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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einem Filtergehäuse, in dem ein Filterelement angeordnet ist, wobei das Filterelement ein insbesondere sternförmig gefaltetes Filtermedium in koaxialer Form aufweist und mindestens an einer Stirnseite des Filtermediums ein Endkörper angeordnet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Filterelement eines Filtersystems zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere einer Brennkraftmaschine, das in einem Filtergehäuse angeordnet werden kann und das ein insbesondere sternförmig gefaltetes Filtermedium in koaxialer Form aufweist, wobei mindestens an einer Stirnseite des Filtermediums ein Endkörper angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Marktbekannte Filtersysteme dieser Art werden bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und Industriemotoren zu Filtrierung von flüssigen und gasförmigen Fluiden, vorzugsweise Luft, Öl, Kraftstoff und Wasser, eingesetzt. Bei der Herstellung von bekannten Filterelementen wird dabei das Filtermedium, bevorzugt Filterpapier, sternförmig gefaltet, in koaxiale Form gebracht und seine umfangsseitigen Ränder miteinander verbunden. Umfangreiche Tests haben ergeben, dass die Orientierung des Filterelements in dem Filtergehäuse die Strömung des Fluides im Filtergehäuse und so die Funktion des Filtersystems beeinflusst. Oft ist es jedoch erforderlich, dass die Fluidströmung reproduzierbar ist. Insbesondere bei der Messung von Luftströmungen mittels eines Heißluft-Massenmessers (HFM), der in einem Luftaustrittsstutzen des Filtergehäuses eines Luftfiltersystems angeordnet sein kann, hat die Orientierung des Filterelements einen starken Einfluss auf die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtersystem und ein Filterelement der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass die Lage des Filterelements in dem Filtergehäuse definiert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erstes Element einer Positionierungseinrichtung mit dem Endkörper des Filterelements fest verbunden ist und ein zweites Element der Positionierungseinrichtung mit dem Filtergehäuse fest verbunden ist und das erste Element und das zweite Element so ausgestaltet sind, dass sie zum Einbau des Filterelements in das Filtergehäuse ineinandergesteckt werden müssen, wobei das erste Element und das zweite Element so aneinander angepasst sind, dass sie in nur einer Weise ineinandergesteckt werden können, die die Orientierung des Filterelements in dem Filtergehäuse eindeutig vorgibt.
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Erfindungsgemäß weisen also das Filterelement und das Filtergehäuse jeweils ein Element einer Positionierungseinrichtung auf, die beim Einbau des Filterelements aufgrund ihrer besonderen Anordnung zwangsläufig zusammenwirken müssen und mit denen das Filterelement beim Einstecken in das Filtergehäuse einfach definiert ausgerichtet wird. Die beiden Elemente wirken nach dem Schlüssel-Schlossprinzip zusammen und verhindern, dass das Filterelement in der falschen Orientierung eingebaut wird. Ebenso wird so verhindert, dass ein falsches Filterelement, welches nicht das erforderliche Element der Positionierungseinrichtung aufweist, in das Filtergehäuse eingebaut werden kann. Das Verbinden der beiden Elemente erfolgt einfach im gleichen Arbeitsgang wie das Einstecken des Filterelements in das Filtergehäuse.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Positionierungseinrichtung die Orientierung des Filterelements bezüglich der Fluidströmung im Filtergehäuse vorgeben, so dass in dem Filtersystem nach dem Einbau des Filterelements reproduzierbare Fluidströmungsverhältnisse vorliegen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das erste Element ein Steckelement aufweisen, das sich axial zu einer virtuellen Achse des Filterelements an der Außenseite des Endkörpers erstreckt und bezüglich der Achse asymmetrisch ist, und das zweite Element kann ein Aufnahmeelement aufweisen, in das das Steckelement beim Einbau des Filterelements formschlüssig eingebracht werden kann, insbesondere kann das erste Element ein Steckelement mit wenigstens einem exzentrischen Spalt aufweisen, der sich in axialer Richtung erstreckt, und das zweite Element kann ein Aufnahmeelement mit wenigstens einer Positionierungsleiste aufweisen, die geeignet ist, in den Spalt einzugreifen. Derartige erste und zweite Elemente können einfach insbesondere aus Kunststoff hergestellt werden. Es handelt sich um stabile Körper, die einfach ineinander gesteckt werden können. Die asymmetrische Form gibt dabei die Lage der Elemente zueinander eindeutig vor.
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Um das Ineinanderstecken der beiden Elemente zu vereinfachen, können vorteilhafterweise das erste Element und/oder das zweite Element an einer dem jeweils anderen Element zugewandten Seite konisch sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eines der Elemente an einer dem anderen Element zugewandten Seite wenigstens eine sich in axialer Richtung erstreckende Rippe aufweisen, die an einer entsprechenden Gegenseite des anderen Elements anliegt. Mit der wenigstens einen Rippe wird die Genauigkeit bei der Vorgabe der Lage des Filterelements im Filtergehäuse erhöht.
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Um Zustandsgrößen wie insbesondere Druck, Strömungsgeschwindigkeit und/oder Temperatur des Fluides während des Betriebs einfach zu ermitteln, kann bei weiteren vorteilhaften Ausführungsform ein Sensor, insbesondere ein Heißfilm-Luftmassenmesser, vorgesehen sein, der von dem Fluid angeströmt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, dass ein erstes Element einer Positionierungseinrichtung mit dem Endkörper des Filterelements fest verbunden ist und das erste Element so an ein zweites Element der Positionierungseinrichtung, das mit dem Filtergehäuse fest verbunden ist, angepasst ist, dass das erste Element und das zweite Element zum Einbau des Filterelements in das Filtergehäuse ineinandergesteckt werden können, wobei das erste Element und das zweite Element in nur einer Weise ineinandergesteckt werden können, die die Orientierung des Filterelements in dem Filtergehäuse eindeutig vorgibt. Die Vorteile des Filterelements ergeben sich aus den oben erläuterten Vorteilen des Filtersystems entsprechend.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen
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1 schematisch einen Schnitt eines Luftfiltersystems mit einem Filterelement, das mittels einer Positionierungseinrichtung in einer definierten Lage in einem Filtergehäuse angeordnet ist;
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2 schematisch in der Draufsicht ein gehäuseseitiges Aufnahmeelement der Positionierungseinrichtung aus der 1;
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3 schematisch eine isometrische Detail-Darstellung des aufgeschnittenen Filtersystems aus den 1 und 2 im Bereich des Aufnahmeelements in einer frühen Einbauphase des Filterelements;
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4 schematisch die Detail-Darstellung des aufgeschnittenen Filtersystems aus der 3 in der Draufsicht;
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5 bis 8 schematisch das Luftfiltersystem aus den 1 bis 4 im Bereich der Positionierungseinrichtung in unterschiedlichen Einbauphasen;
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9 schematisch einen Schnitt eines Luftfiltersystems mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Positionierungseinrichtung, welche zu der Positionierungseinrichtung aus den 1 bis 8 ähnlich ist, wobei ein Steckelement der Positionierungseinrichtung zusätzlich vier axial verlaufende Rippen aufweist;
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10 das Luftfiltersystem aus der 9 in isometrischer Darstellung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Filtersystem 10 zur Filtrierung von Ansaugluft einer Brennkraftmaschine dargestellt. Das Filtersystem 10 umfasst ein Filtergehäuse 12 mit einem Gehäusetopf 14, in der 1 unten, der mit einem Deckel 16 dicht verschlossen ist. Der Deckel 16 ist in hier nicht weiter interessierender Weise lösbar mit dem Gehäusetopf 14 verbunden. Der Gehäusetopf 14 weist einen in der 1 nicht gezeigten Einlass auf. Der Einlass ist mit einem radial äußeren Einlassbereich 18 des Gehäusetopfs 14 verbunden. Über den Einlass und den Einlassbereich 18 wird die zu reinigende Luft zugeführt. Der Deckel 16 verfügt über einen Auslassstutzen 19, über den die gereinigte Luft abgeführt wird.
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In dem Filtergehäuse 12 ist ein Filterelement 20 angeordnet. Das Filterelement 20 weist ein sternförmig gefaltetes, insgesamt zylindrisches Filtermedium 22 aus Filterpapier auf. Das Filtermedium 22 ist umfangsseitige geschlossen.
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Im Innenraum des Filtermediums 22 ist ein koaxiales Mittelrohr 26 angeordnet. Das Mittelrohr 26 weist vier gleichmäßig verteilte, axial zum Filtermedium 22 verlaufende Axialrippen auf. Die Axialrippen sind über eine Mehrzahl von ringförmigen Umfangsrippen einstückig miteinander verbunden. An den Axialrippen und den Umfangsrippen kann die gereinigte Luft vorbei strömen.
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An beiden Stirnseiten des Mittelrohrs 26 ist jeweils eine Endscheibe 32 beziehungsweise 34 angeordnet, welche die Stirnseiten des Filtermediums 22 abdecken. Die Stirnseiten des Filtermediums 22 und die. Endscheiben 32 und 34 sind mit Polyurethan(PUR)-Schaum dicht vergossen.
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Die auslassseitige Endscheibe 32, in den 1 oben, weist eine zur Symmetrieachse 40 des Filtermediums 22 koaxiale Öffnung 42 auf. Die zu reinigende Luft strömt vom Einlassbereich 18 durch das Filterelement 20 hindurch und gereinigt über den Auslassstutzen 19 zu der Brennkraftmaschine. Wenn im folgenden von ”axial” oder ”ihr” Rede ist, bezieht sich dies bei montiertem Filtersystems 10 auf die Symmetrieachse 40. Entsprechendes gilt für die einzelnen Bauteile in demontiertem Zustand. In Richtung der Symmetrieachse 40 erfolgt auch das Einstecken des Filterelements 20 in den Filtertopf 14.
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Die einlassseitige Endscheibe 34 ist in ihrem Zentrum im Bereich des Innenraums des Filtermediums 22 geschlossen. An der dem Innenraum des Filtermediums 22 abgewandten Außenseite der Endscheibe 34 ist ein Steckelement 36 einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 38 bezeichneten Positionierungseinrichtung angeformt, die der Ausrichtung des Filtermediums 22 im Filtergehäuse 12 dient. Das Steckelement 36 erstreckt sich axial zur Symmetrieachse 40. Das Steckelement 36 hat etwa die Form eines zur Achse 40 koaxialen Zylinders. Der Zylinder ist mit einem zur Achse 40 exzentrisch verlaufenden Spalt 42, der sich in axialer Richtung erstreckt, in zwei ungleiche Teile geteilt. Insgesamt ist das Steckelement 36 bezüglich der Achse 40 des Filterelements 20 asymmetrisch. Der im Ausführungsbeispiel kleinere, beim Einbau mit einem Aufnahmekanalteil 44a eines weiter unten beschriebenen Aufnahmeelements 44 korrespondierende Teil des Steckelements 36 wird im folgenden als ”Kanalsteckteil 36a” zeichnet. Der andere Teil wird als ”Hauptsteckteil 36b” zeichnet.
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Das Steckelement 36 ist im Bereich seiner freien Stirnseite konisch. Das so realisierte Spiel, in der 4 angedeutet durch den Doppelpfeil 45, zwischen der radial äußeren Umfangsfläche des Steckelements 36 und einer radial inneren Umfangsfläche eines Aufnahmebechers 44c des Aufnahmeelements 44 erleichtert beim Einbau des Filterelements 20 das Auffinden der richtigen Orientierung.
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An der radial äußeren Umfangsseite des Hauptsteckteils 36b sind vier Rippen 46 angeformt, die sich in axialer Richtung nahezu über die gesamte axiale Ausdehnung des Hauptsteckteils 36b erstrecken. Entsprechend ist an der radial äußeren Umfangsseite des Kanalsteckteils 36a eine axial verlaufende Rippe 48 angeformt.
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Ferner sind an der Außenseite des Hauptsteckteils 36b neben dem Spalt 42 zwei Haupt-Positionierungsflügel 50 angeordnet. Die Haupt-Positionierungsflügel 50 erstrecken sich in einer zum Spalt 42 parallelen Ebene auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptsteckteils 36b. Die Haupt-Positionierungsflügel 50 sind auf der der freien Stirnseite des Hauptsteckteils 36b zugewandten Seite abgeschrägt. An der Außenseite des Kanalsteckteils 36a sind neben dem Spalt 42 zwei Kanal-Positionierungsflügel 52 angeordnet, die sich parallel zu den Haupt-Positionierungsflügel 50 erstrecken.
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Ein insgesamt bezüglich der Symmetrieachse 40 asymmetrisches Aufnahmeelement 44 der Positionierungseinrichtung 38 ist in den 2 bis 8 im Detail gezeigt. Das Aufnahmeelement 44 umfasst einen Aufnahmebecher 44c, der in einem Podest an der Innenseite des Bodens des Filtertopfs 14 realisiert ist. Der Aufnahmebecher 44c ist koaxial zur Symmetrieachse 40 des Filterelements 20. Das Podest ist durch einen Wasserablaufkanal 54 in zwei ungleiche Teile geteilt. Der im folgenden als ”Aufnahmekanalteil 44a” des Aufnahmebechers bezeichnete Teil bildet den Wasserablaufkanal 54 mit. Der andere, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel größere Teil, wird im folgenden ”Hauptaufnahmeteil 44b” genannt.
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Der Wasserablaufkanal 54 erstreckt sich in axialer Richtung über die gesamte Ausdehnung des Podestes. Er verläuft gerade und exzentrisch zur Symmetrieachse 40 durch den Aufnahmebecher 44c und unterbricht dessen Wand an zwei Stellen. Der Boden des Aufnahmebechers 44c weist im Aufnahmekanalteil 44a eine Wasserablauföffnung 56 auf. Die Wasserablauföffnung 56 führt durch den Boden des Filtertopfs 14 hindurch. Die Wand des Aufnahmebechers 44c überragt in axialer Richtung die Stirnseite des Podestes.
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Zwei innere Positionierungsleisten 58a der Positionierungseinrichtung 38 sind im Inneren des Aufnahmebechers 44c angeordnet. Die inneren Positionierungsleisten 58a liegen in einer zur Symmetrieachse 40 parallelen exzentrischen Ebene und erstrecken sich zum Inneren des Aufnahmebechers 44c hin.
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An ihren bezüglich der Symmetrieachse 40 radial äußeren Seiten sind die inneren Positionierungsleisten 58c jeweils zweifach rechtwinklig gebogen und gehen radial außerhalb der Wand des Aufnahmebechers 44c einstückig in die Symmetrieachse 40 zugewandte innere Wand des Wasserab-laufkanals 54 über. Dort bilden sie jeweils eine im Schnitt U-förmige Flügelaufnahme 60 für die Haupt-Positionierungsflügel 50 des Steckelements 36.
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In axialer Richtung erstrecken sich die inneren Positionierungsleisten 58a vom Boden des Aufnahmebechers 44c bis zu dessen Rand. Die Konturen des Aufnahmebechers 44c gehen in die Konturen der inneren Positionierungsleisten 58a über. Die Flügelaufnahmen 60 werden jeweils von der inneren Wand des Wasserablaufkanals 54 und der jeweiligen inneren Positionierungsleiste 58a begrenzt. Die Flügelaufnahmen 60 erstrecken sich parallel zum Wasserablaufkanal 54 an gegenüberliegenden Außenseiten des Hauptaufnahmeteils 44b.
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Die der Symmetrieachse 40 abgewandte äußere Wand des Wasserablaufkanals 54 geht formschlüssig in zwei äußere Positionierungsleisten 58b über. Die äußeren Positionierungsleisten 58b verlaufen parallel zu den inneren Positionierungsleisten 58a. Die äußeren Positionierungsleisten 58b schließen sich an gegenüberliegenden Seiten einstückig an den dortigen Abschnitt des Aufnahmebechers 44c an.
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Das Steckelement 36 und das Aufnahmeelement 44 müssen zum Einbau des Filterelements 20 in den Filtertopf 14 formschlüssig ineinandergesteckt werden. In den 5 bis 8 ist das Einstecken des Steckelements 36 in vier aufeinanderfolgenden Phasen gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen wurde dort auf die Darstellung des Filtermediums 22 und der Endscheibe 34 verzichtet. Das Steckelement 36 und das Aufnahmeelement 44 sind so aneinander angepasst, dass sie in nur einer Weise ineinandergesteckt werden können, die die Orientierung des Filterelements 20 in dem Filtergehäuse 12 und damit auch bezüglich der Fluidströmung eindeutig vorgibt. Bei eingebautem Filterelement 20 greifen die Kanal-Positionierungsflügel 52 in den Wasserablaufkanal 54 und die Haupt-Positionierungsflügel 50 in die Flügelaufnahmen 60 des Aufnahmeelements 44 formschlüssig ein. Die inneren Positionierungsleisten 58a greifen im korrekt montierten Zustand des Filterelements 20 formschlüssig in den Spalt 42 des Steckelements 36 ein. Die Außenwände des Steckelements 36 liegen dann Innenwänden des Aufnahmeelements 44 an.
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Im Auslassstutzen 19 ist ein Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM 62) angeordnet ist, der von der gereinigten Luft angeströmt wird. Durch die eindeutige Positionierung des Filterelements 20 im Filtergehäuse 12 kann die Strömungsgeschwindigkeit der Luft mit dem HFM 62 reproduzierbar bestimmt werden.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in den 9 und 10, sind diejenigen Elemente, die zu denen des ersten, in den 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsbeispiels ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von ersten dadurch, dass ein ansonsten zu dem Steckelement 36 ähnliches Steckelement 136 an seinen einen Spalt 142 begrenzenden Wänden jeweils zwei zusätzliche Rippen 164a und 164b aufweist, die sich in axialer Richtung erstrecken. Die Rippen 164a eines Kanalsteckteils 136a des Steckelements 136 sind bezüglich der Symmetrieachse 40 radial weiter außen angeordnet als die Rippen 164b eines Hauptsteckteils 136b. Bei eingebautem Filterelement 20 liegen an jeder der inneren Positionierungsleisten 58a des Aufnahmeelements 46 jeweils eine der zusätzlichen Rippen 164a des Kanalsteckteils 136a und eine der Rippen 164b des Hauptsteckteils 136b an gegenüberliegenden Seiten an.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Filtersystems 10 sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Filtersysteme 10 für Ansaugluft einer Brennkraftmaschine. Vielmehr kann sie auch bei Filtersystemen zur Filtrierung von andersartigen flüssigen oder gasförmigen Fluiden, beispielsweise Öl, Kraftstoff, Wasser oder Druckluft, eingesetzt werden. Die Filtersysteme sind auch nicht beschränkt auf Brennkraftmaschinen.
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Zusätzlich oder anstelle des Steckelements 36; 136 kann auch das Aufnahmeelement 44 an seinem dem Steckelement 36; 136 zugewandten Rand konisch sein.
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Das Filtermedium 22 kann auch in anderer als sternförmiger Weise gefaltet sein. Es kann sich auch um ein lediglich zylinderförmig gebogenes Filtermedium handeln, dessen umfangsseitigen Ränder verbunden sind.
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Statt Filterpapier kann auch ein andersartiges Filtermedium, beispielsweise ein Vlies, verwendet werden.
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Statt der beiden Endscheiben 32 und 34 kann auch nur an einer Stirnseite des Filterelements 20 eine Endscheibe vorgesehen sein. Es können auch andersartige Endkörper verwendet werden. Die Endkörper können auch lediglich durch den PUR-Schaum oder einen anderen Klebe- und/oder Dichtstoff gebildet sein. Einer der Endkörper kann auch aus dem Steckelement zumindest mit gebildet sein oder auch nur aus diesem bestehen.
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Statt mit PUR-Schaum 38 können die Stirnseiten des Filtermediums 22 auch mit einem andersartigen Kleb- oder Gußmaterial verklebt oder vergossen sein.
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Statt oder zusätzlich zu dem HFM 62 kann auch ein andersartiger Sensor, beispielsweise ein Druck- oder Temperatursensor, mit gereinigter Luft anströmbar im Filtergehäuse 12, insbesondere im Auslassstutzen 19, angeordnet sein.
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Das Filtermedium 22 kann statt einer insgesamt zylindrischen auch die Form eines anderen koaxialen Rotationskörpers haben. Es kann auch kegelstumpfförmig sein.
