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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Filter, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Filterung eines Fluids, insbesondere von Luft.
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Stand der Technik
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Insbesondere bei Bau- und Landmaschinen gewinnt die Motorluftfiltration zunehmend an Bedeutung. Zum einen werden immer leistungsfähigere Luftfilter eingesetzt, da höhere Motorleistungen und strengere Emissionsrichtlinien einen erhöhten Luftdurchsatz durch den Motor erfordern. Zum anderen vergrößert sich die Anzahl an Baugruppen, die standardmäßig verbaut werden, wie etwa Klimaanlagen. Dies verringert den zur Verfügung stehenden Bauraum im Fahrzeug. Schließlich besteht das Bestreben, Fahrzeuge kleiner und leichter zu gestalten, was ebenfalls zu Lasten des zur Verfügung stehenden Bauraums geht.
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Aus der
DE 20 2008 015 440 U1 ist ein runder Luftfilter mit einem ringförmig geschlossenen Hauptfilterelement und einem von dem Hauptfilterelement umschlossenen, ringförmig geschlossenen Sekundärfilterelement bekannt. Aus der
US 7 314 558 B1 ist ein gefalteter Panelfilter mit gewinkelten, längsdurchströmten Faltenkanälen bekannt. Für den Einsatz in Fahrzeugen, die wenig Bauraum für Filtrationszwecke bieten, werden im Allgemeinen sogenannte Kompaktluftfilter mit wechselseitig verschlossenen Kanälen eingesetzt, die geradlinig durchströmbar sind, wie beispielsweise in der
US2004221555A1 gezeigt. Dies bedeutet, dass die Anströmrichtung und die Abströmrichtung parallel verlaufen und im Wesentlichen miteinander fluchten. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass abwechselnd gewellte und glatte Lagen aus Filtermedium aufeinanderliegen und die dadurch gebildeten Strömungskanäle abwechselnd am einen und am anderen Ende verschlossen sind, so dass das zu reinigende Medium innerhalb des Filterkörpers durch eine Lage Filtermedium von einem Kanal in einen benachbarten Kanal strömen muss. Oftmals muss die aus dem Luftfilter abströmende Luft je nach Anwendungsfall nach dem Durchströmen des Filters umgelenkt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Rohrkrümmer dem Filtergehäuse nachgeschaltet sein. Derartige nachgeschaltete Bauteile erhöhen jedoch wiederum den Bauraumbedarf der gesamten Anordnung.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Filter, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Filterung eines Fluids, insbesondere von Luft, anzugeben, der bei vergleichbarer Filterleistung weniger Bauraum beansprucht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch einen Filter gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Filter, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Filterung eines Fluids, insbesondere für Luft, weist ein Filtergehäuse mit einer Anströmöffnung auf, die sich in einem rohseitigen Bereich befindet. Die Anströmöffnung definiert eine Hauptanströmungsrichtung des Filtergehäuses. Ferner weist das Filtergehäuse eine Abströmöffnung auf, die sich an einem reinseitigen Bereich des Filtergehäuses befindet. Das Filtergehäuse weist weiter eine Gehäusedichtfläche zur Trennung des reinseitigen Bereichs und des rohseitigen Bereichs auf. Die Gehäusedichtfläche schließt mit der Hauptanströmungsrichtung der Anströmöffnung einen Winkel ein, der zwischen 80° und 10° liegt. Der Filter weist weiter ein Hauptfilterelement mit einer Hauptfilterelementströmungsrichtung und einem stromabwärts angeordneten Sekundärfilterelement auf. Das Hauptfilterelement und das Sekundärfilterelement sind in das Filtergehäuse einsetzbar. Das Sekundärfilterelement weist einen Sekundärfilterelementrahmen auf. Der Sekundärfilterelementrahmen kann beispielsweise zur Aufnahme und Halterung des Sekundärfilterelementmediums geeignet sein. Das Hauptfilterelement greift in den Sekundärfilterelementrahmen ein.
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Durch die schräge Anordnung der Gehäusedichtfläche und das Eingreifen des Hauptfilterelements in den Sekundärfilterelementrahmen entsteht in dem Filtergehäuse ein senkrecht zur Hauptfilterelementströmungsrichtung gelegener reinseitiger Bereich, der zur Abströmung des gefilterten Fluids verwendbar ist. Die sich so ergebende Abströmungsrichtung kann mit der Hauptabströmungsrichtung einen Winkel einschließen.
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Diese Umlenkung des Fluidstroms innerhalb des Filters macht stromabwärts des Filters angeordnete Umlenkungselemente entbehrlich und trägt zu einer Verringerung des benötigten Bauraums des Filters bei den eingangs genannten Anwendungsfällen maßgeblich bei.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Hauptfilterelement eine Hauptfilterabströmfläche und eine mit der Gehäusedichtfläche zusammenwirkende Hauptfilterelementdichtfläche aufweist, die zur Abdichtung der Rohseite des Hauptfilterelements gegen die Reinseite des Hauptfilterelements und damit insgesamt auch zur Trennung des reinseitigen Bereichs des Filtergehäuses von dem rohseitigen Bereich des Filtergehäuses geeignet ist. Die Hauptfilterelementdichtfläche ist an dem Hauptfilterelement so angeordnet, dass ein die Hauptfilterelementabströmfläche aufweisender Bereich des Hauptfilterelements über die Dichtfläche hinaus stromabwärts in den reinseitigen Bereich des Filtergehäuses und insbesondere in den Sekundärfilterelementrahmen des Sekundärfilterelements ragt. Auf diese Weise kann der Bauraum innerhalb des Filters optimal ausgenutzt werden, obwohl die Gehäusedichtfläche schräg zu der Hauptanströmungsrichtung des Filtergehäuses angeordnet ist und somit eigentlich eine Verringerung des in dem Filtergehäuse zur Verfügung stehenden Bauraums zu erwarten wäre.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hauptfilterabströmfläche senkrecht zu der Hauptfilterelementströmungsrichtung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Hauptfilterelements.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sekundärfilterelement eine mit der Hauptfilterelementdichtfläche zusammenwirkende Sekundärfilterelementdichtfläche aufweist. Das Zusammenwirken von Hauptfilterelementdichtfläche und Sekundärfilterelementdichtfläche erzeugt einen besonders kompakten Aufbau innerhalb des Filtergehäuses.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Anströmöffnung und das Hauptfilterelement eine gemeinsame Hauptströmungsrichtung aufweisen und eine Hauptabströmungsrichtung der Abströmöffnung senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung der Anströmöffnung liegt. Die im rechten Winkel erfolgende Ablenkung des Fluidstroms innerhalb des Filtergehäuses ermöglicht einen insgesamt besonders kompakten Aufbau des Filters.
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Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hauptfilterelementdichtfläche mit der Hauptströmungsrichtung des Hauptfilterelements einen Winkel einschließt, der zwischen 80° und 10° liegt. Dies spiegelt die Winkelanordnung der Gehäusedichtfläche mit der Hauptanströmungsrichtung des Filtergehäuses wieder.
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Eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Filtergehäuse einen Deckel mit zumindest einem keilförmigen Schwert aufweist, das im Einbauzustand des Deckels in das Filtergehäuse eintaucht und an der Hauptfilterelementdichtfläche anliegt, wobei der Winkel der Keilform des Schwerts dem Winkel der Hauptfilterelementdichtfläche gegenüber der Hauptachse (Hauptströmungsrichtung) entspricht. Diese Ausgestaltung des Deckels ermöglicht es, eine Kraft auf das Hauptfilterelement auszuüben, welche das Hauptfilterelement beziehungsweise die Hauptfilterelementdichtfläche gegen die Gehäusedichtfläche drückt. Durch die schräge Anstellung der Hauptfilterelementdichtfläche beziehungsweise der Gehäusedichtfläche entsteht eine Kraftkomponente, welche auf das Hauptfilterelement in axialer Richtung, das heißt in Hauptströmungsrichtung, wirkt. So ist eine zuverlässige Dichtwirkung auch bei Vibrationen oder Unebenheiten der aufeinandergedrückten Dichtflächen oder der Dichtung gewährleistet. Insbesondere bei Vibrationen kann so ein Verrutschen der Dichtflächen gegeneinander verhindert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Anströmöffnung und das Hauptfilterelement eine Hauptachse des Filtergehäuses festlegen, das Hauptfilterelement eine Hauptfilterabströmfläche und das Filtergehäuse einen Abströmgehäuseabschnitt mit der Abströmöffnung aufweist. Die Abströmöffnung ist zumindest teilweise entlang der Hauptachse stromaufwärts der Hauptfilterabströmfläche angeordnet. Das Anordnen der Abströmöffnung stromaufwärts der Hauptfilterabströmfläche bietet einen besonders kompakten Aufbau des Filtergehäuses. Entlang der Hauptachse erstreckt sich das Hauptfilterelement, die Abströmung hingegen geschieht stromaufwärts des Endes des Hauptfilterelements, welches durch die Hauptfilteranströmfläche definiert ist. Somit ist eine Umlenkung der Fluidströmung innerhalb des Filtergehäuses möglich und der Aufbau des Filters ist hinsichtlich des Bauraums optimiert.
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Eine Weiterbildung dieses Gedankens sieht vor, dass am Abströmgehäuseabschnitt ein Lochungsbereich für die Abströmöffnung vorgesehen ist. Es kann somit die Herstellung des Filters dahingehend vereinfacht werden, dass für jede mögliche Abströmrichtung nur ein Filtergehäuse mit dem entsprechenden Abströmgehäuseabschnitt vorgesehen ist. Erst beim Zusammenbau des Filtergehäuses muss festgelegt werden, in welche Richtung das Fluid ausströmt. Dies wird dann durch ein Lochen, Ausstanzen, Ausbrechen, Bohren oder anderweitiges Einbringen der Abströmöffnung in dem Abströmgehäuseabschnitt realisiert.
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Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass sich der Lochungsbereich auf einer Mantelfläche eines Zylinders befindet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Achse des Zylinders parallel zur Hauptachse des Filtergehäuses erstreckt. Auf dieser Zylindermantelfläche kann an einer beliebigen Stelle die Lochung vorgenommen werden. Durch die Zylinderform ergibt sich ein Winkelbereich, innerhalb dessen die Abströmrichtung aus dem Filtergehäuse festlegbar ist. Durch Anbringen eines entsprechenden Abströmstutzens, der für jede Winkelrichtung gleich sein kann, wird der Filteraufbau komplettiert. Der Abströmstutzen kann einen zylindrischen Oberflächenabschnitt aufweisen, mit dem er an dem Abströmgehäuseabschnitt anliegen kann und befestigt werden kann. Dabei kann die Ausrichtung des zylindrischen Oberflächenabschnitts einen Winkel zu der durch den eigentlichen Stutzen festgelegten Abströmrichtung haben. Es ergeben sich so zwei um 180° verschiedene mögliche Befestigungsausrichtungen. Dies ermöglicht es, den Abströmwinkelbereich, der mit einem Abströmstutzenbauteil erreichbar ist, zu vergrößern.
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In dem erfindungsgemäßen Filter ist ein Hauptfilterelement zur Filterung eines Fluids verwendbar, insbesondere Luft, für ein Filtergehäuse eines Filters, insbesondere für Brennkraftmaschinen. Das Hauptfilterelement weist eine Hauptfilterabströmfläche und eine Hauptfilterelementdichtfläche auf. Die Hauptfilterelementdichtfläche ist zur Abdichtung der Rohseite des Hauptfilterelements gegen die Reinseite des Hauptfilterelements geeignet und damit auch zur Trennung eines reinseitigen Bereichs eines Filtergehäuses von einem rohseitigen Bereich eines Filtergehäuses. Die Hauptfilterelementdichtfläche ist an dem Hauptfilterelement so angeordnet, dass ein die Hauptfilterabströmfläche aufweisender Bereich des Hauptfilterelements über die Hauptfilterelementdichtfläche hinaus stromabwärts in den reinseitigen Bereich des Filtergehäuses ragt. Diese Art der Anordnung von Hauptfilterabströmfläche und Hauptfilterelementdichtfläche ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Hauptfilterelements, da im eingesetzten Zustand eine Abströmung des Fluids aus dem reinseitigen Bereich des Hauptfilterelements vorgesehen werden kann, ohne dass das umgebende Filtergehäuse in Hauptströmungsrichtung das Hauptfilterelement überragt.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Hauptfilterelements sieht vor, dass die Hauptfilterelementdichtfläche schräg zu einer Hauptströmungsrichtung des Hauptfilterelements angeordnet ist. Die Schräge der Anordnung ist einfach zu realisieren und bietet reinseitig des Hauptfilterelements die Möglichkeit zur Abströmung des gefilterten Fluids.
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In dem erfindungsgemäßen Filter ist ein Sekundärfilterelement zur Filterung eines Fluids verwendbar, insbesondere Luft, für ein Filtergehäuse eines Filters, insbesondere für Brennkraftmaschinen. Das Sekundärfilterelement weist eine Sekundärfilterelementdichtung zur Abdichtung eines reinseitigen Bereichs des Sekundärfilterelements gegen einen rohseitigen Bereich des Sekundärfilterelements auf. Weiter weist das Sekundärfilterelement einen Sekundärfilterelementrahmen auf, der dazu geeignet ist, einen reinseitigen Bereich eines Hautfilterelements zumindest teilweise aufzunehmen. Durch die Aufnahme eines Hauptfilterelements in dem Sekundärfilterelementrahmen entsteht ein besonders kompakter Aufbau.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Filters;
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2 eine Explosionsansicht des Filters der 1;
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3 eine Schnittansicht des Filters der 1 und 2;
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4 eine perspektivische Vorderansicht eines Hauptfilterelements für einen erfindungsgemäßen Filter;
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5 eine perspektivische Rückansicht des Filterelements der 4;
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6 eine perspektivische Vorderansicht eines Sekundärfilterelements für einen erfindungsgemäßen Filter;
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7 eine perspektivische Rückansicht des Sekundärfilterelements der 6;
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8–11 eine perspektivische Vorderansicht des erfindungsgemäßen Filters der 1 bis 3 in verschiedenen Abströmkonstellationen;
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12 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters mit verändertem Abströmgehäuseabschnitt.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters 10. Der Filter 10 weist ein Filtergehäuse 12 auf. An der Anströmseite des Filtergehäuses 12 ist ein Zyklonblock 30 vorgesehen. In dem Zyklonblock 30, der als Grob- oder Vorabscheidermodul fungiert, ist eine Vielzahl einzelner Zyklonzellen 31 zu einem Multi-Zyklonblock parallel geschaltet. In dem Zyklonblock 30 vorabgeschiedener Staub und/oder Wasser wird durch einen Staubaustragsstutzen 32 aus dem Gehäuse 12 entfernt. Der Zyklonblock 30 ist optional und kann auch entfallen. Bei Vorhandensein eines Zyklonblocks 30 befindet sich dort die Anströmöffnung 14 des Filtergehäuses 12.
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An dem Zyklonblock 30 schließt sich stromabwärts der Hauptfilterelementaufnahmebereich 33 an, in den ein Hauptfilterelement 100 eingesetzt werden kann. Der Hauptfilterelementaufnahmebereich 33 weist gemäß der Darstellung in den 1 bis 3 an seiner Oberseite eine Hauptfilterelementeinführ- und -entnahmeöffnung 34 auf. Diese ist mit einem Deckel 18 verschließbar. Weiter stromabwärts des Hauptfilterelementaufnahmebereichs 33 befindet sich ein Abströmgehäuseabschnitt 22. In dem Abströmgehäuseabschnitt 22 findet ein Sekundärfilterelement 200 Aufnahme.
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Das Hauptfilterelement 100, das in den 4 und 5 vergrößert gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform als Doppelbalgstruktur ausgebildet und weist eine Hauptströmungsrichtung X auf. Das Hauptfilterelement 100 weist einen rohseitigen Bereich 106 und einen reinseitigen Bereich 108 auf. Getrennt werden diese beiden Bereiche durch eine Hauptfilterelementdichtfläche 104. Auf der Hauptfilterelementdichtfläche 104 ist eine Dichtung 112 angebracht, die um die Hauptfilterelementdichtfläche 104 umläuft. Die Hauptfilterelementdichtfläche 104 ist schräg gegen die Hauptströmungsrichtung X geneigt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel 60°. Dies ist aber lediglich beispielhaft. Alternativ können auch andere Winkelwerte wie etwa 45° gewählt werden. Generell ist ein Winkelbereich zwischen 80° und 10° vorgesehen.
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Die Anströmfläche der Doppelbalgstruktur ist in 5 ersichtlich und zweigeteilt. Eine erste Anströmfläche 113 erstreckt sich um den rohseitigen Umfang des Hauptfilterelements 100. Die zweite Anströmfläche 114 ist der innere Umfang der hohlzylinderartigen Struktur des Hauptfilterelements 100. Die Hauptfilterelementabströmfläche 102 ist dementsprechend ebenfalls eine innere doppelhohlzylinderartige Struktur. Vorliegend wird aber als Hauptfilterelementabströmfläche 102 die in den 3 und 4 senkrecht verlaufende gedachte Begrenzungsfläche des Hauptfilterelements 100 in stromabwärts gesehener Richtung bezeichnet. Diese Hauptfilterelementabströmfläche 102 befindet sich im reinseitigen Bereich 108 des Hauptfilterelements. Durch die schräge Anordnung der Hauptfilterelementdichtfläche 104 bildet sich unterhalb des Hauptfilterelementgrundkörpers ein Bereich 110 aus. Dieser Bereich 110 ragt, wie in 2 gut zu erkennen ist, in das Sekundärfilterelement 200 hinein. Das Sekundärfilterelement 200, das in den 6 und 7 in einer Vorder- und Rückansicht dargestellt ist, weist eine Sekundärfilterelementdichtung 204 auf, die an einem Sekundärfilterelementrahmen 210 umlaufend angebracht ist. Der Sekundärfilterelementrahmen 210 nimmt das Sekundärfilterelementmedium 212 auf. Das Sekundärfilterelementmedium 212 kann einen gerade gefalteten Flachelementbalg aufweisen. Die Sekundärfilterelementdichtung 204 ist in ihrer Geometrie an die Schräge der Hauptfilterelementdichtfläche 104 angepasst und wirkt bei der Abdichtung des rohseitigen Bereichs 33 von dem Abströmgehäuseabschnitt 22 mit.
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Wie in 2 dargestellt, wird bei einem Zusammenbau des Filters 10 zunächst das Sekundärfilterelement 200 in den Abströmgehäuseabschnitt 22 so eingelegt, dass die Dichtfläche 204 radial an einer entsprechenden Gehäusestufe 35 radial abdichtend zum Anliegen kommt. Das Hauptfilterelement 100 wird danach eingesetzt. Die Hauptfilterelementdichtung 112 gelangt dabei an einer entsprechenden zweiten Gehäusestufe 36 zum Anliegen.
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Der das Filtergehäuse 12 verschließende Deckel 18 weist eine Doppelschwertstruktur auf. Diese ist in ihrer Geometrie so an die Schräge der Hauptfilterelementdichtfläche 104 angepasst, dass im eingesetzten Zustand von Hauptfilterelement 100 und Deckel 18 die Schwertstruktur 20 zum Anliegen an die Hauptfilterelementdichtfläche 104 kommt und mittelbar auf die Dichtung 112 eine Kraft ausübt, die das Hauptfilterelement 100 gegen das Filtergehäuse 12 presst. Dabei entsteht eine axiale, das heißt in Hauptströmungsrichtung X gerichtete Komponente der Kraft, die auf die Dichtung 112 drückt. Die axiale Kraftkomponente erhöht die Dichtfunktionalität. Bei möglichen Vibrationen kann das Hauptfilterelement 100 nicht gegenüber dem Gehäuse so verrutschen, dass eine Undichtigkeit entstünde. Außerdem werden Unebenheiten oder Fremdkörper axial in den Dichtkörper der Dichtung 112 eingepresst.
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Der Abströmgehäuseabschnitt 22 weist eine als Abströmstutzen 16 ausgebildete Abströmöffnung auf. Die von dem Abströmstutzen 16 festgelegte Abströmrichtung Y ist senkrecht zu der Hauptanströmungsrichtung X und zu der Hauptströmungsrichtung des Hauptfilterelements 100 angeordnet. Wie in den 1 und 2 dargestellt, weist der Abströmgehäuseabschnitt 22 und der zugehörige Abströmstutzen 16 einen zylinderförmigen Bereich auf, in dem der Abströmstutzen 16 an den Abströmgehäuseabschnitt 22 befestigt werden kann. Aufgrund der korrespondierenden Geometrie von Abströmstutzen – der eine konkave Zylindermantelflächengeometrie aufweist – und des Abströmbereichs – der eine konvexe Zylindermantelgeometrie aufweist –, kann der Abströmstutzen 16 auf der Zylindermanteloberfläche des Abströmgehäuseabschnitts 22 um die gemeinsame Zylinderachse Z bewegt werden und an der gewünschten Stelle befestigt werden. Vor dem Befestigungsschritt wird an der gewünschten Stelle eine Ausstanzung vorgenommen, welche das gefilterte Fluid für den Abströmstutzen 16 freigibt. Die Befestigung des Abströmstutzens kann durch Kleben, Schweißen oder ähnliche Befestigungstechniken realisiert sein. Verschiedene Stellungen des Abströmstutzens 16 sind in den 8 bis 10 dargestellt. Dabei ist hervorzuheben, dass die Ausgestaltung des Abströmstutzens 16 so gewählt ist, dass der holzylinderförmige Stutzenabströmbereich nicht senkrecht auf der zylindermantelförmigen Befestigungsfläche angebracht ist. Das Stutzenbauteil 16 lässt sich damit linksseitig oder rechtsseitig anbringen und es kann eine Vielzahl an Winkelbereichen realisiert werden. Alternativ zu dem in den 1 bis 10 gezeigten Abströmgehäusebereich 22 ist in 12 eine Geometrie gezeigt, die eine Inlinedurchströmung des Filters 10 ermöglicht.
