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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids mit einem Dichtungshalter, insbesondere zur Verwendung als Kraftstofffilter einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, dass eine der Herausforderungen bei der Konstruktion von Wechselfiltersystemen darin liegt, eine zuverlässige Abdichtung mit dem Anbauteil zu schaffen, an dem das Filtersystem angebaut wird. Die mechanischen Schnittstellen müssen möglichst einfach und dennoch robust und zuverlässig ausgelegt sein. Außerdem gilt es eine Vielzahl von Anbausituationen mit ähnlichen Lösungen abzudecken, um kostengünstige Filtersysteme darstellen zu können.
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Aus der
US 2002/0158006 A1 ist ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids bekannt, bei dem eine Abdeckung ein Filterelement in einem äußeren Gehäuse einschließt. Die Abdeckung weist einen Einlass für das ungefilterte Fluid und einen Auslass für das gefilterte Fluid auf. Das Filterelement umfasst ein Filtermedium mit einem zentralen Durchgang. Eine obere Endplatte ist am oberen Ende des Filtermediums vorgesehen und die obere Endplatte weist längliche Öffnungen auf. Ein separater Dichtungshalter ist an der oberen Endplatte angebracht. Der Dichtungshalter weist einen äußeren Teil und einen konzentrischen inneren Teil auf, der von dem äußeren Teil nach innen reicht. Der äußere Teil hat einen unteren sich nach außen öffnenden Kanal und der innere Teil hat einen oberen sich nach außen öffnenden Kanal. Eine äußere Dichtung ist in dem unteren Kanal vorgesehen, um das Filterelement gegen das Gehäuse abzudichten. Eine innere Dichtung ist im oberen Kanal vorgesehen, um in der Abdeckung den Einlass gegen den Auslass abzudichten.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids zu schaffen, das eine robuste und kostengünstige Möglichkeit vorsieht, um eine zuverlässige Abdichtung des Filtersystems zu einem filtersystemexternen Aufnahmeteil sowie zwischen Einlass und Auslass zu gewährleisten.
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Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Filtersystem, bei dem ein einteiliger Dichtungshalter mit einer Dichtung zur Abdichtung des Filtersystems an einer Aufnahme die Dichtung im Wesentlichen U-förmig umfasst, und der einteilige Dichtungshalter an einem stirnseitigen Rand des Filtergehäuses mit dem Filtergehäuse verbunden ist.
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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 Filtersystem zum Filtern eines Fluids mit stirnseitigem Einlass und Auslass vorgeschlagen, das wenigstens ein Filterelement, ein Filtergehäuse, eine Kupplungsvorrichtung zur Kopplung des Filtersystems mit einer filtersystemexternen Aufnahme, sowie einen einteiligen Dichtungshalter mit einer Dichtung zur Abdichtung des Filtersystems an der Aufnahme umfasst. Dabei umfasst der einteilige Dichtungshalter die Dichtung im Wesentlichen U-förmig, wobei der einteilige Dichtungshalter an einem stirnseitigen Rand des Filtergehäuses mit dem Filtergehäuse verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Filtersystem kann mit der Dichtung, beispielsweise einer einteiligen O-Ring-Dichtung, die U-förmig, also an drei Seiten umschlossen, in dem Dichtungshalter angeordnet ist, direkt gegen eine filterexterne Aufnahme, die beispielsweise an einem Druckgusskopf einer Brennkraftmaschine sitzt, abgedichtet werden. Dabei wird das Filtersystem, das hängend, stehend oder liegend angeordnet sein kann, mit der Kupplungsvorrichtung an der Aufnahme gehalten. Wenn das Filtersystem angeschraubt wird, ist es günstig, wenn die Dichtung direkt mit dem Filtersystem verbunden ist und so bei der Montage nicht herausfallen und/oder beschädigt werden kann. Günstigerweise kann der Dichtungshalter mit der Kupplungsvorrichtung verbunden sein.
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Es ist vorteilhaft für die Funktion des Filtersystems, wenn der Dichtungshalter hydraulisch dicht gegen die Umgebung abdichtet, also sowohl der Dichtungshalter mit dem Filtergehäuse dicht verbunden ist, als auch die Dichtung gegen den Dichtungshalter hydraulisch dicht abdichtet. Üblicherweise werden Normleckagen von max. 0,5 Ncm3/min im Verbund mit Testgasen (beispielsweise Helium oder Luft unter Wasser) zugelassen. Das bedeutet, dass die Nut im Dichtungshalter, in der die Dichtung anliegt, eine hohe Oberflächengüte aufweist und typischerweise keine Riefen über 0,1 mm aufweisen darf, sowie Rauhigkeitswerte Rz für die Nut unter 40 μm liegen sollten. Der Rauhigkeitswert Rz ist dabei die so genannte gemittelte Rauhtiefe, d. h. der Mittelwert aus den gemessenen Rautiefen.
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Der einteilige Dichtungshalter, der beispielsweise als ein Blechteil ausgeführt ist, kann mit dem Filtergehäuse durch Schweißen, Kleben, Bördeln oder ähnlichen Fügeverfahren verbunden werden, um so eine dauerhaft dichte und mechanisch feste Verbindung darzustellen. Die Kontur für die Halterung der Dichtung kann dabei beispielsweise durch Schlagen, Innenhochdruckumformen („Hydroforming”), Rollen oder ähnlichen Umformverfahren hergestellt werden, um einen einteiligen Dichtungshalter, der eine U-förmige Aufnahme für die Dichtung umfasst, darzustellen.
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Vorteilhaft kann die Dichtung im bestimmungsgemäßen Einsatz wenigstens in radialer und in axialer Richtung an dem einteiligen Dichtungshalter anliegen. Die Dichtung wird dabei von dem einteiligen Dichtungshalter geführt und liegt so in einer Nut des Dichtungshalters. Die Dichtung wird dabei von innen eingelegt. Auf diese Weise kann die Dichtung sowohl radial gegen eine Aufnahme, beispielsweise in Form eines Anschlussstutzens einer Brennkraftmaschine, als auch axial gegen eine Wand des Dichtungshalters abdichten, wodurch auch im rauen Betrieb einer Fahrzeugmontageposition eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist.
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Günstigerweise kann die Dichtung so eine radial zu einer Längsachse nach innen abdichtende Funktion aufweisen. Die Dichtung liegt in dieser Anordnung von außen auf einer Aufnahme auf und dichtet so das Filtersystem zur Aufnahme gegen die Umgebung ab.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der einteilige Dichtungshalter als der stirnseitige Abschluss des Filtersystems ausgebildet sein. Auf diese Weise wird das Filtersystem an der Stirnseite günstig abgedichtet und erhält zugleich einen mechanisch zuverlässigen und dauerhaften Abschluss. Die Dichtung kann so das Filtersystem günstig zur Aufnahme abdichten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der einteilige Dichtungshalter mit der Kupplungsvorrichtung materialschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig verbunden sein. Der Dichtungshalter kann so mit der Kupplungsvorrichtung verschweißt, verklebt oder verbördelt sein, alternativ kann er auch mit der Kupplungsvorrichtung verspannt oder eingeklipst sein. Eine solch feste Verbindung gewährleistet, dass die Dichtungsfunktion mit der Haltefunktion zusammen günstig kombiniert ist und dadurch beim Montieren des Filtersystems an der Aufnahme auch eine dauerhafte Dichtung gegeben ist.
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Günstigerweise können am einteiligen Dichtungshalter ein oder mehrere Verbindungselemente zur Verbindung mit der Kupplungsvorrichtung vorgesehen sein. Über diese Verbindungselemente kann der Dichtungshalter in die Kupplungsvorrichtung eingerastet werden und so eine dauerhafte und stabile Verbindung eingehen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kupplungsvorrichtung eine Schnellkupplung umfassen. Beispielsweise kann die Kupplungsvorrichtung als Bajonettverbindung ausgebildet sein, sodass das Filtersystem über eine kombinierte Dreh-/Schiebebewegung auf die Aufnahme aufgesetzt und verriegelt werden kann.
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Vorteilhaft kann die Kupplungsvorrichtung ein Spannelement umfassen, das im montierten Zustand das Filtersystem axial gegen die Aufnahme verspannt. Gerade beim Einsatz einer Schnellkupplung wie einer Bajonettverbindung ist eine Verspannung günstig, welche das Filtersystem dadurch in einer Endposition der Bajonettverbindung hält.
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In einer günstigen Ausgestaltung kann das Filterelement über einen Filterelementhalter, der sich an der Kupplungsvorrichtung abstützt, in dem Filtergehäuse angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich das Filterelement in dem Filtergehäuse verspannen und so stabil und sicher auch bei rauen Einsatzbedingungen wie im Kraftfahrzeugbetrieb üblich lagern.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Kombination aus einem Filtersystem und einer Aufnahme, wobei das Filtersystem einen einteiligen Dichtungshalter mit einer Dichtung zur Abdichtung des Filtersystems an der Aufnahme aufweist. Da die Schnittstellen des Filtersystems mit dem Dichtungshalter und der Kupplungsvorrichtung auf die filtersystemexterne Aufnahme sich in ihrer Funktionsweise entsprechen und ergänzen, ist es vorteilhaft, wenn die Kombination, beispielsweise zu Materialpaarung, Bauteiloberflächen und Fügeverfahren, aufeinander abgestimmt ist.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung des Filtersystems als Kraftstofffilter. Dabei kann das Filtersystem sowohl als Wechselfiltersystem als auch als Lebensdauerfilter eingesetzt 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 Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Dichtungshalters nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 eine Schnittdarstellung eines Filtersystems mit Fokus auf Dichtungshalter und Kupplungsvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 einen Längsschnitt eines an einer Aufnahme montierten Filtersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennkraftmaschine mit Aufnahme für ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 eine Schnittdarstellung einer Aufnahme für ein Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7 eine perspektivische Ansicht eines Filtergehäuses mit Dichtungshalter, Kupplungsvorrichtung und Spannelement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8 eine Schnittdarstellung von Dichtungshalter und Kupplungsvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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9 eine weitere Schnittdarstellung von Dichtungshalter und Kupplungsvorrichtung 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 Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filtersystem 100 zum Filtern eines Fluids mit stirnseitigem Einlass 102 und Auslass 104, umfasst ein Filterelement 10, ein Filtergehäuse 108, eine Kupplungsvorrichtung 30 zur Kopplung des Filtersystems 100 mit einer filtersystemexternen Aufnahme 32, sowie einen einteiligen Dichtungshalter 16 mit einer Dichtung 18 zur Abdichtung des Filtersystems an der Aufnahme 32. Dabei umfasst der einteilige Dichtungshalter 16 die Dichtung 18 im Wesentlichen U-förmig, wobei der einteilige Dichtungshalter 16 an einem stirnseitigen Rand 110 des Filtersystems 100 mit dem Filtergehäuse 108 verbunden ist. Der einteilige Dichtungshalter 16 ist dabei als der stirnseitige Abschluss des Filtersystems 100 ausgebildet. Das Filtersystem 100 ist zur Verwendung als Kraftstofffilter vorgesehen.
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Das erfindungsgemäße Filtersystem 100 kann mit der Dichtung 18, beispielsweise einer einteiligen O-Ring-Dichtung, die U-förmig, also an drei Seiten umschlossen, in dem Dichtungshalter 16 angeordnet ist, direkt gegen eine filterexterne Aufnahme 32, die beispielsweise an einem Druckgusskopf einer Brennkraftmaschine sitzt, abgedichtet werden. Dabei wird das Filtersystem 100, das hängend, stehend oder liegend angeordnet sein kann, mit der Kupplungsvorrichtung 30 an der Aufnahme 32 gehalten. Wenn das Filtersystem 100 angeschraubt wird, ist es günstig, wenn die Dichtung 18 direkt mit dem Filtersystem 100 verbunden ist und so bei Montage nicht herausfallen und/oder beschädigt werden kann. Günstigerweise kann der Dichtungshalter 16 mit der Kupplungsvorrichtung 30 verbunden sein.
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Es ist vorteilhaft für die Funktion des Filtersystems 100, wenn der Dichtungshalter 16 hydraulisch dicht gegen die Umgebung abdichtet, also sowohl der Dichtungshalter 16 mit dem Filtergehäuse 108 dicht verbunden ist, als auch die Dichtung 18 gegen den Dichtungshalter 16 hydraulisch dicht abdichtet. Üblicherweise werden Normleckagen von max. 0,5 Ncm3/min im Verbund mit Testgasen (beispielsweise Helium oder Luft unter Wasser) zugelassen. Das bedeutet, dass die Nut im Dichtungshalter, in der die Dichtung anliegt, typischerweise keine Riefen über 0,1 mm aufweisen darf, sowie Rauhigkeitswerte Rz für die Nut unter 40 μm liegen sollten.
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Der einteilige Dichtungshalter 16, der beispielsweise als ein Blechteil ausgeführt ist, kann mit dem Filtergehäuse 108 durch Schweißen, Kleben, Bördeln oder ähnlichen Fügeverfahren verbunden werden, um so eine dauerhaft dichte und mechanisch feste Verbindung darzustellen. Die Kontur für die Halterung der Dichtung 18 kann dabei beispielsweise durch Schlagen, Hydroforming, Rollen oder ähnlichen Umformverfahren hergestellt werden, um einen einteiligen Dichtungshalter 16, der eine U-förmige Aufnahme für die Dichtung 18 umfasst, darzustellen.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Dichtungshalters 16 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An dem einteiligen Dichtungshalter 16 sind mehrere Verbindungselemente 20 zur Verbindung mit der Kupplungsvorrichtung 30 vorgesehen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind das hakenförmige Verbindungsteile 20, die in eine Kupplungsvorrichtung einrasten können.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Filtersystems 100 mit Fokus auf Dichtungshalter 16 und Kupplungsvorrichtung 30 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Dichtung 18 liegt dabei im bestimmungsgemäßen Einsatz wenigstens in radialer und in axialer Richtung an dem einteiligen Dichtungshalter 16 an. Der einteilige Dichtungshalter 16 ist mit der Kupplungsvorrichtung 12 formschlüssig verbunden. Das Filterelement 10 ist über einen Filterelementhalter 24, der sich an der Kupplungsvorrichtung 30 abstützt, in dem Filtergehäuse 108 angeordnet. Der Filterelementhalter 26 greift auf der unteren Seite in die Kupplungsvorrichtung 30 ein, sodass das Filterelement 10 im Filtergehäuse 108 fest verspannt ist. Das Filterelement 10, das im Wesentlichen aus einem Filterkörper 12 gebildet ist, weist im Inneren zur Versteifung ein Stützrohr 26 auf. Der Auslass 104 des Filtersystems 100 verläuft im Inneren des Stützrohrs 26, während der Einlass 102 tangential zwischen Dichtungshalter 16 und Filtergehäuse 108 auf der einen Seite und auf der Außenwand des Filterelements 10 verläuft.
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4 zeigt einen Längsschnitt eines an einer Aufnahme 32 montierten Filtersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filtersystem 100 ist dabei auf die Aufnahme 32, die beispielsweise an einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, aufgeschoben und über die Kupplungsvorrichtung 30 mit dieser Aufnahme 32 verbunden. Die Kupplungsvorrichtung 30 umfasst dabei eine Schnellkupplung, beispielsweise eine Bajonettkupplung. Die Kupplungsvorrichtung 30 umfasst ein Spannelement 22, das im montierten Zustand das Filtersystem 100 axial gegen die Aufnahme 32 verspannt. Das Spannelement 22 ist in dem in 4 dargestellten Längsschnitt nicht zu sehen, ist jedoch in 7 erkennbar. Die Dichtung 18 weist eine radial zu einer Längsachse L nach innen abdichtende Funktion auf, wo die Dichtung 18 an einer Seitenfläche der Aufnahme 32 anliegt.
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Die Anordnung in 4 stellt so eine Kombination aus einem Filtersystem 100 und einer Aufnahme 32 dar, wobei das Filtersystem 100 einen einteiligen Dichtungshalter 16 mit einer Dichtung 18 zur Abdichtung des Filtersystems an der Aufnahme 32 aufweist.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennkraftmaschine mit Aufnahme 32 für ein Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die hohlzylinderförmige Aufnahme 32 weist Kupplungskonturen 34 auf, in welche Kupplungselemente 36 einer Kupplungsvorrichtung 30, beispielsweise Nocken einer Bajonettverbindung, eingreifen und verrasten können. Im Zentrum der Aufnahme 32 ist ein Auslassstutzen zu erkennen, der bei der Montage des Filterelements 100 in das Stützrohr 26 des Filterelements 100 eingreift und so den Auslass 104 des Filtersystems 100 mit der Brennkraftmaschine verbindet.
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In 6 ist eine entsprechende Schnittdarstellung einer Aufnahme 32 für ein Filtersystem 100, wie in 5 dargestellt, zu sehen.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filtergehäuses 108 mit Dichtungshalter 16, Kupplungsvorrichtung 30 und Spannelement 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den Dichtungshalter 16 ist eine Dichtung 18 eingelegt, die U-förmig von den Konturen des Dichtungshalters 16 umschlossen wird. Der Dichtungshalter 16 ist mit den Verbindungselementen 20 mit der Kupplungsvorrichtung 30 fest verbunden und verrastet. Die Kupplungsvorrichtung 30 weist an ihrer Innenseite Kupplungselemente 36 einer Schnellkupplung auf, von denen eines zu sehen ist, die in entsprechende Kupplungskonturen 34, die auf einer Aufnahme 32 angeordnet sind, eingreifen und mit diesen verrasten können. Zur festen Verspannung des Filterelements 100 mit der Aufnahme 32 ist auf der Innenseite der Kupplungsvorrichtung ebenfalls ein Spannelement 22 angeordnet, das beispielsweise aus Federstahldraht gebildet sein kann.
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In 8 ist dazu eine Schnittdarstellung von Dichtungshalter 16 und Kupplungsvorrichtung 30 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen. Man erkennt auch deutlich, wie die Verbindungselemente 20 in die Kupplungsvorrichtung 30 eingreifen. Weiter ist zu sehen, wie die radial und axial wirkende Dichtung 18 in der Kontur des einteiligen Dichtungshalters 16 liegt und von diesem U-förmig umschlossen wird.
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9 zeigt dazu eine weitere Schnittdarstellung von Dichtungshalter 16 und Kupplungsvorrichtung 30 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auf der Innenseite der Kupplungsvorrichtung 30 ist ein Kupplungselement 20 angeordnet, beispielsweise angespritzt, sowie das Spannelement 22 zur Verspannung des Filtersystems 100 gegen die Aufnahme 32.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2002/0158006 A1 [0003]
