DE2629151A1 - Filterapparat - Google Patents
FilterapparatInfo
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Description
PATCNTANWALTC A. GRUNECKER
H. KINKEUDHY
DR -i.\«ü
K. SCHUMANN
P. H. JAKOB G. BEZOLD
MÜNCHEN
E. K. WEIL
8 MÜNCHEN 22
28. Juni 1976 PH 10 561
LINDAU
Brunswick Corporation
One Brunswick Plaza, Skokie, 111. 60076, USA
F ilterapparat
Die Erfindung betrifft einen Fil-uerapparat und insbesondere
einen rückspülbaren Filterapparat, bei dem der größte Teil der Filtermittel in Betrieb bzw. aktiv ist und filtriert,
während die übrigen Filtermittel an Ort und Stelle gereinigt bzw. gespült werden.
Es sind bereits zahlreiche Versuche gemacht worden, Filter in einer Strömung in Betrieb zu halten und gleichzeitig alle
Filter oder einen Teil der Filter zu reinigen, damit die
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Strömung nicht unterbrochen zu werden braucht. Aus der
US-PS 2 173 060 ist ein Filterapparat bekannt, bei dem die Filterelemente gespült werden, indem die zurückgehaltenen
Teilchen durch Rückströmung vom betreffenden Filterelement
gelöst werden. Dieser bekannte Filterapparat entspricht jedoch nicht den heutigen Anforderungen.
Aus der US-PS 3 833 121 ist ein weiterer Filterapparat bekannt, der eine Reinigung der Filterelemente ermöglicht,
während die Fluidströmung aufrechtgehalten wird. Bei diesem
bekannten Filterapparat befinden sich zwei Filter in einem Gehäuse. Dabei ist jeweils ein Filter sauber und in Betrieb
bzw. aktiv. Wenn das aktive Filter verunreinigt ist, kann mittels einer entsprechenden Einrichtung die Fluidströmung
ununterbrochen zum sauberen Filter umgeleitet werden. Nachdem die Strömung vom verunreinigten Filter weggeführt
worden ist, wird dieses Filter aus dem dann passiven Teil des Apparates entnommen, gereinigt und wieder eingesetzt.
Dieser bekannte Filterapparat arbeitet verhältnismäßig zufriedenstellend. Bei ihm besteht jedoch die Notwendigkeit,
ein Filter aus dem Apparat auszubauen und getrennt außerhalb des Filterapparates zu reinigen.
Es ist somit bisher kein zufriedenstellendes Verfahren bzw. kein zufriedenstellender Filterapparat bekannt, bei dem
ein Teil des oder der Filter gereinigt werden kann, während der Filterapparat arbeitet, und bei dem die während der
Rückspülung anfallenden Verunreinigungen vollständig aus dem System entfernt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filterapparat zu schaffen, der periodisch seine sämtlichen Filterelemente
rückspült und die rückgespülten Verunreinigungen so abführt, daß sie nicht das zulaufende, zu filtrierende
Fluid oder das Filtrat verunreinigen.
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Ein erfindungsgeraäßer Filterapparat ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Der erfindungsgemäße Filterapparat umfaßt zahlreiche
parallel betriebene Filterelemente sowie innerhalb des Apparates Mittel zum gleichzeitigen Reinigen von zwei
oder mehr Filterelementen, ohne daß dabei die Filterelemente aus dem Filterapparat ausgebaut werden müssen.
Der erfindungsgemäße Filterapparat führt die Rückspülung aus, während er in Betrieb ist und filtriert. Die vom
jeweiligen Filterelement zurückgehaltenen Verunreinigungen werden in ein geschlossenes Fluidsystem zurückgespült
und vollständig aus dem Filterapparat abgeführt, ohne daß sie das zu filtrierende Fluid oder das Filtrat verunreinigen.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Filterapparates besteht darin, daß mehrere Filter gleichzeitig gereinigt
werden können. Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung sind die Maßnahmen zur Erzeugung einer Druckdifferenz
an den zu reinigenden Filterelementen. Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß
eine Reihe von Kammern im Rückspülkreis vorgesehen sind, um Druckverluste und die dadurch hervorgerufene Verringerung
der wirksamen Druckdifferenz zu vermindern.
Beim Filtrieren hochviskoser Fluide mit einer Viskosität im Bereich.von 200 bis 5000 poise, beispielsweise beim
Filtrieren von Polymeren und insbesondere Acry1verbindungen,
Polyestern und Äthylenverbindungen, bei höheren Temperaturen
müssen herkömmliche Filterelemente zum Reinigen aus dem Filterapparat ausgebaut werden. Zu derartigen Filterapparaten
gehören der Filterapparat gemäß der US-PS 3'833 121, die bekannten Plattenfilter und viele andere
Filterapparate. Es ist festgestellt worden, daß die beim Reinigen von Filtern aus Filterapparaten, die zum Filtrieren
von Acrylverbindungen benutzt worden sind, entstehenden
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Dämpfe äußerst giftig sind. Die neuen OSHA-Vorschriften verlangen, daß Personen besondere Sicherheitsvorkehrungen
treffen müssen, beispielsweise müssen sie Atemmasken und Schutzkleidung tragen, und daß die Filter nur in speziell
belüfteten Räumen ausgebaut und gereinigt werden dürfen. Diese Anforderungen machen herkömmliche FiIterapparate
sowie deren Benutzung komplizierter und kostspieliger. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Filterapparates
besteht darin, daß mit ihm unter Berücksichtigung der OSHA-Anforderungen giftige Materialien filtriert
werden können und daß die Filterelemente danach gereinigt und weiterbenutzt werden können, ohne daß durch zusätzliche
Sicherheitseinrichtungen erhöhte Kosten entstehen.
Der erfindungsgemäße Filterapparat zeichnet sich nicht nur dadurch aus, daß er es ermöglicht, Filterelemente während
des Betriebs des Filterapparates zu reinigen, sondern daß auch der Rückspülkreis aufgrund der Verwendung von Zwischenkammern
zwischen den erforderlichen öffnungen und Kanälen günstiger arbeitet und dadurch unerwünschte Druckverluste
vermieden werden.
Der erfindungsgemäße Filterapparat umfaßt somit zahlreiche
parallele Filterelemente und Mittel innerhalb des Filterapparates, die es ermöglichen, zwei oder mehr Filterelemente
rückzuspülen, ohne daß die Filterelemente aus dem Filterapparat ausgebaut werden müssen und während der Filterapparat
in Betrieb ist und filtriert. Das zum Reinigen der Elemente benutzte Rückspülfluid wird getrennt vom
Hauptfluidstrom geführt und aus dem Filterapparat abgeführt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungG.jaruäßen
Filterapparat;
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Filterapparates; und
Fig. 4 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung gemäß 4-4 in Fig. 2.
Der in Fig. 1 als bevorzugte Ausführungsform dargestellte Filterapparat 10 mit Rückspülmöglichkeit weist ein Gehäuse
12 mit einem Zulaufrohr 15 und einem Ablaufrohr 16 auf.
Im Gehäuse ist mittig ein Kernrohr 50 angeordnet, das an einem Boden 17 befestigt ist, der das Kernrohr trägt und
abdichtet. Der Boden 17 ist direkt mit dem Zulaufrohr 15 am Zulauf 15a verbunden. Auf der Außenseite 51 des Kernrohres
50 sind zahlreiche Filter bzw. Filterelemente 20 neben- bzw. aufeinander angeordnet. Jedes Filter weist ein gefaltetes
Filtermittel 26 (siehe Fig. 2), einen Einlaß 22 auf der Innenseite 23 des Filtermittels 26 sowie einen Auslaß 24
auf der Außenseite 25 des Filtermittels auf. Dichtungen sorgen für strömungsundurchlässige Verbindung zwischen
den Filterelementen 20 und dem Kernrohr 50. Das Kernrohr weist zahlreiche öffnungen 52 auf, die die Innenseite 53
des Kernrohres mit dessen Außenseite 51 verbinden. Die öffnungen 52 sind über die gesamte Länge des Kernrohres sowie
in dessen Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Die öffnungen
52 stellen somit eine Verbindung zwischen der Innenseite des Kernrohres und einer Kammer 27 auf der Außenseite 25
der Filterelemente 20 her.
Innerhalb des Kernrohres 50 sind auf dessen Innenseite
53 gleitend verschiebbar zwei Kolben 30 angeordnet, die mit
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einer hohlen Verbindungsstange 34 fest verbunden sind/ die die Kolben in bestimmtem Abstand hält. Die Verbindungsstange 34 weist einen hohlen Innenraum 36 auf und ist ihrerseits
mit einer Hohlwelle 37 verbunden. In jedem Kolben 30 befinden sich in Längsrichtung verlaufende. Fluiddurchlässe
40 sowie radial im jeweiligen Kolben 30 verlaufende Verbindungskanäle 38, die für eine Strömungsverbindung zwischen
einer Mittelöffnung 39 im jeweiligen Kolben, dem Innenraum
36 und einer Saugkammer 33 sorgen. An der Stirnseite 31 des
einen Kolbens 30 sind die Mittelöffnung 39 und das Ende des Innenraumes 36 der Verbindungstange 34 bezüglich der Innenkamirier
54 des Kernrohres 50 abgedichtet.
Die Hohlwelle 37 ist mit einer Einrichtung 60 verbunden, die
die Hohlwelle 37 sowie die Kolben 30 in bestimmter bzw. vorgeschriebener Weise innerhalb des Kernrohres 50 mittels
einer Gewindewelle 62 vor- und zurückbewegen kann. Die Gewindewelle 62 ist mit der Hohlwelle 37 verbunden. Ein
Deckel 70 schließt das Ende des Filterapparates 10 dichtend ab. Dieser Deckel 70 läßt allerdings eine Verschiebung der
Hohlwelle 37 durch den Deckel zu. Mit dem Inneren 63 der Einrichtung 60 steht ein Auslaß 65 in der Weise in Verbindung,
daß von den Kolben zum Auslaß 65 eine Fluidströmung erfolgen kann. Die Gewindewelle 62 wird von einer
mit einer Antriebsquelle 61 verbundenen übertragungseinrichtung 64 gedreht. Mit der Antriebsquelle 61 ist eine
Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 verbunden, von der sich Teile auch in der Kammer 27 befinden und die automatisch
die Rückspülung der Filterelemente 20 steuern kann. Allerdings kann die Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 auch weggelassen
oder ausgeschaltet werden. Wenn die Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 in Betrieb ist, stellt sie den
Druckabfall an den Filterelementen fest und leitet den Rückspül- und Reinigungszyklus ein, wenn der Druckabfall
einen bestimmten Wert erreicht.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Filterapparates erläutert. Durch das Zulaufrohr 15 strömt
unter Druck ein Fluid mit Feststoffteilchen ein und füllt alle Räume der Innenkammer 54. Da in der Kammer 27 ein
niedrigerer Druck als im Zulaufrohr 15 herrscht, strömt das die Feststoffteilchen mitführende Fluid durch die
Filtermittel 26 der Filterelemente 20, wobei die Feststoffteilchen
von den Filtermitteln 26 zurückgehalten werden. In die Kammer 27 tritt daher gereinigtes Fluid bzw. Filtrat
ein, das aus der Kammer 27 durch das Ablaufrohr 16 abströmt.
Da sich auf den Filtermitteln 26 der Filterelemente 20 Feststoffteilchen ansammeln, nimmt der Druckunterschied
zwischen dem Zulauf rohr 15 und der Kammer 27 zu, während
gleichzeitig die Menge des durch den Filterapparat strömenden Fluids abzunehmen beginnt. Bei einer bestimmten, von der
Steuer- und Rückkopplungseinrichtung 68 festgestellten Druckdifferenz bringt die Antriebsquelle 61 mittels der
Übertragungseinrichtung die Kolben 30 in Stellungen neben den Filterelementen 28 und 29. Dichtende Kolbenringe
verhindern kann, daß weiterhin Trübe durch die Filterelemente 28 und 29 strömen kann. Die Fluiddurchlässe 40 ermöglichen
jedoch, daß die Trübe unbehindert zu den übrigen Filterelementen 20 gelangt. Mittels einer beliebigen geeigneten
Vorrichtung, beispielsweise einer Pumpe 66, wird dann am Rückspülauslaß 65 ein niedriger Druck erzeugt. Da die
Verbindungskanäle 38, der Innenraum 36, das Innere der Hohlwelle 37, öffnungen 43 in der Hohlwelle sowie das Innere
der Einrichtung 60 sämtlich in Verbindung miteinander stehen und im übrigen abgedichtet sind, führt ein niedriger Druck
am Auslaß 65 zu einer Rückströmung von Filtrat durch die Filtermittel 26 der Filterelemente 28 und 29. Diese Rückströmung
bzw. Rückspülung bewirkt, daß von den Filtermitteln 26 die darin und darauf angesammelten Feststoffteilchen
bzw. der Filterkuchen weggespült wird bzw. werden. Das Rückspülfluid strömt durch die Auslässe 24 der Filter-
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elemente, die Öffnungen 52 im Kernrohr 50, in die hinterschnittenen
Saugkammern 33 in den Kolben, durch die Verbindungskanäle 38 und in den Innenraum 36, der über die
Hohlwelle 37 und die öffnungen 43 mit dem Auslaß 65 verbunden ist. Die zum Rückspülen bzw. Reinigen der Filterelemente
28 und 29 erforderliche Zeit hängt erstens davon ab, wie verschmutzt die Filterelemente sind, zweitens von
der Art des Fluids, drittens von der Art der Verunreinigungen bzw. Feststoffteilchen, viertens von der Höhe der Druckdifferenz
im Filterapparat und fünftens von der gewünschten Sauberkeit der gespülten Filterelemente. Die Rückspülzeit
kann mittels der Steuereinrichtung 68 reguliert werden, die auf jede beliebige Zeitdauer eingestellt werden kann. Alternativ
können nicht dargestellte Druckfühler eingesetzt werden, die anzeigen, wann der gewünschte Druckabfall
an den Filtermitteln während des Rückspulens erreicht wird. Diese Druckfühler können dann ein Signal auf die
Steuereinrichtung 68 geben, durch das der nächste Rückspülschritt eingeleitet wird. Wenn dann die Filterelemente
und 29 nach einer vorgegebenen Zeitdauer fertiggespült
worden sind, bewirkt die Steuereinrichtung 68, daß die Antriebsquelle 61 die Kolben 30 zu den nächstfolgenden
Filterelementen 20 verschiebt, so daß diese Filterelemente gespült und gereinigt werden. Auf diese Weise können nacheinander
durch Wiederholung der Spülzyklen alle Filterelemente des Filterapparates 10 gereinigt werden, während die
Verunreinigungen bzw. Feststoffteilchen gleichzeitig aus dem Filterapparat abgezogen werden, so daß der Filterapparat
kontinuierlich weiterarbeiten und filtrieren kann, während die Filterelemente, die gerade gereinigt werden, an ihrer
Stelle im Filterapparat bleiben. Wenn giftige Stoffe, beispxelseiseAcry!verbindungen, filtriert werden, werden
die OSHA-Anforderungen vollständig erfüllt, ohne daß zusätzliche
und teure Sicherheitseinrichtungen erforderlich sind.
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-S-
Es ist festgestallt worden, daß die Filtermittel 26 aus
beliebigem, porösem Filtermaterial bestehen können, das
die Druckdifferenz des jeweiligen Filterapparates aushalten
kann. Beim Filtrieren von Polymeren hat es sich als günstig erwiesen, ein Metallfaden-Tiefenfilter zu verwenden,
dessen Metallfaden einen Durchmesser von ungefähr 1μ bis ungefähr 50μ haben, wobei das gesamte Filtermittel
gesintert ist. Ein solches Material wird von der Fluid Dynamics Division der Brunswick Corporation unter dem
Warenzeichen "DYKALLOY" vertrieben.
Um einen zu starken Druckabfall beim Rückspülen der Filterelemente
20 zu vermeiden, hat es sich als sinnvoll erwiesen, eine Zwischenkäufer zwischen den Rückspülwegen vorzusehen.
Daher ist zwischen den Filterelemetnen 20 bzw. deren Einlassen 22 und der Außenseite 51 des Kernrohres 50 eine
Zwischenkammer 56 ausgebildet. Ferner hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Verbindungskanäle 38 im Kolben und
die öffnungen 52 im Kernrohr 50 gegeneinander zu versetzen. Über die Verbindungskanäle 38 ist die Mittelöffnung 30 mit
der den Kolben 30 umgebenden Saugkammer 33 verbunden. Da die Breite bzw. Höhe der Saugkammer 33 wesentlich größer als
der Durchmesser der öffnungen 52 ist, braucht die Verschiebung der Kolben 30 zwischen den öffnungen 52 an verschiedenen
Längspositionen des Kernrohres nicht sehr genau zu erfolgen. Da somit die Verschiebung der Kolben keine sehr große
Genauigkeit erfordert, ist die Herstellung des Filterapparates 10 weniger kostspielig als andere, vergleichbare
Vorrichtungen.
Der Filterapparat 10 hat sich mit Filtermitteln aus gesinterten Metallfäden als gut geeignet zum Filtrieren von Polymeren
bei hohen oder höheren Tempaaturen erwiesen. Zu diesen
Polymeren können Acrylverbindungen, Polyester und Äthylenverbindungen
gehören, wobei die Anwendbarkeit des erfindur^s-
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gemäßen Filterapparates allerdings nicht auf diese Materialien beschränkt ist. Der erfindungsgemäße Filterapparat kann
zum Filtrieren von Fluiden in einem weiten Viskositätsbereich benutzt werden, der beispielsweise für Polymere
von ungefähr 200 poise bis ungefähr 50 00 poise geht. Wenn andere, weniger viskose Fluide filtriert werden, kann der
Viskositätsbereich von ungefähr 1 poise bis 200 poise gehen.
Bei einem Filterapparat 10 mit 26 Filterelementen 20 aus DYNALLOY-Material wurde Acry!material mit einer Temperatur
im Bereich von 65 0C bis 77 0C und einer Viskosität im
Bereich von 200 bis 250 poise am Zulaufrohr 15 bei einem Druck von 17,57 kp/cm2 zugeführt. Der höchstzulässige
Druckabfall am Filterapparat betrug 7,03 kp/cm2; der Filterapparat arbeitete jedoch auch noch mit einem Druck
von 14,06 kp/cm2 am Ablaufrohr 16. An den Filterelementen
20 herrschte somit eine Druckdifferenz von 3,51 kp/cm2 , und in der Kammer 27 herrschte ein Druck von 14,06 kp/cm2.
Wegen dieses hohen Drucks in der Kammer 27 wurde die Pumpe 66 nicht benutzt. Der Auslaß 65 der Einrichtung 60
wurde auf atmosphärischem Druck gehalten. Zum Rückspulen
der Filterelemente 20 stand somit ein Druck von 14,06 kp/cm2 bzw. der dadurch verursachte Überdruck zur Verfügung. Es
zeigte sich, daß dies vollständig ausreichte, um die Filterelemente innerhalb sehr kurzer Zeit zu reinigen, und daß
der Reinigungszyklus lediglich periodisch durchzuführen war. Dieses Beispiel zeigt, daß der Druckabfall zur Kammer 27
bestimmt, ob die Pumpe 66 eingesetzt wird oder nicht.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform des vorstehend beschriebenen
Filterapparates können die Kolben 28 und 29 solchen Abstand voneinander haben, daß zu einer bestimmten
Zeit jeweils nur ein Filterelement gereinigt wirdf statt
daß zwei Filterelemente gleichzeitig gereinigt werden, so
daß zum Rückspülen eine geringere Filtratmenge benötigt wird.
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Vorstehend wurde lediglich eine bestimmte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Ohne den Rahmen und den Umfang der Erfindung zu verlassen, können daran zahlreiche
Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden.
Patentansprüche:
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Claims (8)
- PatentansprücheFilterapparat zur Entfernung von Verunreinigungen aus einem Fluid, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einem Zulauf (15a) und einem Ablauf (16), ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Kernrohr (50), dessen Inneres (54) abgedichtet mit dem Zulauf verbunden ist und das zahlreiche, in Längsrichtung verlaufende Reihen von öffnungen (52) aufweist, die in Radialrichtung Abstand voneinander aufweisen und das Innere des Kernrohres mit dessen Außenseite (51) verbinden, zahlreiche Filterelemente (20), von denen jedes einen Einlaß (22) und einen Auslaß (24) sowie dazwischen angeordnetes Filtermittel (26) aufweist, wobei die Filterelemente auf dem Kernrohr so angeordnet sind, daß ihre Einlasse in Strömungsverbindung mit den öffnungen im Kernrohr stehen, und wobei das Filtermittel die Verunreinigungen aus dem durch das Filtermittel strömenden Fluid entfernen können, zumindest zwei an einer hohlen Verbindungsstange (34) befestigte Kolben (30), die verschiebbar im Inneren des Kernrohres angeordnet sind, wcoei jeder Kolben in Längsrichtung verlaufende Fluiddurchlässe (40) und radial verlaufende, Abstand voneinander aufweisende Verbindungskanäle (38) aufweist, die für eine Strömungsverbindung zwischen den Einlassen der Filterelemente und dem Innenraum (36) der Verbindungsstange sorgen können, eine Fluidkammer (27), die die Filterelemente innerhalb des Gehäuses umgibt und das gereinigte Fluid bzw. Filtrat zum Ablauf leitet, eine Positioniereinrichtung (60) zum Instellungbringen der Kolben neben Abstand voneinander aufweisenden Filterelementen und eine Einrichtung (65, 66) zur Erzeugung eines Drucks in der Verbindungsstange, der kleiner als der Druck in der Fluidkammer ist, damit Filtrat die Abstand voneinander aufweisenden Filterelemente rückspülen kann, sowie der Positioniereinrichtung zugeordnete Mittel (43, 63) zum Abführen des verunreinigten709807/0663Rückspülfluids durch die Verbindungsstange, ohne daß das Filtrat verunreinigt wird.
- 2. Filterapparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (68) zum fortschreitenden Reinigen sämtlicher Filterelemente (20) des Apparates.
- 3. Filterapparat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (68) zur Feststellung des Zustandes, der eine Reinigung der Filterelemente (20) erfordert.
- 4. Filterapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß jeder Kolben (30) eine Ringkammer (33) aufweist, die mit den öffnungen (52) des Kernrohres (50) ausgerichtet ist.
- 5. Filterapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial gesinterte Metallfaden umfaßt.
- 6. Filterapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfäden einen Durchmesser von 1 bis 50μ haben.
- 7. Filterapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennz e ichnet, daß das zu filtrierende Fluid ein Acrylpolymer mit einer Viskosität von ungefähr 200 bis 250 poise ist und daß der Druck in der Fluidkammer ungefähr 14,06 kp/cm2 beträgt.
- 8. Filterapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn zeichnet durch eine Hohlwelle (37), die so mit der Verbindungsstange (34) verbunden ist, daß das Rückspülfluid aus einem der Positioniereinrichtung (60) zugeordneten Auslaß (34) austritt.709807/0663
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