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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit Nebenstromfilterung, insbesondere zur Verwendung als Ölfilter einer Brennkraftmaschine, sowie ein Filtersystem zur Verwendung eines solchen Filterelements.
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Stand der Technik
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Es sind Ölfiltersysteme bekannt, bei denen ein Ringfilterelement als Hauptstromfilter dient, während eine Zentrifuge als Nebenstromfilter arbeitet. Der von der Zentrifuge gefilterte Nebenstrom fließt dann reinseitig durch einen Auslass des Filtergehäuses in einen Sammelbehälter, vorzugsweise in die Ölwanne der mit der Einrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine. Während das Hauptstromfilter das für den ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine benötigte Schmieröl vergleichsweise grob filtert, kann mit Hilfe der Nebenstromzentrifuge eine relativ feine Filterwirkung erzielt werden.
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Aus der
DE 102 46 151 A1 ist ein Filtersystem bekannt, das mit einem Ringfilterelement arbeitet. Beim Einführen des Ringfilterelementes in das Gehäuse dringt ein beim Einsetzen vorausgehender Zapfen in einen Leerlaufkanal ein, der am Boden des Filtergehäuses ausgebildet ist. Bei eingesetztem Ringfilterelement ist der Leerlaufkanal durch den darin eingesteckten Zapfen dicht verschlossen. In dem Zapfen ist ein Ablaufkanal integriert, durch den im Betrieb eines mit dem Ringfilterelement ausgestatteten Filters Flüssigkeit z. B. von der Reinseite des Ringfilterelements in den jeweiligen Kanal gelangt, in den der Zapfen eingesteckt ist. Auf diese Weise kann eine gezielte Ableitung von Flüssigkeit in denjenigen Kanal durchgeführt werden, der bei herkömmlichen Ringfilterelementen durch den Zapfen verschlossen ist. Durch den Leerlaufkanal kann die im Filterelement verbliebene Flüssigkeit bei Entnahme des Filterelements aus dem Filtergehäuse, beispielsweise beim Wechsel des Filterelements, abfließen, sodass keine Flüssigkeit in die Umgebung gelangt.
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Die
DE 102 46 151 A1 beschreibt weiter eine Ausführungsform, bei welcher das Ringfilterelement als Teil- oder Nebenstromfilter ausgebildet ist oder ein solches umfasst.
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Der Ablaufkanal ist dann hinsichtlich seines Durchströmungswiderstands so dimensioniert, dass ein das Nebenstromfilter durchströmender Nebenstrom auf einen vorbestimmten Volumenstrom begrenzt ist oder auf einen vorbestimmten Anteil an einem aus dem Teil- oder Nebenstrom und einem Hauptstrom gebildeten Gesamtstrom begrenzt ist. Durch die gezielte Dimensionierung des Ablaufkanals erfüllt dieser eine Zusatzfunktion, indem er nicht nur die Ableitung eines Teil- oder Nebenstroms ermöglicht, sondern diesen auch bezüglich seines Volumenstroms begrenzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filterelement zu schaffen, welches eine kompakte und kostengünstige Bauweise für einen Nebenstrombetrieb aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem zur Verwendung eines Filterelements zu schaffen, welches eine kompakte und kostengünstige Bauweise für einen Nebenstrombetrieb aufweist.
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Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Filterelement, welches wenigstens einen ersten Filterkörper umfasst, der von einem zweiten Filterkörper fluiddicht getrennt ist und der in einer axialen Richtung über dem zweiten Filterkörper angeordnet ist, wobei vom ersten Filterkörper ein erster Strömungsabfluss ausgeht und ein zweiter Strömungsabfluss ausgehend von dem zweiten Filterkörper in einer Querrichtung quer zur axialen Richtung außerhalb des ersten Strömungsabflusses angeordnet ist, wobei ein in Querrichtung wirkendes Zentrierelement an einer Endscheibe einer Stirnseite des Filterelements angeordnet ist und mit einer entsprechenden Aufnahme eines Filtergehäuses korrespondiert.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Filterelement vorgeschlagen, welches wenigstens einen ersten Filterkörper umfasst, der von einem zweiten Filterkörper fluiddicht getrennt ist und der in einer axialen Richtung über dem zweiten Filterkörper angeordnet ist, wobei vom ersten Filterkörper ein erster Strömungsabfluss ausgeht und ein zweiter Strömungsabfluss ausgehend von dem zweiten Filterkörper in einer Querrichtung quer zur axialen Richtung außerhalb des ersten Strömungsabflusses angeordnet ist. Dabei ist ein in Querrichtung wirkendes Zentrierelement an einer Endscheibe einer Stirnseite des Filterelements angeordnet und korrespondiert mit einer entsprechenden Aufnahme eines Filtergehäuses. Insbesondere kann der zweite Strömungsabfluss den ersten Strömungsabfluss umgeben.
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Das vorgeschlagene Filterelement besteht aus einem Hauptstromfilter, dem ersten Filterkörper, und einem Nebenstromfilter, dem zweiten Filterkörper, die in axialer Richtung übereinander angeordnet sind. Der Fluidstrom, beispielsweise Öl im Fall eines Ölfilters einer Brennkraftmaschine, der Reinseite des Nebenstromfilters wird so zum Ölsumpf zurückgeführt. In gleicher Weise geschieht, durch die stehende Bauweise des Filterelements begünstigt, die Ölrückführung zum Ölsumpf im Servicefall beim Wechsel des Filterelements. Um eine ordnungsgemäße Durchströmung des Haupt- und Nebenstromfilterkörpers zu gewährleisten, ist es vorteilhaft die Druckunterschiede von Rohseite zur Reinseite von Haupt- bzw. Nebenstromfilter für die unterschiedliche Feinheit der Filter günstig auszulegen, was bedeutet, dass der Querschnitt der Öffnung des Strömungsabflusses zum Ölsumpf auf der Nebenstromfilterseite geeignet auszulegen ist. Der Hauptstromfilter ist für eine relativ grobe Filterung ausgelegt, während der Nebenstromfilter für eine sehr feine Filterung ausgelegt ist. Typische Werte sind beispielsweise ein Durchfluss von etwa 150 l/min auf der Hauptstromfilterseite zu einem Durchfluss von etwa 7 l/min auf der Nebenstromfilterseite. Abhängig von Größe und Einsatzzweck des Filterelements können auch andere Durchflusswerte vorgesehen sein.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in einem hohen Integrationsgrad des Filtersystems, sowie in entsprechender Material- und Kostenersparnis. Da in herkömmlichen Filtersystemen oft Zentrifugen für den Nebenstrombetrieb eingesetzt werden, ist die Einsparung als Ersatz für eine Lösung mit einer Zentrifuge besonders hoch.
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Vorteilhaft kann der zweite Strömungsabfluss innerhalb des Zentrierelements angeordnet sein. Auf diese Weise wird eine effektive Integration des zweiten Strömungsabflusses ohne zusätzliche Leitungsführung in dem Filterelement bewirkt. Auch sind dadurch die Funktionen Zentrierung des Filterelements beim Einbau in das Filtersystem und Führung des zweiten Strömungsabflusses in den entsprechenden Auslass aus dem Filtersystem zusammengelegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Querrichtung eine Richtung radial-senkrecht zur axialen Richtung umfassen. Dies ist der Fall, wenn das Zentrierelement und damit der zweite Strömungsabfluss radial außerhalb des ersten Strömungsabflusses angeordnet sind, beispielsweise in einer ringförmigen Anordnung, sodass das Filterelement dadurch radialsymmetrisch ausgebildet ist und keine Vorzugsrichtung beim Einbau in das Filtergehäuse aufweist, was für die Montage beim Wechsel des Filterelements von Vorteil ist.
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Günstigerweise kann dabei das Zentrierelement durch zwei ineinander geschachtelte Rohrabschnitte gebildet werden. Auf diese Weise lässt sich der zweite Strömungsabfluss günstig zwischen den beiden Rohrabschnitten anbringen und integrieren und die gesamte Anordnung ist für die Montage günstig radialsymmetrisch ausgelegt.
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Vorteilhaft können Wände der beiden Rohrabschnitte durch Stege miteinander verbunden sein. Dadurch können die beiden Rohrabschnitte geeignet versteift werden, was die Ausführung als Zentrierelement, auf das bei der Montage des Filterelements in dem Filtergehäuse sowie im Betrieb des Filtersystems unter Vibrationen durchaus Kräfte einwirken können, besonders begünstigt. Auch kann durch die Stege eine Strömungsführung des ausströmenden Fluids geeignet beeinflusst, beispielsweise gedrosselt, werden.
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In einer günstigen Ausgestaltung kann das Zentrierelement eine in radialer Richtung doppeltkonzentrische Abdichtung zum Filtergehäuse umfassen. Dies stellt eine weitere Integration von Funktionselementen in das Filterelement dar. Durch die doppeltkonzentrische Abdichtung sind die Ausrichtung und Führung des Filterelements im Filtergehäuse sowie die nötige Abdichtung in einem Funktionselement integriert, was wiederum die Montage des Filterelements und die Zuverlässigkeit des Filtersystems günstig beeinflusst.
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Vorteilhaft kann die doppelkonzentrische Abdichtung wenigstens eine von einer in radialer Richtung nach außen angeordnete Dichtung sowie einer in radialer Richtung nach innen angeordnete Dichtung umfassen. Durch die doppelte Abdichtung auf der Innenseite des Zentrierelements als auch auf der Außenseite ist gewährleistet, dass die Reinseite zuverlässig von der Rohseite des Filtersystems getrennt ist und dass weiter der erste Strömungsabfluss des Hauptstromfilterkörpers von dem zweiten Strömungsabfluss des Nebenstromfilterkörpers zuverlässig getrennt ist. Die beiden Dichtungen können an die Wände der Rohrabschnitte angespritzt sein, oder sie können aus O-Ringen gebildet sein.
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Günstigerweise kann in dem zweiten Strömungsabfluss eine Drosselstelle angeordnet sein. Um die Druckverhältnisse günstig einzustellen sowie die Filterwirkung von Haupt- und Nebenstromfilter geeignet zu wählen, ist es vorteilhaft, in den zweiten Strömungsabfluss der Nebenstromfilterung eine Drossel einzubauen und so die Strömungsgeschwindigkeit des gefilterten Fluids zu verringern, da die Nebenstromfilterung die Feinfilterung darstellt. Typischerweise reicht beim Einsatz als Ölfilter einer Brennkraftmaschine eine Öffnung von 2–2,5 mm Öffnung aus, um einen Durchfluss von 7 l/min zu gewährleisten.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn dabei der zweite Strömungsabfluss eine Drosselstelle bildet oder aufweist. Auf diese Weise ist kein zusätzliches Element nötig, um eine Drossel darzustellen, die eventuell zusätzlich angebracht werden müsste.
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Der Vorteil beim Einbau einer Drosselstelle in den zweiten Strömungsabfluss oder die Ausbildung des zweiten Strömungsabflusses als Drosselstelle besteht darin, dass, dadurch, dass die Drosselstelle im Filterelement angeordnet ist, beim Herausziehen des Filterelements die volle Querschnittsfläche der Aufnahme des zweiten Strömungsabflusses zum Ablaufen des Fluids zur Verfügung steht.
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Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filtersystem, das ein Filtergehäuse, einen am Filtergehäuse angeordneten Einlass zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Öl, einen ersten und einen zweiten am Filtergehäuse angeordneten Auslass zur Ableitung des gefilterten Fluids, sowie wenigstens ein auswechselbares Filterelement umfasst, das zwischen dem Einlass und den beiden Auslässen angeordnet ist und eine Rohseite des Filtersystems gegen eine Reinseite des Filtersystems trennt, und welches wenigstens einen ersten Filterkörper umfasst, der von einem zweiten Filterkörper fluiddicht getrennt ist und der in einer axialen Richtung über dem zweiten Filterkörper angeordnet ist. Dabei geht vom ersten Filterkörper ein erster Strömungsabfluss aus und mündet in einen ersten Auslass, wobei ein zweiter Strömungsabfluss ausgehend von dem zweiten Filterkörper in einer Querrichtung quer zur axialen Richtung außerhalb des ersten Strömungsabflusses angeordnet ist und in den zweiten Auslass mündet. Weiter ist ein in Querrichtung wirkendes Zentrierelement an einer Endscheibe einer Stirnseite des Filterelements angeordnet und korrespondiert mit einer entsprechenden Aufnahme eines Filtergehäuses. Ein solches Filtersystem gewährleistet eine effektive Filterung eines Fluids in Haupt- und Nebenstromfilterbetrieb bei einer gleichzeitig möglichst kompakten und kostengünstigen Bauweise.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Querrichtung eine Richtung radial-senkrecht zur axialen Richtung umfassen. Dies ist der Fall, wenn das Zentrierelement des Filterelements und damit der zweite Strömungsabfluss radial außerhalb des ersten Strömungsabflusses angeordnet sind, beispielsweise in einer ringförmigen Anordnung, sodass das Filterelement dadurch radialsymmetrisch ausgebildet ist und keine Vorzugsrichtung beim Einbau in das Filtergehäuse aufweist, was für die Montage beim Wechsel des Filterelements von Vorteil ist.
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Vorteilhaft kann der zweite Filterkörper als Nebenstromfilter ausgebildet sein und damit einen im Stand der Technik häufig verbreiteten Einsatz von Zentrifugen für den Nebenstrombetrieb umgehen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das beschriebene Filtersystem als Ölfilter, insbesondere als Ölfilter einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Filterelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Filterelements mit Blick auf ein Zentrierelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 einen Längsschnitt eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 eine Detailansicht des Längsschnitts nach 3 mit Fokus auf das Zentrierelement; und
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5 eine Außenansicht eines Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filterelements 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filterelement 10 umfasst einen ersten Filterkörper 12, der als Hohlzylinder ausgeführt ist und der von einem zweiten Filterkörper 14 fluiddicht getrennt ist und der weiter in einer axialen Richtung L über dem zweiten Filterkörper 14 angeordnet ist. Auch der zweite Filterkörper 14 ist als Hohlzylinder ausgeführt. Vom ersten Filterkörper 12 geht ein erster Strömungsabfluss 24 aus, der zentral im Innern des Hohlzylinders ausgeführt ist. Ein zweiter Strömungsabfluss 26 ausgehend von dem zweiten Filterkörper 14 ist in einer Querrichtung Q quer zur axialen Richtung L außerhalb des ersten Strömungsabflusses 24 angeordnet. Ein in Querrichtung Q wirkendes Zentrierelement 20 ist an einer Endscheibe 16 einer Stirnseite 15 des Filterelements angeordnet und korrespondiert mit einer entsprechenden Aufnahme 110 eines Filtergehäuses 108.
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Der zweite Strömungsabfluss 26 ist innerhalb des Zentrierelements 20 angeordnet. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Querrichtung Q eine Richtung radial-senkrecht zur axialen Richtung L, sodass das Zentrierelement 20 wie auch der zweite Strömungsabfluss 26 in radialsymmetrischer Anordnung ringförmig um die Längsachse L ausgeführt sind. Das Zentrierelement 20 wird dabei durch zwei ineinander geschachtelte Rohrabschnitte 28, 30 gebildet, wobei die Wände 32, 34 der beiden Rohrabschnitte 28, 30 durch Stege 36 miteinander verbunden sind. Das Zentrierelement 20 umfasst weiter eine in radialer Richtung doppeltkonzentrische Abdichtung 22 zum Filtergehäuse 108. Die doppelkonzentrische Abdichtung 22 umfasst eine in radialer Richtung nach außen angeordnete Dichtung 60 sowie eine in radialer Richtung nach innen angeordnete Dichtung 62.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Filterelements 10 aus 1 mit Blick auf das Zentrierelement 20. Im Inneren des Filterelements 10 ist ein Stützrohr 38 zu erkennen, welches eine Aussteifung des ersten Filterkörpers 12 bewirkt. Weiter ist die Versteifung des Zentrierelements 20 durch die Stege 36, welche beide Wände 32, 34 des aus zwei Rohrabschnitten 28, 30 gebildeten Zentrierelements 20 verbinden, deutlich zu sehen. Auch ist der zweite Strömungsabfluss 26 zwischen den beiden Wänden 32, 34 zu sehen.
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In 3 ist ein Längsschnitt eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Filtersystem 100 umfasst ein Filtergehäuse 108, einen am Filtergehäuse 108 angeordneten Einlass 102 zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Öl, einen ersten und einen zweiten am Filtergehäuse 108 angeordneten Auslass 104, 106 zur Ableitung des gefilterten Fluids, sowie ein auswechselbares Filterelement 10, das zwischen dem Einlass 102 und den beiden Auslässen 104, 106 angeordnet ist und eine Rohseite 52 des Filtersystems gegen eine Reinseite 50 des Filtersystems trennt. Das Filtergehäuse 108 ist über ein Gewinde 118 mit einem Deckel 114 abgeschlossen, sodass bei einem Filterelementwechsel das Gehäuse leicht zu öffnen ist. Das Filterelement 10 umfasst einen ersten Filterkörper 12, der von einem zweiten Filterkörper 14 fluiddicht getrennt ist und der in einer axialen Richtung L über dem zweiten Filterkörper 14 angeordnet ist. Dabei geht vom ersten Filterkörper 12 ein erster Strömungsabfluss 24 aus und mündet in einen ersten Auslass 104. Ein zweiter Strömungsabfluss 26 ausgehend von dem zweiten Filterkörper 14 ist in einer Querrichtung Q quer zur axialen Richtung L außerhalb des ersten Strömungsabflusses 24 angeordnet und mündet in den zweiten Auslass 106. Ein in Querrichtung wirkendes Zentrierelement 20 ist an einer Endscheibe 16 einer Stirnseite 15 des Filterelements angeordnet und korrespondiert mit einer entsprechenden Aufnahme 110 eines Filtergehäuses 108. In 3 ist auch die Strömungsrichtung 40 für den Hauptstromfilterbetrieb, die von der Rohseite 52 durch den ersten Filterkörper 12 und das Stützrohr 38 auf die Reinseite 50 in den Innenraum des ersten Filterkörpers 12 führt. Danach führt die Strömungsrichtung 40 durch den ersten Strömungsabfluss 24 in den Auslass 104 des Filtersystems. Die Strömungsrichtung 42 für den Nebenstromfilterbetrieb führt dagegen ebenfalls von der Rohseite 52 durch den zweiten Filterkörper 14 und auf der Innenseite des Filterkörpers 14 durch den zweiten Strömungsabfluss 26 in den zweiten Auslass 106. In der radialsymmetrischen Anordnung, bei der die Querrichtung Q eine Richtung radial-senkrecht zur axialen Richtung L umfasst, umgreift der zweite Strömungsabfluss 26 den ersten Strömungsabfluss 24 in Form eines Hohlzylinders und mündet in das ringförmige Zentrierelement 20. Beim Wechsel des Filterelements 10 wird der Deckel 114 des Filtersystems 100 über das Gewinde 118 aufgeschraubt, der Deckel 114 abgenommen und das Filterelement 10 in axialer Richtung L nach oben abgezogen. Das Zentrierelement 20 mit dem zweiten Strömungsablauf 26 bleibt dabei zunächst im Eingriff in der Aufnahme 110, sodass das im Filterelement 10 verbliebene Fluid durch den zweiten Strömungsablauf 26 in den zweiten Auslass 106 und damit beispielsweise in den Ölsumpf zurück abfließen kann.
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Das Filtersystems 100 kann in der gezeigten Ausgestaltung als Ölfilter, insbesondere als Ölfilter einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
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4 zeigt eine Detailansicht des Längsschnitts nach 3 mit Fokus auf das Zentrierelement 20. Hier sind die Details des Zentrierelements 20 mit den beiden Wänden 32, 34 der beiden Rohrabschnitte 28, 30, aus denen das Zentrierelement 20 gebildet ist und welche den zweiten Strömungsabfluss 26 umgreifen, zu erkennen. An der in radialer Richtung Q innen liegenden Seite der Wand 34 ist eine Dichtung 62 der doppeltkonzentrischen Abdichtung 22 angeordnet, während an der in radialer Richtung Q außen liegenden Seite der Wand 32 eine Dichtung 60 der doppeltkonzentrischen Abdichtung 22 angeordnet ist. Im freien Querschnitt des zweiten Strömungsabflusses 26 ist eine Drosselstelle 64 angebracht, welche den Abfluss des im Nebenstromfilterbetrieb durch den zweiten Filterkörper 14 gefilterten Fluids auf geeignete Weise in der Strömungsgeschwindigkeit drosselt. Alternativ kann der zweite Strömungsabfluss 26 selbst eine Drosselstelle 64 bilden oder aufweisen.
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In 5 ist eine Außenansicht eines Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Filtergehäuse 108 ist über das Gewinde 118, das, da innenliegend, in 5 nicht zu sehen ist, mit einem Deckel 114 abgeschlossen. Dadurch lässt sich das Filtergehäuse 108 beispielsweise zum Wechsel des Filterelements 10 öffnen. Weiter sind der Einlass 102 für den Zufluss des zu filternden Fluids und die beiden Auslässe 104 und 106 für den Abfluss des gefilterten Fluids aus dem Hauptstromfilter, bzw. dem Nebenstromfilter dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10246151 A1 [0003, 0004]
