5 064 496 offenbart.
Hier wird das Bündel mittels eines eine zylindrische Form annehmenden
Endlosriemens durch Überlappen der Längsränder des Riemens umhüllt. Der
Endlosriemen wird dann geöffnet und die Fasern werden freigelegt, bevor sie
in den zylindrischen Behälter eingesetzt werden. An den überlappenden
Riemenkanten können die Fasern eingeklemmt oder abgekniffen werden.
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Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, die gemacht wurde, um die
bei Methoden aus dem Stand der Technik auftretenden Probleme zu lösen,
eine verbesserte Methode für die Umhüllung eines Faserbündels zur
Verfügung zu stellen.
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Die hier vorgeschlagene Methode umfaßt den ersten Schritt der Aufbringung
einer gewissen Vorspannung auf das Faserbündel in dessen Längsrichtung
und an gegenüberliegenden Enden dieses Bündels. Kennzeichnend beinhaltet
diese Methode folgende Arbeitsschritte: schraubenförmiges Aufwickeln eines
elastischen Bandes auf das Bündel, ausgehend von einem der
gegenüberliegenden Enden gegen das andere Ende in einer Weise, daß das
Band das Bündel fast vollständig umhüllt, während die vorher aufgebrachte
Spannung gehalten wird; und schließlich Abwickeln des Bandes in einer
Weise, daß das Bündel schrittweise ab dem zweiten Ende in Richtung des
ersten Endes freigelegt wird, während synchron der so freigelegte Teil des
Bündels schrittweise in eine zylindrische Schutzhülle eingeschoben wird.
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Nachstehend wird eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung im
Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erklärt, in denen folgendes
dargestellt ist:
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Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung, in der ein
Band auf ein Bündel aus hohlen Fasern gewickelt wird;
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Die Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in dem Zustand, in dem das Band abgewickelt
und das Bündel in eine zylindrische Schutzhülle eingeschoben wird.;
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Die Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bündels aus hohlen Fasern,
welches nach einer Methode aus dem Stand der Technik umwickelt wurde; und
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Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des in der Fig. 3 dargestellten Bündels.
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In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsart umfaßt die Vorrichtung
für die Durchführung der jeweiligen Arbeitsschritte ein Bündel 1 aus hohlen
Fasern, eine zylindrische Schutzhülle 2 und ein Band 3. Außerdem enthält die
Vorrichtung einen Stab 4 für die Halterung der Schutzhülle, eine
Bandablageeinheit 5 und eine Spannvorrichtung 6 für die Aufbringung einer
Vorspannung auf das Faserbündel.
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Als erstes wird der Mitnehmerstachel 7 durch eines der gegenüberliegenden
Enden des Faserbündels 1 geschoben (das heißt, in der Zeichnung links).
Anschließend wird ein zweiter Mitnehmerstachel 8 der Spannvorrichtung 6 mit
dem anderen Ende des Faserbündels in Eingriff gebracht (das heißt, in der
Zeichnung rechts). Danach wird der zweite Mitnehmerstachel 8 mittels eines
(nicht dargestellten) Druckluftzylinders in der Spannvorrichtung 6 nach rechts
gezogen, wodurch in Längsrichtung eine bestimmte Vorspannung auf das
Bündel 1 beaufschlagt wird. Der Stab 4 verläuft axial ausgerichtet und im
Abstand von dem Faserbündel 1 und trägt darauf die zylindrische Schutzhülle
mit der Bezugsnummer 2.
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Die Schutzhülle 2 besteht üblicherweise aus einem thermoplastischen Harz,
wie zum Beispiel einem Polypropylen, und hat im allgemeinen eine
Wandstärke von etwa 0,35 mm. Die Schutzhülle kann transparent oder
lichtdurchlässig sein, so daß deren Inneres durch die Wand gesehen werden
kann. Die innere Umfangsfläche der Schutzhülle ist vorzugsweise matt
geschliffen, oder hat eine in einer anderen Weise bearbeitete Oberfläche, so
daß das Faserbündel ungehindert gleiten kann.
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Nach dem vorstehend beschriebenen Vorbereitungsschritt wird das Band um
das Faserbündel 1 so gewickelt, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Zu
diesem Zweck wird eine Verbindungsleine 9 am linken Ende des Bündels und
am rechten Ende des die Schutzhülle tragenden Stabes 4 befestigt, und
anschließend wird der Mitnehmerstachel 7 aus dem linken Ende des Bündels 1
herausgezogen. Die Verbindungsleine 9 kann zum Beispiel aus einer Schlaufe
oder einem Paar Leinen bestehen, welche mit dem Ende des Stabes 4 in
Eingriff stehen, oder mit diesem verknotet werden können. Anschließend wird
ein auf einem beweglichen Bock 10 der Bandablageeinheit 5 montierter
rotierender ringförmiger Kopf 11 in eine Ausgangsposition bewegt, welche den
Kopf 11 veranlaßt, sich um das rechte Ende des Faserbündels 1 zu legen. Ein
freies Ende des Bandes 3, welches auf eine auf dem Kopf angeordnete Spule
12 aufgewickelt ist, ist löslich an dem Bündel 1 an dem Abschnitt des Bündels
befestigt, welcher auf der rechten Seite liegt. Das Band ist aus einem
Polyethylen, einem Polyfluoridharz, einem Polyvinylchlorid, einem
Polyvinylidenchlorid, od. dgl. hergestellt. Anschließend beginnt ein (nicht
dargestellter) Motor, den rotierenden ringförmigen Kopfs 11 nach links zu
bewegen, während er sich um seine eigene Achse dreht. Auf diese Weise wird
das von einer Spule 12 abgewickelte Band spiralförmig auf das Bündel 1 über
die gesamte Länge dieses Bündels 1 gewickelt, mit Ausnahme seiner
gegenüberliegenden Enden. Ein Vorschubmotor 13, welcher die Spule 12 mit
dem Kopf 11 verbindet, wird so gesteuert, daß er die Spannung des Bandes 3
regulieren kann.
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Nachdem das hohle Faserbündel 1 mit dem Band 3 umwickelt worden ist, wird
die von dem Stab 4 getragene Schutzhülle 2 über eine geringe Distanz nach
rechts bewegt. Auf diese Weise sitzt das rechte Ende der Schutzhülle 2 auf
dem linken freiliegenden Ende des Bündels 1 auf, wie dies in der Fig. 2
dargestellt ist. Anschließend beginnt der Kopf 11 der Bandablagevorrichtung 5
sich in der entgegengesetzten Richtung zu drehen, und zwar entgegensetzt zu
der in der Fig. 1 dargestellten Richtung. Synchron mit der Rotation des Kopfes
11 bewegt sich der von dem Motor angetriebene bewegliche Bock 10 nach
rechts. Aufgrund der synchronen Bewegungen des Kopfes 11 und des Bockes
10 wird das Band 3 kontinuierlich aus seiner letzten linken Kehrtwende in
seiner ersten rechten Kehrtwende abgewickelt, um so schrittweise das Bündel
1 freizulegen, während gleichzeitig der so freigelegte Abschnitt des Bündels 1
schrittweise in die zylindrische Schutzhülle 2 eingeführt wird. Der
Vorschubmotor 13 treibt die Spule 12 weiter an, um die Spannung des Bandes
auf dem gewünschten Niveau zu halten, und zwar ähnlich dem in der Fig. 1
dargestellten Arbeitsschritt. Das freie Ende des Bandes, welches löslich an
dem rechten Ende des Bündels befestigt ist, kann dann abgleiten und
ermöglicht dadurch, daß das Bündel aus hohlen Fasern 1 vollkommen von der
Schutzhülle 2 überdeckt wird. In einem nachfolgenden Umhüllungsschritt wird
das Bündel 1 in der Schutzhülle 2 axial mit einem zylindrischen Behälter in
einem mit hohlen Fasern bestückten Gerät ausgerichtet. Es versteht sich, daß
die vorstehend beschriebene Methode auch auf die Umhüllung von anderen
Faserbündeln geeignet ist, als von aus hohlen Fasern bestehenden Bündeln.
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Zusammenfassend umfaßt die beschriebene Methode den Schritt der
vollkommenen spiralförmigen Aufwicklung eines Bandes auf ein Bündel
zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende dieses Bündels, während
diese Enden in entgegengesetzte Richtungen gedrückt werden, um die
Spannung in der Längsrichtung aufrechtzuerhalten. Anschließend wird das
Band von dem Bündel abgewickelt, welches dann schrittweise zwischen dem
äußeren Ende und dem unteren Ende freigelegt wird, während synchron der so
freigelegte Teil des Bündels schrittweise in eine zylindrische Schutzhülle
eingeschoben wird.
BEISPIELE 1 BIS 3
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Es wurden drei Beispiele eines Faserbündels hergestellt. Das Bündel im
Beispiel 1 bestand aus hohlen Fasern mit einer Anzahl "A". Die Bündel der
Beispiele 2 und 3 enthielten jeweils "A-500" und "A + 500" Fasern. Sämtliche
Beispiele hatten fast den gleichen Durchmesser des Bündels, in das die
Fasern gepackt waren und dieser Durchmesser wurde während der
Aufwicklung und der Abwicklung des Bandes erhalten. Ein Band wurde auf
jedes der Bündel der einzelnen Beispiele unter Spannungen auf und
abgewickelt, die in der Tabelle 1 zusammen mit den Werten des
"Packungsverhältnisses" angegeben sind, welches durch die nachstehende
Gleichung (1) definiert wird:
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Packungsverhältnis des Faserbündels = [{(durch den äußeren Umfang einer
Faser definierter Querschnittsbereich)· Anzahl der Fasern)/(durch den inneren
Umfang einer zylindrischen Schutzhülle definierter Querschnittsbereich)] · 100
Gleichung (1)
Tabelle 1
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Die Tabelle 1 zeigt, daß mit der steigenden Zahl von Fasern, die in ein Bündel
gepackt sind, eine höhere Wickelspannung des Bandes und ein größeres
Packungsverhältnis der Fasern erzeugt wird. Die Abwickelspannung des
Bandes bleibt jedoch die gleiche, um den gleichen Außendurchmesser der
Bündel zu gewährleisten.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann der Außendurchmesser des
Faserbündels beinahe konstant gehalten werden, auch wenn die Zahl der
umwickelten Fasern pro Bündel in geringem Maße variiert. Ein solcher
konstanter Bündeldurchmesser wird aufgrund der Regulierung der
Spannungen für das Aufwickeln und Abwickeln des Bandes erreicht. Daher
kann die zylindrische Schutzhülle mit einem vorgegebenen Innendurchmesser
eine variable Anzahl von Fasern aufnehmen und halten, so daß der
Einsatzbereich der Schutzhülle erweitert wird. Während des Wickelvorgangs
können die Fasern nur sehr geringem Maße beschädigt werden, wodurch die
Wahrscheinlichkeit verringert wird, daß ein Fluid, wie zum Beispiel Blut, seitlich
aus den Fasern austreten kann, die in einem Gerät für die Aufnahme hohler
Fasern installiert sind. Außerdem ist eine spätere manuelle Justierung der
bereits umwickelten Bündel nicht mehr erforderlich, wodurch das
Fertigungsergebnis verbessert wird.