DE1536796A1 - Filtervorrichtung fuer stroemungsfaehige Medien - Google Patents

Filtervorrichtung fuer stroemungsfaehige Medien

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DE1536796A1
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    • B22D11/068—Accessories therefor for cooling the cast product during its passage through the mould surfaces
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    • B01D27/142—Cartridge filters of the throw-away type having more than one filtering element connected in parallel
    • B01D27/144—Cartridge filters of the throw-away type having more than one filtering element connected in parallel arranged concentrically or coaxially

Description

dr. w. Schalk · dipl-ing. peter Wirth
DIPL-ING.G. E.M. DANNENBERG · DR. V. SCHMI ED-KOWARZIK
6 FRANKFURT AM MAIN
CR. HCHtNHEIMIR STR. 39
PW/WB
Fram Corporation
Providence, Rhode Island / USA
Piltervorriohtung für strötnungsfähige Medien
Die Erfindung betrifft Piltervorriohtungen für atrömungsfähige Medien mit zwei Filterelementen, bei denen ein Filterelement ein zweites Filterelement umgibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter mit zwei Filterelementen zu schaffen, bei dem ein Minimum an Teilen, insbesondere metallenen Stückteilen benötigt wird, das ferner einfaoh und billig herzustellen iet und eine im Wirkungsgrad hohe Filtrierleistung besitzt, bei dem nämlich die Größe des Filtergehäuses, das zur Aufnahme des Filtermaterial« für eine gegebene Filterfläche benötigt wird, verringert oder die Menge an Filtermaterial vergrößert wird, die in einem gegebenen Filtergehäusevolumen untergebracht werden kann.
Allgemein gesprochen betrifft die Erfindung eine Piltervorriohtung mit mindestens zwei Filterelementen (welche aus
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einzigen, auf sich selbst in Falten gelegten Element bestehen können, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Filterelemente gegenüberliegen und ein wesentlicher Teil der Umfangsfläche des einen Elementes und ein wesentlicher Teil der Umfangsfläche des anderen Elementes in Bezug aufeinander so an-
o Ie
geordnet sind, daß/sich gegenseitig beim Durchströmen des Mediums durch die Elemente abstützen. Die beiden Elemente werden beim Filtrieren in einander entgegengesetzten Richtungen durchströmt, und anschließend an ihre einander gegenüberliegenden Umfangsflachen 1st ein gemeinsamer Sammelraum für das durch die zwei Elements hindurchfiltrierte Medium vorgesehen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Elemente zylindrisch und das sine Element umgibt das andere, wobei mindestens eines der Elemente ein gefaltetes Filterelement ist. Die Faltenkanten dieses einen Eie^üntee stehen dann in unmittelbarer Berührung mit der benachbarten Uiafangsflache des anderen .Elementes, und dae otrömungsfähige Medium strömt von beiden Elementen in axialer Richtung durch die Räume nit V-färmi^em Querschnitt, die durch die voraugaweiee fächerförmige ΐιrx acr Außenseite des inneren Elementes und die vorzugsweise hypc^yklcoöe Form der Innenseite de» äußeren Elementes entstehen, "^e"■ ' ,«.r eolchen Ausbildung, bsi dör beide Elemente unter eine» ^m '«ö»entliehen gleichen EingaP£Sf1ruok und einem g be ein a am en Auß^i-ngödruck stehen, stützen sieh, dia beiden Elemente gegeno ^ ;►'■■:; 3 *,.ü ohne daß ein dazw:- β cn -s inliegendes Teil notwendig is'i, >jn>l du.ν '"\ Auswahl von Elemer;; -ii gl.b·::·.■: 1:%y ülterflächs ., i! '^Lnhelo ihr^ν i^öhe -ninx άθ.^· ^:,&Ά fc^ab;-''i»i ■-i.fieren« dar Kräfte Null, df? ,.ί1«ί auf die in 3erüh.rung miteinander stehenden Teile der Ele~i;p,ii-3 -wirkenden Kräfte einander
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gleich sind und sich entgegenwirken.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorzüge der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ergeben aioh aus der nachstehenden Beschreibung anhand der zugehörigen Zeichnungen, und zwar zeigen:
Pig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Filtervorrichtung nach der Erfindung;
Pig. 2 einen der Pig. 1 ähnlichen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung in abgebrochener Darstellung;
Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Pig. 1;
Pig. 4 einen der Pig. 1 ähnlichen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung;
Pig. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der Pig. 4; und
Pig. 6 einen der Fig. 5 ähnlichen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Die Filtervorrichtung 10 (Pig. 1 )weist ein zylindrisches Metallgehäuse 12 auf, in dem ein Filtereinsatz H im Abstand von den Innenwänden des Gehäuses zwischen einer Blattfeder 16 und einem Auflagerteil 18 des Einsatzes gelagert ist. Das Gehäuse 12 ist an seinem unteren Ende 20 geschlossen und an seinem oberen Ende mittels einer Deckeleinheit 22 abgedeckt, die eine mittlere Auslaßöffnung 24 und einen die Auslaßöffnung 24 umgebenden Hing von Einlaßöffnungen 26 aufweist. In kritischen Fällen dichtet ein Dichtungsring 28 zwischen dem Auflagerteil 18 und einer druckfesten Verstärkungswand 23 ab.
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Der Einsatz 14 weist zwei konzentrische, im wesentlichen hohle, zylindrische Filterelemente 30 und 32 aus porösem gefaltetem Papier auf (z.B. in der gewöhnlich für Flüssigkeits- und Gasfiltrierung üblichen Bauweise), wobei die Faltkanten am äußeren Umfang des inneren Elementes 30 mit den Faltkanten am inneren Umfang des äußeren Elementes 32 in Berührung stehen (Fig. 3). Bei beiden Filterelementen ist der Abstand zwischen den benach-
barten Fal^kant^n am Außenumfang größer als am Innenumfang. Vorzugsweise ist die Zahl der Falten bei jedem Element ao gewählt, daß sich die Faltkanten am Innenumfang bei Jedem der Elemente gegenseitig berühren und praktisch eine kontinuierliche poröse Wand bilden. Der Innendurchmesser des Elementes 30, der Außendurchmesser des Elementes 30 (im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser Elementes 32) und der Außendurchmesser des Elementes 32 stehen im wesentlichen im Verhältnis 1s2i3 zueinander, wodurch die Filtrierungsfläche so groß wie möglich gehalten wird und die beiden Elemente mit der gleichen Faltentiefe herstellbar sind. Das Element 32 hat doppelt so viele Falten wie das Element 30, wenn beide Elemente aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Wenn die Elemente aus Werkstoffen verschiedener Dicke bestehen, ändert sich das Verhältnis der Anzahl der Falten zueinander entsprechend dem Verhältnis der WerkBtoffdioken.
Die unteren Enden der Elemente 30, 32 hören in gleicher Höhe auf und sind durch eine gemeinsame, für strömende Medien undurchlässige Endkappe 34 (z.B. aus Pappe verschlossen, die mittels eines Plastisols oder eines anderen geeigneten Klebstoffs
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mit den Falten verbunden ist. Eine öffnung 36 in der Endkappe steht mit dem Innern des Elementes 30 in Strömungsverbindung. Das Element 32 ist oben mit einer ringförmigen Endkappe 38 dicht verschlossen und steht etwas über eine ringförmige, dünne Endkappe 40 aus Metall über, die das Element 30 und seinen hohlen Mittelteil dicht verschließt. Ein Überdruckventil 39 ist mit dem Mittelteil der Endkappe 40 vernietet und schließt diesen ab. Das Auflagerteil 18 ist mit der Endkappe 38 einstückig ausgebildet und mit an die Endkappe anliegenden halbkugelförmigen, nach unten ragenden Vorsprüngen 41 versehen, die eine zu starke Axialverschiebung des inneren Filterelementes 30 bei hohem Druckabfall verhindern.
Das zu filtrierende Medium wird durch die Einlaßöffnungen 26 in das Gehäuse 12 eingeführt und strömt um den Filtereinsatz 14 herum. Ein Teil des Mediums dringt in radialer Riohtung durch das Element 32 nach innen, wobei es an der Außenfläche dieses Elementes filtriert wird. Der restliche Teil des Mediums strömt unter die Endkappe 34, steigt durch die öffnung 36 zur Innenseite des Elementes 30 und tritt in radialer Richtung durch das Element 30 naoh außen aus, wobei es an der Innenfläche dieses Elementes filtriert wird. Die Elemente sind gewöhnlich derart zusammengesetzt und aufgebaut, daS ihre glatten Seitenflächen (wire aides) einander berühren, woduroh die rauhen Flächen (ftlt sides) strom aufwärt· tem zu filtrierenden Medium ausgesetzt werden, wie et gewöhnlioh bei Verwendung von gefalteten Papierfilterelementen geeohieht. Das geeaate Medium etrömt in dem relativ großen, an der Außenfläche de* Elemente! 30 gebildeten Zwischenraum zwischen
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den Palten dee Elementes 30 zusammen und strömt in axialer Richtung der Elemente um die Außenkante der Endkappe 40 herum und unter dem Auflagerteil 18 des Einsatzes hindurch und tritt durch die Auslaßöffnung 24 aus. Die durch das Medium auf die Filterflächen der zwei Elemente ausgeübten Kräfte wirken einander entgegen und heben sich vermöge der relativen Stellung der Elemente, durch die si« mit ihren sich gegenseitig abstützenden Umfangsflachen mechanisch abgestützt werden, zum großen Teil oder gänzlich auf; hierdurch wird es unnötig» das übliche als Abstützung dienende Mittelrohr bzw. die üblichen Mittelrohre anzubringen, die bei herkömmlichen Filtern mit ein oder zwei Filterelementen notwendig sind. Auf diese Weise kann durch Verändern der Dicke der Pilterwerkstoffe (Fig. 6) oder durch Verwendung eines Verhältnisses der Durchmesser im wesentlichen wie 2:4:5 (Fig. 5) (statt des oben genannten Verhältnisses 1:2:3) erreicht werden, daß überhaupt eine Differenz der senkrecht zu den einander berührenden Umfangöflachen wirkenden Kraft;© auftritt, wenngleich die we Beiaeeaung eine gawiaee Verringerung der mittleren Filterfläche mit sich bringt.
Bei der Ausführungeform nach Fig. 2 endet das äußere Filterele ment 32a, dae von einer ringförmigen Endkappe 38a abgeschlossen wird, oben unterhalb einer Endkappe 40a, die das innere Element 30a abschließt. Ein Auflagerteil 18a des Filtereinsatzes weist einen abgesetzten Teil 19 auf, der mit der Endkappe 38a verschweißt oder auf andere Weise abdichtend an ihr befestigt ist. Da der größte Teil dta Strom* des filtrierten Mediums in axialer Richtung zwisohen den im Abstand voneinander liegenden Faltkanten
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des inneren Elementes strömt, behindert die Endkappe 38a diesen Strom in axialer Richtung nicht so sehr wie die Endkappe 40 in der Ausführungsform nach Fig. 1. Diese zweite Auaführungsform ist daher beim Filtrieren bei höheren Durchflußmengen pro Zeiteinheit bzw. größeren Strömungsgeschwindigkeiten vorzuziehen. Im übrigen Bind Aufbau und Arbeiteweise die gleichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.
Der Unterschied in der axialen Größe der zwei Filterelemente bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 sollte nicht größer sein, als dazu notwendig ist, um eine annehmbare Verengung der Strömung zu erhalten. Durch diesen ungeetützten Teil dee Filtermaterials können eehr große Druokgefälle aufgenommen werden, wenn dessen Länge nicht zu groß ist.
Bei der Aueführungsform nach den Pig. 4 und 5» bei der ire wesentlichen ein Verhältnis der Durchmesser von 2»4-J5 vorliegt, haben das innere und das äußere Element 30b und 32b die gleiche Länge und sind an ihrem oberen Ende mittels einer einzigen Endkappe 42 abgeschlossen. An der Endkappe 42 sind rohrförJiige, vorragende Ansätze bzw. Stützen 44 vorgesehen, die sich in die Zwischenräume zwischen den äußeren Faltkanten des Elementes 30b erstrecken. Im übrigen sind Aufbau und Arbeitsweise die gleichen wie bei den Ausführungeformen nach Fig. 1 bis 3, außer daß das Medium nach der Filtrierung den Zwischenraum zwischen den Elementen 30b, 32b durch die rohrförmigen Ansätze 44 hindurch verläßt.
Nach Pig. 5 ist die Anzahl der Palten bei dem äußeren Element doppelt so groß wie die der Palten des inneren Elementes, und
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die Tiefe der Falten des inneren Elementes ist doppelt so groß wie die Tiefe der Falten des äußeren Elementes. Die gesamte Größe der Filterfläche jedes der einzelnen Elemente ist daher bei beiden Elementen die gleiche.
Bei allen gezeigten Ausführungsformen wird bei Verwendung gefalteten Filterpapiers gleicher Dicke und gleicher Porosität für beide Elemente und einem Verhältnis der Durchmesser von im wesentlichen 1:2:3 (Fig. 1 bis 3) die größtmögliche Filterfläohe bei einem gegebenen Volumen des Gehäuses zur Verfügung gestellt. Zwischen den Elementen verbleibende Druck- bzw. Kräftedifferenz wird ebenfalls wesentlich herabgesetzt, ao daß die üblichen Mittelrohre bzw. Abstützungen auf den stromabwärts liegenden Seiten der Elemente nicht mehr benötigt werden, da jedes der Elemente in großem Ausmaß das andere abstützt.
Die zwischen den Elementen verbleibende Druck- bzw. Kräftedifferenz kann bei allen gezeigten Formen völlig beseitigt werden, indem ein Verhältnis der Durchmesser von im wesentlichen 2:4:5 gewählt wird (Fig. 4 und 5). Diese Möglichkeit beruht darauf, daß dann die Größen der Filterflächen des inneren und des äußeren Elementes einander gleich sind, so daß die auf jedes Element? . wirkenden Kräfte einander gleioh und entgegengesetzt sind. Durch dieses Verhältnis der Durchmesser wird die Größe der gesamten Filterfläche, die bei einer gegebenen Größe des Gehäuses bzw. des Volumens erreichbar ist, etwas Terringert. In Fällen, in denen es nicht darauf ankommt, daß das Gehäusevolumen klein gehalten ist, und in denen der Nachteil bzw. die Kosten von Filterelementen
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mit unterschiedlicher Faltentiefe keine Rolle spielen, iat das letztgenannte Verhältnis jedoch vorzuziehen, da zwischen den Elementen ein besseres statisches Gleichgewicht besteht.
Bei der Ausführungsform nach Pig. 6 haben die Elemente 30c und 32c die gleiche Anzahl und Tiefe der Palten (was Einsparungen bei der Fertigung ermöglicht), und das äußere Elemente besteht aus Papier mit einer Dicke, die doppelt so groß ist wie die beim inneren Element, so daß sich die einzelnen Faltenkanten der zwei Elemente jeweils gegenseitig berühren und abstützen. Bei einem System mit Rückführung ist der Pilterwirkungsgrad des einen Elementes vorteilhafterweise größer als die des anderen, wodurch sich das Verhältnis der Durchflußmengen bei den beiden Elementen zueinander selbsttätig einstellt, und zwischen den beiden Elementen ein Gleichgewicht der Kräfte entsteht und aufrechterhalten wird, so daß eine erhöhte Filterwirkung entsteht.
Die beiden Filterelemente gemäß der Erfindung brauchen selbstverständlich nioht unbedingt Zylinder zu sein, sondern können auch kegelstumpfförmig sein oder jede andere zur gegenseitigen Abstützung geeignete Form besitzen.
Die Erfindung macht es möglich, einen Filteraufbau zusammenzusetzen, der bei geringerer Größe des Gehäusea diu gleiche Filterleistung wie ein herkömmliches Filter ergibt. Gleichfalls iat es erfindungsgemäß aaöglioh, ein Filter zu bauen, das i-m gleichen Wirkungsgrad wie ein herkömmliches Filter gleicher Größe besitzt, j-adoch eine längere Lebensdauer ■ hat oder das ei· a ioheren Wir-
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kungsgrad bei gleicher Lebensdauer besitzt ι oder es können sowohl eine längere Lebensdauer als auch ein höherer Wirkungsgrad, aber beide mit geringerem Ausmaß der Vergrößerung, erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Filter weist besonders dort Vorteile auf, wo es, wie bei Verwendung in Fahzeugmotoren, erforderlich oder wünschenswert ist, das Filter aufrecht, d.h. umgekehrt als in der in Fig. 1 gezeigten Lage anzuordnen» Bei vielen herkömmlichen Filtern würde bei einer solchen Anordnung eine Luftfalle innerhalb des Deckels (der dann dem Boden 20 entspricht) entstehen, die beim Betrieb des Motors mit Verdichteter Luft gefüllt ist. Wenn der Motor angehalten wird, dehnt sich diese eingeschlossene Luft aus und treibt das öl von den liotorfceilen weg, so daß diese trocken sind, wenn der Motor das nächste Md.- angelassen wird. Bei dem erfindungsgemäßen Filter kann sich wegen des (Sflusses durch die vor dsm Boden 20 gebildete'Kappe niemals Luft an dieser Stelle anaaaraelr) „ gar>s; gleiche welche Stellung das Filter im Betrieb einnimmt.
Weitere Auaführungaformen (z«3» Verwendung einer selbsttragenden porösen Foramaase aus «ine-a s.it Kunstharz imprägnierten Fasermaterial anstelle eines oder beider gefalteten filterelemente, ein zusätzliche« Einfügen eines Teils zur aräfteuöert;ragung zwischen den filterelementen, Herstellung beider Eleeeiite aus einem einzi gen Stück Papierf das auf sich a e U)^t gefaltet Ist uaw») sind im Raiisen des Erfia
.; : j '„: '' / ü 5 14

Claims (12)

Patentansprüche :
1. Filtervorrichtung für strömungsfähige Medien mit mindestens zwei Filterelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das eine (32, 32a, 32b, 32c) dieser Elemente sich an das andere Element (30, 3Ca, 30b, 30c) anschließend so angeordnet ist, daß große Teile der Umfangsfläche des einen Elementes von der benachbarten Umfangsfläche des anderen Elementes sich gegenseitig abstützen und die beiden Elemente in einander entgegengesetzten Richtungen durchströmt werden, und daß ein gemeinsamer Aufnahmeraum für das durch die zwei Elemente hindurch filtrierte Medium im Bereich der einander benachbarten Umfangsflachen vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Element (32 bzw. 32a bzw. 32b bzw. 32c) das andere Element (30 bzw. 30a bzw. 30b bzw. 30c) umgibt.
3. Vorrichtung naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Filterelemente aus gefaltetem Werkstoff besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elemente aus gefaltetem Werkstoff bestehen und ihre Umfangsf lachen in ummittelbarer Berührung miteinander stehen.
5. Vorrichtung naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Elemente in axialer Richtung über das eine Ende des anderen Elementes hinausragt.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elemente aua gefaltetem Werkstoff bestehen und daß das innere Element (30a) in axialer Richtung über das eine Ende des äußeren Elementes (32a) hinausragt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (30a, 32a) in an sich bekannter Weise zylindrisch sind und ihre Palten parallel zur Zylinderachse verlaufen, daß die Elemente an einem Ende in gleicher Höhe enden und mit einer einzigen Endkappe (34) abgeschlossen sind, die eine zum Innern des inneren Elementes (30a) führende Öffnung (36) aufweist, daß das äußere Element (32a) an dem entgegengesetzten Ende mittels einer ringförmigen Endkappe (38a) abgeschlossen ist, deren innerer Umfang den Faltkanten des inneren Elementes (30a) gegenüberliegt, während das innere Element (30a) an seinem vorragenden Ende mittels einer nicht mit einem loch versehenen Endkappe (40a) abgeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehäuse (12) einen Einlaß für das strömungsfähige Medium bildet und eine Verbindung des die Außenseite des äußeren Elementes (32, 32a, 32b, 32c) umgebenden Raums mit dem die Innenseite des inneren Elementes (30, 30a, 30b, 30c) umgebenden Raum durch die Öffnung (36) der gemeinsamen Endkappe (34) herstellt, und daß ein Auslaß für das Medium mit dem die Innenseite des äußeren Elementes umgebenden Raum in Verbindung steht, der zwischen der ringförmigen
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Endkappe (38a) und der nicht mit einem Loch versehenen Endkappe (40a) gebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des inneren Elementes (30, 30a, 30b, 30o), der Außendurchmesser des inneren Elementes und der Außendurchme83er des äußeren Elementes (32, 32a, 32b, 32o) im wesentlichen im Verhältnis 1:2:3 zueinander stehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des inneren Elementes (30, 30a, 30b, 30c), der Außendurchoesser des inneren Elementes und der Außendurohmes3er des äußeren Elementes (32, 32a, 32b, 32o) im wesentlichen im Verhältnis 2:4:5 zueinander Btehen.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32o) mindestens an einem Ende in der gleichen Ebene abschließen und daß zwischen den Elementen an diesem Ende rohrförmige Glieder zur Aufnahme des atrömungsfähigen Mediums vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Glieder zur Aufnahme des strömenden Mediums zwischen den Faltkanten an der Außenseite des inneren Elementes (30, 30a, 30b, 3Oo) angeordnet sind.
13· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (30, 30a, 30b,
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30ο, 32, 32a, 32b, 32c) gleiche Anzahl FaL ten gleicher Tiefe aufweisen und der <7erk3fcoff des äußeren Elementes (32, 32a, 32b, 32c) doppelt so dick iat ,vie der V/erkatoff dea inneren cilenientea (30, 30a, 30b, 30c).
I4» Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der s/erkatoff des einen Kiemen tea eine größere Pilterwirkung beuLtzt ala der des anderen Elementes.
I5» 'Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke dar beiden Üleraente (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32o) jeweils so gewählt i3t, daß im wesentlichen ein Gleichgewicht dar quer durch diese Elemente wirkenden Kräfte beateht.
Der Patentanwalt:
009809/05W»
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DE19671536796 1966-06-20 1967-06-13 Filtervorrichtung fuer stroemungsfaehige Medien Withdrawn DE1536796A1 (de)

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