NO750113L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av tvinnbunter av hule fibre.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av tvinnbunter av hulfibre, spesielt egnet for behandling av fluida.

De væskebehandlinger som kan bli aktuelle i forbindelse med foreliggene ./oppfinnelse ei? i det vesentlige separasjons-, utvekslings-

og blande prosesser.

Typiske separasjonsprosesser er ultrafiltrering, invers

osmose, gass-permeasjon, gass-diffusjon, pervaporasjon.

Eksempler på utvekslingsprosesser er særlig dialyse, direkte osmose, utveksling gass-gass, væske-væske eller gass-væske, varme- utvekslingsprosesser, og den kunstige nyre som virker ved dialyse inngår i denne gruppen på samme måten som den kunstige lunge.

Som blandeprosesser kan man særlig nevne oppløsning av gass i væsker, fordampning av væsker i gass og mer spesielt luft-kondisjonering (som også omfatter varmeutveksling), luftfuktighet og generelt gassfukting.

'Det er foreslått mange apparater som bygger på hulfibre, for utførelse av væskebehandlinger av ovenstående type. Man kan f.eks. nevne franske patenter 1 227 030, 1 307 979, 1 3^0 495.

I alle disse patenter er hulfibrene enten anordnet rett-linjet eller helt eller delvis buet (særlig i spoleform).

I amerikansk patent 3 6l6 928 har man foreslått å be-nytte bølgede fibre, dette gjør at man på et gitt punkt av hulfiber-knippet oppnår at nabofibrene ikke er parallelle fordi de har en buet eller bølget form. Man oppnår derved en forbedret.ydélse for apparaturene fordi det dannes turbulensstrømninger inne i og omkring de hule fibre. Disse turbulenser ødelegger det som man kaller "grensesjikt". Disse grensesjikt er væskesjikt som har tendens til å bygge seg opp på hver side av hulfibrenes skillevegger og som. er en hindring for væskebehandlings-prosessene: ved invers osmose og ultrafiltrering dreide det seg om en overmetning foran skilleveggen. Ved dialyse dreier det seg om en utjevning av væske-konsentrasjoner på hver side av dialyseveggen. I alle tilfelle har grense-sjiktene en tendens til å senke den kraftgradient som er den drivende kraft ved disse separasjons-, utvekslings- eller blande-prosesser.

Et formål ved foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte som tillater å anbringe hulfibrene med henblikk på en forbedret ydelse for utvekslingsapparaturene.

Et annet mål er en fremgangsmåte som tillater å anbringe fibrene i en stabil konfigurasjon som ikke lett deformeres, der fibrene er anordnet på jevn måte uten brette- eller foldepunkter.

Et.annet formål ved oppfinnelsen er en fremgangsmåte for fremstilling av tvinnbunter bestående av hulfibre praktisk talt'frie for torsjonsspenninger, uavhengig av viklingsgraden.

Denne type tvinnbunter karakteriseres ved at minst en av de tvunnede hulfibrene, langs i det minste én del av lengden, er tvunnet omkring seg selv med en tvinningsgrad på mindre enn ca. en

sjettedels tvinn pr. vikling.

En slik tvinnbunt består av flere hulfibre oppviklet sammen i skrueform omkring en felles akse.

Tvinnbunter uten tvinn består med fordel av to hulfibre oppviklet på hverandre. De to hulfibre har tangensiell kontakt langs en rett linje som danner buntens akse og ingen hulfiber. har noen tvinning omkring seg selv langs en vikling.

Man kan naturligvis i praksis tillate små tvinninger i den ene eller andre .retning, på noen brøkdeler av en omdreining, som eventuelt vil kompenseres.

Generelt overstiger man,ikke ca. en sjettedels tvinning pr. vikling og fortrinnsvis en tolvtedels pr. vikling.

Por to hulfibre oppviklet på hverandre i skrueform har man, hvis man med d beregner ytterdiameteren for hulfiberen, p'betegner skrue- eller tvinn-stigningen og L betegner lengden på en vikling, følgende definisjon på de dannede skrueviklinger som utgjør tvinnbunten:

hvor a er på den ene side vinkelen som dannes mellom en tangent til skru'en og en linje parallell med tvinnbuntens akse gjennom tangent-punktet, men på den annen side vinkelen som dannes mellom diagonalen og langsiden i et rektangel hvor langsiden er lik stigningen og kortsiden lik omkretsen omkring sylinderfoten som skruen er omskrevet på.

For at en oppvikling av en tvinnbunt skal være mulig med to hulfibre må stigningen p ikke være mindre enn diameteren d, man har altså at:

For at hulfiberen ikke skal få noen tvinning på seg selv ved oppviklingen av tvinnbunten må den dreie seg omkring seg selv 4 a pr. vikling, i omvendt retning av oppviklingsretningen, hvor a varierer mellom 0 foreen vikling med uendelig stigning til 50 o 30' for en stigning som svarer ril PO og teoretisk 90° for en skrue-

stigning lik null.

Hvis to hulfibre oppvikles ved en enkel tvinning av to parallelle fibre får hver fiber en tvinning omkring seg selv på

360° pr. vikling , og denne tvinning er større enn den som er nød-vendig for å opp vikle fibrene uten t vi nn|sp ennTngef, når 4 a er mindre enn 202°. Tvinnspenningen på fibren selv vil således øke når vik-lingsstigningen synker fordi antall viklinger pr. lengdeenhet øker hurtigere enn vinkelen a. Man-kan derfor konkludere med at hvis man øker oppviklingsgraden (minsker oppviklingsstigningen) vil man kunne avflate hulfibrene. Tvinnbunter praktisk talt uten tvinning egner seg også særlig godt når oppviklingsgraden for hulfibrene ligger mellom 50 og 500 viklinger pr. meter»og fortrinnsvis mellom 150 og 300 viklinger pr. meter.

Når oppviklingsgraden for hulfibrene er høy får tverr-snittet gjennom en fiber loddrett på viklingsaksen ikke helt form som en ellipse, men som en bønne med buet lengdeakse.

I f.eks. dialyseapparater er det en fordel at hulfibrene bare har tangensialkontakt med en enkelt annen hulfiber, eller bare over en del av to hulfibres lengde, for å unngå dannelse av dødvolum. I en slik apparatur benyttes også med fordel tvinnbunter som bare består av to hulfibre oppviklet praktisk talt uten tvinn.

Med apparaturer spesielt for væske-separasjon utgjør dødvolumet mellom fibrene mindre ulemper enn i utvekslings-apparater, og man benytter da med fordel tvinnbunter bestående av tre hulfibre oppviklet praktisk talt uten tvinn.

Naturligvis kan man sammentvinne praktisk talt uten tvinning elementær-tvinnbunter av hulfibre. For eksempel kan man uten tvinning sammentvinne i positiv retning tre tvinnbunter som hver består av to hulfibre som på forhånd er sammentvunnet uten tvinning i negativ retning.

Tvinnbunter av hulfibre uten tvinning består av fortrinnsvis hulfibre'oppviklet sammen med felles stigning, men kan eventuelt bestå av hulfibre oppviklet med forskjellig stigning. Hulfibrene kan være tvunnet bare langs en del av deres lengde, men er fortrinnsvis tvunnet over hele lengden. Hulfibre innenfor samme tvinnbunt kan'være oppviklet med begrenset torsjon på hverandre, fortrinnsvis like stor torsjon og eventuelt forskjellig torsjon. En tvinnbunt hvor minst en av hulfibrene er oppviklet med en egentorsjon mindre enn ca., en sjettedels tvinn pr. vikling inngår i tvinnbunter ifølge oppfinnelsen.

Hulfibre som inngår i tvinnbunter ifølge oppfinnelsen utsettes for spenninger ved oppviklingen. Men man har funnet at disse spenninger er små i forhold til torsjons-spenningene og at førstnevnte ikke svekker eller i praksis deformerer hulfibrene. Som eksempel har man for en tvinnbunt på to hulfibre, når a = 18°, bare-6% forlengelse av den ytterste generatrisen i forhold til den inn-erste generatrisen. For dette tilfelle har man L = 10,76 d og p = 9,56 d. Med d = 0,5 mm gjennomføres en oppvikling på 200 viklinger pr. meter uten torsjon ved å dreie fibrene -^2t<t>omkring seg selv 1 omvendt retning i forhold til oppviklingsretningen. Fibrene er da

ikke utsatt for mere spenninger enn hvis de oppvikles med tettligg-ende viklinger på en trommel med l60 mm diameter.

Man finner også at tvinnbunter av hulfibre med begrenset torsjon har en øket elastisitet som minsker risikoen for brudd. Slike fiberbunter tillater en kompensasjon av dimensjonsvariasjoner som kan skyldes fuktighetsforandringer, idet en radial forlengelse fører til en lengdeforkortelse som i det vesentlige kompenserer aksialforlengelsen. Det er videre mulig å redusere veggtykkelsen hvilket f.eks. i forbindelse med blod-dialyse gjør det mulig å ned-sette dialysemotstanden mot-små molekyler.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i at man gjennom en trådføring samtidig fører minst to hulfibre og oppvikler dem som tvinnbunter på en trommel, og fremgangsmåten karakteriseres ved at hulfibrene hver kommer fra spoler som beveger seg i antiplanetarisk bevegelse med en akse som faller sammen med tvinnbuntenes dannelsesakse.

Hver spole beskriver en antiplanetarisk bevegelse ved at man f.eks. forbinder et satelitt-tannhjul med radius r som roterer uten å gli på et fast planet-tannhjul med radius R via et satelitt-omvendingstannhjul med ønsket radius.

Satelitt-tannhjulet dreier seg om seg selv ved en hel omdreining (1-- —). For å oppnå tvinnbunter av hulfibre uten egen-R 4 a

tvinn må følgende ligning oppfylles: 1 - — hvor a er den ønskede stigning uttrykt i grader. Denne ligning gjør det mulig å finne forholdet — R og, hvis man f.eks. velger a = 18 o, med et fast tannhjul med 80 tenner, finner man at satelitt-tannhjulet /må'"ha"100""" ">

tenner, idet overførings-satelitt-tannhjulet kan ha et hvilket som helst antall tenner.

Hulfibrene av-vikles samtidig fra spoler som erffor-• bundet med satelitt-tannhjulene gjennom en trådføring hvor tvinnbunten dannes. Denne vikles opp på en trommel etter å ha passert en trådføring som løper frem og tilbake for å sikre jevn fordeling på trommelen.

Naturligvis kan samme trommel■samtidig oppta flere tvinnbunter som er oppviklet i motsatt retning.

Spolene som er forbundet med satelitt-tannhjulene beskriver sirkler hvor aksen er sammenfallende med aksen gjennom planet-tannhjulet og kan med fordel falle sammen -med aksen gjennom den dannede tvinnbunten.

Det- er fordel at spolene for hulfibrene som er forbundet med satelitt-tannhjulene er sylindriske spoler. Det er videre en fordel å av-vikle hulfibrene fra spolene loddrett på spoleaksen, eller mer nøyaktig i en midlere retning som står loddrett på aksen, idet hulfiberen kommer fra et punkt som i hvert øyeblikk forskyver seg mellom de to spoleender. En 'tvinnbundt som er dannet på denne måten av flere hulfibre er praktisk talt ikke utsatt for torsjonsspenninger.

Med fordel dannes en tvinnbunt ved tvinning av hulfibre

i skrueform med konstant skruestigning. For å oppnå dette kan man avpasse rotasjonshastigheten for mottagertrommelen for tvinnbunten til hastigheten på rotoren som driver av-viklingsspolene. Man kan f.eks. knytte drivmotoren for mottagertrommelen til en tachymeter-dynamo eller til en optisk viklings-teller. Med fordel holdes hastighetene konstant for å unngå spenningsdanning i hulfibrene.

Som eksempel har man vist på figuren skjematisk og ikke

i riktig■målestokk, en særlig utførelse av en slik fremgangsmåte.

Et system av antiplanetariske tannhjul er montert i en ramme 7 som dreier seg omkring en aksel 24. Huset 7 drives av motoren 25. Tannhjulet 26 er forbundet med akselen 24 og er fast.

De to tannhjul 27 og 27' er omvendingstannhjul. Satelitt-tannhjulene 28 og 28' driver spolene som bærer hulfibrene. Spolene 1 og la be-finner segii sekundær-hus 29 og 29'. Husene 29 og 29' roterer ved hjelp av sekundær-akslene 30 og 30' forbundet med tannhjulene 28 og 28' via kardanledd 31 og 31'. Akselene 30 og 30' holdes på plass av to armer 23 og 23', festet til huset 7. Spolene 1 og la vikles av loddrett på aksen. Hulfibrene 2 og 3 føres sammen i trådføringen 4 hvor det dannes en tvinnbunt 5 som vikles opp på trommelen 6 som igjen har en frem- og tilbake-gående bevegelse for å fordele trinn-trådene. En annen tvinnbunt 5a som kommer fra en apparatur av samme typen som ovenfor/beskrevet vikles opp på trommelen 6, hviklet gjør at man på trommelen kan anbringe viklinger med alternerende høyre-og venstre-tvinning. Trommelen 6 drives via en rem av motoren 32. Man har dessuten skjematisk vist elektroniske styringsorganer 33 som, ut fra gjennomløpshastigheten for tvinnbunten 5 som måles av tachy-meteret 34 gjør det mulig å regulere motorhastigheten for motorene 25 og 32, og eventuelt sette på alarmen 35. Ved hjelp av en dreie-kontakt 36 kan man bekrefte rotasjonshastigheten for huset 7- Hjel-pemotorene 37 og 37' driver eventuelt spolene 1 og la og motorhastigheten på mtorene 37 og 37' kan selv reguleres ved dreiekontak-ter festet på akselene 30 og 30'.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av tvinnbunter av hulfibre, særlig for bruk i apparatur omfattende hulfibre, som består i at man gjennom et trådføring samtidig fører minst to huchfibre og oppvikler dem som tvinnbunter på en trommel,karakterisert vedat hulfibrene hver kommer fra spoler som beveger seg i antiplanetarisk bevegelse med en akse som faller sammen med tvinnbuntens dannelsesakse.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat man av-vikler hulfibre fra sylindriske spoler langs en middelretning som står loddrett på spoleaksen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat bevegelsen på nevnte spoler oppnås ved dreining av satelitt-tannhjul som griper inn i et fast planet-tannhjul via omvendings-tannhjul, hvilke omvendings-tannhjul har det samme, fritt valgte, antall tenner.

4. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 1-3,karakterisert vedat rotasjonshastigheten for trommelen som opptar tvinnbunten avpasses til hastigheten på rotoren som driver spolene, for å oppnå konstant viklings-stigning for tvinnbunten.