DE8312980U1

DE8312980U1 - SMALL FILTER FOR GAS FILTRATION

Info

Publication number: DE8312980U1
Application number: DE8312980U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1983-05-03
Filing date: 1983-05-03
Publication date: 1984-10-11

Description

Beschreibunp; Description

Die Erfindung betrifft einen Kleinfilter nach dem Oberbegriff deä Hauptanspruches. Derartige Kleinfilter mit einer hydrophoben Filtermembran dienen zur Be- und Entlüftung von geschlossenen Behältnissen sowie Schlauch- und Rohrsystemen, die teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sind. Derartige Gasfilter sollen den Gasaustausch zwischen dem Eehältnls und der umgebenden Atmosphäre unter Sterilbedindungen ermöglichen. Die auszutauschenden Volumina sind relativ klein, so daß die Filter selbst von kleiner Baugroße sind und die kreisrunden Flachfilterzuschnitte Durchmesser von 12 bis 100 mm aufweisen. Der Aufbau derartiger Filtereinheiten ist in der Regel durch zwei Kunststoffgehäuseteile realisiert, die jeweils einen Einlaß bzw. Auslaß und eine unterbrochene Filterabstützung aufweisen, deren Freiräune mit dem Einlaß bzw. Auslaß verbunden sind. Zwischen unlaufenden Flanschen der beiden Gehäuseteile ist eine hydrophobe Filtermembran in Form eines Flachfilterzuschnittes an ihrer Peripherie leckdicht eingeklemmt. Die beiden Gehäuseteile sind an ihren Rändern zu einer Einheit verklebt oder verschweißt.The invention relates to a small filter according to the preamble of the main claim. Such small filters with a hydrophobic filter membranes are used for ventilation of closed containers as well as hose and pipe systems, which are partially filled with liquid. Such gas filters are intended to facilitate gas exchange between the Eehältnls and the surrounding atmosphere under sterile conditions. The volumes to be exchanged are relative small, so that the filters themselves are of small size and the circular flat filter blanks have a diameter from 12 to 100 mm. The structure of such filter units is usually realized by two plastic housing parts, each with an inlet or outlet and one have interrupted filter support, the clearance of which are connected to the inlet or outlet. Between non-running Flanging the two housing parts is a hydrophobic filter membrane in the form of a flat filter blank clamped leak-tight at their periphery. The two housing parts are glued to form a unit at their edges or welded.

Derartige Gasfilter sind entweder gemäß US-PS 3 448 011, DE-OS 2 549 835 und DE-GM 8 108 010.7 in ein anderes Filtergehäuse integriert, welches zur Filtration von Flüssigkeiten dient oder aber der Gasfilter ist gemäß DE-OS 3 202 330 als separates, aufsteckbares Bauteil ausgebildet, welches mittels genormter Verbindungsadapter mit Schlauchsystem oder Filtereinheiten verbindbar ist.Such gas filters are either in a different filter housing according to US Pat. No. 3,448,011, DE-OS 2 549 835 and DE-GM 8 108 010.7 integrated, which is used for the filtration of liquids or the gas filter is according to DE-OS 3 202 330 as formed a separate, attachable component, which by means of standardized connection adapter with hose system or filter units can be connected.

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Für derartige Kleinfilter, sei es für die Filtration von Flüssigkeiten oder sei as für die Filtration von Gasen, wurden die verschiedensten Filterunterstützungen entwickelt, um eine möglichst optimale Filtrationsleistung zu erreichen. Die für die reine Flüssigkeitsfiltration entwickelten Filterunterstützungen, die mit einer hydrophilen Filtermembran belegt sind, sind in der Regel auch geeignet für die Filtration von Gasen, wenn die Filterunterstützung mit einer hydrophoben Filtermembran belegt ist. Schwierigkeiten treten nur dann auf, wenn der Flüssigkeitsspiegel des zu belüftenden oder zu entlüftenden, teilweise gefüllten Flüssigkeitsreservoirs kurzzeitig bis in die Ebene der Filterunterstützung bzw. direkt bis in die Ebene der hydrophoben Membran ansteigt und die Freiräume der Filterunterstützung ausfüllt. Dies kann dann passieren, wenn beispielsweise die Flüssigkeit in Filtergehäusen nach dem Stand der Technik gemäß DE-GM 8l 08 010.7 und DE-OS 2 5*»9 835 in die Filterunterstützung schwappt oder wenn in geschlossenen Schlauchsystemen, die mit medizinischen Lösungen, z.B. Infusionslösung oder Blut gefüllt sind, durch sich ändernde Druckverhältnisse im Leitungssystem bis in die Filterebene des hydrophoben Filters ansteigen. Hierbei besteht die Gefahr, daß die hydrophobe Membran blockiert wird und die kurzzeitige Blockade dauerhaft bleibt, da aufgrund der Konstruktion der Filterunterstützung die eingeschlossene Flüssigkeit zumeist aufgrund von Kapillarkräften nicht die Freiräume der Filterunterstützung verlassen kann.For such small filters, be it for the filtration of Liquids or be as for the filtration of gases, a wide variety of filter supports have been developed, to achieve the best possible filtration performance. The filter supports developed for pure liquid filtration, which are covered with a hydrophilic filter membrane are usually also suitable for filtration of gases if the filter support is covered with a hydrophobic filter membrane. Difficulties arise only when the liquid level of the partially filled liquid reservoir to be ventilated or vented is briefly up to the level of the filter support or rises directly to the level of the hydrophobic membrane and fills the spaces of the filter support. This can happen if, for example, the liquid in filter housings according to the prior art according to DE-GM 8l 08 010.7 and DE-OS 2 5 * »9 835 in the filter support sloshes or if in closed tube systems with medical solutions, e.g. infusion solution or blood are filled, due to changing pressure conditions in the line system up to the filter level of the hydrophobic filter increase. There is a risk that the hydrophobic membrane will be blocked and the short-term one The blockage remains permanent because the construction of the filter support means that it is trapped Liquid mostly not due to capillary forces can leave the scope of the filter support.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Kleinfiltern der eirpangs genannten Bauart mit einfachen Mitteln ein Blockieren des Filterelementes zu verhindern bzw. die Entlüftungseigenschaften auch dann zu erhalten, wenn derThe invention is therefore based on the object of small filters of the design mentioned eirpangs with simple means to prevent blocking of the filter element or the Maintain venting properties even if the

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hydrophobe Plachfilterzuschnitt zeitweise und partiell von Flüssigkeit benetzt ist und vorzugsweise eine vollständige und dauernde Benetzung möglichst von vornherein auszuschließen oder zu erschweren.
5hydrophobic flat filter blank is temporarily and partially wetted by liquid and preferably to exclude or make more difficult a complete and permanent wetting as far as possible from the outset.
5

Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die erfindungsgemäß gestaltete Form der Filterunterstützung, ihrer Freiräume und der Verbindungskanäle zum Gasraum des Flüssigkeitsreservoirs wird von vornherein ein sich Füllen der Freiräume mit Flüssigkeit verhindert, wenn das büchsenfö'rmige Filtrationsgerät mit der eingeschlossenen Flüssigkeit und dem integrierten Gasfilter nach laborüblichen Methoden vorsichtig geschwenkt wird, um beispielsweise den Büchseninhalt gleichmäßig zu durchmischen. Ist jedoch tatsächlich unter Extrembedingungen oder durch unsachgemäße Handhabung des Filtergerätes Flüssigkeit bis in die Ebene der hydrophoben Membran vorgedrungen, so sorgt die zwischen den beiden Filterabstützungen bewegliche Membran mit ihrer Pumpbewegung bei wechselnden Drücken für eine Entleerung der Freiräume der unteren Filterabstützung, so daß eine Entlüftung und Belüftung auch unter Extrembedingungen gewährleistet ist.This object is achieved according to the invention by the features specified in the main claim. Advantageous further developments of the inventive concept are given in the subclaims. The shape of the filter support designed according to the invention, its free spaces and the connecting channels to the gas space of the liquid reservoir prevent the spaces from being filled with liquid from the outset if the can-shaped filtration device with the enclosed liquid and the integrated gas filter is carefully swiveled according to standard laboratory methods in order to evenly mix the contents of the can, for example. If, however, liquid has actually penetrated into the level of the hydrophobic membrane under extreme conditions or through improper handling of the filter device, the membrane, which is movable between the two filter supports, with its pumping movement at changing pressures ensures that the free spaces of the lower filter support are emptied, so that ventilation and Ventilation is guaranteed even under extreme conditions.

Der Erfindungsgedanke ist in zwei Ausführungsbeispie}en anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:The idea of the invention is in two exemplary embodiments explained in more detail with reference to the accompanying drawing. It shows:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen dreiteiligen, separaten Kleinfilter zur Gasfiltration nach der Schnittlinie 1-1 in Fig. 3,Fig. 1 is a vertical section through a three-part, separate small filter for gas filtration after Section line 1-1 in Fig. 3,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen in ein größeres Filtergehäuse integrierten Kleinfilter zur Be- undFig. 2 is a vertical section through one into a larger one Filter housing integrated small filter for loading and

Entlüftung einer geschlossenen Filterbüchse nach der Schnittlinie 2-2 in Fig. 3,Ventilation of a closed filter canister according to section line 2-2 in Fig. 3,

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Flg. 3 eine^Draufsieht auf die dem Gas/Flüssigkeitsreservoii abgewandte und zugeordneten Filterunterstützung bei entferntem Filterzuschnitt und Gehäuseoberteil nach der Schnittlinie 3 in Fig. 1 und 2 und 5Flg. 3 a ^ top view of the gas / liquid reservoir facing away and assigned filter support with removed filter blank and upper part of the housing the section line 3 in FIGS. 1 and 2 and 5

Fig. 4 eine verkleinerte Ansicht einer Filterbüchse gemäß Fig. 2 als Anwendungsbeispiel für den Kleinfilter.Fig. 4 is a reduced view of a filter canister according to Fig. 2 as an application example for the small filter.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht das Gehäuseoberteil 12 mit einem Gaseinlaß/Gasauslaß 12' aus einem einstückigen Kunststoffformteil, dessen der Filtermembran 10· zugewandte Seite eine Vielzahl von Stegen 28 aufweist, die die eigentliche Filterunterstützung bilden und eine Vielzahl von Freiräumen 29 aufweist, die mit dem Einlaß/Auslaß 12' verbunden sind. Die den Flachfilterzuschnitt 10' abstützende Filterabstützung ist insgesamt in bezug auf die planare Ebene und in sich geschlossene Fläche der unteren Filterabstützung 31 des Gehäuseunterteiles 9 bzw. 6 meniskusförmig (konkav) gewölbt, so daß der Flachfilterzuschnitt 10·, der sandwichartig zwischen umlaufenden Flanschen 34, 34' der beiden Gehäuseteile 12, 9 bzw. 6 eingeklemmt ist, zwischen beiden Filterabstützungen 28, 31 axial beweglich ist. Der Flachfilterzuschnitt 10' kann also in Abhängigkeit von den wechselnden Druckverhältnissen eine Art pumpende Bewegung zwischen beiden Filterabstützungen 28, 31 durchführen. Die beiden Gehäuseteile 12, 9 bzw. 12, 6 sind an ihrer Peripherie an einem hochstehenden Kragen 35' bzw. 35 durch Klebung oder Ultraschallverschweißung miteinander leckdicht verbunden. According to FIGS. 1 and 2, the upper housing part 12 with a gas inlet / gas outlet 12 'consists of a one-piece molded plastic part, whose side facing the filter membrane 10 has a multiplicity of webs 28 which provide the actual filter support and have a plurality of clearances 29 which are connected to the inlet / outlet 12 '. the the flat filter blank 10 'supporting the filter support is overall with respect to the planar plane and self-contained surface of the lower filter support 31 of the Lower housing part 9 or 6 meniscus-shaped (concave) arched, so that the flat filter blank 10 ·, the sandwich-like between circumferential flanges 34, 34 'of the two housing parts 12, 9 or 6 is clamped between the two filter supports 28, 31 is axially movable. The flat filter blank 10 'can therefore, depending on the changing pressure conditions, have a type of pumping movement between the two filter supports 28, 31. The two housing parts 12, 9 and 12, 6 are on their periphery connected to one another in a leak-tight manner on an upstanding collar 35 'or 35 by gluing or ultrasonic welding.

Das Gehäuseunterteil 9 gemäß Fig. 1 bzw. die Gehäusedecke 6 des büchsenförmigen Filtergerätes 5 gemäß Fig.2,4 weist in bezug auf das Gehäuseoberteil 12 eine konzentrische kleine Durchbrechung 27" bzw. 27' auf, die in Abhängigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit F im Flüssigkeitsreservoir 4 so bemessen ist, daß nur ein relativ kleiner Flüssigkeitstropfen F' diese Durchbrechung 27^lf bzw. 27' ausfüllen kann, wie dies in Flg. 2 angedeutet 1st, wenn durch Schütteln derThe lower housing part 9 according to FIG. 1 or the housing cover 6 of the sleeve-shaped filter device 5 according to FIG ^{is dimensioned in the liquid reservoir} 4 so that only a relatively small drop of liquid F 'can fill this opening 27 lf or 27', as indicated in Fig. 2, if by shaking the

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Flüssigkeit F Spritzer an die Gehäusedecke 6 bzw. in den Stutzen 9' gelangen. Legt man bei der Flüssigkeit F eine wässrige Infusionslosung zugrunde, so beträgt der Durchmesser dieser Durchbrechung 27' bzw. 27" vorzugsweise 2 mm auf eine Gesaratlänge von 2 mm.Liquid F splashes get onto the housing cover 6 or into the nozzle 9 '. If you put a at the liquid F. based on aqueous infusion solution, the diameter of this opening 27 'or 27 "is preferably 2 mm to a total length of 2 mm.

Die eigentliche Filterunterstützung 31 bildet eine planare ebene Fläche und ist lediglich durch einen einzigen Ringkanal 33 im Bereich der Peripherie des Flachfiltvir-Zuschnittes 10' und durch mindestens einen Stichkanal 32 unterbrochen, der die Verbindung zwischen dem Ringkanal 33 und der Durchbrechung 27' bzw. 27'' mit dem Sammelkanal herstellt. Wie in Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Filterunterstützung 51 von vier Stichkanälen 32 unterbrochen, die die Filterunterstützung 31 kleeblattartig in vier Ringsegnente aufteilen.The actual filter support 31 forms a planar flat surface and is only through a single one Ring channel 33 in the area of the periphery of the Flachfiltvir blank 10 'and interrupted by at least one branch channel 32, which establishes the connection between the annular channel 33 and the opening 27 'or 27' 'with the collecting channel. As can be seen in Fig. 3, the filter support 51 interrupted by four branch channels 32, the filter support 31 cloverleaf in four ring segments split up.

Der Sammelkanal 27', 27'' endet praktisch auf der Kanalsohle an Eingang 30 der Stichkanäle 32, die am Eingang 30 ausgehend von 1 mm zum Ringkanal 33 hin sich je nach Filterdurchmesser auf 3 bis 10 mm verbreitern. Bei einen Gesamtdurchmesser des Filters von 25 mm fällt die Kanalsohle von 0,5 mm ausgehend zum Ringkanal 33 hin auf 1,3 mm hin ab. Auch hier wurden die Parameter auf die Viskositat einer wässrigen Lösung bezogen.The collecting channel 27 ', 27 "practically ends on the channel bottom at the entrance 30 of the branch channels 32, which at the entrance 30 proceeding from 1 mm to the annular channel 33, depending on the filter diameter widen to 3 to 10 mm. With a total diameter of the filter of 25 mm, the Channel bottom from 0.5 mm starting at the ring channel 33 down to 1.3 mm. Here, too, the parameters were related to the viscosity based on an aqueous solution.

Die Stichkanalsohle liegt im Bereich des Sammelkanals 27', 27'' etwa 0,3 bis 0,8 mm vorzugsweise 0,5 mm unterhalb der Filterabstützungsebene und fällt ab und vertieft sich zum Ringkanal 33 hin auf 1,1 bis 1,6 mn vorzugsweise auf 1,3 nm. Bei einem Gesamtdurchmesser von 25 mm ist der Ringkanal mindestens 2 mm breit und 1,3 nm tief» Der in den Samrnelkanal 27', 27'' mündende Eingang 30 der Stichkanäle istThe branch channel bottom is in the area of the collecting channel 27 ', 27 '' about 0.3 to 0.8 mm, preferably 0.5 mm below the filter support level and drops and deepens to the Ring channel 33 to 1.1 to 1.6 mm, preferably to 1.3 nm. With a total diameter of 25 mm, the ring channel is at least 2 mm wide and 1.3 nm deep »The one in the Samrnelkanal 27 ', 27' 'is the opening 30 of the branch channels

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enger ausgebildet als die öffnung des Saramelkanals 27», 27" in diesem Bereich und ist enger als der Durchmesser (viskosität sabhänglg) eines Flüssigkeitstropfens P' aus dem Flüssigreservoir. Der Scheltelpunkt der konkav gewölbten Filterst abstutzung 28 des Gehäuseoberteiles 12 liegt in bezug auf den auf der unteren Pilterabstützung 31 aufliegenden Flachfilterzuschnitt 10^f etwa 0,5 bis 2 ram über diesem und im Randbereich liegt die obere Pilterabstützung 28 0,1 mm bis 0,2 mm über der Ebene des Plachfilterzuschnittes 10·.is narrower than the opening of the Saramel canal 27 », 27" in this area and is narrower than the diameter (viscosity sabÄNglg) of a liquid drop P 'from the liquid reservoir the lower pilter support 31 resting flat filter blank 10 ^f about 0.5 to 2 ram above this and in the edge area the upper pilter support 28 0.1 mm to 0.2 mm above the plane of the Plach filter blank 10 ·.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Flachfilterzuschnitfc 10* an der oberen Pilterabstützung anliegend dargestellt. Dieser Fall tritt ein, wenn der Gasdruck im Stutzen 9' bzw. im Gas-Flüssigkeitsreservoir 4 gemäß Fig. 2 größer ist als der Gasdruck in dem Anschlußstutzen 12' bzw. der umgebenden Atmosphäre. Ein solcher Zustand tritt beispielsweise ein, wenn das große Filtergehäuse 5 gemäß Fig. 2,4 bei geschlossenem Auslaßstutzen 12' mit Druck beaufschlagt wird, um die Flüssigkeit F möglichst schnell durch die hydrophile Filtermembran 19 im Gebäuseboden 14 zu pressen. Der Flachfilterzuschnitt 10' lert sich dagegen an die untere planare Pilterabstützung 31 an, wenn bei geöffneten Stutzen 12' die Flüssigkeit F durch eine im Gehäuseboden 14 am Auslaß 16 angeschlossene Vakuumquelle durch die Filtermembran .19 gesaugt wird.According to FIGS. 1 and 2, the flat filter blank 10 * is shown resting against the upper pilter support. This case occurs when the gas pressure in the connection piece 9 'or in the gas-liquid reservoir 4 according to FIG. 2 is greater than the gas pressure in the connection piece 12' or the surrounding atmosphere. Such a state occurs, for example, when the large filter housing 5 according to FIGS. On the other hand, the flat filter blank 10 ' adapts to the lower planar pilter support 31 when, with the nozzle 12' open, the liquid F is sucked through the filter membrane 19 by a vacuum source connected to the outlet 16 in the housing bottom 14.

Sollte tatsächlich ein oder mehrere Tropfen F' in die Freiräume 32, 33 vordringen, so wird der Flüssigkeitstropfen F' an den Stichkanaleinlässen 30 aufgeteilt und in den Stichkanälen 32 und den Ringkanal 33 verteilt, ohne daß die Gesamtfläche des Plachfilterzuschnittes 10' durch den zerteilten Flüssigkeitstropfen P' benetzt wird oder stellenweise benetzt bleibt. Es bleiben also immer Regionen des Plachfilterzuschnittes 10' im Bereich der Freiräume 27',27'', 32 und 33 aber auch im Eereich der eigentlichen planaren FiI-terunterstützung 31 frei von Flüssigkeit, so daß die bestimmungsgemäße Aufgabe der hydrophoben Filtermembran 10' auch unter Extrembedingungen gesichert ist.Should one or more drops F 'actually penetrate into the free spaces 32, 33, the liquid drop F' at the branch duct inlets 30 and distributed in the branch ducts 32 and the annular duct 33 without affecting the total area of the flat filter blank 10 'is wetted by the divided liquid drop P' or in places remains wetted. So there always remain regions of the flat filter blank 10 'in the area of the free spaces 27', 27 '', 32 and 33 but also in the area of the actual planar filter support 31 free of liquid, so that the intended task of the hydrophobic filter membrane 10 ' is secured even under extreme conditions.

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Claims

Saptorius GmbH File SM 8305 Weender Landstrasse 94-108 Kö / kl D-3400 'Göttingen Small filter for gas filtration Claims:

1. Small filter made of two interconnected plastic housing parts and a hydrophobic flat filter blank sandwiched between them for gas filtration, especially for gas exchange between a container partially filled with liquid (liquid reservoir) and the surrounding atmosphere (gas reservoir) where:

a) an upper housing part has an integrated, interrupted filter support, the free spaces in one Open the gas inlet / outlet of the upper part of the housing,

b) a lower housing part has an integrated, interrupted filter support, the free spaces in one The collecting channel opens, which runs approximately at right angles to the filter support and opens into the Qasraum of the liquid reservoir,

c) a hydrophobic flat filter blank as a selectively permeable partition between the upper part of the housing and the lower part of the housing is connected to the latter in a leak-tight manner at its periphery or is clamped between them, the flat filter blank being applied to one or the other filter support, depending on the direction of the pressure gradient,
characterized by the following features:

dl) the filter support (31) of the lower housing part (6,9) forms a planar plane and closed ^ surface and the free spaces of the filter support are through a single annular channel (33) at least 2 mm wide in the area of the periphery of the flat filter blank (10 ^f ) and formed by at least one branch channel (32) which connects the ring channel (33) with the collecting channel (27 ', 27''),

d2) the branch channel (32) widens from the collecting channel mouth starting from 0.5 mm to 2 mm - preferably from 1 mm - to the annular channel (33) with a filter diameter up to 100 mm to 3 to 10 mm - with a filter diameter of up to 25 mm preferably to 3 mm,

d3) the bottom of the branch channel is in the region of the collecting channel (27 ', 27 ") about 0.3 to 0.8 mm - preferably 0.5 mm - below the filter support level and falls and deepens towards the annular channel (33) to 1.1 mm to 1.6 mm - preferably to 1.3 mm,

d4) narrows the passage opening of the Sümmelkanal (27 ', 27 ") from its wide base facing the liquid reservoir (4) directly in the area of the filter support (31) of the housing part (£, 9) over a length of 0.5 mm to 3 mm - preferably from 2 mm - to a diameter from 0.5 mm to 4 mm - preferably to 2 mn.

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2. Small filter according to claim l, characterized in that the annular channel (33) has a width of at least 2 to 4 mm.

3 · Small filter according to claims 1 to 2, characterized in that two diametrically opposite branch channels (32) divide the pilter support (3D into two sectors or ring segments.

4. Small filter according to claim 1 to 3, characterized in that the filter support (3D by three or four branch channels (32) cloverleaf-like in three or four ring segments with the collecting channel (27 ', 27 ¹¹ J in the center) is divided.

5 Small filter according to claims 1 to 4, characterized in that the support plane of the filter support (28) in the upper housing part (12) is arched meniscus-shaped (concave) in relation to the planar filter support (3D of the lower housing part (6, 9) and at its apex with respect to the flat filter blank (10 ^f ) resting on the lower filter support (3D) is about 0.5 to 2 mm above this and in the edge area of the support (28) lies just above or in the plane of the flat filter blank.

6. Small filter according to claim 1 to 5, characterized in that the inlet (30) of the branch channels (31) opening into the Sanmel channel (27 ', 27 ^lf ) is narrower than the opening of the collecting channel (27 *, 27 ") in this area and is narrower than the diameter (depending on the viscosity) of a liquid drop (F ') from the liquid reservoir (4).

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