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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kraftfahrzeug-Fluidkreisläufe. Die
vorliegende Erfindung betrifft genauer gesagt einen Leitungsfluidfilter für Kraftfahrzeug-Fluidkreisläufe.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der
Motor und das Getriebe eines Kraftfahrzeugs können sehr viel Wärme erzeugen.
Wärme kann
insbesondere das Motor- oder Getriebeschmieröl zersetzen. Eine solche Schmiermittelzersetzung
kann negative Folgen haben und unter Umständen zu einem katastrophalen
Schaden am Motor oder Getriebe führen.
Andere Arten von Maschinen erfordern ebenfalls eine Abfuhr von Wärme.
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Daher
sind Kühlsysteme
vorgesehen, um von Motoren, Getrieben oder Maschinen erzeugte übermäßige Wärme abzuführen. Speziell
können Kühlmittel
durch einen Wärmetauscher
geleitet werden, um diese Wärme
abzuführen.
Ein Wärmetauscher
für einen
Motor wird gewöhnlich
als Kühler
bezeichnet. Ein Wärmetauscher
für ein
Getriebe wird gewöhnlich
als Ölkühler bezeichnet.
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Durch
den Kühler
oder Ölkühler werden Kühlmittel
umgewälzt
und können
bei der Umwälzung
Fremdkörper
ansammeln. An sich erfordern diese Kühlmittel eine Filtration. Übermäßige Filtration kann
jedoch den Strom des Kühlmittels
durch den Wärmetauscher
verlangsamen, was zu einer übermäßigen Wärme und Überhitzung
des Motors oder Getriebes führt.
Um dieses Problem zu mindern, sind diese Kühlmittelfilter gelegentlich
mit Umgehungsventilen ausgestattet. Diese Umgehungsventile können jedoch
ungenau funktionieren. Zuweilen werden die Ventile offen gelassen,
was verhindert, dass das Kühlmittel
filtriert wird. Zu einer anderen Zeit bleiben die Ventile geschlossen,
was die Zirkulation des Kühlmittels
unterbricht und so den Motor oder das Getriebe überhitzt. Überdies können Umgehungsventile groß sein,
und ihre Anordnung in der Kühlmittelleitung
kann mühsam
sein und die Kosten und Komplikationen bei der Montage mehren. Sie
könnten
auch ein häufiges
Auswechseln erfordern, was zu einem erhöhten Kosten- und Zeitaufwand
für Austauscharbeiten
und Reparaturen führen
würde.
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Folglich
ist es wünschenswert,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Filtration von Kühlmitteln zu
schaffen, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass das Kühlmittel
in hinreichendem Ausmaß durch
den Wärmetauscher
fließt. Überdies
ist es wünschenswert,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kostengünstigen und effizienten Inline-Filtration
von Kühlmittel
zu schaffen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
obigen Bedürfnisse
werden größtenteils von
der vorliegenden Erfindung erfüllt,
wobei in einer Erscheinungsform eine Vorrichtung bereitgestellt wird,
die in einigen Ausführungsformen
Fluid filtert und zugleich einen ausreichenden Fluidstrom zu einem
Wärmetauscher,
einem Getriebe, einem Motor oder einer anderen Maschine sicherstellt.
Insbesondere gewährleistet
der Fluidfilter in einigen Ausführungsformen,
dass ein Teil des Fluids filtriert wird, während ein anderer Teil des
Fluids den Filter umgeht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst ein Fluidfiltereinsatz eine erste Endkappe, eine zweite Endkappe,
ein zwischen der ersten und der zweiten Endkappe angeordnetes Sieb
und ein das Sieb umgebendes Filtermedium. Außerdem ist beim Filtereinsatz
vorgesehen, dass die erste Endkappe, die zweite Endkappe, das Sieb
und das Filtermedium von einem Filtergehäuse umgeben sind, das ein erstes Ende
und ein zweites Ende aufweist, wobei das Gehäuse an dem ersten Ende einen
Gehäuseeinlass und
an dem zweiten Ende einen Gehäuseauslass umfasst. Überdies
ist der Gehäuseeinlass
axial von der ersten Endkappe des Filtereinsatzes beabstandet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zur Filtration eines Fluids das Leiten eines
ersten Teils des Fluids durch einen Fluidfiltereinsatz, das Leiten
eines zweiten Teils des Fluids durch ein Filtermedium und das Leiten
des ersten und des zweiten Teils durch einen Filterauslass. Außerdem ist
bei dem Verfahren vorgesehen, dass das Filtermedium, das Sieb und
der Filtereinlass und der Filterauslass in einem Filtergehäuse angeordnet sind,
wobei das Filtergehäuse
ein erstes Ende mit einem Gehäuseeinlass
und ein zweites Ende mit einem Gehäuseauslass umfasst. Zudem beinhaltet das
Verfahren die Schritte des Leitens des ersten und des zweiten Teils
des Fluids durch den Gehäuseeinlass
und den Gehäuseauslass,
wobei der Filtereinlass und der Filterauslass eine erste Endkappe
mit einer ersten Öffnung
bzw. eine zweite Endkappe mit einer zweiten Öffnung umfassen.
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Gemäß einer
noch anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zur Filtration von
Fluid Mittel zum Leiten eines ersten Teils des Fluids durch einen
Fluidfiltereinlass, Mittel zum Leiten eines zweiten Teils des Fluids
durch ein Filtermedium und Mittel zum Leiten des ersten und des
zweiten Teils durch einen Filterauslass. Außerdem ist bei dem System vorgesehen,
dass der Filtereinlass und der Filterauslass eine erste Endkappe
mit einer ersten Öffnung
bzw. eine zweite Endkappe mit einer zweiten Öffnung umfassen.
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Gemäß einer
noch anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fluidfilter einen Umgehungseinlass,
einen Filtermediumeinlass, der mit dem Umgehungseinlass koaxial
ist, einen Auslass, der axial von dem Umgehungseinlass beabstandet
ist, und ein Gehäuse,
das den Umgehungseinlass, den Filtermediumeinlass und den Auslass
umgibt. Außerdem
ist beim Fluidfilter vorgesehen, dass der Umgehungseinlass dafür dimensioniert
ist, eine vorbestimmte Strömungsmenge
zuzulassen.
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Es
sind somit bestimmte Ausführungsformen der
Erfindung grob skizziert worden, damit die ausführliche Beschreibung derselben
hier besser verstanden und der vorliegende Beitrag zur Technik besser
gewürdigt
werden kann. Es gibt natürlich
weitere Ausführungsformen
der Erfindung, die nachstehend beschrieben werden und welche den
Gegenstand der hier beigefügten
Ansprüche
bilden.
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Diesbezüglich und
bevor wenigstens eine Ausführungsform
der Erfindung im Einzelnen erläutert
wird, sollte klar sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht
auf die Konstruktionsdetails und die Anordnungen der Bauteile beschränkt ist,
wie sie in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen
dargestellt sind. Die Erfindung ist zu Ausführungsformen zusätzlich zu
den beschriebenen fähig
und kann auf verschiedene Weise in die Praxis umgesetzt und durchgeführt werden.
Außerdem
versteht sich, dass die hier sowie in der Kurzfassung verwendete
Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient
und nicht als einschränkend
angesehen werden darf.
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An
sich wird dem Fachmann ersichtlich sein, dass das Konzept, auf dem
diese Offenbarung beruht, leicht als Grundlage für den Entwurf weiterer Strukturen,
Verfahren und Systeme zur Erfüllung
der verschiedenen Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden
kann. Es ist daher wichtig, die Ansprüche als solche äquivalenten
Konstruktionen einschließend
anzusehen, insoweit, als diese nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden
Erfindung abweichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Fluidfilters, der in einem Kraftfahrzeug-Kühlsystem verwendet
wird.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Fluidfilter gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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3 ist
eine Explosionsansicht des Fluidfilters gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beschrieben
werden, in denen gleiche Bezugszeichen durchwegs gleiche Teile bezeichnen.
Eine Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt einen Fluidfilter bereit, insbesondere einen Kühlmittelfilter,
der einen ausreichenden Fluidstrom zu einem Wärmetauscher gewährleistet.
Der Filter kann in einer Anwendung inline verwendet werden. Außerdem kann
er auf der Druckseite oder der Rücklaufseite
einer Anwendung verwendet werden. Der Filter ist von einfacher Konstruktion
und ermöglicht
eine einfache Montage und weniger Reparaturen oder Komplikationen
während
seines Betriebs.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden erfinderischen Vorrichtung ist in 1 dargestellt.
Speziell ist 1 eine schematische Ansicht
eines Fluidfilters 10, der in einem Kraftfahrzeug-Kühlsystem verwendet wird. Der
Filter 10 ist inline mit einem Getriebe 12 und
einem Wärmetauscher 14 angeordnet.
Der Wärmetauscher 14 kann
ein Ölkühler oder
ein Kühler sein.
Eine Leitung 20 ermöglicht
zusammen mit einem Getriebeauslass 16 und einem Filtereinlass 18, dass
der Filter 10 in Fluidverbindung mit dem Getriebe 12 steht.
Eine Leitung 26 ermöglicht
zusammen mit einem Filterauslass 22 und einem Wärmetauschereinlass 24,
dass der Wärmetauscher 14 in
Fluidverbindung mit dem Filter 10 steht. Mittels eines Wärmetauscherauslasses 28 und
eines Getriebeeinlasses 30 stehen schließlich der
Wärmetauscher 14 und
das Getriebe 12 über
eine Leitung 32 in Fluidverbindung.
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Die
Leitungen 20, 26 und 32 können aus
jeder Art von Schlauch oder Rohr bestehen, die einen Fluidstrom
gestattet. Obwohl in diesem Fall ein Getriebe 12 dargestellt
ist, kann jede Art von Maschine verwendet werden. Es können insbesondere
Maschinen, die eine Fluidfiltration erfordern, Verwendung finden,
wie zum Beispiel ein Motor. Obwohl ein Kraftfahrzeugsystem dargestellt
ist, um eine bestimmte Anwendung zu erläutern, die den Filter der vorliegenden
Erfindung nutzen könnte,
kann der Filter der vorliegenden Erfindung zudem mit jedem System
oder jeder Anwendung, das bzw. die eine Fluidfiltration erfordert,
verwendet werden. Zum Beispiel könnte
eine Servolenkungsanwendung den Filter 10 dieser Erfindung
verwenden. Ferner kann der Filter 10 auf der Druckseite
oder der Rücklaufseite
jedes Systems angeordnet werden.
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In
dem dargestellten Schema von 1 zirkuliert
ständig
Fluid zwischen dem Getriebe 12 und dem Wärmetauscher 14,
der das Fluid kühlt.
Bei dem Fluid kann es sich um jede Art von Fluid handeln, die eine
Filtration erfordert, zum Beispiel Getriebeflüssigkeit, Motoröl, Servolenkflüssigkeit
etc. In diesem Fall strömt
das Fluid am Getriebeauslass 16 aus dem Getriebe 12 und
tritt am Filtereinlass 18 in den Filter 10 ein.
Dort wird das Fluid filtriert, wie nachstehend ausführlich beschrieben
werden wird.
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Danach
verlässt
das Fluid den Filter durch den Filterauslass 22 und tritt
durch den Wärmetauschereinlass 24 in
den Wärmtauscher 14 ein.
Zugleich wird das Fluid in dem Wärmetauscher 14 wie erforderlich
gekühlt
und verlässt
den Wärmetauscher 14 am
Wärmetauscherauslass 28.
Schließlich
tritt das Fluid über
den Getriebeeinlass 30 erneut in das Getriebe 12 ein,
wodurch der Kreislauf geschlossen wird. Obwohl 1 eine
einfache schematische Darstellung des Filters 10 in Verwendung
zeigt, kann der Filter 10 in einer Vielzahl verschiedener
Systeme von großer
Komplexität
installiert werden, die in dieser schematischen Ansicht nicht dargestellt
sind.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, welche den Filter 10 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt. Der Filter 10 ist mit einer ersten Endkappe 34,
einer zweiten Endkappe 36 und einem Filterelement 38 dargestellt.
Die erste Endkappe 34 kann insbesondere ein Sitz sein,
der dafür
gestaltet ist, ein erstes Ende des Filterelements 38 zu
halten. Desgleichen kann die zweite Endkappe 36 ein Sitz sein,
der dafür
gestaltet ist, ein zweites Endes des Filterelements 38 zu
halten. Die erste und die zweite Endkappe 34 bzw. 36 können aus
jedem geeigneten Material, zum Beispiel einem Metall, gefertigt
sein.
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Bei
dem Filterelement 38 kann es sich um jede Art von Medium
oder Element handeln, das in der Lage ist, ein Fluid zu filtern.
Zudem kann das Filterelement 38 ein Fasermedium sein. Das
Fasermedium kann insbesondere gefaltet sein. Die Falten stellen
eine größere Oberfläche zur
Filtration bereit als ein nicht gefaltetes Medium. Überdies
kann die größere Oberfläche auf
kleinerem Raum angeordnet werden.
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3 ist
eine Explosionsansicht des Fluidfilters 10 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Hier weist die erste Endkappe 34 einen Filtereinlass 40 auf.
Das Filterelement 38 umgibt ein Sieb 42 mit Öffnungen 44 die über das
gesamte Sieb 42 mit Abständen angeordnet sind. Die zweite
Endkappe 36 weist einen Filterauslass 46 auf.
Der Filterauslass 46 kann mit Dichtungsring 48 versehen
sein.
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Beim
Filtereinlass 40 und -auslass 46 kann es sich
um jede Art von Aussparung oder Öffnung handeln.
Das Sieb 42 kann zylindrisch und von hohler Beschaffenheit
sein. Ein von dem Zylinder gebildeter hohler Bereich 43 dient
als Umgehungsfilter, wie unten vollständig beschrieben werden wird.
Das Sieb 42 kann aus jedem geeigneten Material gebildet sein.
Vorzugsweise ist das Sieb 42 aus Metall gefertigt. Das
Sieb 42 gewährleistet
strukturelle Integrität und
Abstützung
für das
Filterelement 38. Das Filterelement 38 ist hier
in seiner gefalteten Form dargestellt, wobei es das Sieb 42 umgibt.
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Der
Filter 10 kann in seiner Gesamtheit in einem Fluidfiltergehäuse 50 angeordnet
sein. Das Filtergehäuse 50 besitzt
ein erstes Ende 52 und ein zweites Ende 54. An
dem ersten Ende 52 weist das Filtergehäuse 50 einen Gehäuseeinlass 56 auf.
Der Gehäuseeinlass 56 ist
von dem Filtereinlass 40 beabstandet, um zu ermöglichen,
dass Fluid den Filter 10 umströmt und in das Filtermedium 38 eintritt.
An dem zweiten Ende 54 jedoch kann der Filtergehäuseauslass 58 mit
dem Filterauslass 46 verbunden sein, so dass der filtrierte
Strom und der Umgehungsstrom gleichzeitig aus dem Filterauslass 46 und
dem Filtergehäuseauslass 58 austreten
können.
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Während des
Betriebs tritt Fluid durch den Gehäuseeinlass 56 in das
Fluidfiltergehäuse 50 ein. Ein
Teil des Fluids wird um die erste Endkappe 34 of des Filters 10 herumgeleitet
und tritt in das Filterelement 38 ein und wird in ausreichender
Weise gereinigt. Das Filterelement 38 kann so gestaltet
sein, dass es eine Filtration im gewünschten Ausmaß gewährleistet.
Das Filterelement 38 kann zum Beispiel so dicht oder dünn wie gewünscht sein,
um den erforderlichen Filtrationsgrad zu erreichen. Das filtrierte Fluid
gelangt dann durch die Öffnungen 44 in
den vom Sieb 42 gebildeten hohlen Bereich 43 und
tritt am Filterauslass 46 aus dem Filter 10 aus.
Die Öffnungen 44 selbst
wirken als eine sekundäre
Form der Filtration, wobei sie Partikel abfangen, die gegebenenfalls
von dem Filterelement 38 nicht eingefangen wurden.
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Das übrige Fluid
tritt in den Filtereinlass 40 ein und durchströmt den vom
Sieb 42 gebildeten Hohlraum 43 und verlässt den
Filter 10 direkt am Filterauslass 46. Wie zuvor
erwähnt,
treten sowohl der filtrierte Strom als auch der Umgehungsstrom gleichzeitig
aus dem Filterauslass 46 und dem Gehäuseauslass 58 aus.
Somit wird das übrige
Fluid nicht filtriert, was ermöglicht,
dass das Fluid das Filterelement 38 umgeht. Dies gewährleistet,
dass immer etwas Fluid den Wärmetauscher 14 oder
das Getriebe 12 erreicht.
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Der
Teil des Fluids, der filtriert wird, kann zwischen 10 und 40 Prozent
des Gesamtfluids betragen, wobei zwischen 90 bzw. 60 Prozent des
Fluids unfiltriert verbleiben. Es wird bevorzugt, einen Prozentsatz
von 30% des Fluids zu filtrieren, wobei die restlichen 70% des Fluids
das Filterelement 38 umgehen. Der Fluideinlass 40 kann
so gestaltet sein, dass er den zu filtrierenden Prozentsatz an Fluid
aufnimmt. Wenn zum Beispiel die Größe des Filtereinlasses 40 sehr
gering ist, dann würde
mehr von dem Fluid um die erste Endkappe 34 herumgeleitet
werden, in das Filtermedium 38 gelangen und filtriert werden,
was weniger Fluid ermöglicht,
in den hohlen Bereich 43 einzutreten und unter völliger Umgehung
des Filtermediums 38 den Filter 10 zu verlassen.
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Entsprechend
würde,
wenn die Größe des Filtereinlasses 40 groß wäre, mehr
von dem Fluid in den hohlen Bereich 43 eintreten und unmittelbar
zum Filterauslass 46 strömen und den Filter 10 unter
völliger
Umgehung des Filtermediums 38 verlassen. Dies wiederum
lenkt weniger Fluid um die erste Endkappe 34 herum, das
von dem Filterelement 38 zu filtrieren ist. Auf diese Weise
kann der Umfang der Fluidfiltration kontrolliert werden.
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Zudem
gewährleistet
die Filtration von nur einem Teil des Fluids, dass bei der Anwendung,
für die der
Filter 10 dient, immer eine Fluidverbindung besteht. Zum
Beispiel gewährleistet
bei dem von 1 dargestellten Beispiel die
Möglichkeit,
das ein Teil des Fluids das Filterelement 38 umgeht, dass
jederzeit etwas Fluid zwischen dem Wärmetauscher 14 und
dem Getriebe 12 umgewälzt
werden wird. Von anderen Filtern ist bekannt, dass sie mehr oder
weniger Fluid filtern als ursprünglich
beabsichtigt. Zum Beispiel ist von den Filtern mit herkömmlichen
Umgehungsventilen bekannt, dass sie nicht exakt funktionieren. Dies
könnte
weniger Fluid für
die Zirkulation übriglassen,
was unter Umständen
zu einem katastrophalen Versagen des gesamten Systems führt. Entsprechend
könnte
weniger Fluid filtriert werden, was mehr Fremdkörper und Verunreinigungen in
das System gelangen lässt
und möglicherweise
ebenfalls zu einem Versagen des Systems führt.
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Zusätzlich zur
Gewährleistung
eines jederzeit ausreichenden Fluidstroms zum System verlängert der
Teilstrom durch das Filtermedium 38 die Lebensdauer des
Filters. Da nicht der gesamte Strom durch das Filterelement 38 fließt, wird
dieses nicht so leicht mit Fremdkörpern und Verunreinigungen
zugesetzt und wird sich nicht so leicht abnutzen. Auf diese Weise
wird die Lebensdauer des Filterelements 38 verlängert, und
dies wird einen selteneren Austausch des Filters 10 zur
Folge haben. Ein weniger häufiger Austausch
führt zu
geringeren Kosten und einer größeren Effizienz.
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Überdies
gestattet der Teilstrom durch das Filterelement 38 eine
Anordnung des Filters 10 in einer Anwendung mit einem höheren Druck,
als es sonst mit einem herkömmlichen
Filter möglich
sein würde.
Da nur ein Teil des Fluids in das Filterelement 38 eintritt,
kann der Filter in einer Anwendung mit einem höheren Druck angeordnet werden
als ein Filter, bei dem das gesamte Fluid das Filtermedium durchströmt.
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Zudem
kann die Größe des Filtereinlasses 40 auch
auf der Grundlage der Druckbedingungen der Anwendung gestaltet werden.
Wenn zum Beispiel gewünscht
wird, dass 30% des Gesamtstroms durch das Filterelement 38 filtriert
werden, dann könnte
man folgendermaßen
verfahren, um die Größe des Filtereinlasses 40 zu
bestimmen. Ein Filter 10 mit einer massiven ersten Endkappe 34,
die keine Öffnung
oder keinen Einlass aufweist, kann in einem Filtergehäuse eingebaut
werden. Dann kann Fluid durch den Filter 10 geleitet werden,
und es können Druck
und Strom gemessen werden.
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Anschließend kann
der Druckabfall über
das Filterelement 38 bei 30% des Gesamtfluidstroms des Systems
gemessen werden. Dieser Druckabfall über das Filterelement 38 kann
nun verwendet werden, um die Größe des Filtereinlasses 40 zu
bestimmen, die einen gleichen Druckabfall bei 70% Gesamtfluidstrom
ergeben würde.
Sodann kann die erste Endkappe 34 auf jede geeignete Weise
mit einem Filtereinlass 40 dieser Größe versehen werden, um 30% filtrierten
Strom zu erzielen.
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Obwohl
ein Beispiel für
den Filter gezeigt wurde, das Kühlmittel
verwendet, versteht sich, dass auch andere Fluida Verwendung finden
können.
Außerdem
kann der Filter, obwohl er für
die Kraftfahrzeugindustrie brauchbar ist, auch in anderen Industrien
eingesetzt werden. Insbesondere kann der Filter 10 in Heiz-
und Belüftungssystemen
oder jedem System, das eine Fluidfiltration erfordert, zur Anwendung kommen.
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Aus
der ausführlichen
Beschreibung werden die vielen Merkmale und Vorteile der Erfindung
ersichtlich, und folglich sollen die beigefügten Ansprüche sämtliche solche Merkmale und
Vorteile der Erfindung abdecken, die in den wahren Geist und Bereich
der Erfindung fallen. Da dem Fachmann leicht zahlreiche Modifikationen
und Variationen in den Sinn kommen werden, soll zudem die Erfindung
nicht auf die genaue dargestellte und beschriebene Konstruktion
und Wirkungsweise beschränkt
sein, und entsprechend kann von allen geeigneten Modifikationen
und Äquivalenten
Gebrauch gemacht werden, die in den Bereich der Erfindung fallen.