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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2004/082804 A1 ist ein Filtersystem für Dieselkraftstoff bekannt, das einen ringförmigen Partikelfilter in einem Filtergehäuse aufweist, dem ein ebenfalls ringförmiges Coalescer-Element vorgeschaltet ist. Über das Coalescer-Element werden im Kraftstoff dispersiv vorliegende Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen angereichert, um die Wasserabscheidung zu erleichtern. Das Coalescer-Element und das Filterelement sind um ein zentral im Aufnahmeraum des Filtergehäuses angeordnetes Mittelrohr gelagert, welches zur Ableitung des gereinigten Kraftstoffes dient.
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In der
DE 20 2011 002 684 U1 wird ein Filter zum Einsetzen in einen Kraftstofftank beschrieben, der einen Filterstrumpf aus einem Gewebe aufweist, welches von stegartigen Aussteifungselementen gestützt wird, die flexibel verformbar sind. Hiermit soll erreicht werden, dass beim Einsetzen des Filters in einen gekrümmt ausgeführten Einfüllstutzen der Filter dem Verlauf ohne Beschädigung folgen kann. Der strumpfförmige Filter dient jedoch nur zur Partikelfilterung, eine Wasserabscheidung kann hiermit nicht erreicht werden.
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WO 2012/097851 A1 betrifft einen Dieselfilter mit Wasserabscheidung, der einen radial von außen nach innen durchströmbaren Partikelfilter aufweist, in dem ein zylindrisches hydrophobes Sieb angeordnet ist, mit dem der Auslass für gereinigten Kraftstoff fluidisch verbunden ist, wobei zwischen dem Partikelfilterelement und dem hydrophoben Sieb ein Abscheidespalt vorhanden ist. Das an dem hydrophoben Sieb abgeschiedene Wasser fließt schwerkraftgetrieben nach unten durch einen Durchgang in einen Sammelraum. Ferner ist im hydrophoben Sieb ein Rohr derart angeordnet, dass dieses als Steig- bzw. Überlaufrohr fungiert und somit ein schnelles Entlüften ermöglicht.
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US 2004/0163690 A1 betrifft eine Filteranordnung für eine Spülmaschine, die aus mehreren Filtern besteht. Der „dritte Filter“ hat zwischen seinen stirnseitigen Enden ausschließlich Längsstreben, die das Siebgewebe tragen, wobei das Siebgewebe augenscheinlich auf der Innenseite der Streben angebracht ist.
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Darüber hinaus seien die
DE 10 2010 030 987 A1 und die
DE 601 28 690 T2 genannt, die weitere Kraftstofffilter mit Wasserabscheidung betreffen, die sich durch eine Erhöhung der Verweilzeit des Kraftstoffes an dem hydrophoben Siebgewebe bzw. durch eine konische Ausbildung des Siebgewebes auszeichnen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Flüssigkeitsfilter zu schaffen, mit dem über einen langen Betriebszeitraum in effektiver Weise dispersiv enthaltene Wassertröpfchen abgeschieden werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilter handelt es sich vorteilhafterweise um einen Kraftstofffilter, vorzugsweise um einen Dieselkraftstofffilter. Möglich ist aber auch eine Anwendung beispielsweise zur Filtration von Hydrauliköl.
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Der Flüssigkeitsfilter weist in einem Filtergehäuse ein ringförmiges Filterelement auf, das insbesondere als Partikelfilter dient und radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Der Innenraum des hohlzylindrischen Filterelementes bildet den Reinraum, über den das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird. In den Reinraum kann ein Mittelrohr eingesetzt sein, welches dem Filtermittel des Filterelementes, das beispielsweise faltenförmig ausgebildet ist, zusätzliche Stabilität verleiht.
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In das Filterelement des Flüssigkeitsfilters ist ein Wasserabscheidesieb eingesetzt, das separat vom Filterelement ausgebildet und mit dem Filterelement bzw. einem am Filterelement angeordneten Bauteil verbunden ist. An dem Wasserabscheidesieb erfolgt die Abscheidung von Wassertröpfchen, welche in der zu reinigenden Flüssigkeit, also beispielsweise dem Kraftstoff oder dem Hydrauliköl enthalten sind. Der Reinraum im Filterelement kann axial einenends mit einem Wassersammelraum strömungsverbunden sein, welcher im Filtergehäuse angeordnet ist und in den das abgeschiedene Wasser vom Wasserabscheidesieb abgeleitet wird. Das gereinigte Fluid wird dagegen vorteilhafterweise über eine axial am anderen Ende angeordnete Flüssigkeitsabströmleitung aus dem Reinraum des Filterelementes abgeleitet. Dies erlaubt beispielsweise eine Anordnung des Flüssigkeitsfilters mit dem Wassersammelraum im unten liegenden Bereich des Filtergehäuses, wohingegen die gereinigte Flüssigkeit axial nach oben aus dem Reinraum abgeleitet wird. Das im Wassersammelraum aufgenommene Wasser kann beispielsweise über ein Ventil aus dem Filtergehäuse abgeleitet werden. Die Abströmung abgeschiedener Wassertröpfchen vom Wasserabscheidesieb in den Wassersammelraum erfolgt somit in Richtung der Gewichtskraft der Wassertröpfchen.
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Das Wasserabscheidesieb umfasst ein Siebgewebe und einen Gewebeträger, an dem das Siebgewebe gehalten ist und der dem Siebgewebe eine definierte Form verleiht, beispielsweise eine Zylinderform oder eine konische Form. Das Wasserabscheidesieb befindet sich auf der Reinseite des Filterelementes, es ist in den zylindrischen Reinraum des Filterelementes eingesetzt. Falls ein Mittelrohr an der Innenwand des Reinraums am Filtermittel des Filterelementes angeordnet ist, umgreift das Mittelrohr das Wasserabscheidesieb. Insbesondere ist zwischen dem Wasserabscheidesieb und dem Mittelrohr ein Spalt, z. B. von mindestens 5 mm, vorgesehen.
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Der Gewebeträger erstreckt sich zwischen den Stirnseiten des Siebgewebes und weist in diesem Bereich ausschließlich Längsstreben auf, welche sich zumindest im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des Filterelementes bzw. des koaxial zum Filterelement angeordneten Wasserabscheidesiebs erstrecken. Aufgrund der zumindest im Wesentlichen axialen Ausrichtung der Längsstreben in Richtung der Längsachse ist der Winkel der Längsstreben zur Längsachse kleiner als 45°. Es kann zweckmäßig sein, die Längsstreben genau in Richtung der Längsachse auszurichten oder unter einem nur kleinen Winkel von beispielsweise maximal 10° oder maximal 20°.
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Im Bereich zwischen den Stirnseiten des Siebgewebes verlaufen nur die Längsstreben des Gewebeträgers, jedoch keine Querstreben. Durch den Verzicht auf Querstreben besitzt die Struktur des Gewebeträgers eine hohe Radialelastizität und kann insbesondere radial nach innen zusammengedrückt werden. Dies ermöglicht es dem Siebgewebe, welches von dem Gewebeträger getragen ist und sich an der Außenseite der Längsstreben des Wasserabscheidesiebs befindet, bei einem entsprechend hohen Druck, der radial an der Außenseite des Wasserabscheidesiebs anliegt, ebenfalls radial nach innen auszuweichen. Ein derartiger erhöhter Druck besteht beispielsweise bei einem Einsatz des Flüssigkeitsfilters zur Dieselfiltration bei tiefen Temperaturen und dem Ausscheiden von Paraffinen aus dem Dieselkraftstoff, wodurch das Siebgewebe radial von außen nach innen kraftbeaufschlagt wird. Durch das radialelastische Nachgeben der Längsstreben und des Siebgewebes kann ein Reißen des Siebgewebes vermieden werden.
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Sobald der äußere Druck nachlässt, nimmt das Wasserabscheidesieb wieder seine Ausgangsposition ein, indem die radialelastischen Längsstreben wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren. Auch das Siebgewebe, welches auf der Außenseite der Längsstreben angeordnet ist, kehrt wieder in die Ausgangsposition zurück.
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In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist aber auch eine Anordnung des Siebgewebes auf der Innenseite der Längsstreben möglich. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, das Siebgewebe zumindest punktuell mit den Längsstreben zu verbinden. Bei einer Anordnung des Siebgewebes auf der Außenseite der Längsstreben ist es dagegen nicht zwingend erforderlich, das Siebgewebe mit den Längsstreben zu verbinden, auch wenn dies grundsätzlich möglich ist.
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Der Gewebeträger besteht vorteilhafterweise aus Kunststoff. Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass der Gewebeträger an jeder Stirnseite des Wasserabscheidesiebs einen Trägerring bzw. Kragen aufweist und die Längsstreben zwischen den Trägerringen verlaufen und mit diesen verbunden sind. Es ist insbesondere möglich, die stirnseitigen Trägerringe und die zwischenliegenden Längsstreben einteilig auszubilden. Die stirnseitigen Trägerringe sind jeweils mit dem Siebgewebe verbunden. Über einen der Trägerringe ist das Wasserabscheidesieb beispielsweise mit einer Endscheibe zu verbinden, die an einer Stirnseite des Filterelementes angeordnet ist.
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Es kann zweckmäßig sein, die Anzahl der Längsstreben verhältnismäßig gering zu halten, um eine ausreichende Radialelastizität des Gewebeträgers sicherzustellen und außerdem den Bereich, der von den Längsstreben abgedeckt wird und somit nicht für den Durchtritt der zu reinigenden Flüssigkeit zur Verfügung steht, so gering wie möglich zu halten. Beispielsweise reicht es aus, vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Längsstreben im Gewebeträger vorzusehen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist im Flüssigkeitsfilter zusätzlich zum Filterelement ein Coalescer-Element angeordnet, welches zweckmäßigerweise in das Filterelement integriert ist. Bei dem zu reinigenden Fluid handelt es sich um ein dispersives Gemisch von zwei Flüssigkeiten, beispielsweise um Kraftstoff mit dispersiv eingelagertem Wasser, die voneinander getrennt werden sollen. Mithilfe des Coalescer-Elementes können feine Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen zusammengeführt werden, ohne jedoch eine Abscheidung zu bewirken. Im Coalescer-Element werden somit lediglich größere Wassertröpfchen erzeugt, die nach dem Durchströmen des Coalescer-Elementes am Wasserabscheidesieb, das sich im Reinraum befindet, abgeschieden werden. Das Coalescer-Element ist vorzugsweise auf der Reinseite des Filterelementes angeordnet, insbesondere zwischen der radialen Innenseite des Filtermittels des Filterelementes und dem Mittelrohr.
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Es kann zweckmäßig sein, ein Dichtelement zwischen dem Wasserabscheidesieb und dem Bauteil am Filterelement vorzusehen, an dem das Wasserabscheidesieb gehalten ist. Soweit das Wasserabscheidesieb mit der Endscheibe verbunden ist, kann das Dichtelement zwischen einem Kragen bzw. Trägerring und der Endscheibe angeordnet werden. Der Kragen bzw. Trägerring befindet sich vorzugsweise an der Stirnseite des Wasserabscheidesiebs. Das Dichtelement zwischen dem Wasserabscheidesieb und dem Bauteil des Filterelementes ist entweder einteilig mit dem Kragen bzw. Trägerring ausgebildet, beispielsweise als eine am Kragen bzw. Trägerring angeformte Dichtlippe, oder als ein separat ausgebildetes Dichtelement in Form eines Dichtringes.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht ein Flüssigkeitsfilter zur Kraftstofffiltration,
- 2 einen Schnitt längs durch den Flüssigkeitsfilter mit eingezeichneten Strömungspfeilen zur Kennzeichnung des Strömungswegs,
- 3 in perspektivischer, teilgeschnittener Ansicht ein Filterelement, welches Bestandteil des Flüssigkeitsfilters ist, mit einem im innenliegenden Reinraum angeordneten Wasserabscheidesieb,
- 4 in einer weiteren, teilgeschnittenen Darstellung das Filterelement,
- 5 eine vergrößerte Ansicht des Teils V aus 4,
- 6 das Wasserabscheidesieb in Seitenansicht,
- 7 das Wasserabscheidesieb im Längsschnitt,
- 8 das Wasserabscheidesieb in perspektivischer Ansicht.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist perspektivisch ein Flüssigkeitsfilter 1 zur Filtration von Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff dargestellt. Der Flüssigkeitsfilter 1 weist in einem Filtergehäuse 2 ein Filterelement zur Filtration des Kraftstoffes auf. Im oberen, stirnseitigen Bereich des Filtergehäuses 2 befindet sich eine Heizeinrichtung 3, in der eine Vorwärmung des zugeführten Kraftstoffes erfolgt, bevor dieser dem Filterelement im Filtergehäuse 2 zugeleitet wird. Ebenfalls im oberen Bereich des Filtergehäuses 2 befinden sich eine radiale Zuströmleitung 4 für die Zufuhr des unfiltrierten Kraftstoffes und eine radiale Abströmleitung 5 für die Ableitung des filtrierten Kraftstoffes.
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In 2 ist der Flüssigkeitsfilter 1 im Längsschnitt dargestellt. Im Filtergehäuse 2 ist das ringförmige Filterelement 6 aufgenommen, welches radial von außen nach innen von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt wird. Dementsprechend bildet der zylindrische Innenraum im Filterelement 6 den Reinraum 7, aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
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In den Reinraum 7 des Filterelementes 6 ist ein Mittel- bzw. Stützrohr 8 eingesetzt, welches vorzugsweise aus Kunststoff besteht und das Filtermittel des Filterelementes 6 stützt und diesem Stabilität verleiht. Das Mittelrohr 8 kleidet den Reinraum 7 aus.
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An der radial innen liegenden Seite des Filtermittels des Filterelementes 6 befindet sich ein Coalescer-Element 9, das radial nach innen von dem Mittelrohr 8 begrenzt wird. Im Coalescer-Element 9 erfolgt eine Koaleszenz bzw. Agglomeration fein verteilter Wassertröpfchen im Kraftstoff, so dass sich diese zu größeren Tröpfchen anreichern.
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Im untenliegenden bodennahen Bereich befindet sich im Filtergehäuse 2 ein Wassersammelraum 10, in welchem Wasser gesammelt wird, welches bei der Filtration des Fluids abgeschieden wird. Das gesammelte Wasser kann über eine bodenseitige Öffnung und ein Ventil aus dem Wassersammelraum 10 im Filtergehäuse abgeleitet werden.
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In den Reinraum 7 ist ein Wasserabscheidesieb 11 eingesetzt, welches hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Mittelrohrs 8, so dass ein zwischenliegender Ringraum gebildet ist. Das Wasserabscheidesieb 11 erstreckt sich axial ebenso wie das Mittelrohr 8 über die gesamte Länge des Reinraums 7 bzw. des Filterelementes 6. Es ist aber auch möglich, dass sich das Wasserabscheidesieb 11 nur über einen Teil der Länge des Reinraums 7 bzw. des Filterelementes 6 erstreckt. An der äußeren Mantelfläche des Wasserabscheidesiebs 11 erfolgt die Abscheidung der Wassertröpfchen, welche im Kraftstoff mitgeführt werden. Die abgeschiedenen Wassertröpfchen werden, wie mit den senkrecht nach unten weisenden Pfeilen dargestellt, über die untere axiale Stirnseite des Reinraums 7 in den Wassersammelraum 10 abgeleitet.
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Die Wandung des Wasserabscheidesiebs 11 weist eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen auf, über die der gereinigte Kraftstoff aus dem Ringraum zwischen Mittelrohr 8 und Wasserabscheidesieb 11 radial nach innen in das Innere des Wasserabscheidesiebs 11 durchströmen kann. Insbesondere weist ein Siebgewebe 23 (6 bis 8) des Wasserabscheidesiebs 11 Maschen mit einer definierten Maschenweite von z. B. 10 bis 30 µm auf. Anschließend erfolgt die axiale Ableitung des gereinigten und von den Wassertröpfchen befreiten Kraftstoffes über die axial oben liegende Stirnseite des Reinraums 7, welche mit der Abströmleitung 5 strömungsverbunden ist.
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In 3 ist das Filterelement 6 in perspektivischer und teilgeschnittener Ansicht dargestellt. Das Filtermittel 12 des Filterelementes 6 ist als Faltenfilter ausgebildet und an beiden Stirnseiten von jeweils einer Endscheibe 13, 14 eingefasst. Im Bereich der oberen Endscheibe 6, über deren zentrale Öffnung das gereinigte Fluid aus dem Reinraum 7 abgeleitet wird, weist das Wasserabscheidesieb 11 einen radial verbreiterten Kragen bzw. Trägerring 15 auf, der über Schnapp- bzw. Rasthaken 16 rastschlüssig mit der Endscheibe 13 verbunden ist. Die Rasthaken 16 sind an der nach innen gerichteten Seite an der Endscheibe 13 angeformt bzw. einteilig mit der Endscheibe 13 ausgebildet (siehe auch 4, 5). Im verbundenen Zustand hintergreifen die Rasthaken 16 eine umlaufende, radial außen liegende Ringschulter am Kragen bzw. Trägerring 15.
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Wie insbesondere 5 zu entnehmen, ist benachbart zur freien Stirnseite und im radial außen liegenden Bereich am Kragen bzw. Trägerring 15 eine Dichtlippe 17 angeformt, die an der radial innen liegenden Seite der Rasthaken 16 anliegt. Die Rasthaken 16 können ggf. auch als durchgehend umlaufender Rastring an der Unterseite der Endscheibe 13 ausgebildet sein. Über die Dichtlippe 17 ist eine strömungsdichte Abdichtung zwischen der radial außen liegenden Reinseite mit wasserhaltigem Kraftstoff und der radial innen liegenden Reinseite mit Kraftstoff ohne Wasser gegeben.
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Die Endscheibe 13 weist auf ihrer axial nach außen weisenden Stirnfläche einen axial überstehenden Stützkragen 20 auf, auf den ein Deckel 18 aufgesetzt ist. An der radial innen liegenden Seite des Stützkragens 20 befindet sich ein Dichtring 19, der sich radial nach innen, wie 3 zu entnehmen, an einem Abschnitt der Endscheibe 13 abstützt.
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Wie 5 des Weiteren zu entnehmen ist, liegt die freie Stirnseite des Kragens 15 im montierten Zustand unmittelbar unterhalb der Endscheibe 13. Bei der Montage muss das Wasserabscheidesieb 11 axial von der gegenüberliegenden Seite in den Reinraum 7 bzw. das Mittelrohr 8 eingeführt werden.
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In den 6 bis 8 ist das Wasserabscheidesieb 11 in Alleinstellung gezeigt. Das Wasserabscheidesieb 11 umfasst einen Gewebeträger 22, welcher aus Kunststoff gefertigt ist, und ein Siebgewebe 23, welches vom Gewebeträger 22 gehalten und getragen ist. Der Gewebeträger 22 weist zwei stirnseitige Kragen bzw. Trägerringe 15, 25 auf und zwischen den Trägerringen 15, 25 verlaufende, sich in Richtung der Längsachse 26 erstreckende Längsstreben 24. Die Längsstreben 24 sind einteilig mit den stirnseitigen Trägerringen 15, 25 ausgebildet. Die Längsachse 26 des zylindrisch ausgeführten Wasserabscheidesiebs 11 fällt im montierten Zustand mit der Längsachse des Flüssigkeitsfilters zusammen.
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Das Siebgewebe 23 liegt auf der radial außen liegenden Außenseite an den Längsstreben 24 an und ist stirnseitig mit jedem Trägerring 15, 25 verbunden. Im Bereich zwischen den Trägerringen 15, 25 weist der Gewebeträger 22 ausschließlich die Längsträger 24 auf, jedoch keine verbindenden Querstreben, so dass eine Radialelastizität gegeben ist und die Längsstreben 24, welche vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, radial von außen nach innen elastisch nachgeben können, falls der außen anliegende Druck entsprechend hoch ist. Dies ermöglicht es auch dem Siebgewebe 23, sich bei anliegendem Druck radial nach innen zu verformen. Die Gefahr eines Reißens des Siebgewebes ist hierdurch signifikant reduziert.
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Über den Umfang verteilt sind insgesamt vier Längsstreben 24 im Gewebeträger 23 vorgesehen, die jeweils exakt in Richtung der Längsachse 26 verlaufen und über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Längsstreben 24 weisen nur eine verhältnismäßig geringe Dicke auf, um zum einen die gewünschte Radialelastizität zu gewährleisten und zum andern die für die Durchströmung des zu reinigenden Fluids zur Verfügung stehende Durchströmfläche am Siebgewebe so gering wie möglich einzuschränken.
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Nach dem Wegfall des radial außenliegenden Drucks können die Längsstreben 24 durch ihre Eigenelastizität wieder in die Ausgangsstellung zurückkehren, in der die Längsstreben 24 einen geradlinigen Verlauf aufweisen. Mit dem Rückkehren in die Ausgangsstellung wird auch das Siebgewebe 23 wieder in die Ausgangsposition zurückverstellt.
