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Die
Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit einem Filtergehäuse und
mit einem im Filtergehäuse
aufnehmbaren und tauschbaren Filtereinsatz, der ein Filtermaterial
aufweist.
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Filtervorrichtungen
der vorstehend genannten Art sind handelsüblich und in einer Vielzahl
von Ausführungsformen
auf dem Markt frei erhältlich.
Sie finden beispielsweise Anwendung bei Hydraulikanlagen in von
Hydrauliköl
durchströmten
Systemzweigen, wobei die bekannten Filtereinsätze hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit
und der Stabilität
des für
die Filterleistung maßgebenden
Betawertes nicht immer völlig
zufriedenstellend ausgeführt
sind. Insbesondere bei hohen Durchflußleistungen besteht die Gefahr, dass
es an der Verbindungsstelle, an der die Enden des aufgefalteten
(plissierten) Filtermaterials zu dem den Filterzylinder bildenden
Ringkörper
vereinigt sind, zu Verformungen oder Beschädigungen aufgrund des Fluid-Differenzdruckes
kommt, der an der Verbindungsstelle wirksam ist. Solche Beeinträchtigungen
und/oder Verformungen der Falten im Bereich der Verbindungsstelle
sind hier mit dem allgemeinen Fachausdruck „Beulen der Falten" bezeichnet.
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Durch
die nachveröffentlichte
DE-A-102 35 275 der Anmelderin ist eine gattungsgemäße Filtervorrichtung
bekannt, die als tauschbaren Filtereinsatz ein Filterelement aufweist,
mit einem an seiner Außenseite
an einem fluiddurchlässigen
Stützrohr anliegenden
Filtermaterial-Zylinder, der von seiner Innenseite her von dem zu
filtrierenden Fluid durchströmbar
und aus einer Filtermattenbahn gebildet ist, die eine Folge von
zumindest bereichsweise aneinander anliegenden Falten aufweist und
deren beide Enden an einer Verbindungsstelle zur Bildung eines Ringkörpers miteinander
verbunden sind. Dadurch, dass bei der bekannten Lösung an
der Verbindungsstelle der Enden der Filtermattenbahn besondere Schutzvorkehrungen
getroffen sind, die ein Beulen der Falten in diesem Bereich verhindern,
ergibt sich selbst bei hohen Durchflußleistungen und entsprechend
hohen Fluid-Differenzdrücken, die
im Bereich der Verbindungsstelle wirksam sind, die erstrebte Verbesserung
der Betriebssicherheit.
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In
praktischen Versuchen hat es sich jedoch gezeigt, dass bei der bekannten
Lösung
die kompakt aufbauende plissierte Filtermatte als Filtermaterial
für das
zu filtrierende Fluid einen Durchlaßwiderstand bildet, der mit
zunehmendem Verschmutzungsgrad im Filterelement noch weiter zunimmt.
Dies führt
aber zu energetisch ungünstigen
Verhältnissen
im Filtrationsbetrieb und die Filtrationsleistung verschlechtert sich.
Würde man
nun, was naheliegend ist, um die Filtrationsleistung zu verbessern,
den Materialeinsatz an Filtermaterial erhöhen, beispielsweise in der Form,
dass man einen im Durchmesser dickeren Filtermattenaufbau wählt, würde dies
aufgrund der weiteren Erhöhung
des Durchflußwiderstandes
nicht zu einer deutlichen Verbesserung der Filtrationsleistung führen und
darüber
hinaus wäre
die Gefahr des bereits beschriebenen Beulens zumindest für bestimmte
Materiallagen weiter erhöht.
Auch würde
eine dahingehende Filtervorrichtung dann entsprechend groß aufbauen
und der beschriebene Filtermattenaufbau wäre entsprechend teuer in der
Herstellung.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen dahingehend weiter zu
verbessern, dass sie sich im Betrieb bezogen auf das Filtermaterial
als ausgesprochen beulsteif erweisen, sehr gute Filtrationsergebnisse
und Leistungen erzielen bei geometrisch klein dimensioniertem Aufbau
und dennoch kostengünstig in
der Herstellung sind. Eine dahingehende Aufgabe löst eine
Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner
Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 der Filtereinsatz in Segmente unterteilt
zwischen sich jeweils einen Fluidraum begrenzt, von dem aus das
zu filtrierende Fluid in entgegengesetzten Richtungen die Segmente mit
dem Filtermaterial durchströmt,
ist im Prinzip der bei der bekannten Lösung mittlere Filtermattenaufbaubereich
weggelassen und an dessen Stelle tritt ein Sammelraum für Fluid
und Verschmutzungen, wobei schwerkraftbedingt sich die Verschmutzungen mit
zunehmender Einsatzdauer der Filtervorrichtung im unteren Bereich
des Sammelraums absetzen.
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Es
ist für
einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Filtrationstechnik überraschend, dass
er durch Weglassen von Filtereinsatzmaterial zu besseren Filtrationsleistungen
und Ergebnissen kommt als wenn er gerade für die dahingehende Aufgabenstellung
entsprechendes Filtermaterial einsetzt. Aufgrund der Durchströmung der
beiden Segmente, die den Fluidraum randseitig begrenzen, in entgegengesetzter
Richtung ist darüber
hinaus das energetische Durchströmverhalten
des Filtereinsatzes einschließlich
seines Filtermaterials verbessert und da die genannten Segmente
mit wenig Materialeinsatz an Filtermaterial auskommen, läßt sich
die dahingehende Lösung
kostengünstig
realisieren. Des weiteren lassen sich die geometrisch klein aufbauenden
Segmente entsprechend konstruktiv steif auslegen, so dass die Gefahr
des schädlichen
Beulens im Filtrierbetrieb mit den beschriebenen Nachteilen vermieden
ist. Als Filtermaterial für
die einzelnen Segmente können
plissierte Filterelemente zum Einsatz kommen aber auch sonstige
geschichtete oder gewickelte Filtermattenaufbauten. Welchen Filtermaterialaufbau
man hier letztendlich wählt,
ist von der Filtrationsaufgabe sowie von Standzeitüberlegungen
abhängig.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
erweitert sich der Fluidraum in Längsrichtung desselben von einem Bodenteil
des Filtergehäuses
zum Deckelteil desselben konisch. Demgemäß ergibt sich in Richtung des Bodenteils
eine konische Verjüngung
des Fluid- oder Sammelraumes,
was sich im Filtrationsbetrieb zum Ablagern von Verschmutzungen
als günstig
erwiesen hat.
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Bei
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
stützt
das im Filtergehäuse
zuinnerst angeordnete Segment sich innenumfangsseitig an einem inneren
Stützrohr
ab, wobei das zuäußerst angeordnete
Segment sich außenumfangsseitig
an einem äußeren Stützrohr abstützt. Durch
die dahingehenden Abstützmöglichkeiten
an den Stützrohren
erhöht sich
die Sicherheit gegen das angesprochene Ausbeulen und im Filtrationsbetrieb
drückt
das zu filtrierende Fluid das jeweilige Filtermaterial eines Segmentes
an die zugeordnete Wandung des Stützrohres.
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Sofern
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
das innere Stützrohr
sich in Richtung des Deckelteils des Filtergehäuses konisch verjüngt, erleichtert
dies die Abzugsmöglichkeit
des aus den Segmenten bestehenden Filtereinsatzes von der Stützrohrkonstruk tion.
Dergestalt läßt sich
dann das Segment einfach gegen ein neues tauschen und aufgrund der
konischen Führung
des Stützrohres
zentriert sich der Filtereinsatz mit den Segmenten selbständig innerhalb des
Filtergehäuses
der Filtervorrichtung.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung sind
die einzelnen Segmente endseitig mit kappenartigen Abschlußteilen
versehen, die zusammen mit den Segmenten unter Belassen der Stützrohre
im Filtergehäuse
aus diesem entfernbar sind. Dergestalt läßt sich der Filtereinsatz mit
dem in den Segmenten aufgeteilten Filtermaterial einfach entsorgen
sowie gegebenenfalls recyceln oder veraschen und die meist metallisch
aufgebauten Stützrohre
können
für eine
Mehrfachverwendung innerhalb der Filtervorrichtung belassen werden.
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Bei
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
weist das dem Bodenteil zugewandte Abschlußteil mindestens eine stegartige
Verlängerung auf,
die an ihrem freien Ende mit einem konvexen Anlageteil versehen
ist zur Anlage mit der konvex geformten Innenumfangsfläche des
Bodenteils. Vorzugsweise ist dabei die Krümmung des konvexen Endes des
Anlageteils stärker
als die Krümmung
der konvexen Innenfläche
des Bodenteils. Auf diese Art und Weise kommt es beim Austauschvorgang
des Filtereinsatzes gegen einen neuen zu einer lagesicheren, sich
selbst zentrierenden Abstützung
gegenüber
dem genannten Bodenteil.
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Sofern
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
dabei mehrere stegartige Verlängerungen
des bodenseitigen Abschlußteils
miteinander Fluiddurchlässe
begrenzen und das kappenartige Abschlußteil, das dem Deckelteil zugewandt
ist, mit zwei Eingriffsflanschen in eine Ausnehmung des Deckelteils
eingreift und mit einer Abdichteinrichtung gegenüber dem Deckelteil versehen
ist unter Einbezug, dass das Deckelteil eine Vielzahl an Fluiddurchlaßstellen
aufweist, durch die zu filtrierendes Fluid über die Ausnehmung im Deckelteil
in den Fluidraum zwischen den Segmenten eintritt, ist innerhalb
der Filtervorrichtung parallel zu den einzelnen Segmenten des Filtereinsatzes
verlaufend eine Durchströmungsmöglichkeit
mit dem zu filtrierenden Fluid in einer Richtung geschaffen, was sich
energetisch sehr günstig
auf den Gesamt-Filtrationsbetrieb mit der Filtervorrichtung auswirkt.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Filtervorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels nach
der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigt in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die einzige
Figur, teilweise in perspektivischer Ansicht, teilweise geschnitten,
die erfindungsgemäße Filtervorrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Filtervorrichtung weist
ein Filtergehäuse 10 auf.
Das Filtergehäuse 10 ist
in der Art eines Filtertopfes ausgebildet und ist in Blickrichtung
auf die Figur, die der Betriebsstellung entspricht, oben über ein
Deckelteil 12 abgeschlossen. Hierzu wird das Deckelteil 12 über eine
Einschraubstrecke 14 mit dem sonstigen Gehäuse 10 lösbar verbunden.
Dabei liegt das Deckelteil 12 mit einer randseitigen Verbreiterung 16 auf
der freien Stirnseite des Filtergehäuses 10 auf und zwischen Verbreiterung 16 und
Einschraubstrecke 14 ist ein Dichtring 18 angeordnet,
der in Richtung des Filtergehäuses
wirkt.
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Innerhalb
des Filtergehäuses 10 ist
ein als Ganzes mit 20 bezeichneter tauschbarer Filtersatz aufgenommen,
der ein Filtermaterial 22 aufweist. Wie die Figur zeigt,
ist der dahingehende Filtereinsatz 20 in zwei ringförmige Segmente 24 und 26 unterteilt,
die zwischen sich einen Fluidraum 28 begrenzen, wobei sich
die genannten Segmente 24,26 über die gesamte Länge des Filtergehäuses 10 bis zum
Eingriff des Deckelteils 12 in das Gehäuse 10 im wesentlichen
erstrecken. Von diesem Fluidraum 28 aus durchströmt das zu
filtrierende Fluid (nicht dargestellt) in entgegengesetzten Richtungen
und mithin in Blickrichtung auf die Figur gesehen im wesentlichen horizontal
die Segmente 24,26 mit dem Filtermaterial 22.
Der Fluidraum 28 erweitert sich in Längsrichtung der Filtervorrichtung
von einem Bodenteil 30 des Filtergehäuses 10 aus zum Deckelteil 12 hin
konisch.
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Das
im Filtergehäuse 10 zuinnerst
angeordnete Segment 26 stützt sich innenumfangsseitig
an einem inneren Stützrohr 32 ab,
wohingegen das zuäußerst angeordnete
Segment 24 sich außenumfangsseitig
an einem äußeren Stützrohr 34 abstützt. Die
dahingehenden Stützrohre 32,34 sind
mit einer Vielzahl an Durchlaßstellen
(Perforation) für
den Durchtritt von Fluid versehen. Wie sich des weiteren aus der
Figur ergibt, ist das innere Stützrohr 32 in Richtung
des Deckelteils 12 des Filtergehäuses 10 sich konisch
verjüngend
ausgebildet und ist zu seinen beiden Enden hin offen, wobei das
untere, dem Bodenteil 30 zugewandte Ende des inneren Stützrohres 32 von
einer Einbördelung 36 durchgriffen
ist und über
die dahingehende Einbördelung 36 ist
eine feste Verbindung zu dem inneren Stützrohr 32 hergestellt.
Anstelle des Festlegens über
eine Einbördelung
kann hier auch ein Schweiß-
oder Klebstoffverfahren zum Einsatz kommen. Das Filtermaterial 22 der
beiden Segmente 24,26 ist in der Art von zylindrischen
Ring- oder Hohlkörpern
ausgebildet, wobei das innere Segment 26 am inneren Stützrohr 32 anliegend
dessen konischer Neigung folgt.
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Die
einzelnen Segmente 24,26 sind endseitig mit kappenartigen
Abschlußteilen 38,40 versehen, die
zusammen mit den genannten Segmenten 24,26 unter
Belassen der beiden Stützrohre 32,34 im
Filtergehäuse 10 aus
diesem entfernbar sind. Das dem Bodenteil 30 zugewandte
Abschlußteil 38 weist
außenumfangsseitig
und in radialen Abständen
voneinander stegartige Verlängerungen 42 auf,
die an ihrem freien Ende mit einem konvexen Anlageteil 44 versehen
sind zur Anlage mit der konvex geformten Innenumfangsfläche 46 des
Bodenteils 30. Die angesprochenen konvexen Formungen beziehen
sich vom Inneren des Filtergehäuses 10 aus
betrachtet nach außen
hin. Ferner ist die Krümmung
des konvexen Endes des Anlageteils 44 stärker als
die Krümmung
der konvexen Innenumfangsfläche 46 des
Bodenteils 30. Auf diese Art und Weise kommt es zu einer
selbstzentrierenden Anlage bei einem Austauschvorgang des Filtereinsatzes 20 gegen
einen neuen über
die genannten stegartigen Verlängerungen 42.
Des weiteren läßt sich über ein
gewisses Maß an
Eigenelastizität
der Abschlußteile 38,40 ein
sicheres Einspannen des Filtereinsatzes 20 innerhalb des
Filtergehäuses 10 über das
einschraubbare Deckelteil 12 vornehmen.
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Für eine sichere
Abstützung
der beiden unteren Enden der Segmente 24,26 ist
das untere Abschlußteil 38 nach
oben hin mit einer beidseitig wirkenden Ringanlagefläche 48 versehen.
Vorzugsweise sind die Filtermattenenden des jeweiligen Segmentes 24,26 in
den kappenartigen Abschlußteilen 38,40 über ein
Klebstoffbett od. dgl. gehalten. Die stegartigen Verlängerungen 42 begrenzen
zwischen sich Fluiddurchlässe 50,
so dass das vom Fluidraum 28 kommende Fluid vom äußeren Segment 24 filtriert das äußere Stützrohr 34 mit
seinen Perforationen durchströmt,
um dergestalt in einem Ringraum 52 zwischen der Außenumfangsseite
des äußeren Stützrohres 34 und
der Innenumfangsseite des Filtergehäuses 10 nach unten
in Richtung des Bodenteils 30 zu gelangen, um von dort
aus unter Durchströmung
der Fluiddurchlässe 50 zwischen
den stegartigen Verlängerungen 42 im
unteren frei gelassenen Bereich des inneren Stützrohres 32 in dieses
einzutreten, um dann von dort aus über den Hohlkammerraum 54 im
Deckelteil 12 die Filtervorrichtung zu verlassen. Hierfür ist der
Hohlkammerraum 54 nach außen hin von einer Deckelteilwandung 56 begrenzt, die
mit ihrem Innendurchmesser über
eine Übergangsstelle 58 in
das freie Ende des inneren Stützrohres 32 mündet. Das äußere Stützrohr 34,
das im wesentlichen einen zylindrischen Verlauf einnimmt, ist an
seinen beiden Enden über
Kröpfungen 60 in Anlage
mit der Innenumfangsseite des Filtergehäuses 10 und der freie
Innenrand 62 des Deckelteils 12 drückt die
obere Kröpfung 60 des äußeren Stützrohres 34 in
Richtung der unteren Kröpfung 60,
so dass im Hinblick auf das Eingenelastizitätsverhalten des äußeren Stützrohres 34 dergestalt
eine sichere beulsteife Festlegung erfolgt und dergestalt das äußere Segment 24 an
dem äußeren Stützrohr 34 zumindest im
Filtrationsbetrieb der Filtervorrichtung sicher festgelegt ist.
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Das
kappenartige Abschlußteil 40,
das dem Deckelteil 12 zugewandt ist, greift mit zwei Eingriffsflanschen 64,66 in
eine ringförmige
Ausnehmung 68 des Deckelteils 12 ein und ist mit
einer Abdichteinrichtung 70 mit zwei Dichtringen gegenüber dem
Deckelteil 12 abgedichtet. Das dahingehende kappenartige
Abschlußteil 40 weist
wiederum zwei nutförmige
Aufnahmen 72 für
das obere freie Ende des jeweiligen Segmentes 24,26 am
Filtermaterial 22 auf. Sofern die zuinnerst liegende Aufnahme 72 das
obere freie Ende des inneren Stützrohres 32 mit
abstützt,
ist dergestalt auf der Oberseite der Aufnahme 72 eine Anlagemöglichkeit
gegeben für
die nach innen hin sich flanschartig verjüngende Deckelteilwandung 56. Dergestalt
läßt sich
durch Festlegen des Deckelteils 12 eine pressende Kraft
auf den Filtereinsatz 20 ausüben, insbesondere zunächst auf
das äußere Segment 24,
und über
das Abschlußteil 40 dann
auf das innere Segment 26. Wie sich des weiteren ergibt, weist
das Deckelteil 12 von seiner Oberseite eine Vielzahl an
Fluiddurchlaßstellen 74 auf,
durch die zu filtrierendes Fluid über die Ausneh mung 68 im
Deckelteil 12 in den Fluidraum 28 zwischen den
Segmenten 24,26 eintritt.
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Im
eigentlichen Filtrationsbetrieb mit der Filtervorrichtung gelangt
also zu filtrierendes Fluid über die
Fluiddurchlaßstellen 74 im
Deckelteil 12 in die Ausnehmung 68 und von dort
geradlinig aus über nicht
näher dargestellte
weitere Durchlaßstellen
im oberen Abschlußteil 40 in
den konisch nach unten zulaufenden Fluid- oder Sammelraum 28.
Im Fluid- oder Sammelraum 28 teilt sich dann die Fluidströmung in
entgegengesetzte Richtungen auf und durchströmt einmal das Filtermaterial 22 des äußeren Segmentes 24 von
innen nach außen
und das Filtermaterial 22 des inneren Segmentes von außen nach
innen, wobei sich dann jedes Mal das Segment 24,26 am äußeren Stützrohr 34 bzw.
am inneren Stützrohr 32 abstützt. Der
Fluidanteil, der dabei das innere Segment 26 durchströmt, gelangt
von dort aus über
die Perforation des inneren Stützrohres 32 in den
Hohlkammerraum 54 des Deckelteils 12 und von dort
aus abgereinigt aus der Filtervorrichtung heraus für eine weitere
Verwendung in einer nicht näher
dargestellten Hydraulik- oder
sonstigen technischen Anlage bzw. Vorrichtung. Das über das äußere Segment 24 gefilterte
Fluidmedium gelangt über
den Ringraum 52 zu den Fluiddurchlässen 50 zwischen den
stegartigen Verlängerungen 42 und
von dort aus, wie bereits beschrieben, gleichfalls über das
innere Stützrohr 32 zum
Hohlkammerraum 54 für
die weitere Abfuhr des gereinigten Mediums.
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Die
durch das Filtermaterial 22 zurückgehaltenen Verschmutzungen
sammeln sich dabei in Richtung des Bodenteils 30, beginnend
im Fluid- oder Sammelraum 28, an. Sobald ein gewisser Verschmutzungsgrad
innerhalb des Filtereinsatzes 20 erreicht ist, was gegebenenfalls über eine
Differenzdruckanzeige signalisiert wird, wird der Filtereinsatz 20 gegen
ein neues Filtereinsatzelement getauscht, wobei hierbei modulartig
die Segmente 24,26 mit den beiden Abschlußteilen 38,40 getauscht
werden und die angesprochenen Stützrohre 32,34 verbleiben
innerhalb des Filtergehäuses 10.
Bei einer nicht näher dargestellten
Ausführungsform
besteht aber auch die Möglichkeit,
das Komplett-Element mit einem oder mehreren Stützrohren zu tauschen (nicht
dargestellt). Ferner braucht die Anordnung nicht auf zwei Segmente 24,26 beschränkt zu sein,
sondern eine Vielzahl an Segmenten kann in konzentrischer Anordnung
im Filtergehäuse 10 aufgenommen
sein, die jeweils voneinander beabstandet Fluid- oder Sammelräume 28 begrenzen
und über
entsprechende Einlaßstellen
für zu
filtrierendes Fluid verfügen.
Ferner kann bei einer nicht näher
dargestellten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung in
einem erweiterten Deckelteil ein Bypassventil Verwendung finden,
das sicherstellt, dass bei zugesetztem Filtereinsatz 20 unter
Umgehung desselben dennoch ein Fluidstrom zwischen Ein- und Ausgang
der Filtervorrichtung über
das Bypassventil erfolgt. Da die dahingehenden Bypasslösungen Stand
der Technik sind, wird hierauf an dieser Stelle nicht mehr näher eingegangen.
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Durch
die Fluidführung
im wesentlichen in einer Richtung durch die Filtervorrichtung in
Bahnen parallel zu den Segmenten 24,26 ist strömungsgünstig ein
optimierter Fluiddurchtritt erreicht, was insgesamt die Filtrationsleistung
noch weiter verbessert und aufgrund der Fluidströmungsaufteilung innerhalb des
Fluidraumes 28 sowie Umleitung in das jeweils zugeordnete
Segment 24,26 sind die Durchtrittswiderstände über das
jeweils zuordenbare Filtermaterial nicht reduziert, so dass gegenüber bekannten
Lösungen
mit nur einer plissierten Filtermatte mit größerem Durchmesser sich eindeutig
bessere Abreinigungsergebnisse erzielen lassen. Das eingesetzte Filtermaterial 22 kann
für das
jeweilige Segment 24 oder 26 unterschiedlich ausgestaltet
sein. So kann beispielsweise das Filtermaterial 22 für das Segment 24 aus
einer plissierten Filtermatte bestehen, wohingegen das Filtermaterial 22 für das andere
Segment 26 einen hohlzylindrischen Matten- oder Wickelaufbau
besitzen kann. Ferner besteht die Möglichkeit, Filtermaterialien 22 unterschiedlicher
Filterfeinheit und mit unterschiedlichem Materialaufbau einzusetzen.
So kann beispielsweise über
das eine Segment 24 ein glasfaserverstärkter Filtermattenaufbau gewählt werden
und für
das andere Segment 26 ein übliches Filtermaterial auch
aus Zellstoff od. dgl.. Die erfindungsgemäße Lösung baut aufgrund des Segmentaufbaues
klein auf, verfügt über eine
hohe Filtrationsleistung und baut geometrisch klein auf.