DE10153642B4 - Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines Filterelements - Google Patents
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Abstract
Filterelement, insbesondere für Flüssigkeiten, aufweisend ein Filtermedium 12, welches über Falten 13 verfügt, eine Filterbegrenzung 17 und ein Mittel zur Stabilisierung der Falten 13,
– wobei das Filtermedium 12 über zwei äußere Stirnflächen 15 verfügt, welche senkrecht zu den Falten 13 angeordnet sind,
– wobei das Mittel zur Stabilisierung der Falten in einem Mittenbereich zwischen den beiden äußeren Stirnflächen 15 des Filtermediums 12 angeordnet ist,
– wobei die Filterbegrenzung 17 mit dem Filtermedium 12 an den äußeren Stirnflächen 15 verbunden ist,
– wobei das Filtermedium 12 durch mindestens zwei gefaltete Filtermediumteile 11 gebildet ist und das Mittel zur Stabilisierung der Falten 13 an inneren Stirnseiten 16 zwischen den Filtermediumteilen 11 angeordnet ist und
– wobei das Mittel zur Stabilisierung der Falten 13 an den inneren Stirnseiten 16 dichtend mit den Filtermediumteilen 11 verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Mittel zur Stabilisierung der Falten...
– wobei das Filtermedium 12 über zwei äußere Stirnflächen 15 verfügt, welche senkrecht zu den Falten 13 angeordnet sind,
– wobei das Mittel zur Stabilisierung der Falten in einem Mittenbereich zwischen den beiden äußeren Stirnflächen 15 des Filtermediums 12 angeordnet ist,
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dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Mittel zur Stabilisierung der Falten...
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Filterelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements.
- Aus der
US-Patentschrift 5,290,330 A ist Filtergerät bekannt, bei welchem mehrere zylindrische Filterelemente axial übereinander angeordnet sind. - Aus dem Dokument
JP 08-243334 AA - Ferner ist aus der
DE 44 29 490 A1 ein radial durchströmtes ringförmiges Filterelement bekannt, welches über ein sternförmig gefaltetes Filtermedium verfügt. Das Filtermedium stützt sich auf seinem inneren Umfang an einem rohrförmigen, mit Durchbrechungen versehenen Stützkörper ab. Damit sich die Falten nicht bewegen und das Filterelement bei hohen Differenzdrücken nicht kollabiert, ist ein Ringband auf dem äußeren Umfang des Filterelementes vorgesehen. Dieses Ringband presst die Falten an den Stützkörper, wodurch sich die Falten nicht mehr bewegen können. Das Ringband kann aus einem Material, welches unter Wärmeeinwirkung schrumpft und die Falten so stabilisiert, bestehen. - Nachteilig bei dieser Ausführung ist jedoch, dass das Ringband durch Beschädigungen an einer einzigen Stelle abfallen kann, wodurch die Stützfunktion nicht mehr gegeben ist. Weiterhin kann das Ringband beim Schrumpfen das Filtermedium einschnüren, wodurch das Filtermedium einknickt und die Stabilität des Filterelementes verringert wird.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filterelement zu schaffen, welches auch bei hohen Differenzdrücken nicht kollabiert und das Filtermedium zuverlässig abstützt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
- Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Filterelement dient der Reinigung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit. Hierzu verfügt das Filterelement über ein gefaltetes Filtermedium mit zwei äußeren Stirnflächen, an welchen eine Filterbegrenzung angeordnet ist. Bei besonderen Ausführungen ist das Filtermedium zick-zack-förmig gefaltet. Die äußeren Stirnflächen verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu den Falten, wodurch der Faltenverlauf an den äußeren Stirnflächen erkennbar ist. Hierbei können bei besonderen Ausführungsformen die Filterelemente jedoch auch trapezförmig ausgebildet sein, wobei an den schräg zu den Falten verlaufenden äußeren Stirnflächen der Faltenverlauf erkennbar ist. Die Filterbegrenzung ist an den äußeren Stirnflächen dichtend mit dem Filtermedium verbunden, wobei die Filterbegrenzung z. B. aus einem thermoplastischen Kunststoff wie z. B. Polyethylen, einem Elastomer wie z. B. Polyurethan oder Metall bestehen kann. Diese Filterbegrenzung kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt und z. B. durch ihren eigenen Werkstoff oder durch einen Klebstoff mit dem Filtermedium verbunden sein.
- Das Filtermedium ist durch mindestens zwei aneinander anschließende Filtermediumteile gebildet, wodurch das Filtermedium über mindestens zwei innere Stirnseiten verfügt. Die Filtermediumteile bestehen vorteilhafter Weise aus dem gleichen Filtermaterial. Zumindest weisen beide Filtermediumteile die gleiche Filterfeinheit auf und filtern die gleichen Verunreinigungen aus dem Fluid heraus. An den inneren Stirnseiten ist der Faltenverlauf erkennbar. Damit das Filterelement auch bei hohen spezifischen Volumenströmen bzw. Differenzdrücken nicht kollabiert, ist ein Mittel zur Stabilisierung der Falten vorgesehen. Dieses Mittel zur Stabilisierung der Falten ist an den inneren Stirnseiten, welche in einem Mittenbereich zwischen den beiden äußeren Stirnflächen des Filtermediums angeordnet sind, dichtend mit den Filtermediumteilen verbunden. Dadurch bleibt eine Stabilisierung der Falten auch dann bestehen, wenn das Mittel zur Stabilisierung der Falten an einer einzelnen Stelle beschädigt ist. Je nachdem, welche Eigenstabilität das Filtermedium aufweist und welche Differenzdrücke auf das Filterelement einwirken können, ist die Größe der einzelnen Filtermediumteile zu wählen. Je geringer der Abstand zwischen der Filterbegrenzung und dem Mittel zur Stabilisierung der Falten gewählt wird, desto höhere Differenzdrücke kann das Filterelement ohne Kollabieren aushalten. Zur Erzielung der erforderlichen Filterfläche ist eine entsprechende Anzahl an Filtermediumteilen vorzusehen. Das Mittel zur Stabilisierung der Falten weist vorteilhafterweise eine höhere Stabilität als das Filtermedium auf, wodurch die Falten optimal fixiert werden können.
- Bei besonders vorteilhaften Ausführungen ist das Mittel zur Stabilisierung scheibenförmig ausgebildet, wodurch möglichst wenig Filterfläche des Filtermediums umschlossen und der Bauraum für das Filterelement nicht unnötig vergrößert wird. Das scheibenförmig ausgebildete Mittel zur Stabilisierung der Falten ist derart gestaltet, dass es im wesentlichen einer von der inneren Stirnfläche projizierten Fläche, bzw. deren Umriss entspricht.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel zur Stabilisierung der Falten an den inneren Stirnseiten mit den Filtermediumteilen verklebt. Der Klebstoff bewirkt einerseits die Verbindung zwischen dem Mittel zur Stabilisierung der Falten und den Filtermediumteilen und andererseits die Abdichtung, damit die Rohseite dichtend von der Reinseite getrennt ist. Durch Verkleben der Filtermediumteile mit dem Mittel zur Stabilisierung der Falten kann das Mittel zur Stabilisierung der Falten z. B. aus Metall bestehen und auf einfache und kostengünstige Weise mit den Filtermediumteilen verbunden werden.
- Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Mittel zur Stabilisierung der Falten zumindest eine innere Stirnseite unlösbar umschließt. Hierbei kann das Mittel zur Stabilisierung der Falten das Filtermediumteil form- oder kraftschlüssig umschließen. Durch das Umschließen der inneren Stirnseite können zusätzliche Dichtungskomponenten entfallen. Bei einer besonderen Ausgestaltung kann das Filtermediumteil im Bereich der inneren Stirnseite über Durchbrüche verfügen, durch welche der Werkstoff des Mittels zur Stabilisierung der Falten hindurch treten kann und nach dem Erhärten eine unlösbare Verbindung erzeugt.
- Es ist vorteilhaft, dass ein einziges Mittel zur Stabilisierung der Falten mit den beiden angrenzenden Filtermediumteilen an den inneren Stirnseiten verbunden ist. Dadurch sind die beiden Filtermediumteile zueinander fixiert, wodurch keine Leckage durch eine Verschiebung der beiden Filtermediumteile zueinander entstehen kann. Weiterhin ist so eine größtmögliche Filterfläche in einem vorgegebenen Bauraum realisierbar.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass jedes Filtermediumteil an den inneren Stirnseiten über ein eigenes Mittel zur Stabilisierung der Falten verfügt, wobei die beiden Mittel zur Stabilisierung der Falten miteinander dichtend und unlösbar verbunden sind. Durch diese Ausführungsform kann ein Filterelement modular aufgebaut werden, wodurch entsprechend der erforderlichen Baugröße des Filterelementes enstprechende standartisierte Filtermediumteile zu der erforderlichen Baugröße zusammengesetzt werden können.
- Die Verbindung der beiden Mittel zur Stabilisierung miteinander kann sowohl mechanisch durch z. B. Nieten oder Schnappverbindungen, als auch chemisch durch z. B. Klebstoff erfolgen. Bei der mechanischen Verbindung können Dichtelemente wie z. B. Dichtringe, zwischen die beiden Mittel zur Stabilisierung der Falten eingebracht werden. Bei der chemischen Verbindung ist auch eine weitere Variante durch z. B. anlösen einer Kontaktseite mit einem Lösungsmittel denkbar. Hierzu werden die Mittel zur Stabilisierung der Falten nach dem Anläsen an der Kontaktseite aneindander gedrückt.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Mittel zur Stabilisierung der Falten aus einem thermisch erweichbaren Material, insbesondere Nitrilkautschuk. Hierbei kann das Filterelement einfach, schnell und kostengünstig hergestellt werden. Das thermisch erweichbare Material wird z. B. zwischen die Filtermediumteile eingebracht und erwärmt. Durch die Wärmezufuhr verändert sich das Material. Bei einem thermoplastischen Kunststoff schmilzt, zumindest teilweise, die Oberfläche auf und die Stirnseite des Filtermediumteils kann in die Schmelze einsinken. Nach dem Erkalten ist dann die innere Stirnseite des Filtermediumteils dichtend und unlösbar von dem Mittel zur Stabilisierung der Falten umschlossen. Bei anderen Werkstoffen wie z. B. Nitrilkautschuk kann das Material durch die Wärmezufuhr aufquellen und aushärten, wodurch die innere Stirnseite des Filtermediumteils umschlossen wird. Hierzu wird das Material des Mittels zur Stabilisierung der Falten zu einer dünnen Folie von z. B. 2 mm verarbeitet. Selbstverständlich kann die Folie auch dünner oder dicker ausgeführt sein. Aus dieser Folie werden die erforderlichen Abschnitte entnommen. Für ein Flachelement werden rechteckförmige Streifen und für ein Rundfilterelement kreis- bzw. kreisringförmige Abschnitte verwendet. Dieser Abschnitt wird an die innere Stirnseite des Filtermediumteils angeordnet. Durch die Zufuhr von Wärme quillt die Folie auf, wodurch das Material des Mittels zur Stabilisierung der Falten das Filtermediumteil im Bereich der inneren Stirnseite umschließt.
- Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umschließt das Filtermedium ein Volumen, insbesondere ein zylindrisches Volumen, bei dem das Filtermedium ringförmig zusammengeschlossen ist. Dieses Volumen kann z. B. auch ein Kegelstumpf oder ein elliptischer Zylinder sein.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung verfügt das Filtermedium an den beiden äußeren Stirnflächen über jeweils eine Filterbegrenzung und an den inneren Stirnseiten zwischen je zwei Filtermediumteilen über ein einziges Mittel zur Stabilisierung der Falten, wobei das Mittel zur Stabilisierung der Falten im wesentlichen einer Filterbegrenzung entspricht. Somit kann das Material für ein zweites Mittel zur Stabilisierung der Falten eingespart werden und die beiden Filtermediumteile sind fest miteinander verbunden.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist ein Filter zur Reinigung eines Fluidstromes ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass auf, wobei ein Filterelement der beschriebenen Ausgestaltung in das Gehäuse integriert ist.
- Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements mit den Verfahrensschritten:
- a. Einbringen eines thermisch erweichbaren Materials, insbesondere Nitrilkautschuk, zwischen die Filtermediumteile zur Verwendung als Mittel zur Stabilisierung der Falten,
- b. Erwärmen des thermisch erweichbaren Materials,
- c. Thermisches Aufquellen des thermisch erweichbaren Materials, wobei die innere Stirnseite der Filtermediumteile umschlossen wird,
- d. Aushärten des thermisch erweichbaren Materials.
- Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
- Zeichnung
- Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigt
-
1 ein Filterelement in perspektivischer Ansicht, -
2 ein Filterelement in einer Variante in perspektivischer Ansicht, -
3 ein Filterelement in einer Variante in perspektivischer Ansicht, -
4 ein Flachfilterelement in perspektivischer Ansicht und -
5 ein Filter im Schnitt. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- In
1 ist ein Filterelement10 in perspektivischer Ansicht mit einem Ausbruch im oberen Bereich des Filterelementes dargestellt. Das Filterelement10 weist ein, aus zwei Filtermediumteilen11 bestehendes Filtermedium12 auf. Die Filtermediumteile11 weisen zick-zack-förmig ausgebildete Falten13 auf, wobei die Filtermediumteile11 ringförmig zusammengeschlossen sind. Die Filtermediumteile11 sind durch eine Scheibe14 , welche zur Stabilisierung der Falten13 dient, verbunden. Jedes Filtermediumteil11 verfügt einerseits über eine äußere Stirnfläche15 und andererseits über eine innere Stirnseite16 . An der äußeren Stirnfläche15 ist eine Filterbegrenzung17 angeordnet. Diese Filterbegrenzung17 beteht aus Kunststoff und ist dichtend mit dem jeweiligen Filtermediumteil11 verbunden. An den inneren Stirnseiten16 , welche zwischen den äußeren Stirnflächen15 angeordnet sind, ist die Scheibe14 dichtend mit den beiden angrenzenden Filtermediumteilen11 verbunden. Die Scheibe14 ist kreisringförmig ausgeführt (nicht dargestellt), damit das, durch das untere Filtermediumteil11 gereinigte Fluid abströmen kann. - In
2 ist ein Filterelement10 in einer Variante in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Filterelement10 durch drei Filtermediumteile11 gebildet. Die beiden außen angeordneten Filtermediumteile11 verfügen über eine äußere Stirnfläche15 und eine innere Stirnseite16 . Zwischen diesen beiden außen angeordneten Filtermediumteilen11 ist ein mittleres Filtermediumteil11 angeordnet, welches über zwei innere Stirnseiten16 verfügt. Zwischen der inneren Stirnseite16 des einen äußeren Filtermediuteils11 und der inneren Stirnseite16 des mittleren Filtermediumteils11 ist eine einzige Scheibe14 angeordnet, welche die beiden Filtermediumteile11 miteinander verbindet und so die Falten13 ortsfest fixiert und stabilisiert. Das andere äußere Filtermediumteil11 ist auf die gleiche Weise mit dem mittleren Filtermediumteil11 verbunden. - In
3 ist ein Filterelement10 in einer Variante in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel verfügt jedes Filtermediumteil11 an seiner inneren Stirnseite16 über eine eigene Scheibe14 . Die Scheibe14 entspricht sowohl in den Maßen, als auch im Werkstoff einer Filterbegrenzung17 . Somit ist jedes Filtermediumteil11 mit seiner Filterbegrenzung17 und Scheibe14 ein eigenständiges Modul. Je nachdem, welche Größe das Filterelement10 aufweisen soll, können zwei oder mehrere dieser Module zusammengesetzt werden und das Filterelement10 bilden. Die beiden Scheiben14 werden an der, dem Filtermediumteil11 gegenüberliegenden Seite dichtend miteinander verklebt. - In
4 ist ein Flachfilterelement18 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Scheibe14 zwischen den Filtermediumteilen11 rechteckförmig ausgeführt, wodurch die inneren Stirnseiten16 der beiden angrenzenden Filtermediumteile11 dichtend umschlossen werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine einzige Scheibe14 auch mit mehreren Filtermediumteilen11 verbunden sein. - In
5 ist ein Filter für eine Flüssigkeit im Schnitt dargestellt, wobei die linke und die rechte Bildhälfte unterschiedliche Ausgestaltungen zeigen. Der1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Filter weist ein Gehäuse19 auf, welches aus einem Gehäusedeckel20 und einem Gehäusetopf21 besteht. Der Gehäusedeckel20 ist dichtend mit dem Gehäusetopf21 verbunden, wobei die Verbindung der beiden Gehäuseteile20 ,21 miteinander eine lösbare Verbindung ist. Der Gehäusedeckel20 verfügt über einen Zulauf22 und einen Ablauf23 . Der Zulauf22 ist durch das Filterelement10 dichtend von dem Ablauf23 getrennt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das kreiszylindrisch aufgebaute Filterelement10 von außen nach innen durchströmt. Die im oberen Bereich des Filterelementes10 angeordnete Filterbegrenzung17 ist kreisringförmig ausgeführt und liegt dichtend an einem Stutzen24 an. Hierbei können auch Dichtmittel (nicht dargestellt) zur verbesserten Abdichtung vorgesehen sein. - Auf der linken Bildhälfte ist die im Bodenbereich des Gehäusebodens
21 angeordnete Filterbegrenzung17 geschlossen ausgeführt. Dadurch kann keine ungefilterte Flüssigkeit zu dem Ablauf23 gelangen. Im Inneren des Filterelementes10 ist ein Stützkörper25 angeordnet, an welchem sich das Filtermedium12 abstützen kann, wodurch auch bei größeren Differenzdrücken das Filterelement10 nicht kollabiert. - Auf der rechten Bildhälfte ist die im Bodenbereich des Gehäusetopfes
21 angeordnete Filterbegrenzung17 kreisringförmig ausgeführt. Damit keine ungefilterte Flüssigkeit zu dem Ablauf23 gelangen kann, ist ein Verschlußstopfen26 vorgesehen. Dieser Verschlußstopfen26 stützt sich einerseits an dem Gehäusetopf21 ab und andererseits ragt er dichtend in die Filterbegrenzung17 hinein. Anstelle des Verschlußstopfens26 könnte z. B. auch ein Umgehungsventil (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Claims (9)
- Filterelement, insbesondere für Flüssigkeiten, aufweisend ein Filtermedium
12 , welches über Falten13 verfügt, eine Filterbegrenzung17 und ein Mittel zur Stabilisierung der Falten13 , – wobei das Filtermedium12 über zwei äußere Stirnflächen15 verfügt, welche senkrecht zu den Falten13 angeordnet sind, – wobei das Mittel zur Stabilisierung der Falten in einem Mittenbereich zwischen den beiden äußeren Stirnflächen15 des Filtermediums12 angeordnet ist, – wobei die Filterbegrenzung17 mit dem Filtermedium12 an den äußeren Stirnflächen15 verbunden ist, – wobei das Filtermedium12 durch mindestens zwei gefaltete Filtermediumteile11 gebildet ist und das Mittel zur Stabilisierung der Falten13 an inneren Stirnseiten16 zwischen den Filtermediumteilen11 angeordnet ist und – wobei das Mittel zur Stabilisierung der Falten13 an den inneren Stirnseiten16 dichtend mit den Filtermediumteilen11 verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Mittel zur Stabilisierung der Falten13 mit den beiden angrenzenden Filtermediumteilen11 an den inneren Stirnseiten16 verbunden ist und das Mittel zur Stabilisierung der Falten aus einem thermisch erweichbaren, unter Wärmezufuhr aufquellenden Material, insbesondere Nitrilkautschuk, besteht und die Filtermediumteile form- oder kraftschlüssig umschließt. - Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Stabilisierung der Falten
13 mit den Filtermediumteilen11 an den inneren Stirnseiten16 verklebt ist. - Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Stabilisierung der Falten
13 zumindest eine innere Stirnseite16 umschließt. - Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Filtermediumteil
11 an den inneren Stirnseiten16 über ein eigenes Mittel zur Stabilisierung der Falten13 verfügt, wobei die beiden Mitteln zur Stabilisierung der Falten13 miteinander verbunden sind. - Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium
12 ein Volumen, insbesondere ein zylindrisches Volumen, umschließt. - Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium
12 an den beiden äußeren Stirnflächen15 über jeweils eine Filterbegrenzung17 verfügt und dass an den inneren Stirnseiten16 zwischen je zwei Filtermediumteilen11 ein einziges Mittel zur Stabilisierung der Falten13 angeordnet ist, wobei das Mittel zur Stabilisierung der Falten13 im wesentlichen einer Filterbegrenzung17 entspricht. - Filter, aufweisend ein Gehäuse
19 mit einem Einlass22 und einem Auslass23 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement10 nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthalten ist. - Verfahren zur Herstellung eines Filterelements aus mindestens zwei Filtermediumteilen, gekennzeichnet durch die Schritte a. Einbringen eines thermisch erweichbaren Materials, insbesondere Nitrilkautschuk, zwischen die Filtermediumteile zur Verwendung als Mittel zur Stabilisierung der Falten, b. Erwärmen des thermisch erweichbaren Materials, c. Thermisches Aufquellen des thermisch erweichbaren Materials, wobei die innere Stirnseite der Filtermediumteile umschlossen wird, d. Aushärten des thermisch erweichbaren Materials.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausschnitt einer Folie aus thermisch erweichbarem Material, bevorzugt mit einer Dicke von 2 mm, zwischen die Filtermediumteile eingebracht wird.
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