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Filtriervorrichtung für Dieselmotor-Schmieröl
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Die Erfindung betrifft eine Filtriervorrichtung zur Serienfloppelfeinfiltration
von Flüssigkeiten, insbesondere Dieselmotor-Schmieröl, mit zwei hintereinandergeschalteten
Filterelementen, von denen das stromaufwärtige erste Filterelement vorwiegend relativ
gröbere Teilchen und das stromabwärtige zweite Filterelement vorwiegend relativ
feinere Teilchen zurücJchält, wobei das erste Filterelement entsprechend einem mehrfach
höheren spezifischen Durchfluß räumlich kleiner als das zum Zurückhalten feiner
Teilchen im Größenbereich von etwa 0,05 bis 1,o,im ausgelegte zweite Filterelement
und vorzugsweise getrennt von diesem leicht auswechselbar vorgesehen ist.
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Filtriervorrichtungen der angegebenen Art (DE-OS 28 12 331) haben
den Vorteil, daß mit dem verhältnismäßig geringen Aufwand des relativ kleinen ersten
Filterelements eine beträchtliche Verlängerung der Standzeit des zweiten Filterelements
erzielt werden kann. Das dafür erforderliche öftere Auswechseln oder Regenerieren
des ersten Filterelements erfordert wegen dessen Kleinheit keinen ins Gewicht fallenden
Aufwand; dies gilt insbesondere dann, wenn das zweite Filterelement räumlich getrennt
vom ersten Filterelement an einer leicht zugänglichen Stelle angeordnet ist. Bei
diesen wie auch bei anderen bekannten Serien-Doppelfeinfiltern (z.B. DE-AS 22 60
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werden die Filtermaterialien in den beiden Filterelementen
entsprechend der jeweils gewünschten Filterwirkung ausgewählt, und man hat zum Auswechseln
die betreffenden Filtermaterialien bereitzuhalten.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine weiter vereinfachte
und wartungsfreundliche Filtriervorrichtung zu schaffen, die für Anwendungsfälle
mit verschiedenen Anforderungen an die Filtrierwirkung einsetzbar ist.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einer Filtriervorrichtung
der eingangs angegebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß beide Filterelemente
Tiefenfilter sind und das gleiche absorptiv wirkende Filtermaterial aufweisen, und
daß die Volumina an Filtermaterial in den beiden Filterelementen derart verschieden
gewählt sind, daß sich bei einem vorgegebenen Betriebswert des Durchflusses gewünschte
verschiedene Werte des spezifischen Durchflusses (Durchfluß geteilt durch Volumen
des Filtermaterials) und dadurch bedingt die gewünschten verschiedenen Filterwirkungen
ergeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung ist es somit in einem
gewissen Bereich von Anwendungsfällen nicht mehr erforderlich, mehrere Sorten von
Filtermaterial im Vorrat zu halten, und die Aufteilung der Filtrationsleistung auf
die beiden Filterelemente kann durch Verändern des Betriebs-Durchflusses in gewissen
Grenzen verändert werden, so daß ohne bauliche
Änderungen eine Anpassung
der Doppelfilter-Charakteristik an Veränderungen des Verschmutzungsgrades und/oder
der Art der Verschmutzung der zu filtrierenden Flüssigkeit vorgenommen werden kann,
meist mit dem Ziel, jeweils eine möglichst hohe Standzeit des zweiten Filterelements
zu erreichen.
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Die erfindungsgemäß geschaffenen Möglichkeiten sind besonders beim
Filtrieren des Schmieröls von großen Dieselmotoren wertvoll, weil in neuerer Zeit
die Qualität der Diesel-Brennstoffe oft stark schwankt und im Durchschnitt allgemein
abnimmt.
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Außerdem werden im Großdieselbetrieb, insbesondere in Schiffsantrieben,
aus Gründen der Wirtschaftlichkeit immer schlechtere Brennstoffqualitäten akzeptiert.
Es müssen deshalb zunehmend größere Mengen an Verbrennungsrückständen von dem Schmieröl
abgeführt werden; beispielsweise ist die abzuführende Menge an Rückständen schon
bei mittelschweren Brennstoffen etwa 7 bis 12 mal so groß wie bei normalem Gasöl
oder Dieseltreibstoff üblicher Qualität. Dieser Faktor kann bei ungünstigen Betriebszuständen
des Motors sehr leicht auf 20 oder höher ansteigen.
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Bei derartigen Verunreinigungsgraden ist es in der Regel nicht mehr
möglich, den Schmierölen eine entsprechend erhöhte Tragfähigkeit zu geben, beispielsweise
durch größere Beigaben von Additiven. Es muß deshalb das Schmieröl im Betrieb besser
und intensiver gereinigt werden als es bisher üblich war, und zwar bei möglichst
geringem Aufwand für Anschaffung und Wartung der Reinigungseinrichtungen, weil sonst
der durch die Verwendung
schlechter Brennstoffqualitäten erzielte
wirtschaftliche Vorteil wieder verlorenginge. Es ist bekannt, eine bessere Reinigung
mit Hilfe rotierender Separatoren und nachgeschalteter Feinstfilter zu bewirken.
Diese Technik ist zwar seit Jahren bewährt, aber wegen des für die Separatoren erforderlichen
Kapital-und Wartungsau-~wandes nur bei Großmotoren über etwa 3000 kW Leistung wirtschaftlich
tragbar. Die erfindungsgemäße Filtriervorrichtung ermöglicht durch ihre Anpaßbarkeit
eine optimale Ausnutzung des als Hauptfilter dienenden zweiten Filterelements in
einem weiten Bereich von Verschmutzungsgraden. Da für beide Filterelemente nur eine
einzige Sorte Filtermaterial bereitgehalten zu werden braucht, sind Austausch und
Lagerhaltung vereinfacht. Darüber hinaus ist im Vergleich zu anderen Doppelfeinfiltern,
bei denen in dem ersten Filterelement ein Oberflächenfilter verwendet wird, die
Standzeit des ersten Filterelements beträchtlich erhöht, weil das auch dort verwendete
Tiefenfiltermaterial eine höhere Aufnahmefähigkeit für Verschmutzungen hat.
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Bei der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung wird die Tatsache ausgenutzt,
daß bei einem Tiefenfilter die Filterwirktrng im wesentlichen proportional zu der
Kontaktzeit des Fluids mit dem Filtermedium ist. Es hat sich gezeigt, daß im Vergleich
zu herkömmlichen Einfach-Feinstfiltern das damit zu vergleichende zweite Filterelement
der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine um den Faktor 2 bis 3 erhöhte Standzeit hat.
Bei
Filtrationsversuchen in Schmieröl-Kreisläufen von Diesel-Brennkraftmaschinen,
die mit leichten Schwerölen betrieben wurden, betrug bei einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung die Standzeit des zweiten Filterelements etwa 3000 Stunden; dagegen
betrug die Standzeit nur etwa 1000 Stunden, wenn das zweite Filterelement in der
.-erkömmlichen Weise allein benutzt wurde. Da große Dieselmaschinen, z.B. Schiffsdieselmotoren,
normalerweise nicht mehr als etwa 4000 Stunden jährlich in Betrieb sind, braucht
bei der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung das Filtermaterial des großen zweiten
Filterelements nur etwa einmal jährlich ausgewechselt oder regeneriert zu werden.
Bei den Versuchen betrug die Standzeit eines etwa im Verhältnis 1:10 räumlich kleineren
ersten Filterelements immerhin 300 bis 400 Stunden. Das bedeutet, daß das Filtermaterial
des ersten Filterelements etwa alle 2 Monate ausgewechselt oder regeneriert werden
muß. Das ist dank der Illeinheit des ersten Filterelements ohne Schwierigkeiten
möglich.
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Da bei der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung der Betriebswert
des Durchflusses für die Wirksamkeit des ersten Filterelements und damit für die
Verlängerung der Standzeit des zweiten Filterelements von Bedeutung ist, eignet
sich die erfindungsgemäße Vorrichtung vorwiegend für Anwendungen, bei denen entweder
ein annähernd konstanter Durchfluß vorliegt oder die Vorrichtung in einem eigenen
Nebenstromkreis mit im wesentlichen konstanten Durchfluß betrieben wird. Zur Vorgabe
des
jeweils gewünschten Betriebs-Durchflußwertes wird zweckmäßigerweise eine Pumpe im
Filtrationsweg angeordnet. Die Pumpe ist, soweit es die Art der zu filtrierenden
Flüssigkeit zuläßt, vorzugsweise mit im wesentlichen volumetrischer Förderwirkung
ausgebildet, damit der Betriebs-Durchfluß möglichst unabhängig bleibt von Veränderungen
der Filterwiderstände und anderen Einflüssen.
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Vorzugsweise beträgt das Volumen des Filtermaterials des ersten #ilterelements
etwa ein Viertel bis ein Vierzigstel des Volumens des Filtermaterials in dem zweiten
Filterelement, In diesem Bereich ist die Verlängerung der Standzeit des zweiten
Filterelements (im Vergleich zur Standzeit bei Verwendung ohne vorgeschaltetes erstes
Filterelement) im allgemeinen besonders deutlich.
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Es ist vorteilhaft, wenn das erste Filterelement ein eigenes Gehäuse
aufweist. Dieses kann wegen der relativen Kleinheit des ersten Filterelements leicht
auch räumlich getrennt von dem ersten Filterelement an leicht zugänglicher Stelle
angeordnet werden.
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Um das Auswechseln des Filtermaterials in dem ersten Filterelement
zu erleichtern, ist zweckmäßigerweise eine Schalteinrichtung vorgesehen, mit der
das erste Filterelement zeitweilig aus dem Flüssigkeitsstrom herausnehmbar ist.
Dadurch braucht
beim Wechseln des ersten Filterelements der Flüssigkeitsstrom
nicht unterbrochen zu werden. Während der im Vergleich zur Standzeit des zweiten
Filterelements verhältnismäßig kurzen Zeit, die das Auswechseln erfordert, kann
~das zweite Filterelement ohne vorgeschaltetes erstes Filterelement betrieben werden,
ohne daß dies merkliche Nachteile mit sich brächte. Will man dennoch derartige Betriebszustände
vermeiden, so können zwei erste Filterelemente vorgesehen sein, und die Umschalteinrichtung
kann so ausgebildet sein, daß man damit die beiden ersten Filterelemente wechselweise
in den und aus dem Flüssigkeitsstrom legen kann. Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung,
- bei der beim Wechseln des ersten Filterelements der Flüssigkeitsstrom nicht unterbrochen
wird, kann es vorteilhaft sein, jedem Filterelement eine eigene Pumpe zuzuordnen,
damit beim Wechselvorgang der betriebsmäßige Durchfluß durch das zweite Filterelement
im wesentlichen unverändert bleibt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Filtermaterial in vorgefertigten
Portionen, beispielsweise in Form von hülseliartigen Patronen oder Preßpaketen,
oder dergleichen vorliegt und in dem zweiten Filterelement eine dem gewünschten
Volumenverhältnis eine entsprechende größere Anzahl von Portionen als in dem ersten
Filterelement vorgesehen ist. Das Beschicken und Entleeren der beiden Filterelemente
mit Filtermaterial ist dann besonders einfach, und es kann durch Vorgabe der einzufüllenden
Anzahlen von Filtermaterialportionen die richtige
Mengenverteilung
zwischen den beiden Filterelementen ohne umständliche Maßnahmen sichergestellt werden.
Wie schon weiter oben erwähnt wurde, ist es besonders vorteilhaft* wenn man die
erfindungsgemäße Filtriervorrichtung in einem Nebenstromschmiermittelkreislauf anordnet.
Auslegung und Wahl des betriebsmäßigeii Durchflusses erfolgen entsprechend der Maschinenleistung
Und der erwarteten Art und Menge der Verschmutzung des Schmiermittels. Eine Anpassung
an veränderte Betriebsbedingungen kann dann in gewissen Grenzen durch Verändern
des betriebsmäßigen Durchflusses in dem Nebenstrom-Schmiermittelkreislauf erzielt
werden. Die Veränderung kann in irgendeiner üblichen Weise erfolgen, beispielsweise
mit Hilfe eines stellbaren Bypassventils, das einen mehr oder weniger großen Anteil
des gesamten Nebenstrom-Durchflusses an der Filtriervorrichtung vorbeileitet, oder
mit Hilfe einer in ihrer Förderleistung einstellbaren Pumpe.
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Es versteht sich, daß man zum Wegfangen gröberer Verunreinigungen
noch die üblichen Maßnahmen treffen kann, beispielsweise das Vorschalten eines grobporigen
Schmutzfängers.
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Die erfindungsgemäße Filtriervorrichtung ist besonders zum Filtrieren
von Flüssigkeiten geeignet, die Feststoffgehalte stark unterschiedlicher Korngröße
bei vergleichsweise kleinem Anteil der gröberen Korngrößen aufweisen, insbesondere
dann, wenn die grobkörnigen Anteile nicht immer in störenden Mengen auftreten.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Darstellung einer Filtriervorrichtung in einem Nebenstrom-Schmiermittelkreislauf
eines Schiffsdieselmotors, Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform und Fig. 3 eine
andere abgewandelte Ausführungsform.
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Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Filtrationsvorrichtung in einem
Nebenstrom-Filtrationskreislauf für das Schmiermittelsystem eines Schiffsdieselmotors
1 mit einer Ölwanne 2. Der durch den Motor 1 führende Haupt-Schmiermittelkreislauf
ist durch eine Pumpe 3 und Leitungen 4 und 5 angedeutet. Im Nebenstrom-Schmiermittelkreislauf
saugt eine Pumpe 6 über eine Leitung 8 Schmiermittel aus der Ölwanne 2 und drückt
es über eine Leitung 10 in das erste Filterelement 12, das hier eine selbständige
Filtereinileit bildet. Diese hat ein eigenes Gehäuse 14, ein darin angeordnetes
Filtermaterial 16, einen Einlaß 18, einen Auslaß 20 und einen lösbaren Deckel 22.
Das Filtermaterial 16 besteht hier aus einem adsorptiv wirkenden ringförmigen Filterkörper
24, beispielsweise aus gepreßter Zellulose, der hier selbsttragend ausgeführt ist
und in dem Gehäuse zwischen einer Gehäusewand und einem federnd angepreßten Abschlußkörper
26 abdichtend fixiert ist. Der Innenraum des Filterkörpers 24 ist an den AuslaD
20 angeschlossen.
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Der Auslaß 20 ist über eine Leitung 28 an den Eingang 30 des zweiten
Filterelements 32 angeschlossen. Dieses ist um ein Mehrfaches größer als das erste
Filterelement 12. Das zweite Filterelement 32 hat hier ein Gehäuse 34 mit einem
lösbaren Deckel 36. In dem Gehäuse ist ein Filtereinsatz 38 angeordnet, der aus
säulenartig gestapelten ringförmigen Filterkörpern 40 zusammengesetzt und zwischen
federnd angepreßten Endplatten eingespannt ist. Der Innenraum der so gebildeten
Säule aus Filterkörpern 40 ist an einen Auslaß 42 angeschlossen, von dem
aus
eine Leitung 44 zurück zu der Ölwanne 2 des Motors 1 führt.
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Die Filterkörper 40 gleichen dem Filterkörper 24 des ersten Filterelements
12 und wirken wie dieses adsorptiv als Tiefenfilter. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist das Volumen an Filtermaterial in dem zweiten Filterelement 32 neunmal so groß
wie in dem ersten Filterelement 12, und der spezifische Durchfluß (Durchfluß geteilt
durch Volumen des Tiefenfiltermaterials) beträgt demgemäß nur ein Neuntel des spezifischen
Durchflusses im ersten Filterelement 12. Wegen des sehr niedrigen spezifischen Durchflusses
werden in dem zweiten Filterelement 32 auch kleine Teilchen mit Abmessungen von
z.B.
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zwischen 0,05 und 1,0 jan abgeschieden. Die Filterkapazität des zweiten
Filterelements 32 ist entsprechend dem größeren Volumen um ein Mehrfaches größer
als die des ersten Filterelements 12. Die Filterwirkung des ersten Filterelements
(und in erheblich geringerem Ausmaß auch die des zweiten Filterelements) hängt stark
von dem spezifischen Durchfluß (Durchfluß geteilt durch Volumen des Filterm#terials)
ab. Um eine bestimmte Filterwirkung, insbesondere eine bestimmte gewünschte Aufteilung
der vorwiegend zurückgehaltenen Teilchengrößen auf die beiden Filterelemente, sicherzustellen,
ist als Pumpe 6 eine Ausführung mit im wesentlichen volumetrischer Förderleistung
gewählt, beispielsweise eine Schraubenpumpe; dadurch wird der gevSnschte Betriebs-Durchfluß
vorgegeben, und durch Abschalten der Pumpe kann der Nebenstrornkreislauf unterbrochen
werden, wenn die Filtermaterialien in den Filterelementen auszuwechseln
sind.
Bei dem baulich kleinen ersten Filterelement 12 geht das Auswechseln normalerweise
so rasch vor sich, daß es bei laufendem Motor 1 vorgenommen werden kann; die kurzzeitige
Unterbrechnung des Nebenstrom-Filtrationskreislaufes kann meist toleriert werden.
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Fig. 2 erläutert in einer Teildarstellung eine andere Ausführuiigsform.
Teile, die den in Fig. 1 gezeigten Teilen gleichen, sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie dort bezeichnet, jedoch unter Voranstellung der Ziffer 2; insoweit wird auch
auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Fig. 2 zeigt nur einen Teil des Nebenstrom-Filtrationskreislaitfs;
die fehlenden Teile können so wie in Fig. 1 gestaltet sein.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind anstelle des einen ersten
Filterelements 12 der Fig. 1 zwei gleiche erste Filterelemente 212A und 212B vorgesehen,
die über eine Umschalteinrichtung 46 wechselweise in den Filtrationsweg gelegt werden
können. Die Umschalteinrichtung 6 enthält zwei miteinander gekoppelte Dreiwegeventile
29, 250, die baulich in einem einzigen Ventilkörper mit einem einzigen Ventilküken
vereinigt sein können. Die Koppelung der beiden Ventile ist in der Fig. 2 durch
die gestrichelte Linie 52 angedeutet. In der dargestellten Schaltstellung der Ventile
ist das erste Filterelement 218A in den Filtrationsweg geschaltet. Sein Eingang
218A ist über das Ventil 248 mit der von der Pumpe 206 kommenden Leitung 210 verbunden.
Sein Ausgang 220A ist über das Ventil 250 an die zu dem zweiten Filterelement (nicht
dargestellt) führende Leitung 228 angeschlossen. Man erkennt ohne weiteres, daß
durch Umschalten der Ventile 248, 250 in die gepunktet dargestellte Einstellung
das erste Filterelement 212A aus dem Fig trationsweg herausgenommen und statt dessen
das Filterelement
218B in den Filtrationsweg gelegt wird.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer der Fig. 2
ähnlichen Teildarstellung. Teile, die in Fig. 1 gleichartig vorkommen, sind mit
den gleichen Bezugszeichen ie dort bezeichnet, jedoch unter Voranstellung der Ziffer
3.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 nur ein einziges erstes Filterelement 312 vorgesehen. Dieses kann mit
Hilfe einer Schalteinrichtung 54 zeitweilig aus dem Filtrationsw#g herausgenommen
werden. Die Schalteinrichtung 54 hat, ähnlich wie die Umschalteinrichtung 52 der
Fig. 2, zwei miteinander gekoppelte Dreivegeventile 3all8, 350, die in einem einzigen
Ventilgehäuse mit einem einzigen Ventilküken vereinigt sein können. Die Koppelung
ist in Fig. 3 durch eine gestrichelte Linie 56 angedeutet. In der dargestellten
Schaltstellung der Schalteinrichtung 5 ist der Eingang 318 des ersten Filterelements
312 über das Ventil 348 an die von der Pumpe 306 kommende Leitung 310 und der Ausgang
320 des ersten Filterelements über das Ventil 350 an die zu dem zweiten Filterelement
(nicht dargestellt) führende Leitung 328 angeschlossen. In der in gepunkteten Linien
angedeuteten anderen Einstellung der Schalteinrichtung 54 sind dagegen die Leitungen
310, 328 über eine 3.urzschlußverbindung 58 unter Umgehung des ersten Filterelements
312 direkt miteinander verbunden, und das erste Filterelem.ent 312
ist
aus dem Filtrationsweg herausgenommen. Während der verhältnismäßig kurzen Zeit,
die für das Auswechseln des Filtermaterials im ersten Filterelement benötigt wird,
kann die Filtriervorrichtung ohne merkliche Nachteile nur mit dem zweiten Filterelement
(nicht dargestellt) betrieben werden. Durch das Herausnehmen des ersten Filterelements
ändert sich der Strömungswiderstand in dem Nebenschluß-Filtrationskreis.
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Um sicherzustellen, daß der Vordruck des zweiten Filterelements im
wesentlichen konstant bleibt, unabhängig von dem Ein- oder Ausschalten oder dem
sich während des Betriebes verändernden Strömungswiderstand des ersten Filterelements,
ist bei der Ausführung nach Fig. 3eflre zweite Pumpe 60 in der Zuleitung 328 zu
dem zweiten Filterelement (nicht dargestellt) vorgesehen. Die schon beschriebene
Pumpe 306 ist dann gewissermaßen nur dem ersten Filterelement 312 zugeordnet. Es
versteht sich, daß auch bei anderen Ausführungsformen,z.B. den nach Fign. 1 oder
2, eine solche zweite Pumpe vorgesehen sein kann. Im allgemeinen wird es jedoch
nicht erforderlich sein, eine zweite Pumpe 60 zu verwenden, insbesondere dann nicht,
wenn die erste Pumpe 306 eine im wesentlichen vo lume tris che Wirkungsweise hat.