WO2017118649A1 - Filteranordnung - Google Patents

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WO2017118649A1
WO2017118649A1 PCT/EP2017/050118 EP2017050118W WO2017118649A1 WO 2017118649 A1 WO2017118649 A1 WO 2017118649A1 EP 2017050118 W EP2017050118 W EP 2017050118W WO 2017118649 A1 WO2017118649 A1 WO 2017118649A1
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WO
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filter
housing
wall
filter element
housing axis
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PCT/EP2017/050118
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Henrik Weychardt
Original Assignee
Fachhochschule Kiel
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
    • B01D24/02—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration
    • B01D24/04—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration the filtering material being clamped between pervious fixed walls
    • B01D24/042—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration the filtering material being clamped between pervious fixed walls the filtering material being held in a flexible porous bag
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/30—Particle separators, e.g. dust precipitators, using loose filtering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2273/00—Operation of filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2273/10—Allowing a continuous bypass of at least part of the flow, e.g. of secondary air, vents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2275/00—Filter media structures for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2275/20—Shape of filtering material
    • B01D2275/203—Shapes flexible in their geometry, e.g. bendable, adjustable to a certain size

Definitions

  • the invention relates to a filter assembly, in particular for the resource promotion, z. B. in gas hydrates.
  • So-called cartridge and bag filter units or bag filter systems are known from the prior art.
  • at least one filter bag is introduced into a bag filter housing.
  • Single and multiple filter housings are available, which allow filtration with up to 36 individual filter bags and are suitable for flow rates of up to 1, 000 cubic meters per hour.
  • Eaton currently offers over 1, 500 different types of filter bags that are sewn or fully welded.
  • multi-layer filter bags consisting of different materials and in varying degrees with respect to the mesh density are known (see company publication: Eaton Technologies GmbH, Filtration Division: bag filter housing, Nettersheim: October 2008, www.eaton.de/Filtration).
  • a filter arrangement comprising: a filter housing with at least one inflow opening and at least one outflow opening, which is intended to be flowed through by a fluid, wherein the filter housing extends at least substantially along a straight or curved extending housing axis; and at least one filter element arranged inside the filter housing, which is intended to be flowed through and filtered by the fluid, and which is arranged inside the filter housing such that a straight or curved filter element axis at least substantially coincides with the housing axis, wherein the Filter assembly further comprises: a number of n first regions in which an outer wall of the filter element at least partially, in particular at least substantially completely, touches an inner wall of the filter housing in a plane at least substantially perpendicular to the housing axis along the circumference; and a number m of second areas in which the outer wall of the filter element is spaced from the inner wall of the filter housing in a plane at least substantially perpendicular to the housing axis at least partially, in particular
  • the invention provides that the fluid flowing through the filter housing flows through the filter element by alternating first and second regions, at least substantially at least once in a region, i. that at least substantially the entire volume flow passes through at least a portion of the filter element, in particular must pass through it and is thereby filtered.
  • the first regions cause the occurrence of leakage currents, ie flows, which flow, in particular at least substantially unfiltered, between the inner wall of the filter housing and the outer wall of the filter element, be at least substantially avoided, since a passage through the filter housing at least substantially only possible if the fluid passes through the filter element in at least part of the first regions.
  • the effect of the second regions is that the filter element at least partially, in particular at least substantially, adapts to the geometry of the filter housing.
  • the second regions serve to at least partially compensate for differences between the geometry of the filter housing and the geometry of the filter element, for example by compensating for a material overhang of the filter element compared to the filter housing in that the filter element is in a plane at least substantially perpendicular to the housing axis bulges inward from the inner wall of the filter housing.
  • the alternating of the first and second regions along the housing axis also causes fluid streams, which in the second regions at least partially flow unfiltered past the filter element, to be "recaptured” as soon as they reach the first region following in the direction of flow.
  • damage to the filter element can be compensated, since a fluid flow, which emerges from the filter element at the damaged area, must reenter the filter element at the latest in the first area adjacent to the flow direction in order to continue its passage through the filter housing.
  • leakage currents between the inner wall of the filter housing and the outer wall of the filter element from the outset occur only to a small extent and these leakage currents are repeatedly caused due to the geometry of the filter housing and filter element to re-enter the filter element.
  • leakage current which does not flow through the filter element a single time at least in one section during its entire passage through the filter housing, i. the Volementsrom, which is still unfiltered even after the passage of the filter housing to keep low, in particular at least substantially eliminate.
  • a fluid is understood in particular to mean gases and / or liquids, in particular low-viscosity or medium-viscosity liquids.
  • a fluid volume flow is a volumetric flow of a fluid in the sense of the present invention, which flows through the filter housing, in particular from the inflow opening to the outflow opening.
  • a "filter arrangement” in the sense of the present invention is to be understood in particular as meaning an arrangement which retains solids from a fluid volume flow, in particular a gas and / or liquid flow. For filtration, the fluid to be filtered is sucked through the filter housing or pressed by overpressure through the filter housing.
  • the filter assembly according to one embodiment comprises a filter housing and a filter element, as described in detail below.
  • a "filter housing” is understood to mean, in particular, an enclosure provided at least essentially for the filter element and / or a selected pipe section of a fluid line arrangement and / or a selected hose section of a fluid line arrangement.
  • the filter housing has an inflow opening and an outflow opening, wherein a pressure gradient is preferably formed between them, in order at least to favor a fluid flow of a fluid to be filtered of the type described below.
  • a pressure-difference-generating means may be provided upstream of the filter housing and / or downstream of the filter housing and / or within the filter housing.
  • the geometry of a wall of the filter housing can have a flat surface, a corrugated surface and / or a free-form surface.
  • the filter housing extends around a, in particular straight or curved running, housing axis around.
  • the housing axis is defined by a theoretically determined flow thread which passes centrally through the filter housing from the inflow opening to the outflow opening.
  • the inflow opening and / or the outflow opening may be a pipe and / or hose cross-section which at least substantially does not differ from an upstream or downstream pipe section, in particular if the filter housing itself is at least essentially only is a defined portion of a hose and / or tube which receives the filter element in it.
  • a "filter element” in the sense of the present invention is to be understood as meaning, in particular, a device which at least partially restrains solids which are entrained by a fluid stream flowing through the filter element.
  • the filter element extends along a, in particular straight or curved, extending filter element axis.
  • the filter element axis is defined by a theoretically determined flow thread, which passes through the center of the filter element.
  • the filter element according to one embodiment, a fabric and / or braid of a material from a group consisting of: natural fiber, polymer fiber and / or metal filaments, on.
  • the filter element has a uniform or changing mesh cross-section at least in one section.
  • the filter element has an isotropic and / or anisotropic permeable tissue, in particular with mesh sizes corresponding to the particle size of particles to be filtered out.
  • the filter element to a PTFE fabric, in particular, the filter element of the PTFE fabric is at least substantially formed.
  • the filter element in particular active, in particular solid and / or loose, filter material, in particular catalytically active filter material, such as anthracite or magane oxides, on.
  • the filter element has a filter bag, in particular the filter element is at least substantially formed from a filter bag.
  • the filter bag is open at least at its upstream end.
  • a "filter bag” is to be understood as meaning, in particular, an at least substantially flexible bag and / or an at least substantially flexible pad made of a material web and / or braid.
  • the filter bag is particularly advantageous since it is at least partially able to adapt at least substantially flexibly to the geometry of an inner wall of the filter housing. This also makes it possible to bring the filter bag by a bent tube and / or a bent hose to its destination, without requiring a direct access to the destination would be mandatory.
  • the, in particular solid and / or loose, filter material is arranged in the filter bag.
  • the filter element in particular the filter bag, is formed from an at least substantially elastic material. This is particularly advantageous because thus the filter element is able to automatically respond dynamically to changes in the fluid volume flow.
  • the filter bag comprises a material which is at least substantially impermeable at least in one area for the filter material.
  • the filter bag in a downstream end of the filter bag is at least substantially impermeable to the filter material to thereby prevent the filter material from being entrained by the fluid flow.
  • the filter bag comprises a material which is at least substantially impermeable at least in a region for the fluid flowing through.
  • the fluid has a pressure Pi at the inlet opening and a pressure p 2 at the outlet opening, the entirety of the first areas providing a seal between the inner wall of the filter housing and the outer wall of the filter element with respect to the fluid, in which case a Leak rate of the fluid at a pressure difference
  • a "leakage rate" in the sense of the present invention is understood to mean the proportion of the total volume flow between the inflow opening and the outflow opening which does not pass at least partially through the filter element but flows between the inner wall of the filter housing and the outer wall of the filter element.
  • a low leakage rate is particularly advantageous, as it promotes, in particular effects, that the fluid volume flow after passing through the filter element is at least substantially purified by the particles to be filtered.
  • ⁇ p ⁇ 200 bar in particular ⁇ 100 bar, in particular ⁇ 50 bar, in particular ⁇ 25 bar, in particular ⁇ 10 bar, in particular ⁇ 5 bar and particularly preferably ⁇ 2 bar.
  • a distance of the housing axis to the outer wall of the filter element, while a distance of the housing axis to the inner wall of the filter housing in the same plane is at least substantially constant ,
  • the filter element is designed in the form of a so-called corrugated bag.
  • the configuration of the filter arrangement according to this embodiment is particularly advantageous because the filter housing has at least substantially planar inner walls to be produced, for example, if the filter housing is a defined section of a hose and / or tube, while the inventive change of first and second areas along the Housing axis at least substantially from the filter element, in particular the corrugated bag is realized.
  • a distance of the housing axis to the inner wall of the filter housing, while a distance of the housing axis to the outer wall of the filter element in the same plane is at least substantially constant ,
  • both the filter housing and the filter element contribute to the inventive change of first and second areas along the housing axis, whereby the above-described effect according to the invention at least favors, in particular amplified, is.
  • the outer wall of the filter element has an at least substantially wavy contour along the housing axis in at least one area and / or the inner wall of the filter housing has an at least substantially undulating contour along the housing axis in at least one area.
  • the wave-shaped contour is particularly advantageous in order to realize the inventive change of first and second regions along the housing axis.
  • the wavy contour can visibly have the profitability of the production and / or the calculation of the flow behavior advantages, in particular, it has these.
  • the filter element is at least substantially permeable to the fluid at least substantially along its entire outer geometry.
  • Fig. 1A is a partial perspective sectional view of a filter element according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 1 B a filter housing in a perspective partial sectional view of a
  • Embodiment of the present invention in particular for receiving the filter element according to Fig. 1 A;
  • Fig. 2 is a cross-sectional view through a filter element and a filter housing according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is another cross-sectional view through a filter element and a filter housing according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows another cross-sectional view through a filter element and a filter housing according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is another cross-sectional view through a filter element and a filter housing according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 A shows a perspective partial sectional view of a filter element 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the filter element 1 is exemplified as a filter bag with a therein, in particular solid and / or loose filter material 4 (not shown in Fig. 1 A), formed and is traversed by a volume flow Q.
  • the filter bag in this case has a woven fabric and / or braid made of natural fiber and / or plastic fiber and / or metallic wires.
  • the mesh size of the filter element 1 is defined so that both the filter material 4 and the particles to be filtered out of the volume flow are at least substantially completely retained.
  • a detail of the filter element 1 is shown.
  • the deviations ⁇ a thus cover the space between an inner wall of the filter housing 2 and an outer wall of the filter element 1.
  • the amplitude of the wavy geometry of the filter element 1 is dimensioned such that it covers at least substantially all occurring both to the filter housing 2 and filter element 1 deviations of the desired geometries and thus compensated (in the sense of flush out), the z. B. due to production-related dimensional, shape and position deviations and / or operational plastic and / or elastic deformations may occur.
  • the material of the filter element 1 can be permeable everywhere, but also only in individual regions, for the medium to be filtered, which is indicated by reticulate hatching.
  • the filter element 1 is filled in the form of a filter bag with loose and / or solid filter material 4.
  • the wall or shell of the filter element 1 is moved to the inner wall of the filter housing 2 and so nestles the outer wall of the filter element 1 to the inner wall of the filter housing 2.
  • the wall or the shell of the filter element 1 for the filter material 4 is at least substantially impermeable.
  • Fig. 1B shows the filter housing 2 in a perspective partial sectional view according to an embodiment of the present invention.
  • the filter housing 2 is provided for receiving the filter element 1, in particular, the filter housing 2 takes the filter element 1 in itself.
  • the basic geometry shown in dashed lines of the outer wall of the filter element 1 in detail i of FIG. 1A is at least substantially identical to the desired geometry of the inner wall of the filter housing 2 in a section II of FIG. 1 B.
  • FIGS. 2 to 4 The above-mentioned compensation of the dimensional, shape and / or position deviations is shown in FIGS. 2 to 4.
  • the fluid can flow through at least part of the filter housing 1 at least substantially without filtering.
  • Figures 2 to 4 are three scenarios in terms of the ratio a local circumference Ui of the filter element 1 and a local circumference U 2 of the filter housing 2 are shown:
  • Fig. 3 the recurring ideal case of the complete flow through the filter material 4 is shown by the fluid, as it takes place in the first areas.
  • Ui> U 2 shows a case in which an excess of the filter element 1 leads to an inwardly directed fold of the filter element 1, whereby a gap 3 is created.
  • the fluid in the gap flow must again enter the filter element 1 in order to continue the passage induced by the pressure gradient as soon as it reaches the subsequent next first region.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteranordnung mit einem Filtergehäuse (2) mit zumindest einer Einströmöffnung und zumindest einer Ausströmöffnung, welches dafür vorgesehen ist, von einem Fluid durchströmt zu werden, wobei sich das Filtergehäuse (2) wenigstens im Wesentlichen entlang einer gerade oder gekrümmt verlaufenden Gehäuseachse erstreckt; wenigstens einem innerhalb des Filtergehäuses (2) angeordneten Filterelement (1), welches dafür vorgesehen ist, von dem Fluid durchströmt zu werden und dieses zu filtern, und welches so innerhalb des Filtergehäuses (2) angeordnet ist, dass eine gerade oder gekrümmt verlaufende Filterelementachse wenigstens im Wesentlichen mit der Gehäuseachse übereinstimmt; einer Anzahl n erster Bereiche, in denen eine Außenwand des Filterelements (1) eine Innenwand des Filtergehäuses (2) in einer Ebene wenigstens im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen vollständig, entlang des Umfangs berührt; und einer Anzahl m zweiter Bereiche, in denen die Außenwand des Filterelements (1) von der Innenwand des Filtergehäuses (2) in einer Ebene wenigstens im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen vollständig, entlang des Umfangs beabstandet ist, wobei sich erste und zweite Bereiche entlang der Gehäuseachse abwechseln.

Description

Filteranordnung
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung, insbesondere für die Ressourcenförderung, z. B. bei Gashydraten. Aus dem Stand der Technik sind sogenannte cartridge- and bagfil- ter-units bzw. Beutel-Filter-Systeme bekannt. Dabei wird in ein Beutel-Filter-Gehäuse zumindest ein Filterbeutel eingebracht. Dabei werden Einfach- und Mehrfach-Filter- Gehäuse angeboten, welche Filtrationen mit bis zu 36 einzelnen Filterbeuteln ermöglichen und für Durchflussmengen von bis zu 1 .000 Kubikmeter pro Stunde geeignet sind. Die Firma Eaton bietet derzeit über 1 .500 verschiedene Filterbeutel-Typen an, die genäht oder voll-verschweißt sind. Auch mehrlagige Filterbeutel, bestehend aus verschiedenen Materialien und in unterschiedlichen Abstufungen hinsichtlich der Maschendichte sind bekannt (vgl. Firmenschrift: Eaton Technologies GmbH, Filtration Division: Beutelfilter-Gehäuse. Nettersheim: Oktober 2008; www.eaton.de/Filtration).
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filteranordnung zu schaffen, welche eine möglichst vollständige Durchströmung eines Filterelements ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Filteranordnung gelöst, mit: einem Filtergehäuse mit zumindest einer Einströmöffnung und zumindest einer Ausströmöffnung, welches dafür vorgesehen ist, von einem Fluid durchströmt zu werden, wobei sich das Filtergehäuse wenigstens im Wesentlichen entlang einer gerade oder gekrümmt verlaufenden Gehäuseachse erstreckt; und wenigstens einem innerhalb des Filtergehäuses angeordneten Filterelements, welches dafür vorgesehen ist, von dem Fluid durchströmt zu werden und dieses zu filtern, und welches so innerhalb des Filtergehäuses angeordnet ist, dass eine gerade oder gekrümmt verlaufende Filterelementachse wenigstens im Wesentlichen mit der Gehäuseachse übereinstimmt, wobei die Filteranordnung weiterhin aufweist: eine Anzahl n erster Bereiche, in denen eine Außenwand des Filterelements eine Innenwand des Filtergehäuses in einer Ebene wenigstens im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen vollständig, entlang des Umfangs berührt; und eine Anzahl m zweiter Bereiche, in denen die Außenwand des Filterelements von der Innenwand des Filtergehäuses in einer Ebene wenigstens im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen vollständig, entlang des Umfangs beabstandet ist, wobei sich erste und zweite Bereiche entlang der Gehäuseachse abwechseln.
Die Erfindung sieht vor, dass das das Filtergehäuse durchströmende Fluid das Filterelement durch das Abwechseln erster und zweiter Bereiche, wenigstens im Wesentlichen je wenigstens einmal in einem Bereich durchströmt, d.h. dass wenigstens im Wesentlichen der gesamte Volumenstrom zumindest durch einen Abschnitt des Filterelements hindurchtritt, insbesondere hindurchtreten muss und dabei gefiltert wird.
Die ersten Bereiche bewirken, dass das Auftreten von Leckströmen, d.h. von Strömen, welche, insbesondere wenigstens im Wesentlichen ungefiltert, zwischen der Innenwand des Filtergehäuses und der Außenwand des Filterelements fließen, wenigstens im Wesentlichen vermieden werden, da eine Passage durch das Filtergehäuse wenigstens im Wesentlichen nur dann möglich ist, wenn das Fluid in wenigstens einem Teil der ersten Bereiche durch das Filterelement hindurchtritt. Die zweiten Bereiche bewirken, dass sich das Filterelement der Geometrie des Filtergehäuses wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen, anpasst. Die zweiten Bereiche dienen dazu, Unterschiede zwischen der Geometrie des Filtergehäuses und der Geometrie des Filterelements zumindest teilweise auszugleichen, beispielsweise, indem ein Materialüberstand des Filterelements im Vergleich zu dem Filtergehäuse dadurch ausgeglichen wird, dass das Filterelement sich in einer Ebene wenigstens im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse von der Innenwand des Filtergehäuses weg nach innen wölbt.
Das Abwechseln der ersten und zweiten Bereiche entlang der Gehäuseachse bewirkt, dass auch Fluidströme, welche in den zweiten Bereichen zumindest teilweise ungefiltert an dem Filterelement vorbeiströmen "wieder eingefangen werden", sobald sie den in Strömungsrichtung gesehen folgenden ersten Bereich erreichen. Auf diese Weise können auch Beschädigungen des Filterelements kompensiert werden, da ein Fluidstrom, welcher an der Schadstelle aus dem Filterelement austritt, spätestens in dem in Strömungsrichtung gesehen anschließenden ersten Bereich wieder in das Filterelement eintreten muss, um seine Passage durch das Filtergehäuse fortzusetzen.
Dadurch wird erreicht, dass Leckströme zwischen der Innenwand des Filtergehäuses und der Außenwand des Filterelements von vornherein nur in einem geringen Maße auftreten und diese Leckströme aufgrund der Geometrie von Filtergehäuse und Filterelement wiederholt dazu veranlasst werden, wieder in das Filterelement einzutreten. Somit ist es nach einer Ausführung möglich, denjenigen Leckstrom, welcher während seiner gesamten Passage durch das Filtergehäuse das Filterelement nicht ein einziges Mal zumindest in einem Abschnitt durchströmt, d.h. der Volumentsrom, welcher auch nach der Passage des Filtergehäuses weiterhin ungefiltert ist, gering zu halten, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zu eliminieren.
Unter einem "Fluid" im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere Gase und/oder Flüssigkeiten, insbesondere niedrig- oder mittelviskose Flüssigkeiten, verstanden. Ein Fluidvolumentrom ist dementsprechend nach einer Ausführung ein Volumenstrom eines Fluids im Sinne der vorliegenden Erfindung, welcher das Filtergehäuse, insbesondere von der Einströmöffnung zu der Ausströmöffnung, durchströmt. Unter einer "Filteranordnung" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Anordnung zu verstehen, welche Feststoffe aus einem Fluidvolumenstrom, insbesondere einem Gas- und/oder Flüssigkeitsstrom, zurückhält. Zur Filtration wird das zu filternde Fluid durch das Filtergehäuse gesaugt oder durch Überdruck durch das Filtergehäuse gepresst. Die Filteranordnung weist nach einer Ausführung ein Filtergehäuse und ein Filterelement auf, wie sie im Folgenden im Detail beschrieben werden.
Unter einem "Filtergehäuse" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine wenigstens im Wesentlichen eigens für das Filterelement vorgesehene Einhausung und/oder ein ausgewählter Rohrabschnitt einer Fluidleitungsanordnung und/oder ein ausgewählter Schlauchabschnitt einer Fluidleitungsanordnung verstanden. Das Filtergehäuse weist nach einer Ausführung eine Einströmöffnung und eine Ausstromöffnung auf, wobei zwischen diesen bevorzugt ein Druckgefälle ausgebildet ist, um einen Fluidstrom eines zu filternden Fluids der nachfolgend beschriebenen Art zumindest zu begünstigen. Ein Druckdifferenz-erzeugendes Mittel kann dabei stromaufwärtig des Filtergehäuses und/oder stromabwärtig des Filtergehäuses und/oder innerhalb des Filtergehäuses vorgesehen sein. Die Geometrie einer Wandung des Filtergehäuses kann dabei eine ebene Fläche, eine gewellte Fläche und/oder eine Freiformfläche aufweisen. Nach einer Ausführung erstreckt sich das Filtergehäuse um eine, insbesondere gerade oder gekrümmt verlaufende, Gehäuseachse herum. Nach einer Ausführung wird die Gehäuseachse durch einen theoretisch ermittelten Strömungsfaden, welcher mittig das Filtergehäuse von der Einströmöffnung zu der Ausströmöffnung durchläuft, definiert. Die Einströmöffnung und/oder die Ausströmöffnung kann nach einer Ausführung ein Rohr- und/oder Schlauchquerschnitt sein, welcher sich wenigstens im Wesentlichen nicht von einem stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Rohr- bzw. Schlauchabschnitt unterscheidet, insbesondere dann, wenn das Filtergehäuse selbst wenigstens im Wesentlichen nur ein definierter Abschnitt eines Schlauches und/oder Rohres ist, welcher das Filterelement in sich aufnimmt.
Unter einem "Filterelement" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche Feststoffe, welche von einem das Filterelement durchströmenden Fluidstrom mitgeführt werden, zumindest teilweise zurückhält. Nach einer Ausführung erstreckt sich das Filterelement entlang einer, insbesondere gerade oder gekrümmt verlaufenden, Filterelementachse. Nach einer Ausführung wird die Filterelementachse durch einen theoretisch ermittelten Strömungsfaden, welcher mittig das Filterelement durchläuft, definiert.
Das Filterelement weist nach einer Ausführung ein Gewebe und/oder Geflecht aus einem Material aus einer Gruppe, bestehend aus: Naturfaser, Polymerfaser und/oder Metallfäden, auf. Nach einer Ausführung weist das Filterelement zumindest in einem Abschnitt einen einheitlichen oder sich verändernden Maschenquerschnitt auf. Nach einer Ausführung weist das Filterelement ein isotropes und/oder anisotropes permeables Gewebe, insbesondere mit Maschenweiten entsprechend der Partikelgröße von auszufilternden Teilchen, auf. Nach einer Ausführung weist das Filterelement ein PTFE-Gewebe auf, insbesondere ist das Filterelement aus dem PTFE-Gewebe wenigstens im Wesentlichen gebildet.
Nach einer Ausführung weist das Filterelement, insbesondere aktives, insbesondere festes und/oder loses, Filtermaterial, insbesondere katalytisch wirkendes Filtermaterial, wie beispielsweise Anthrazitkohle oder Maganoxide, auf.
Nach einer Ausführung weist das Filterelement einen Filterbeutel auf, insbesondere ist das Filterelement wenigstens im Wesentlichen aus einem Filterbeutel gebildet. Nach einer Ausführung ist der Filterbeutel wenigstens an seinem stromaufwärtigen Ende offen ausgebildet.
Unter einem "Filterbeutel" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine wenigstens im Wesentlichen flexible Tasche und/oder ein wenigstens im Wesentlichen flexibles Kissen aus einem Materialgewebe und/oder -geflecht zu verstehen. Nach einer Ausführung ist der Filterbeutel insbesondere vorteilhaft, da sich dieser zumindest teilweise wenigstens im Wesentlichen flexibel an die Geometrie einer Innenwand des Filtergehäuses anzupassen vermag. Auch ist es hierdurch möglich, den Filterbeutel durch ein gebogenes Rohr und/oder einen gebogenen Schlauch an seinen Bestimmungsort zu bringen, ohne dass hierfür ein direkter Zugriff zu dem Bestimmungsort zwingend erforderlich wäre. Nach einer Ausführung ist in dem Filterbeutel das, insbesondere feste und/oder lose, Filtermaterial angeordnet.
Nach einer Ausführung ist das Filterelement, insbesondere der Filterbeutel, aus einem wenigstens im Wesentlichen elastischen Material gebildet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil somit das Filterelement in die Lage versetzt ist, selbsttätig dynamisch auf Veränderungen des Fluidvolumenstroms zu reagieren.
Nach einer bevorzugten Ausführung weist der Filterbeutel ein Material auf, welches zumindest in einem Bereich für das Filtermaterial wenigstens im Wesentlichen undurchlässig ist. Bevorzugt ist der Filterbeutel in einem stromabwärtigen Ende des Filterbeutels für das Filtermaterial wenigstens im Wesentlichen undurchlässig, um dadurch zu verhindern, dass das Filtermaterial von der Fluidströmung mitgerissen wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung weist der Filterbeutel ein Material auf, welches zumindest in einem Bereich für das durchströmende Fluid wenigstens im Wesentlichen undurchlässig ist. Auf diese Weise kann durch die Ausbildung des Filterelements, insbesondere des Filterbeutels, ein vorteilhafter Strömungspfad des Fluids durch das Filterelement zumindest begünstigt, insbesondere erzeugt, werden.
Nach einer bevorzugten Ausführung weist das Fluid an der Einströmöffnung einen Druck Pi auf und an der Ausströmöffnung einen Druck p2 auf, wobei die Gesamtheit der ersten Bereiche eine Dichtheit zwischen der Innenwand des Filtergehäuses und der Außenwand des Filterelements gegenüber dem Fluid bereitstellt, bei welcher eine Leckrate des Fluids bei einer Druckdifferenz
A p = pl - p2
10 % des Gesamtfluidvolumenstroms zwischen Einströmöffnung und Ausströmöffnung nicht übersteigt. Unter einer "Leckrate" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Anteil des Gesamtflu- idvolumenstroms zwischen Einströmöffnung und Ausströmöffnung zu verstehen, welcher nicht zumindest teilweise durch das Filterelement hindurchtritt, sondern zwischen der Innenwand des Filtergehäuses und der Außenwand des Filterelements fließt.
Nach einer Ausführung übersteigt die Leckrate zwischen Einströmöffnung und Ausströmöffnung bei einer Druckdifferenz Δ p = - p2 8 % des Gesamtfluidvolumenstroms nicht, insbesondere 5 % des Gesamtfluidvolumenstroms nicht, insbesondere 3 % des Gesamtfluidvolumenstroms nicht und besonders bevorzugt 1 % des Gesamtfluidvolumenstroms nicht.
Eine geringe Leckrate ist insbesondere vorteilhaft, da hierdurch gefördert, insbesondere bewirkt, wird, dass der Fluidvolumenstrom nach dem Passieren des Filterelements wenigstens im Wesentlichen von den zu filternden Partikeln gereinigt ist.
Nach einer bevorzugten Ausführung ist Δ p < 200 bar, insbesondere < 100 bar, insbesondere < 50 bar, insbesondere < 25 bar, insbesondere < 10 bar, insbesondere < 5 bar und besonders bevorzugt < 2 bar.
Nach einer bevorzugten Ausführung ändert sich in entlang der Gehäuseachse aufeinanderfolgenden Ebenen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse ausgerichtet sind, ein Abstand der Gehäuseachse zu der Außenwand des Filterelements, während ein Abstand der Gehäuseachse zu der Innenwand des Filtergehäuses in derselben Ebene wenigstens im Wesentlichen konstant ist.
Nach einer Ausführung ist das Filterelement in Form eines sogenannten Well-Beutels ausgebildet. Die Ausgestaltung der Filteranordnung nach dieser Ausführung ist insbesondere vorteilhaft, da das Filtergehäuse wenigstens im Wesentlichen kostengünstig herzustellende ebene Innenwände aufweist, beispielsweise, wenn das Filtergehäuse ein definierter Abschnitt eines Schlauches und/oder Rohres ist, während der erfindungsgemäße Wechsel von ersten und zweiten Bereichen entlang der Gehäuseachse wenigstens im Wesentlichen von dem Filterelement, insbesondere dem Well-Beutel, realisiert wird. Nach einer bevorzugten Ausführung ändert sich in entlang der Gehäuseachse aufeinanderfolgenden Ebenen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse ausgerichtet sind, ein Abstand der Gehäuseachse zu der Innenwand des Filtergehäuses, während ein Abstand der Gehäuseachse zu der Außenwand des Filterelements in derselben Ebene wenigstens im Wesentlichen konstant ist.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise die Herstellungskosten für das Filterelement durch die Vereinfachung der Außengeometrie, insbesondere der Außenwand, verringert werden können, während der erfindungsgemäße Wechsel von ersten und zweiten Bereichen entlang der Gehäuseachse wenigstens im Wesentlichen von dem Filtergehäuse realisiert wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung ändern sich in entlang der Gehäuseachse aufeinanderfolgenden Ebenen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse ausgerichtet sind, sowohl ein Abstand der Gehäuseachse zu der Innenwand des Filtergehäuses als auch ein Abstand der Gehäuseachse zu der Außenwand des Filterelements.
Dies ist nach einer Ausführung insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise sowohl das Filtergehäuse als auch das Filterelement einen Beitrag zu dem erfindungsgemäßen Wechsel von ersten und zweiten Bereichen entlang der Gehäuseachse leisten, wodurch der oben beschriebene erfindungsgemäße Effekt wenigstens begünstigt, insbesondere verstärkt, wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung weist die Außenwand des Filterelements entlang der Gehäuseachse in wenigstens einem Bereich eine wenigstens im Wesentlichen wellenförmige Kontur auf und/oder die Innenwand des Filtergehäuses weist entlang der Gehäuseachse in wenigstens einem Bereich eine wenigstens im Wesentlichen wellenförmige Kontur auf.
Die wellenförmige Kontur ist insbesondere vorteilhaft, um den erfindungsgemäßen Wechsel von ersten und zweiten Bereichen entlang der Gehäuseachse zu realisieren. Insbesondere im Vergleich zu einer Freiformfläche kann die wellenförmige Kontur hin- sichtlich der Wirtschaftlichkeit der Fertigung und/oder der Berechnung des Strömungsverhaltens Vorteile aufweisen, insbesondere weist sie diese auf.
Nach einer bevorzugten Ausführung weist die wenigstens im Wesentlichen wellenförmige Kontur in einem Bereich eine Amplitude auf, welche größer ist als Abweichungen, insbesondere als im Vorfeld als zulässig festgelegte fertigungs- und/oder betriebsbedingte Maß- und/oder Form- und/oder Lageabweichungen, der Sollgeometrie der Kontur der Innenwand des Filtergehäuses in demselben Bereich und/oder der Außenwand des Filterelements.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise begünstigt, insbesondere bewirkt, wird, dass die im Vorfeld als zulässig festgelegten fertigungs- und/oder betriebsbedingten Maß- und/oder Form- und/oder Lageabweichungen nicht in der Lage sind, den erfindungsgemäßen Wechsel von ersten und zweiten Bereichen entlang der Gehäuseachse zu stören. Dadurch, dass die Amplitude größer ist als die Abweichungen wird begünstigt, insbesondere bewirkt, dass diejenige Komponente aus der Gruppe, bestehend aus Filterelement und Filtergehäuse, welche die wellenförmige Kontur aufweist, in der Lage ist, fertigungs- und/oder betriebsbedingte Maß- und/oder Form- und/oder Lageabweichungen zu kompensieren.
Nach einer bevorzugten Ausführung ist das Filterelement wenigstens im Wesentlichen entlang seiner gesamten Außengeometrie für das Fluid zumindest teilweise durchlässig ausgebildet.
Durch die zumindest teilweise für das Fluid durchlässig ausgebildete Außengeometrie des Filterelements wird begünstigt, insbesondere bewirkt, dass Flüssigkeit, welche sich zwischen der Außenwand des Filterelements und der Innenwand des Filtergehäuses, insbesondere in den zweiten Bereichen, befindet, insbesondere möglichst ungehindert, wieder in das Filterelement eintreten kann.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert: Fig. 1 A eine perspektivische Teilschnitt-Ansicht eines Filterelements nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1 B ein Filtergehäuse in einer perspektivischen Teilschnitt-Ansicht nach einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung, insbesondere zur Aufnahme des Filterelements nach Fig. 1 A;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch ein Filterelement und ein Filtergehäuse nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine weitere Querschnittsansicht durch ein Filterelement und ein Filtergehäuse nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine weitere Querschnittsansicht durch ein Filterelement und ein Filtergehäuse nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 eine weitere Querschnittsansicht durch ein Filterelement und ein Filtergehäuse nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 A zeigt eine perspektivische Teilschnitt-Ansicht eines Filterelements 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Das Filterelement 1 ist beispielhaft als ein Filterbeutel mit einem darin angeordneten, insbesondere festen und/oder losen Filtermaterial 4 (in Fig. 1 A nicht dargestellt), ausgebildet und wird von einem Volumenstrom Q durchströmt. Der Filterbeutel weist dabei ein Gewebe und/oder Geflecht aus Naturfaser und/oder Kunststofffaser und/oder metallischen Drähten auf. Die Maschenweite des Filterelements 1 wird dabei so definiert, dass sowohl das Filtermaterial 4 als auch die aus dem Volumenstrom herauszufilternden Partikel wenigstens im Wesentlichen vollständig zurückgehalten werden.
In einem Ausschnitt i der Fig. 1 A ist ein Detail des Filterelements 1 dargestellt. Dabei sind Abweichungen zwischen der in gestrichelten Linien dargestellten Grundgeometrie und der in durchgezogenen Linien dargestellten Sollgeometrie der Außenwand des Filterelements 1 mit ± a gekennzeichnet. Die Abweichungen ± a überstreichen somit den Raum zwischen einer Innenwand des Filtergehäuses 2 und einer Außenwand des Filterelements 1 . Die Amplitude der wellenförmigen Geometrie des Filterelements 1 ist dabei so bemessen, dass diese wenigstens im Wesentlichen alle sowohl an Filtergehäuse 2 als auch an Filterelement 1 auftretenden Abweichungen der Sollgeometrien überstreicht und somit kompensiert (im Sinne von bündig ausgleichen), die z. B. bedingt durch fertigungsbedingte Maß-, Form- und Lageabweichungen und/oder betriebsbedingte plastische und/oder elastische Verformungen auftreten können.
Das Material des Filterelements 1 kann überall, aber auch nur in einzelnen Bereichen, für das zu filternde Medium durchlässig sein, was durch netzförmige Schraffierungen angedeutet ist.
Im Betrieb ist das Filterelement 1 in Form eines Filterbeutels mit losem und/oder festem Filtermaterial 4 gefüllt. Durch diese Füllung wird die Wand bzw. Hülle des Filterelements 1 an die Innenwand des Filtergehäuses 2 bewegt und so schmiegt sich die Außenwand des Filterelements 1 an die Innenwand des Filtergehäuses 2 an. Dabei ist die Wand bzw. die Hülle des Filterelements 1 für das Filtermaterial 4 wenigstens im Wesentlichen undurchlässig.
Fig. 1 B zeigt das Filtergehäuse 2 in einer perspektivischen Teilschnitt-Ansicht nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Das Filtergehäuse 2 ist zur Aufnahme des Filterelements 1 vorgesehen, insbesondere nimmt das Filtergehäuse 2 das Filterelement 1 in sich auf. Die in gestrichelten Linien dargestellte Grundgeometrie der Außenwand des Filterelements 1 in Ausschnitt i der Fig. 1 A ist wenigstens im Wesentlichen identisch mit der Sollgeometrie der Innenwand des Filtergehäuses 2 in einem Ausschnitt ii der Fig. 1 B.
Die oben erwähnte Kompensation der Maß-, Form- und/oder Lageabweichungen ist in den Figuren 2 bis 4 gezeigt. In einem Bereich eines Spalts 3 kann das Fluid wenigstens im Wesentlichen ohne Filterung durch zumindest einen Teil des Filtergehäuses 1 hindurchströmen. In den Figuren 2 bis 4 sind drei Szenarien bezüglich des Verhältnisses eines lokalen Umfangs Ui des Filterelements 1 und eines lokalen Umfangs U2 des Filtergehäuses 2 gezeigt:
In Fig. 2 ist Ui < U2, weshalb sich in einem Abschnitt ein Spalt 3 ausbildet, in welchem keine Filtrierung stattfindet.
In Fig. 3 ist der immer wiederkehrende Idealfall der vollständigen Durchströmung des Filtermaterials 4 durch das Fluid gezeigt, wie er in den ersten Bereichen stattfindet.
In Fig. 4 ist mit Ui > U2 ein Fall gezeigt, in welchem ein Übermaß des Filterelements 1 zu einer nach innen gerichteten Falte des Filterelements 1 führt, wodurch ein Spalt 3 entsteht. Das in der Spaltströmung befindliche Fluid muss zur Fortsetzung der von dem Druckgefälle induzierten Passage wieder in das Filterelement 1 eintreten, sobald es den anschließenden nächsten ersten Bereich erreicht.
Sollte ein Filterelement 1 lokal begrenzte Beschädigungen 5 aufweisen, wie in Fig. 5 gezeigt, können mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung Folgeschäden an stromabwär- tigen Anlageteilen vermieden werden, wenn an der Austrittstelle der Beschädigung 5 Filtermaterial 4 austritt, da das Filtermaterial 4 spätestens dann in Strömungsrichtung aufgehalten wird, wenn der nächste erste Bereich erreicht wird.
Bezuqszeichenliste
1 Filterelement
2 Filtergehäuse
3 Spalt
4 Filtermaterial
5 Beschädigung
A Abweichung zwischen Grundgeometrie und Sollgeometrie der Außenwand des Filterelements 1
Q Volumenstrom des zu filternden Fluids mit angegebener Strömungsrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Filteranordnung mit: einem Filtergehäuse (2) mit zumindest einer Einströmöffnung und zumindest einer Ausströmöffnung, welches dafür vorgesehen ist, von einem Fluid durchströmt zu werden, wobei sich das Filtergehäuse (2) wenigstens im Wesentlichen entlang einer gerade oder gekrümmt verlaufenden Gehäuseachse erstreckt; und wenigstens einem innerhalb des Filtergehäuses (2) angeordneten Filterelement (1), welches dafür vorgesehen ist, von dem Fluid durchströmt zu werden und dieses zu filtern, und welches so innerhalb des Filtergehäuses (2) angeordnet ist, dass eine gerade oder gekrümmt verlaufende Filterelementachse wenigstens im Wesentlichen mit der Gehäuseachse übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung weiterhin aufweist: eine Anzahl n erster Bereiche, in denen eine Außenwand des Filterelements (1) eine Innenwand des Filtergehäuses (2) in einer Ebene wenigstens im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen vollständig, entlang des Umfangs berührt; und eine Anzahl m zweiter Bereiche, in denen die Außenwand des Filterelements (1) von der Innenwand des Filtergehäuses (2) in einer Ebene wenigstens im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen vollständig, entlang des Umfangs beabstandet ist, wobei sich erste und zweite Bereiche entlang der Gehäuseachse abwechseln.
2. Filteranordnung nach Anspruch 1 , wobei das Filterelement (1 ) einen Filterbeutel und ein darin angeordnetes, insbesondere festes und/oder loses, Filtermaterial (4) aufweist. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (1 ), insbesondere der Filterbeutel, aus einem wenigstens im Wesentlichen elastischen Material gebildet ist.
Filteranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Filterbeutel ein Material aufweist, welches zumindest in einem Bereich für das Filtermaterial (4) wenigstens im Wesentlichen undurchlässig ist.
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid an der Einströmöffnung einen Druck aufweist und an der Ausströmöffnung einen Druck p2 aufweist, wobei die Gesamtheit der ersten Bereiche eine Dichtheit zwischen der Innenwand des Filtergehäuses (2) und der Außenwand des Filterelements (1) gegenüber dem Fluid bereitstellt, bei welcher eine Leckrate des Fluids bei einer Druckdifferenz
Δρ = p! - p2
10 % des Gesamtfluidvolumenstroms zwischen Einströmöffnung und Ausströmöffnung nicht übersteigt.
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
(a) wobei sich in entlang der Gehäuseachse aufeinanderfolgenden Ebenen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse ausgerichtet sind, ein Abstand der Gehäuseachse zu der Außenwand des Filterelements (1) ändert, während ein Abstand der Gehäuseachse zu der Innenwand des Filtergehäuses (2) in derselben Ebene wenigstens im Wesentlichen konstant ist; oder
(b) wobei sich in entlang der Gehäuseachse aufeinanderfolgenden Ebenen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse ausgerichtet sind, ein Abstand der Gehäuseachse zu der Innenwand des Filtergehäuses (2) ändert, während ein Abstand der Gehäuseachse zu der Außenwand des Filterelements (1) in derselben Ebene wenigstens im Wesentlichen konstant ist; oder wobei sich in entlang der Gehäuseachse aufeinanderfolgenden Ebenen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse ausgerichtet sind, sowohl ein Abstand der Gehäuseachse zu der Innenwand des Filtergehäuses (2) ändert als auch ein Abstand der Gehäuseachse zu der Außenwand des Filterelements (1).
7. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenwand des Filterelements (1) entlang der Gehäuseachse in wenigstens einem Bereich eine wenigstens im Wesentlichen wellenförmige Kontur aufweist und/oder die Innenwand des Filtergehäuses (2) entlang der Gehäuseachse in wenigstens einem Bereich eine wenigstens im Wesentlichen wellenförmige Kontur aufweist.
8. Filteranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die wenigstens im Wesentlichen wellenförmige Kontur in einem Bereich eine Amplitude aufweist, welche größer ist als Abweichungen, insbesondere als, insbesondere im Vorfeld als zulässig festgelegte, fertigungs- und/oder betriebsbedingte Maß- und/oder Form- und/oder Lageabweichungen, der Sollgeometrie der Kontur der Innenwand des Filtergehäuses (2) in demselben Bereich und/oder der Außenwand des Filterelements (1).
9. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (1) wenigstens im Wesentlichen entlang seiner gesamten Außengeometrie für das Fluid zumindest teilweise durchlässig ausgebildet ist.
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