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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Die
DE 100 34 487 A1 zeigt ein Filterelement, dessen Abschlusselement mit einem Rahmen verschweisst oder verklebt ist. Die
FR 2 815 699 A1 zeigt ein Filterelement mit einem Abschlusselement, von welchem ein verbiegbarer flexibler Flansch abragt. Die
DE 20 2004 020 348 U1 zeigt ein Filterelement, welches als Kombifilter ausgestaltet ist. Die
FR 2 741 568 A1 offenbart ein Filterelement mit einer rechteckigen Platte auf welche eine elastomere Dichtlippe aufgegossen ist. Die
DE 10 2005 019 675 A1 zeigt ein Filterelement mit einem Deckel, der über Sollbruchstellen mit einem Filterteil verbunden ist. Die
DE 101 51 439 A1 zeigt eine Anordnung mit einem separaten und isoliert vorliegenden Deckel.
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Bei dem gattungsbildenden Filterelement ist nachteilig, dass eine zuverlässige Abdichtung im Filtergehäuse äußerst aufwendig zu realisieren ist. Zunächst muss innerhalb des Filtergehäuses eine Schulter geschaffen werden, welche mit einem hinreichend weichen elastomeren Material zusammenwirkt. Hierbei ist insbesondere nachteilig, dass sehr genau Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen. Des Weiteren muss das elastomere Material für die Dichtlippe derart gewählt werden, dass es sich problemlos an die Schulter anschmiegt.
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Filterelemente der genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und werden in Filtergehäuse eingesetzt. Dabei verschließt ein als Deckel ausgestaltetes Abschlusselement eine Öffnung des Filtergehäuses, welche den Faltenbalg aufnimmt Filtergehäuse dieser Art finden in Klima- bzw. Luftführungssystemen Anwendung, in welche das Filterelement eingeschoben wird.
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Zur Stabilisierung des Faltenbalgs wird dieser zumindest teilweise von einem Rahmen umgeben. Dabei ist bekannt, das Filtermedium zunächst mit einem Rahmen zu umspritzen. Im Anschluss daran wird der Rahmen mit einem Deckel verbunden, um eine einstückige Ausgestaltung des Filterelements herzustellen.
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Den bekannten Filterelementen sind Abschlusselemente bzw. Deckel zugeordnet, die ebene Seitenflächen aufweisen, um ein problemloses Entformen des gesamten Filterelements aus der Spritzgießform zu ermöglichen, insbesondere ist die dem Faltenbalg zugewandte Seite eines Abschlusselementes eben ausgestaltet.
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Hierbei ist nachteilig, dass an die Abschlusselemente in aufwändiger Weise nachträglich Dichtungsmittel angebracht werden müssen.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dieses nach kostengünstiger Herstellung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass ein spritzgusstechnisch am Faltenbalg angeordneter Rahmen erlaubt, die seitlichen, dem Rahmen zugeordneten Faltenenden zu umspritzen. Hierdurch ist eine dauerhafte Festlegung des Filtermediums im Rahmen gewährleistet. Des Weiteren ist sichergestellt, dass sich zwischen Rahmen und Faltenbalg keine undichten Stellen ausbilden. Weiter ist erkannt worden, dass das spritzgusstechnische Festlegen des Abschlusselements am Rahmen erlaubt, das Abschlusselement und den Rahmen dauerhaft zu verbinden. Schließlich ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass ein Abschlusselement mit Hinterschneidungen Dichtungsmittel ausbilden kann. Erfindungsgemäß ist konkret erkannt worden, dass ein Abschlusselement mit Hinterschneidungen bei geeigneter Verfahrensführung in einer Anlage zusammen mit dem Rahmen an den Faltenbalg angespritzt werden kann. Insoweit ist eine aufwändige Nachbearbeitung des Filterelements nicht notwendig.
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Das Abschlusselement ist als Deckel zum Verschließen eines Filtergehäuses ausgebildet. Hierdurch kann auf die Anordnung von Dichtungsmitteln am Filtergehäuse verzichtet werden.
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Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass dem Filterelement zwei Abschlusselemente zugeordnet sind, wobei eines als Deckel und ein anderes als Basisplatte ausgestaltet ist. Die Basisplatte kann Hinterschneidungen aufweisen, die Teil eines Poka-Yoke-Systems sind. Der japanische Ausdruck Poka-Yoke bezeichnet ein aus mehreren Elementen bestehendes System, welches technische Vorkehrungen zur sofortigen Fehleraufdeckung und Verhinderung umfasst. Ein Poka-Yoke-System macht von dem Schlüssel-Schloss-Prinzip Gebrauch, um eine sichere Positionierung des Filterelements im Filtergehäuse sicherzustellen.
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Das Abschlusselement weist Befestigungsmittel auf, die eine Hinterschneidung aufweisen. Das Abschlusselement weist Befestigungsmittel auf, um ein Verschließen der Öffnung des Filtergehäuses sicherzustellen. Hierzu sind häufig Befestigungsmittel notwendig, die eine Hinterschneidung aufweisen, in die ein Überstand am Filtergehäuse eingreifen kann.
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Vor diesem Hintergrund sind die Befestigungsmittel als Rastzungen ausgebildet. Rastzungen sind geringfügig deformierbar und können Überstände umgreifen.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Das Abschlusselement könnte Dichtungsmittel aufweisen, die als Labyrinthdichtung ausgebildet sind. Vor diesem Hintergrund ist ganz konkret denkbar, dass ein Deckel eine Labyrinthdichtung aufweist. Dichtungsmittel, die eine Hinterschneidung aufweisen, können mit dem Filtergehäuse in Eingriff gebracht werden.
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Das Abschlusselement könnte Dichtungsmittel aufweisen, die als Erhebung ausgebildet sind. Erhebungen können als Dichtlippen wirken, die an einem ebenen Rand einer Öffnung des Filtergehäuses anlegbar sind.
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Die Hinterschneidung könnte derart ausgebildet sein, dass das Abschlusselement durch einen Schiebevorgang aus einer Form entformbar ist. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann ein Abschlusselement mit Dichtungsmitteln und/oder Befestigungsmitteln erzeugt werden, die eine Hinterschneidung aufweisen. Ein solches Abschlusselement kann nach seiner Herstellung durch einen Schiebevorgang aus einer Form entnommen und um eine Achse gedreht werden. Darauf kann der Rahmen an dieses angespritzt werden. Durch dieses Verfahren ist ein Filterelement mit spritzgusstechnisch hergestelltem Rahmen und Deckel herstellbar, welches aufgrund der Hinterschneidungen nicht in einem Schritt – aufgrund von Entformungsproblemen – herstellbar ist.
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Der Rahmen könnte Dichtungsmittel aufweisen. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann der Rahmen an der Innenwandung des Filtergehäuses dichtend anliegen. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass dem Rahmen Schaumstoffstreifen zugeordnet sind, die eine dichte und relativ feste Anlage an der Innenwandung des Filtergehäuses erlauben.
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Der Rahmen könnte als Dichtungsmittel eine angespritzte Dichtlippe aufweisen. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass der Rahmen als Zwei-Komponenten-Teil durch einen Zwei-Komponenten-Spritzgießvorgang herstellbar ist. Dabei ist konkret denkbar, dass der Rahmen selbst aus Polypropylen und die Dichtlippe aus thermoplastischem Elastomer hergestellt ist. Eine Dichtlippe dieser Art kann V-förmig vom Rahmen abragen. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist ein Anpressen der Dichtlippe an die Innenwandung des Filtergehäuses möglich.
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Das Filtermedium könnte mindestens eine Lage mit Fasern aufweisen, deren Durchmesser höchstens 10 μm betragen. Ein solches Filtermedium erlaubt, mindestens 90% einer Menge von Feinstaubpartikeln abzuscheiden, deren Durchmesser zwischen 0,3 und 0,5 μm liegen. Des Weiteren ist das Filtermedium gemäß DIN 71460 Teil 1 geeignet, mindestens 92% einer Menge von Feinstaubpartikeln abzuscheiden, deren Durchmesser zwischen 0,5 und 1 μm liegen. Weiter ist das Filtermedium gemäß DIN 71460 Teil 1 geeignet, mindestens 97% einer Menge von Feinstaubpartikeln abzuscheiden, deren Durchmesser zwischen 1 und 5 μm liegen. Schließlich ist das Filtermedium gemäß DIN 71460 Teil 1 geeignet, mindestens 99% einer Menge von Feinstaubpartikeln abzuscheiden, deren Durchmesser mindestens 5 μm betragen. Ein Filtermedium mit den zuvor genannten Abscheidegraden ist im hohen Maße als Feinstaubfilter geeignet.
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Mindestens eine Lage konnte Polycarbonat-Fasern aufweisen. Polycarbonat ist besonders temperaturstabil.
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Diese Lage konnte ein Flächengewicht von 2–30 g/m2 zeigen und aus Polyolefin-, PES(Polyester)- oder Polycarbonat-Fasern bestehen, die Durchmesser von 1–10 μm aufweisen. Ein Filtermedium mit einer solchen Lage zeigt ein besonders geringes Gewicht und hervorragendes Abscheidevermögen für Feinstpartikel.
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Mindestens eine Lage könnte aus Polypropylen-Meltblown-Fasern bestehen. Das Melt-Blown-Verfahren erlaubt eine problemlose Einstellung der Lagenstärke und Lagenporosität.
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Mindestens eine Lage könnte Polycarbonat-Fasern aufweisen. Polycarbonat ist besonders temperaturstabil.
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Mindestens eine weitere Lage könnte Polyester-Fasern, Polyolefin-Fasern oder eine Mischung aus Polyester-Fasern und Polyolefin-Fasern aufweisen. Polyolefine, insbesondere Polypropylen, eignen sich besonders gut zur Durchführung eines Melt-Blown-Verfahrens. Polyester-Fasern sind mechanisch besonders stabil.
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Das Filtermedium könnte aus einem mehrlagigen partikelfilternden Bereich aufgebaut sein. Hierdurch können in unterschiedlichen Lagen unterschiedlich grolle Partikel selektiv abgeschieden werden. Der mehrlagige partikelfilternde Bereich könnte 2- oder 3-lagig aufgebaut sein. Dabei könnte eine Lage als Vorfilter aus einem Polyolefin oder PES mit oder ohne elektrostatischer Aufladung ausgestaltet sein. Dieser könnte ein Flächengewicht von 40–120 g/m2 zeigen und Fasern mit Durchmessern von 20–50 μm aufweisen. Eine weitere Lage könnte aus Polyolefin- oder Polycarbonat-Mikrofasern mit elektrostatischer Aufladung bestehen. Diese Lage konnte ein Flächengewicht von 1–30 g/m2 und Fasern mit Durchmessern von 1–10 μm aufweisen. Eine optionale dritte Lage könnte als Polyolefin- oder PES-Abdecklage mit oder ahne elektrostatische Aufladung ausgestaltet sein. Diese optionale Lage könnte ein Flächengewicht von 10–50 g/m2 und Fasern mit Durchmessern von 20–50 μm aufweisen. Ein solches Filtermedium kann bei hinreichender Stabilität Feinstpartikel abscheiden.
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Eine Lage aus Polypropylen-Fasern oder Polycarbonat-Fasern könnte sandwichartig von Lagen aus Polyester-Fasern und/oder Polyolefin-Fasern eingeschlossen sein. Hierdurch kann eine relativ dünne und feinporöse Schicht zur Abscheidung von Feinstpartikeln stabilisiert werden. Besonders bevorzugt konnte eine erste Lage aus Polypropylen-Fasern oder Polyester-Fasern mit Durchmessern von 30–50 μm aufgebaut sein und ein Flächengewicht von 70 g/m2 aufweisen. An diese Lage konnte sich eine zweite Lage aus Polypropylen-Meltblown-Fasern anschließen, die ein Flächengewicht von 2 bis 8 g/m2 aufweist. Der Durchmesser der Polypropylen-Meltblown-Fasern ist kleiner als 10 μm, besonders bevorzugt kleiner als 5 μm. Eine dritte Lage, die als Abdecklage fungiert, könnte aus Polypropylen-Fasern oder Polyester Fasern aufgebaut sein. Diese Lage könnte ein Flächengewicht von 10–50 g/m2 aufweisen und Fasern mit einem Durchmesser von 30–50 μm aufweisen. Dieser partikelfilternde Bereich ist besonders geeignet, um Ruß abzuscheiden. Des Weiteren erlaubt das Melt-Blown-Verfahren eine kostengünstige Fertigung und problemlose Einstellung der Lagenstärke.
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Das Filtermedium könnte in Kombination zu mindestens einem partikelfilternden Bereich einen geruchsadsorbierenden Bereich aufweisen. Hierdurch kann das Filterelement als Kombifilter fungieren und einerseits Partikel und andererseits unangenehme Gerüche adsorbieren. Hierdurch kann der Kraftfahrzeuginnenraum von unangenehmen Gerüchen befreit werden.
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Vor diesem Hintergrund könnte der geruchsadsorbierende Bereich des Filtermediums Aktivkohlepartikel oder Flächengebilde aufweisen, die Aktivkohle aufweisen. Die Verwendung von Aktivkohle erlaubt effizient die Filterung unangenehmer Gerüche. Der geruchsadsorbierende Bereich könnte körnige Aktivkohle mit einer Feinheit von 20 × 150 mesh, kugelförmige Aktivkohle oder Flächengebilde aufweisen, die aus Aktivkohlefasern bestehen.
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Die Aktivkohle könnte durch eine Trägerlage aus Polyester mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 aufgenommen sein. Hierdurch ist die Aktivkohle einem bestehenden Lagenverbund separat zuordenbar, ohne dass Aktivkohle unerwünscht in den partikelfilternden Bereich eindringt.
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Das Filtermedium könnte Elektretfasern aufweisen. Die Verwendung von Elektretfasern erlaubt eine Steigerung der Filtereffizienz des Filtermediums, da durch elektrostatische Aufladung Schwebeteilchen aus der Luft auch dann am Filtermedium angelagert werden, wenn andere Abscheidemechanismen wie z. B. Trägheitskräfte oder auch die Abscheidung durch Diffusion der Partikel an die Fasern des Filtermediums weniger effektiv sind.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Filterelements anhand der Zeichnung zu verweisen.
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In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine perspektivische Ansicht eines Deckels, der spritzgusstechnisch angeformte Befestigungsmittel und eine Labyrinthdichtung aufweist,
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2 eine perspektivische Ansicht des Filterelements, bei dem der Deckel an den Rahmen angespritzt ist, und
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3 eine perspektivische Ansicht eines Deckels, der spritzgusstechnisch angeformte Befestigungsmittel und Dichtungsmittel aufweist, die als Erhebungen ausgestaltet sind.
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Ausführung der Erfindung
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2 zeigt ein Filterelement zum Einfügen in ein nicht gezeigtes Filtergehäuse, umfassend einen Faltenbalg 1 aus einem Filtermedium 2, welcher zumindest teilweise von einem Rahmen 3 umgeben ist, und mindestens ein Abschlusselement 4, wobei der Rahmen 3 an den Faltenbalg 1 und an das Abschlusselement 4 angespritzt ist.
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Der Rahmen 3 ist durch Umspritzen der ihm zugewandten Faltenenden 1a am Faltenbalg 1 festgelegt. Nur der Übersichtlichkeit halber ist der Rahmen 3 in 2 auf der linken Seite des Filterelements nicht dargestellt, um die Faltenenden 1a zu zeigen.
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Zumindest auf der dem Faltenbalg 1 zugewandten Seite 4a des Abschlusselements 4 sind Hinterschneidungen 6a, 6b, 6c ausgebildet.
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1 zeigt, dass das Abschlusselement 4 als Deckel ausgebildet ist, der Befestigungsmittel 5 aufweist, die eine Hinterschneidung 5a aufweisen. Die Befestigungsmittel 5 sind als Rastzungen 5a ausgebildet.
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Das Abschlusselement 4 weist Hinterschneidungen 6b auf, die als Dichtungsmittel 7, nämlich als Labyrinthdichtung 7, ausgestaltet sind. Die Labyrinthdichtung 7a ist als umlaufende Nut ausgestaltet, die auf der dem Faltenbalg 1 zugewandten Seite 4a des Abschlusselements 4 ausgebildet ist.
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Die Labyrinthdichtung 7a erlaubt eine dichtende Anlage eines Deckels am Öffnungsrand des nicht gezeigten Filtergehäuses. In die Labyrinthdichtung 7a kann eine Elastomerdichtung eingelegt sein.
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Die Hinterschneidung 6a der Befestigungsmittel 5 ist derart ausgebildet, dass das Abschlusselement 4 durch einen Schiebevorgang aus einer Form entformbar ist. Nach dem Entnehmen des Abschlusselements 4 aus der Form wird dieser um 90° gedreht. Darauf wird der Rahmen 3 gemäß 2 angespritzt.
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Der Rahmen 3 gemäß 2 weist Dichtungsmittel 8 auf, die als angespritzte Dichtlippe 9 ausgestaltet sind.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschlusselements 4, welches spritzgusstechnisch angeformte Befestigungsmittel 5 und Hinterschneidungen 6c aufweist, die als Dichtungsmittel 7 ausgebildet sind. Die Dichtungsmittel 7 sind als Erhebungen 7b ausgestaltet. Vorzugsweise können diese Erhebungen 7b als umlaufende Dichtlippe auf der Seite 4a ausgebildet sein.
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Das Filtermedium 2 des Faltenbalgs 1 weist mindestens eine Lage mit Fasern auf, deren Durchmesser höchstens 10 μm betragen. Dabei weist das Filtermedium 2 mehrere Lagen auf, die einen partikelfilternden Bereich ausbilden. In Kombination zu mindestens einem partikelfiternden Bereich weist das Filtermedium 2 einen geruchsadsorbierenden Bereich auf. Das Filtermedium 2 enthält Aktivkohlepartikel und Elektretfasern. Hierdurch ist das Filterelement als Feinstaubfilterelement zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor ausgewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.
