CH681280A5 - - Google Patents
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Description
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CH 681 280 A5
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Filterkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der Praxis sind Wickelmodule bekannt, bei denen ein einheitliches Tiefenfiltervlies bzw. Fäden spiralförmig um ein drainierendes Zentralrohr gewickelt sind. Wickelmodule dieser Bauart haben den Nachteil, dass sie bei der Filtration von sehr trüben Unfiltraten schnell verblocken. Die Ursache der schnellen Verblockung dieser Art von Wickelkerzen ist dadurch bedingt, dass sie über ihre ganze Tiefe einen homogenen Aufbau, d.h. eine gleichmäs-sige Rückhaltecharakteristik zeigen. Durch den spiralförmigen Wickelvorgang wird nur die äussere, der Flüssigkeit zugängliche Schicht belastet und blockiert. Die darunter liegenden Schichten bleiben unbelastet.
Es sind auch Wickelmodule bekannt, welche anstelle von bandförmigen Filtervliesen, Fäden unterschiedlicher Dicke aufweisen, die spulenartig gewickelt und z.B. thermisch miteinander verbunden sind (US-PS 4 112 159). Der Nachteil dieser Wickelmodule liegt darin, dass sie aus reinen Polyolefin-Spinnfäden (z.B. Polypropylen) aufgebaut sind und dadurch nicht die guten Partikelretentionen aufweisen wie dies von den bandförmigen Filterschichten bekannt ist, und somit nicht für die Filtration von stark kolloidalen, trubstoffbeladenen Unfiltraten geeignet sind.
Ferner sind Wickelmodule bekannt, die mit einem flächigen Filterband mit drainierendem Stütz- und Abstandhalter deckungsgleich zu geschlossenen Bändern verschweisst oder geklebt und aufeinan-dergewickelt sind (DE-PS 3 740 249). Der Nachteil dieser Art von Wickelmodulen ist, dass die verschiedenen Filter- bzw. Drainagebänder und Abstandhalter in getrennten Arbeitsschritten aufeinander gelegt und zu endlosen Bändern verschweisst bzw. verklebt werden müssen. Diese Art der Module sind arbeitsaufwendig herzustellen und erschweren eine automatische und rationelle Fertigung. Abgesehen davon, dass sich die Filterbänder bzw. die Drainagegewebe so auch die Abstandhalter nicht leckdicht verschweissen lassen, besteht die Gefahr des Kurzschlusses zwischen Filtrat und Unfiltrat. Ausserdem geht durch die Ausrüstung mit Drainagegewebe ein hoher Prozentsatz an filteraktiver Tiefe verloren.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Filterkerze zu bilden, deren Filterelement «Breitband-Tiefenfiltereigenschaften» aufweist, also unterschiedliche Tiefenfilter-Eigenschaften, die sich nicht in einem einzigen Filtermaterial vereinen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Filterkerze gelöst, die im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert ist. Besondere Ausführungsformen bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemässen Filterkerzen zeichnen sich durch in radialer Richtung unterschiedliche Rückhaltecharakteristiken aus. Die in radialer Richtung, also in Durchströmungsrichtung des Filterelements vorgesehene Variation der Filtereigenschaften ergibt die Möglichkeit, in einem Filterelement auch solche Filtereigenschaften zu vereinen, die grundsätzlich verschiedene, sich evtl. gegenseitig ausschliessende Struktur und Zusammensetzung des Filtermaterials verlangen. Beispielsweise ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, eine in radialer Richtung in der Tiefe fraktionierte Filtration und/oder Stoffumwandlung vorzunehmen. Die übergangslos oder stufenförmig radial aufeinander folgenden Zonen des Filterelements bieten vielfache Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Eigenschaften der einzelnen Filterzonen. Hierdurch weisen die erfindungsgemässen Filterkerzen beträchtlich erhöhte Einsatzmöglichkeiten bzw. verbesserte Anpassungsmöglichkeiten für jeweilige Filtrationsaufgaben auf. Dabei lassen sich die erfindungsgemässen Filterkerzen mit einfachen Mitteln und in rationeller einfacher Arbeitsweise herstellen.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Filterelement übergangslos aufeinander folgende Zonen und somit praktisch in radialer Richtung kontinuierlich variierte Filtereigenschaften auf. Diese Ausführungsform der erfindungsgemässen Filterkerze eignet sich insbesondere für solche Filtrationsaufgaben, die zwar nur eine relativ kleine Variationsbreite der Filtereigenschaften, aber eng tolerierte Übergänge erfordern.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist auszugehen von einem rohrförmigen Filterelement mit sich gegenseitig umschliessenden, rohrförmigen Bereichen in radialer Aufeinanderfolge. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind rohrförmige Bereiche als Zonen mit stufenförmig gegeneinander variierten Filtereigenschaften im Filterelement vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind praktisch mehrere Filterelemente mit unterschiedlichen Filtereigenschaften in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordnet und in der erfindungsgemässen Filterkerze vereint. Es lassen sich hierdurch kombinierte Filtereigenschaften mit relativ grosser Variationsbreite zu einer gewünschten funktionellen Zusammenwirkung zusammenfügen und vereinen.
In beiden angeführten Ausführungsmöglichkeiten können die in radialer Richtung des Filterelements variierten Filtereigenschaften der Abschei-dungscharakter für Trubstoffe sein. Dazu kann beispielsweise das Filterelement in radialer Richtung bezüglich seiner Porengrösse variiert sein. Beispielsweise kann für eine erfindungsgemässe Filterkerze, die von ihrem Aussenumfang her mit zu filtrierendem Medium beströmt wird, vorgesehen sein, dass das Filterelement in radialer Richtung von aussen nach innen abnehmende Porengrösse aufweist. Andererseits kann für Anwendungsfälle auch ein Beströmen des Filterelements mit zu filtrierendem Medium von dem zentralen Strömungskanal her in Betracht gezogen werden, wobei bevorzugt das Filterelement in radialer Richtung von innen nach aussen abnehmende Porengrösse aufweisen kann, um eine Vergrösserung der Fläche der feinporigen Teile des Filterelementes zu erreichen.
Eine andere Möglichkeit für zu variierende Filtereigenschaften besteht darin, dass das Filterelement in radialer Richtung variierte kationische
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und/oder anionische Adsorptionscharakteristik aufweist.
Bei Filterkerzen mit gewickeltem Filterelement lässt sich die erfindungsgemässe Ausbildung mit in radialer Richtung variierten Filtereigenschaften in einfacher Weise dadurch verwirklichen, dass das Filterelement aus einem bandförmigen Filtermedium-Vlies gewickelt ist, das über seine Länge variierte Filtereigenschaften aufweist. Dabei kann das Filtermedium-Vlies über seine Länge kontinuierlich variierte Filtereigenschaften haben. Ein aus einem solchen Filtermedium-Vlies mit über seine Länge kontinuierlich variierten Filtereigenschaften gewickeltes Filterelement hat nahezu in radialer Richtung kontinuierlich variierte Filtereigenschaften.
Das zum Wickeln des Filterelements benutzte Filtermedium-Vlies kann aber auch in Längsrichtung abschnittsweise mit unterschiedlichen Filtereigenschaften ausgebildet sein. Ein aus solchem Filtermedium-Vlies gewickeltes Filterelement weist radial übereinanderliegende Bereiche unterschiedlicher Filtereigenschaften auf, wobei sich die Filtereigenschaften von Bereich zu Bereich mehr oder weniger sprunghaft ändern. Solche Filterelemente lassen sich In besonders einfacher Weise herstellen.
Diese Ausführungsform der Erfindung hat auch den Vorteil, dass die radial übereinanderliegenden Bereiche des Filterelements ohne weiteres mit unterschiedlicher radialer Dicke ausgebildet sein können. Dies lässt sich in einfacher Weise durch Wahl der Länge der einzelnen Abschnitte an dem Filter-medium-Vlies einrichten, aus dem das Filterelement gewickelt wird. Die Abschnitte unterschiedlicher Filtereigenschaften des Filtermedium-Vlieses können getrennt voneinander hergestellt und durch Aneinanderreihen und Verschweissen oder Verkleben in dem Filtervlies vereint werden. Es ist aber auch durchaus denkbar, eine zum Wickeln des Filterelements zu benutzendes Filtervlies vorzusehen, in welchem die Abschnitte unterschiedlicher Filtereigenschaften einstückig miteinander verbunden sind und nahtlos ineinander übergehen. Solche bandförmige Filtervliese lassen sich beispielsweise in der Weise herstellen, dass ein breites Band aus Filtervlies mit über die Breite variierten Filtereigenschaften fortlaufend hergestellt und in Querrichtung zu Streifen geschnitten wird, die dann je ein zu einem Filterelement zu wickelndes Filtervlies bilden.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Filterkerze kann auch unterschiedliche Anordnungsweise von das Filterelement bildenden Filtervliesen vorsehen. Beispielswelse kann das Filterelement mindestens zwei in radialer Richtung aufeinanderfolgende rohrförmige Filterelement-Bereiche aufweisen, von welchen in mindestens einem Filterelement-Bereich ein plissiertes Filtervlies und in mindestens einem anderen rohrförmigen Filterelement-Bereich ein gewickeltes Filtervlies vorgesehen sind. Das plissierte Filtervlies bietet dabei eine sehr grosse Oberfläche, die mit dem zu filtrierenden Medium zu beschicken ist, aber eine relativ geringe Filtertiefe in Durchströmungsrichtung. Andererseits bietet das gewickelte Filterelement eine erheblich kleinere zu beaufschlagende Oberfläche, aber sehr viel grössere Filtertiefe als das plissierte
Filtervlies. Immerhin lässt sich aber trotz dieser erheblichen Anordnungsunterschiede eine sinnvolle Kombination von plissiertem Filtervlies und gewickeltem Filtervlies innerhalb des Filterelements einer Filterkerze schaffen. Dabei wird man bevorzugt vorsehen, dass das Filterelement in zwei radial aufeinanderfolgenden Bereichen einen radial inneren Filterelementkörper aus plissiertem Filtervlies und einen radial äusseren Filterelementkörper aufweist, der aus zumindest einer ringsum geschlossen um den inneren Filterelementkörper aus plissiertem Filterelementvlies gewickelten Lage aus Filtervlies gebildet ist. Bei der Kombination von unterschiedlichen Anordnungsweisen des Filtervlieses können die Filtervliese der verschiedenen radial aufeinanderfolgenden Bereiche - abgesehen von durch ihre unterschiedliche Anordnungsweise bedingte - auch durch Unterschiede in der Vliesstruktur und/oder In der Wahl der Filterwerkstoffe bedingte unterschiedliche Filtereigenschaften aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung können die zum Wickeln der Filterelemente zu benutzenden Filtervliese aus Kunststoff- und/oder Naturfasern mit Partikeln und/oder Trubstoff aufnehmendem Filtermedium gebildet sein und eine Dicke zwischen 0,5 mm und 5 mm aufweisen.
Um das aus Filtervlies gebildete Filterelement an seiner inneren Umfangsfläche und/oder seiner äusseren Umfangsfläche mit einer das Filtrat und/oder Unfiltrat verteilenden und schützenden Lage zu versehen, kann hierzu um ein das Filterelement gegenüber dem zentralen Führungskanal abstützendes, zylindrisches Strömungsrohr und/oder um das Filterelement ein drainierendes Kunststoffgewebe oder Vlies gewickelt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die teilweise Draufsicht auf ein für das Wickeln eines Filterelements zu benutzenden Bandes aus vliesförmigem Tiefenfiltermaterial, das in Längsrichtung kontinuierlich unterschiedliche Filtereigenschaften aufweist;
Fig. 2 die teilweise Draufsicht auf ein zum Wickeln eines Filterelements zu benutzenden Bandes aus vliesförmigem Tiefenfiltermaterial mit unterschiedlichen Filtrationsbereichen, welche unterschiedliche Längen aufweisen;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein mit einem Filtermaterialband gemäss Fig. 2 gewickeltes Filterelement;
Fig. 4 einen schematischen, teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Filterkerze mit radial angeordneten, praktisch übergangslosen unterschiedlichen Filtrationszonen in einem an sich bekannten Stützgerüst;
Fig. 5 einen schematischen, teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Filterkerze mit radial stufenförmig angeordneten unterschiedlichen Filtrationszonen in einem an sich bekannten Stützgerüst;
Fig. 6 einen schematischen, teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Filterkerze mit einem plissierten Bereich (innen) und einem ge5
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wickelten Bereich (aussen) in Form radial angeordneter unterschiedlicher Filtrationsbereiche und
Fig. 7 einen schematischen, teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Filterkerze mit einem plissierten Bereich (aussen) und einem gewickelten Bereich (innen) in Form von radial angeordneten unterschiedlichen Filtrationsbereichen.
Fig. 1 zeigt ein für die Herstellung eines zumindest teilweise gewickelten Filterelements vorbereitetes Filtervlies 20, das von seinem einen Ende (in der Zeichnung links) nach seinem anderen Ende (in der Zeichnung rechts) hin sich kontinuierlich ändernde Fiitereigenschaften aufweist, was durch unterschiedliche Punktierung dargestellt ist. Im Beispiel der Fig. 2 handelt es sich um ein vorbereitetes Filtervlies 21, das an seinem einen Ende (in der Zeichnung links) einen Abschnitt 21a beispielsweise hoher Porosität aufweist, wie dies durch die geringere Punktierung dargestellt ist. Im mittleren Abschnitt 21b weist das Filtervlies 21 stärkere Verdichtung auf, also geringere Porosität, während im rechten Bereich 21c nochmals stärkere Verdichtung, also nochmals verringerte Porosität vorgesehen sein kann. Die Abschnitte 21a, 21b und 21c können - wie in Fig. 2 angedeutet - unterschiedliche Länge aufweisen, beispielsweise derart, dass die Länge der Abschnitte 21a, 21b, 21c von dem in das Innere des herzustellenden Filterelements eingewickelten Ende her nach dem auf der Aussenseite des Filterelements liegenden Ende hin zunehmende Länge aufweisen. Dabei kann die Abstimmung so getroffen sein, dass die durch die Abschnitte 21a, 21b und 21c gebildeten, radial übereinanderliegenden Zonen etwa gleiche radiale Dicke aufweisen. Es ist aber auch möglich, die durch Aufwickeln eines vliesförmigen Bandes 21 gebildeten Zonen mit unterschiedlicher radialer Dicke auszubilden, je nach Anwendungsfall des Filterelements bzw. in Anpassung an die zu lösende Filtrationsaufgabe.
Fig. 3 zeigt schematisch ein aus einem vliesförmigen Filterband gemäss Fig. 2 gewickeltes Filterelement 10 im Querschnitt. Dabei ist die Bildung von sich gegenseitig umgebenden, radial aufeinanderfolgenden Zonen 10a, 10b, 10c mit unterschiedlichen Filtrationseigenschaften zu erkennen. Zwischen den aufeinanderfolgenden Zonen 10a, 10b und 10c ist jeweils eine Abstufung der Filtrationseigenschaften vorhanden. Im Unterschied dazu würde ein aus einem Filtermaterialband nach Fig. 1 gewickelten Filterelement die Abstufung in den Filtereigenschaften von Wickellage zu Wickellage so gering sein, dass praktisch von einer kontinuierlichen Variation der Filtereigenschaften in radialer Richtung gesprochen werden könnte, also von einer übergangslosen Aufeinanderfolge der radialen Zonen im gewickelten Filterelement.
Die im wesentlichen kontinuierliche Variation der Filtrationseigenschaften in radialer Richtung wird in Fig. 4 verdeutlicht. Die übereinanderliegenden Wikkellagen 11 des Filterelements 10 unterscheiden sich in ihren Filtrationseigenschaften nur so wenig, dass hinsichtlich der Filtrationseigenschaften von keinem nennenswerten Übergang von Wickellage 11 zu Wickellage die Rede sein kann. Die Wickellagen bilden daher übergangslose Zonen im Filterelement. Dagegen zeigt Fig. 5 bei einem aus einem Filtermaterialband 21 gemäss Fig. 2 gewickelten Filterelement 12 die Ausbildung einer Mehrzahl von hinsichtlich der Filtrationseigenschaften deutlich voneinander abgesetzten Bereichen 12a, 12b, 12c ..., wobei die Art und Anzahl dieser sich gegenseitig umgreifenden radial zueinander angeordneten Bereichen entsprechend dem beabsichtigten Einsatz der Filterkerze d.h. deren Filtrationsaufgabe zu wählen ist.
Das oben erläuterte, für die Herstellung von Filterelementen zu benutzende Filtervlies ist auch zum Plissieren geeignet. So können beispielsweise auch zumindest teilweise plissierte Filterelemente aus solchem Filtervlies hergestellt werden. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Filterelement 13 in seinem inneren Teil einen Bereich 14 aufweist, der aus plissiertem Filtervlies gebildet ist, während ein äusserer Bereich 15 des Filterelements 13 durch ein über das plissierte Filtervlies des Bereiches 14 gewickeltes Filtervlies gebildet ist. Fig. 7 zeigt eine Möglichkeit, bei der das Filterelement 16 in seinem inneren Bereich 17 durch ein gewickeltes Filtervlies gebildet ist, während im äusseren Bereich 18 ein plissiertes Filtervlies um das gewickelte Filtervlies des Bereiches 17 herumgelegt ist.
In den Beispielen der Fig. 4 bis 7 weist eine Filterkerze 30 ein das Filterelement gegenüber dem zentralen Strömungskanal 31 abstützendes, zylindrisches Strömungsrohr 32 mit Durchströmungsöffnungen 33 auf. Am äusseren Umfang der Filterkerze 30 ist eine mit Durchströmungsöffnungen 35 versehene Umfangswand 34 vorgesehen. An beiden Stirnseiten wird der zwischen dem Strömungsrohr 32 und der Umfangswand 34 gebildete, das Filterelement aufnehmende Innenraum durch Verschlusskappen 36 abgedeckt. Wie bei 37 gezeigt, ist das Filterelement in jedem der Ausführungsbeispiele leckdicht an der Innenseite der Verschlusskappen 36 abgedichtet. Zum Schutz des Filterelements und besseren Verteilen des Unfiltrats ist das Filterelement an seinem Aussenumfang mit einer Lage 38 aus drainierendem Kunststoffgewebe oder Vlies umwickelt. Ebenso ist in den dargestellten Beispielen zum besseren Sammeln des Filtrats das zylindrische Strömungsrohr 32 mit einer Lage 39 aus drainierendem Kunststoffgewebe oder Vlies umwickelt.
Claims (12)
1. Filterkerze mit in ihrem ringförmigen Aufnahmeraum, der zwischen einem zentralen Strömungskanal und der mit Durchlassöffnungen versehenen Umfangswand der Filterkerze gebildet ist, angebrachtem Filterelement, das im wesentlichen radial zum Aufnahmeraum vom zu filtrierenden Medium durchströmt wird und das an seinen beiden stirnseitigen Enden leckdicht zwischen Abschlusskappen gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das den ringförmigen Aufnahmeraum zumindest teilweise einnehmende Filterelement (10, 12, 13, 16) aus bandförmigem Filtervlies (20, 21) gewickelt ist, das über seine Länge in Wickelrichtung unterschiedliche Porengrösse und/oder kationische und/oder
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2. Filterkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtervlies (20) über seine Länge kontinuierlich variierte Porengrösse und/oder kationische oder/und anionische Adsorptionscharakteristika aufweist, so dass das Filterelement (10) Übergangstos aufeinanderfolgende Zonen und somit in radialer Richtung kontinuierlich variierte Porengrösse und/oder Adsorptionscharakteristik aufweist.
3. Filterkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtervlies (21) in Längsrichtung abschnittsweise mit unterschiedlicher Porengrösse und/oder kationischer und/oder anionischer Adsorptionscharakteristik ausgebildet ist, so dass das Filterelement (10) in radialer Aufeinanderfolge rohrförmig sich gegenseitig umschliessende Bereiche (10a, 10b, 10c; 12a, 12b, 12c) als Zonen mit stufenförmig variierter Porengrösse und/oder kationischer oder/und anionischer Adsorptionscharakteristik aufweist.
4. Filterkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zum Filterelement (10) gewickelten Filtervlies (21) die Abschnitte unterschiedlicher Filtereigenschaften (21a, 21b, 21c) aneinandergereiht und durch Verschweissen oder Verkleben miteinander verbunden sind.
5. Filterkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zum Filterelement (10) gewickelten Filtervlies (21) die Abschnitte unterschiedlicher Filtereigenschaften (21a, 21b, 21c) einstückig miteinander verbunden sind und nahtlos ineinander übergehen.
6. Filterkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die von ihrem Aussenumfang her mit zu filtrierendem Medium beströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (10,12,13,16) in radialer Richtung von aussen nach innen abnehmende Porengrösse aufweist.
7. Filterkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für Einsatz mit Be-strömen des Filterelements (10, 12, 13, 16) mit zu filtrierendem Medium vom zentralen Strömungskanal (31) her das Filterelement (10,12, 13,16) in radialer Richtung von innen nach aussen abnehmende Porengrösse aufweist.
8. Filterkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (13; 16) mindestens zwei in radialer Richtung aufeinanderfolgende rohrförmige Bereiche (14, 15; 17, 18) aufweist, von welchen in mindestens einem Bereich (14; 18) ein plissiertes Filtervlies und in mindestens einem anderen rohrförmigen Bereich (15; 17) ein gewickeltes Filtervlies (20, 21) vorgesehen sind.
9. Filterkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (13; 16) in zwei radial aufeinanderfolgenden Bereichen einen radial inneren Filterelementkörperbereich (14) aus plissiertem Filtervlies und einen radial äusseren Filterelementkörperbereich (15) aufweist, der zumindest aus einer ringsum geschlossenen, um den inneren Filterelementkörperbereich (14) aus plissiertem Filtervlies gewickelten Lage aus Filtervlies gebildet ist.
5 10. Filterkerze nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervliese der verschiedenen radial aufeinanderfolgenden Bereiche, zusätzlich zu ihrer unterschiedlichen Anordnungsweise, weiterhin Unterschiede in der
10 Vliesstruktur und/oder in der Art des Filterwerkstoffes aufweisen.
11. Filterkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervliese aus Kunststoff- und/oder Naturfasern mit
15 Partikeln und/oder Trubstoff aufnehmendem Filtermedium gebildet sind und eine Dicke zwischen 0,5 mm und 5 mm aufweisen.
12. Filterkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um ein
20 das Filterelement (10,12,13,16) gegenüber dem zentralen Strömungskanal (31) abstützendes zylindrisches Strömungsrohr (32) und/oder um das Filterelement (10,12,13,16) Lagen (38, 39) eines drainie-renden Kunststoffgewebes oder Vlieses gewickelt
25 sind.
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