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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Abscheideelement einer Abscheidevorrichtung, insbesondere eines Filters, wenigstens zur Abscheidung wenigstens eines abzuscheidenden fluiden Mediums, insbesondere Wasser, aus einem zu behandelnden Fluid, insbesondere Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welches wenigstens ein als Hohlkörper gestaltetes Koaleszenzmedium zur Koaleszenz des wenigstens einen abzuscheidenden fluiden Mediums aufweist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Abscheidevorrichtung, insbesondere einen Filter, wenigstens zur Abscheidung wenigstens eines abzuscheidenden fluiden Mediums, insbesondere Wasser, aus einem zu behandelnden Fluid, insbesondere Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, welches wenigstens einen Fluideinlass für das zu behandelnde Fluid, wenigstens einen Fluidauslass für behandeltes Fluid und wenigstens einen Medienauslass für vom Fluid abgeschiedenes fluides Medium aufweist, und mit wenigstens einem als Hohlkörper gestalteten Koaleszenzmedium zur Abscheidung des im Fluid enthaltenem abzuscheidenden fluiden Mediums, das in dem Gehäuse im Strömungsweg des zu behandelnden Fluids angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2011 120 647 A1 ist ein Kraftstofffilter für Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und ein Filterelement eines solchen bekannt. Ein Gehäuse weist wenigstens einen Kraftstoffeinlass für zu reinigenden Kraftstoff, wenigstens einen Kraftstoffauslass für gereinigten Kraftstoff und wenigstens einen Wasserauslass für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser auf. In dem Gehäuse ist das Filterelement angeordnet, das den Kraftstoffeinlass dicht von dem Kraftstoffauslass trennt. Das Filterelement weist ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium auf, das zur Filtrierung des Kraftstoffs von innen nach außen oder von außen nach innen durchströmbar ist. Das Filterelement weist ein als Hohlkörper gestaltetes Koaleszenzmedium zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenem Wasser auf. Das Koaleszenzmedium ist im Strömungsweg des Kraftstoffs hinter dem Filtermedium, dieses umgebend oder in dem von ihm begrenzten Innenraum, angeordnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abscheideelement und eine Abscheidevorrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, bei dem/der die Abscheidung von in dem zu behandelnden Fluid enthaltenem fluidem Medium verbessert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Strömungsweg des zu behandelnden Fluids vor dem wenigstens einen Koaleszenzmedium, dieses umgebend oder in einem von diesem umgebenen Innenraum, wenigstens ein Vorbehandlungsmedium zur Vorbehandlung des zu behandelnden Fluids angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist stromaufwärts des wenigstens einen Koaleszenzmediums das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium angeordnet. Mit dem wenigstens einen Vorbehandlungsmedium kann der Zustand und/oder Eigenschaften des zu behandelten Fluids und/oder des abzuscheidenden fluiden Mediums wenigstens bezüglich der Abscheidung beeinflusst werden. So kann eine Abscheidung des abzuscheidenden fluiden Mediums verbessert werden. Ferner kann mit dem wenigstens einen Vorbehandlungsmedium eine Strömung des zu behandelnden Fluids verbessert, insbesondere vergleichmäßigt, werden. So kann die Abscheidung und ggf. eine Filtration verbessert werden.
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Des Weiteren kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium zur Voradsorption von etwa in dem zu behandelnden Fluid enthaltenen Additiven dienen. Die Additive können sozusagen durch das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium ”herausgefiltert” werden. Stromabwärtige Behandlungsmedien, insbesondere das wenigstens eine Koaleszenzmedium und/oder etwaige Filtermedien und/oder etwaige Trennmedien, können so vor den Additiven geschützt werden. So kann verhindert werden, dass die stromabwärtigen Behandlungsmedien durch die Additive in ihren jeweiligen Funktionen beeinflusst, insbesondere beeinträchtigt, werden. Bei den Additiven kann es sich insbesondere um oberflächenaktive Stoffe oder Substanzen handeln. Entsprechende Additive werden insbesondere bei Kraftstoffen zur Veränderung, insbesondere Verbesserung, von deren Eigenschaften eingesetzt.
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Vorteilhafterweise kann das Abscheideelement zusätzlich Filtrationseigenschaften aufweisen. Das Abscheideelement kann auch als Filterelement zur Filtrierung des zu behandelnden Fluids ausgestaltet und als solches bezeichnet werden.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium wenigstens eine Lage mit einem zur Koaleszenz des wenigstens einen abzuscheidenden fluiden Mediums geeigneten Koaleszenzmaterial umfassen. Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann auch mehr als eine Lage Koaleszenzmaterial umfassen. Es können auch unterschiedliche Lagen mit unterschiedlichen Materialien vorgesehen sein. Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann auch anders als lagenartig oder schichtartig aufgebaut sein.
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Mit dem wenigstens einen Koaleszenzmedium können auch kleinste Tröpfchen des abzuscheidenden fluiden Mediums, welche im zu behandelnden Fluid enthalten sind, zu größeren Tropfen vereinigt werden. Dabei können die feinen Medientröpfchen an dem Koaleszenzmaterial zurückgehalten und vergrößert werden, bis sie von der Fluidströmung wieder mitgerissen und aus dem wenigstens einen Koaleszenzmedium ausgetragen werden. Das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann aus einer einlagigen oder mehrlagigen Stufe, die in plissierter oder gewickelter Form einen Balg darstellt, bestehen.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium wenigstens eine Lage mit einem zur Koaleszenz des wenigstens einen abzuscheidenden fluiden Mediums geeigneten faserigen Koaleszenzmaterial umfassen, insbesondere ein zur Koaleszenz des wenigstens einen abzuscheidenden fluiden Mediums geeigneten Vlieses.
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Stromabwärts des wenigstens einen Koaleszenzmediums, insbesondere des Abscheideelements, kann ein Stützkörper angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann eine Wand des Stützkörpers für das zu behandelnde Fluid und/oder des abzuscheidenden Medium durchlässig sein.
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Zur eigentlichen Abscheidung des fluiden Mediums kann wenigstens eine Trenneinrichtung, insbesondere wenigstens ein Trennmedium, stromabwärts des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums, vorzugsweise stromabwärts des wenigstens einen Koaleszenzmediums, vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise kann das Abscheideelement in einem Gehäuse der Abscheidevorrichtung, insbesondere eines Filters, so angeordnet werden, dass es einen Fluideinlass des Gehäuses dicht von einem Fluidauslass trennen kann.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf ein Abscheideelement einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Industriemotoren, eingesetzt werden.
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Das Abscheideelement kann zur Abscheidung von Wasser aus Dieselkraftstoff, ggf. auch zur Reinigung des Dieselkraftstoffs, verwendet werden. Statt für Dieselkraftstoff kann das Abscheideelement auch zur Reinigung/Abscheidung bei andersartigem flüssigen Fluid eingesetzt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium eine offenporige Struktur aufweisen. In der offenen Porenstruktur können auch kleinste Wassertröpfchen gut eingefangen und zu größeren Wassertropfen vereinigt werden. Außerdem kann so ein etwaiges Risiko verringert werden, dass das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium durch etwaige Partikel, insbesondere Schmutzpartikel, die in dem zu behandelnden Fluid enthalten sein können, verstopft oder verblockt wird. Auf ein Filtermedium zum Herausfiltern der Partikel stromaufwärts des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums kann so verzichtet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium umfangsmäßig geschlossen, insbesondere gewickelt, sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Wickellage mit/aus wenigstens einem Vorbehandlungsmedium vorgesehen sein. Anzahl und/oder Dicke der Wickellage(n) können vorteilhafterweise bedarfsgerecht vorgegeben werden. Auf diese Weise kann der erforderliche Bauraum besser ausgenutzt werden als bei einem insbesondere sterngefalteten Balg, insbesondere Filterbalg, alleine der Fall ist.
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”Umfangsmäßig” kann sich in diesem Zusammenhang auf eine Elementachse und/oder eine Filterachse beziehen. Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium die Elementachse und/oder Filterachse umfangsmäßig umgeben.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium wenigstens ein zur Koaleszenz des abzuscheidenden fluiden Mediums geeignetes Koaleszenzmaterial aufweisen oder aus wenigstens einem derartigen bestehen.
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So kann eine Vorkonditionierung der Suspension aus dem zu behandelnden Fluid und dem abzuscheidenden fluiden Medium erreicht werden. Die Vorkonditionierung kann vorteilhafterweise eine Vergrößerung von Tröpfchen/Tropfen des abzuscheidenden fluiden Mediums bewirken. Mit dem wenigstens einen Vorbehandlungsmedium kann eine Art ”Vor-Koaleszenz” erreicht werden. Das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium kann dann als Vorkoaleszenzmedium bezeichnet werden.
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Die Tropfenvergrößerung kann bei der weiteren Behandlung des Fluids, insbesondere in einer weiteren Stufe des Abscheideelements und/oder der Abscheidevorrichtung, zu einer besseren Separierbarkeit bei der Abtrennung des abzuscheidenden fluiden Mediums von dem zu behandelten Fluid führen. Die Tropfengrößen des abzuscheidenden fluiden Mediums können so noch vor Eintritt in das wenigstens eine Koaleszenzmedium und/oder eine eigentliche Abscheidestufe, in der das abzuscheidende fluide Medium von dem Fluid abgeschieden wird, deutlich vergrößert werden.
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In dem wenigstens einen Koaleszenzmedium können die vergrößerten Tropfen des fluiden Mediums weiter koalieren und vergrößert werden. So kann die Abscheidung vereinfacht und/oder verbessert werden. In der Folge können höhere Abscheidegrade erreicht werden. Dies kann insbesondere bei der Abscheidung von Wasser aus Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, von Vorteil sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium zur Filtration von in dem zu behandelnden Fluid etwa enthaltenen Partikeln, insbesondere Schmutzpartikeln, geeignete Filtrationseigenschaften aufweisen. Auf diese Weise kann bei dem Abscheideelement zusätzlich eine Partikelfiltrationskapazität erreicht werden.
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Vorteilhafterweise können Durchlässe, insbesondere Poren oder Porenöffnungen, des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums wenigstens so groß sein wie entsprechende Durchlässe, insbesondere Poren oder Porenöffnungen, eines stromabwärtigen Behandlungsmediums, insbesondere des wenigstens einen Koaleszenzmediums und/oder ggf. des wenigstens einen Filtermediums und/oder ggf. des wenigstens einen Trennmediums, sein. Auf diese Weise können etwaige größere Partikel mit dem wenigstens einen Vorbehandlungsmedium herausgefiltert werden, bevor sie die nachfolgenden Behandlungsmedien erreichen. So kann wenigstens ein Teil der Partikel daran gehindert werden, die stromabwärtigen Behandlungsstufen, insbesondere Behandlungsmedien, zu verschmutzen und/oder zu verblocken. Die stromabwärtigen Behandlungsmedien können so vor Partikelbeladung geschützt werden. Über den Zeitraum einer definierten Schmutzbeladung kann so ein Abscheidegrad für das abzuscheidende fluide Medium besser erhalten und/oder verbessert werden. Ferner können die Standzeiten der nachfolgenden Behandlungsmedien und/oder des gesamten Abscheideelements erhöht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Abscheideelement wenigstens ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium aufweisen, das zur Filtrierung des zu behandelnden Fluids von innen nach außen oder von außen nach innen durchströmbar sein kann.
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Mit dem Filtermedium können insbesondere Partikel, welche das zu behandelnde Fluid verunreinigen, herausgefiltert werden.
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Das wenigstens eine Filtermedium kann vorteilhafterweise einlagig oder mehrlagig sein. Es kann auch wenigstens ein Filtermedium eingesetzt werden, welches nicht schichtartig oder lagenartig aufgebaut ist.
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Das wenigstens eine Filtermedium kann vorteilhafterweise gefaltet und/oder gebogen sein.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium im Strömungsweg des zu behandelnden Fluids vor dem wenigstens einen Filtermedium, dieses umgebend oder in dem von ihm begrenzten Innenraum, angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium im Strömungsweg des zu behandelnden Fluids hinter dem wenigstens einen Filtermedium, dieses umgebend oder in dem von ihm begrenzten Innenraum, angeordnet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Filtermedium insbesondere sternförmig gefaltet oder gebogen sein. Durch eine entsprechende Faltung kann das Verhältnis von der zur Filtrierung aktiven Oberfläche des Filtermediums zu dem benötigten Bauraum verbessert werden.
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Das Filtermedium kann statt sternförmig und/oder zickzackförmig gefaltet auch als andersartiger Hohlkörper, insbesondere auch ungefaltet, realisiert sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium an einer Seite, insbesondere Rohfluidseite, des insbesondere gefalteten Filtermediums unmittelbar anliegen oder zu diesem beabstandet sein, insbesondere kann das Filtermedium mit dem wenigstens einen Vorbehandlungsmedium umwickelt sein oder umgekehrt. Auf diese Weise können das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium und das wenigstens eine Filtermedium platzsparend angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium und/oder das wenigstens eine Koaleszenzmedium unmittelbar an einer Umfangsseite des insbesondere gefalteten wenigstens einen Filtermediums anliegen. Insbesondere kann das wenigstens eine Filtermedium mit dem wenigstens einen Vorbehandlungsmedium und/oder dem wenigstens einen Koaleszenzmedium umwickelt sein oder umgekehrt.
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Das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium und/oder das wenigstens eine Koaleszenzmedium kann direkt, also ohne Abstand, an dem wenigstens einen Filtermedium anliegen. So ist kein Stützkörper zum Stützen des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums und/oder des wenigstens einen Koaleszenzmediums erforderlich, was den Bauteileaufwand und den Montageaufwand verringert. Auf diese Weise können auch Vorbehandlungsmedien und/oder Koaleszenzmedien verwendet werden, die alleine keine ausreichende Formstabilität aufweist. Das wenigstens eine Filtermedium kann somit auch die Stabilisierung und Formgebung des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums und/oder wenigstens einen Koaleszenzmediums leisten. Ferner kann so die Herstellung vereinfacht werden, indem bei einem von radial innen nach außen zu durchströmenden wenigstens einen Filtermedium das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium und/oder das wenigstens eine Koaleszenzmedium um das zuvor hergestellte wenigstens eine Filtermedium gewickelt werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ kann das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium und/oder das wenigstens eine Koaleszenzmedium zu der entsprechend zugewandten Umfangsseite des wenigstens einen Filtermediums beabstandet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium und/oder ggf. das Filtermedium und/oder das wenigstens eine Koaleszenzmedium koaxial insbesondere zu einer Elementachse des Abscheideelements und/oder einer Achse, insbesondere Filterachse, der Abscheidevorrichtung angeordnet sein.
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Eine koaxiale Anordnung ist platzsparend. Ferner kann in einer koaxialen Anordnung ein Strömungsverlauf des zu behandelnden Fluids von radial außen nach innen oder radial innen nach außen einfach optimiert werden. Die Grundflächen des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums, des wenigstens einen Koaleszenzmediums, ggf. des wenigstens einen Filtermediums und ggf. des wenigstens einen Trennmediums können dabei ähnlich sein. Die Grundflächen können aber auch unterschiedlich sein. Sie können insbesondere rund, oval oder eckig sein. Vorteilhafterweise kann das Abscheideelement/Filterelement ein Rundfilterelement sein oder aufweisen. Rundfilterelemente können besonders platzsparend aufgebaut werden. Mit Rundfilterelementen kann ein optimales Verhältnis von Filter-/Abscheidefläche zum Bauraum realisiert werden.
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Das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium, das wenigstens eine Koaleszenzmedium, ggf. das wenigstens eine Filtermedium und/oder ggf. das wenigstens eine Trennmedium können auch anders als koaxial zueinander oder zu der Elementachse und/oder zu der Achse der Abscheidevorrichtung angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise kann das Abscheideelement mehrstufig sein. In Durchflussrichtung betrachtet kann zunächst das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium angeordnet sein. Stromabwärts davon kann ggf. das wenigstens eine Filtermedium angeordnet sein. Dahinter kann das wenigstens eine Koaleszenzmedium platziert sein. Das vorgelagerte Filtermedium schützt das Koaleszenzmedium vor Verschmutzung. Es kann wenigstens ein Koaleszenzmedium stromaufwärts von wenigstens einem Filtermedium angeordnet sein.
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Die Tropfen des abzuscheidenden fluiden Mediums können stromabwärts des Koaleszenzmediums insbesondere in einem Ausfällspalt ausgefällt werden. Der Ausfallspalt kann auf der dem Koaleszenzmedium gegenüberliegenden Seite vorteilhafterweise durch das wenigstens eine Trennmedium begrenzt sein. Das wenigstens eine Trennmedium kann wenigstens ein Material aufweisen, welches abstoßend auf das abzuscheidende fluide Medium wirkt. Mit dem wenigstens einen Trennmedium können die Medientropfen von dem zu behandelnden Fluid getrennt werden. Die Tropfen des abzuscheidenden fluiden Mediums können aufgrund ihres spezifischen Gewichts nach unten sinken.
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Mit der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung können auch Fluide, insbesondere Kraftstoff, behandelt, insbesondere gereinigt, werden, deren spezifisches Gewicht größer ist als das des abzuscheidenden fluiden Mediums, insbesondere Wasser, bei denen analog die Tropfen des fluiden Mediums räumlich nach oben steigen. Zu diesem Zweck kann das Abscheideelement umgedreht angeordnet werden. Entsprechend können entsprechende Einlässe und Auslässe des Gehäuses zweckmäßig anders angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise kann das abzuscheidende fluide Medium insbesondere in einem Sammelraum gesammelt werden, welcher mit einem Auslass für das abgeschiedene fluide Medium verbunden sein kann.
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Das wenigstens eine Trennmedium kann im Innenraum des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums und/oder des wenigstens einen Koaleszenzmediums und/oder ggf. des wenigstens einen Filtermediums angeordnet sein. Das wenigstens eine Trennmedium kann statt im Innenraum auch radial außen, das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium, das wenigstens eine Koaleszenzmedium und/oder ggf. das wenigstens eine Filtermedium umgebend, angeordnet sein. Das zu behandelnde Fluid kann dann die entsprechenden Behandlungsmedien von radial innen nach außen durchströmen.
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Falls vorteilhafterweise vorgesehen ist, dass das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium von radial außen nach innen durchströmt wird, kann sich das wenigstens eine Koaleszenzmedium und ggf. das wenigstens eine Filtermedium bevorzugt in dem Innenraum des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums befinden. Wenn alternativ vorgesehen ist, dass das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium von radial innen nach außen durchströmt wird, können sich das wenigstens eine Koaleszenzmedium und ggf. das wenigstens eine Filtermedium bevorzugt außerhalb des wenigstens einen Vorbehandlungsmediums befinden und dieses umgeben.
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Das wenigstens eine Vorbehandlungsmedium, das wenigstens eine Koaleszenzmedium, ggf. das wenigstens eine Filtermedium und/oder ggf. das wenigstens eine Trennmedium können als Hohlzylinder, aber auch in anderer Form, insbesondere als Hohlkegel oder Kegelstumpf, realisiert sein. Sie können statt mit runden Grundflächen auch mit andersartigen, insbesondere ovalen oder eckigen Grundflächen realisiert sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch die Abscheidevorrichtung dadurch gelöst, dass im Strömungsweg des zu behandelnden Fluids vor dem wenigstens einen Koaleszenzmedium, dieses umgebend oder in einem von diesem umgebenen Innenraum, wenigstens ein Vorbehandlungsmedium zur Vorbehandlung des zu behandelnden Fluids angeordnet ist.
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Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abscheideelement und dessen vorteilhaften Ausführungsformen aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung und deren vorteilhafte Ausführungsformen entsprechend und umgekehrt.
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Vorteilhafterweise kann das Gehäuse öffenbar sein. Das Abscheideelement kann vorteilhafterweise austauschbar in dem Gehäuse angeordnet sein. Das Abscheideelement kann so einfach zum Austausch oder zu Wartungszwecken aus dem Gehäuse entfernt werden. Anstelle des austauschbaren Abscheideelements kann auch ein entsprechendes, insbesondere im Gehäuse fest angeordnetes Abscheideelement vorgesehen sein.
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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 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. 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 zeigt schematisch die einzige
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1 einen Längsschnitt eines Kraftstofffilters mit einem austauschbaren, vierstufigen Filterelement, das ein Vorkoaleszenzmedium aufweist.
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In der Figur sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist im Längsschnitt ein Kraftstofffilter 10 eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Der Kraftstofffilter 10 dient zur Reinigung des für den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoffs, beispielsweise Dieselkraftstoff. Ferner dient der Kraftstofffilter 10 zur Abscheidung von in dem Kraftstoff enthaltenem Wasser. Der Kraftstofffilter 10 kann also auch als Abscheidevorrichtung für Wasser oder als Wasserabscheidevorrichtung bezeichnet werden. Der Kraftstoff kann mit einem Additiv behandelt/beladen sein, welches die Eigenschaften des Kraftstoffs in hier nicht weiter interessierender Weise beeinflussen kann.
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Der Kraftstofffilter 10 verfügt über ein zweiteiliges Gehäuse 12 mit einem becherförmigen Filtertopf 14 und einem Filterdeckel 16, der trennbar auf dem Filtertopf 14 angeordnet ist. Zwischen dem Filtertopf 14 und dem Filterdeckel 16 ist eine Ringdichtung 17 angeordnet.
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In dem Deckel 16 ist etwa zentral ein Auslassstutzen 18 für den gereinigten Kraftstoff angeordnet, welcher außerhalb des Gehäuses 12 mit einer in der 1 nicht gezeigten Kraftstoffableitung verbunden ist. Im Inneren des Gehäuses 12 ist der Auslassstutzen 18 mit einem Ablaufraum 20 in einem Innenraum eines Verbindungsstutzens 22 verbunden. Der Verbindungsstutzen 22 erstreckt sich auf der dem Inneren des Gehäuses 12 zugewandten Seite des Deckels 16 koaxial zu einer Filterachse 24.
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In der normalen Einbaulage unter normalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verläuft die Filterachse 24, wie in 1 gezeigt, räumlich vertikal. ”Axial”, ”radial”, ”koaxial” und ”umfangsmäßig” beziehen sich im Folgenden, wenn nicht anders angegeben, auf die Filterachse 24.
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Radial außerhalb des Verbindungsstutzens 22 weist der Deckel 16 einen Einlassstutzen 26 für den zu reinigenden Kraftstoff auf, der mit einem Zulaufraum 28 im Gehäuse 12 verbunden ist. Außerhalb des Gehäuses 12 ist der Einlassstutzen 26 mit einer in 1 nicht gezeigten Kraftstoffzuleitung für den Kraftstoff verbunden.
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Im Boden des Filtertopfs 14 ist ein Wasserablaufstutzen 30 koaxial zur Filterachse 24 angeordnet. Der Wasserablaufstutzen 30 ist mit einem Wassersammelraum 32 unten im Gehäuse 12 verbunden. Außerhalb des Gehäuses 12 ist der Wasserablaufstutzen 30 mit einer nicht gezeigten Wasserablassleitung verbunden, über die von dem Kraftstoff abgeschiedenes Wasser aus dem Gehäuse 12 abgeleitet werden kann. In dem Wasserablaufstutzen 30 ist ein Wasserablassventil 34 mit einem Wasserstandsensor angeordnet. Im Ruhezustand ist das Wasserablassventil 34 geschlossen, so dass keine Flüssigkeit aus dem Wassersammelraum 32 durch den Wasserablaufstutzen 30 aus dem Gehäuse 12 entweichen kann. Bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Wasserstandes im Wassersammelraum 32 öffnet das Wasserablassventil 34 automatisch, so dass das abgeschiedene Wasser über den Wasserablaufstutzen 30 abgelassen werden kann.
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In dem Gehäuse 12 ist ein austauschbares Filterelement 36 angeordnet. Das Filterelement 36 kann aufgrund seiner weiter unten näher erläuterten Abscheidefunktion für Wasser aus dem Kraftstoff auch als ”Abscheideelement” oder ”Wasserabscheideelement” bezeichnet werden. Das Filterelement 36 ist als Rundfilterelement ausgestaltet. Das Filterelement 36 trennt den Einlassstutzen 26 dicht von dem Auslassstutzen 18.
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Das Filterelement 36 umfasst ein sternförmig gefaltetes Filtermedium 38, mit dem insbesondere Partikel aus dem zu reinigenden Kraftstoff heraus filtriert werden. Das Filtermedium 38 hat insgesamt die Form eines koaxialen Kreiszylindermantels. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft eine Elementachse des Filterelements 36 koaxial zur Filterachse 24. Das Filtermedium 38 besteht aus einer oder mehreren Lagen eines Filtermaterials.
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An einer dem Boden des Filtertopfs 14 zugewandten unteren Stirnseite ist das Filtermedium 38 dicht mit einer Abschlussendscheibe 40 verbunden. An seiner gegenüberliegenden, dem Deckel 16 zugewandten oberen Stirnseite ist das Filtermedium 38 dicht mit einer Anschlussendscheibe 42 verbunden.
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Zwischen der Anschlussendscheibe 42 und der Abschlussendscheibe 40 erstreckt sich in einem Innenraum 45 des Filtermediums 38 koaxial ein skelettartiges, fluiddurchlässiges Mittelrohr 43, welches die beiden Endscheiben 40 und 42 stabil miteinander verbindet. Das Mittelrohr 43 besteht aus Axialrippen, welche über ringförmige Umfangsrippen miteinander verbunden sind.
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Die Abschlussendscheibe 40 weist eine koaxiale Öffnung 44 auf. Die Öffnung 44 ist von dem Mittelrohr 43 umgeben. Die Öffnung 44 verbindet den Innenraum 45 mit dem Wassersammelraum 32. Auf der dem Boden des Filtertopfs 14 zugewandten Außenseite verfügt die Abschlussendscheibe 40 über vier Stützstege 46, die sich gleichmäßig verteilt entlang eines gedachten koaxialen Kreiszylindermantels erstrecken. Der gedachte Kreiszylindermantel umgibt die Öffnung 44 und den Wasserablaufstutzen 30. Mit den Stützstegen 46 wird das Filterelement 36 gegen den Boden des Filtertopfs 14 abgestützt. Zwischen den Stützstegen 46 befinden sich Verbindungsöffnungen 48, über die sich Wasser im Wassersammelraum 32 auch radial außerhalb der Stützstege 46 verteilen kann.
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Die Anschlussendscheibe 42 weist eine koaxiale Öffnung 50 auf. Die Öffnung 50 ist von zwei koaxialen Vorsprüngen umgeben, die sich an der Außenseite der Anschlussendscheibe 42 in axialer Richtung erstrecken. Die beiden Vorsprünge begrenzen eine Aufnahmenut 52 für einen ringartigen Einstecksteg 54 einer Trenneinheit 56 des Filterelements 36.
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Das Filtermedium 38 ist an seiner Rohseite von einem koaxialen Vorkoaleszenzmedium 57 umgeben. Das Vorkoaleszenzmedium 57 ist umfangsmäßig geschlossen und erstreckt sich zwischen der Anschlussendscheibe 42 und Abschlussendscheibe 40. Das Vorkoaleszenzmedium 57 ist zu der radial äußeren Umfangsseite des Filtermediums 38, also den radial äußeren Faltkanten des Filtermediums 38, radial beabstandet. Das Vorkoaleszenzmedium 57 hat die Form eines koaxialen Hohlzylinders. Das Vorkoaleszenzmedium 57 dient der Zusammenführung auch von kleinsten im Kraftstoff enthaltenen Wassertröpfchen zu größeren Wassertropfen. Das Vorkoaleszenzmedium 57 ist um das Filtermedium 38 herum gewickelt. Das Vorkoaleszenzmedium 57 weist ein zur Wasserabscheidung geeignetes Koaleszenzmaterial auf. Das Vorkoaleszenzmedium 57 hat eine offenporige Struktur, in der kleinste Wassertröpfchen eingefangen und zu größeren Wassertropfen vereinigt werden können. Ferner hat das Vorkoaleszenzmedium 57 zusätzlich Filtrationseigenschaften, so dass es größere Partikel aus dem Kraftstoff herausfiltern kann, bevor diese zum Filtermedium 38 gelangen. Eine Porengröße des Vorkoaleszenzmediums 57 ist größer als entsprechende Porengrößen des Filtermediums 38.
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Zwischen der radial inneren Umfangsseite des Filtermediums 38 und dem Mittelrohr 43, also auch innerhalb eines von dem Vorkoaleszenzmedium 57 umgebenen Innenraums, befindet sich ein koaxiales Koaleszenzmedium 58. Das Koaleszenzmedium 58 liegt unmittelbar und ohne Abstand an der radial inneren Umfangsseite des Filtermediums 38 an. Das Koaleszenzmedium 58 ist umfangsmäßig geschlossen und erstreckt sich zwischen der Anschlussendscheibe 42 und der Abschlussendscheibe 40. Das Koaleszenzmedium 58 dient der Zusammenführung auch von im Kraftstoff enthaltenen Wassertröpfchen, beispielsweise von mit dem Vorkoaleszenzmedium 57 vereinten Wassertröpfchen, zu größeren Wassertropfen.
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Das Koaleszenzmedium 58 umfasst ein hier nicht weiter interessierendes Koaleszenzmaterial.
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Die Trenneinheit 56 verfügt über einen Stützkorb 62 mit einem Anschlussabschnitt 64, welcher auch den Einstecksteg 58 aufweist, und ein Trennmedium 66.
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Der Anschlussabschnitt 64 ist etwa scheibenförmig mit einer koaxialen Öffnung, in die der Verbindungsstutzen 22 des Deckels 16 hineinragt. Auf seiner dem Deckel 16 zugewandten Außenseite verfügt der Anschlussabschnitt 64 über einen koaxialen Anschlussstutzen 68. Der Anschlussstutzen 68 ist an seiner freien Stirnseite um 90 Grad radial nach innen gebogen. Auf dem radial inneren Rand des Anschlussstutzens 68 sitzt eine Profilringdichtung 70. In den Anschlussstutzen 68 ist der Verbindungsstutzen 22 so eingesteckt, dass die Verbindung mit der Profilringdichtung 70 abgedichtet ist.
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Die Trenneinheit 56 ist mit dem Trennmedium 66 voraus axial durch die Öffnung 50 der Abschlussendscheibe 42 gesteckt. Der Stützkorb 62 und das Trennmedium 66 befinden sich in dem vom Koaleszenzmedium 58 begrenzten Innenraum, also auch im Innenraum 45 des Filtermediums 38.
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Das Trennmedium 66 besteht aus einem hydrophoben Siebgewebe. Es hat die Form eines zur Filterachse 24 koaxialen Rohrs. Es erstreckt sich von der Anschlussendscheibe 42 bis zur Abschlussendscheibe 40. Das Trennmedium 68 ist umfangsmäßig geschlossen.
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Die Umfangswand des Stützkorbs 62 ist gitterartig aufgebaut und flüssigkeitsdurchlässig. Auf seiner der Verbindungsstutzen 22 zugeordneten Stirnseite ist der Stützkorb 62 offen. Die dem Wassersammelraum 32 zugewandte untere Stirnseite des Stützkorbs 62 ist geschlossen. Das Trennmedium 66 liegt an der radial äußeren Umfangsseite des Stützkorbs 62 an.
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Zwischen dem Trennmedium 66 und dem Koaleszenzmedium 58 befindet sich im Innenraum 45 ein Ausfallspalt 74. Der Ausfallspalt 74 hat die Form eines Ringraums. Der Ausfallspalt 74 ist radial außen durch das Koaleszenzmedium 58 und radial innen durch das Trennmedium 66 begrenzt.
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An der radial äußeren Umfangsseite der Abschlussendscheibe 40 ist außerdem eine Ringdichtung 72 angeordnet, welche sich radial außen gegen die radial innere Umfangsseite des Filtertopfs 14 abstützt. Die Ringdichtung 72 dichtet den Zulaufraum 28 gegen den Wassersammelraum 32 ab.
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Beim Betrieb des Kraftstofffilters 10 wird zu reinigender Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung angedeutet durch einen Pfeil 76 durch den Einlassstutzen 26 dem Zulaufraum 28 zugeführt.
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Der Kraftstoff durchströmt das Vorkoaleszenzmedium 57 von radial außen nach innen. In dem Vorkoaleszenzmedium 57 werden im Kraftstoff enthaltene auch kleinste Wassertröpfen eingefangen und zu größeren Wassertropfen vereinigt. Ferner werden im Vorkoaleszenzmedium 57 bereits größere Partikel aus dem Kraftstoff herausgefiltert. Das Vorkoaleszenzmedium 57 bildet eine erste Stufe des insgesamt vierstufigen Kraftstofffilters 10 für die Reinigung/Wasserabscheidung. Wenn die Tropfengröße ausreichend ist, werden die großen Wassertropfen vom durchströmenden Kraftstoff wieder mitgerissen.
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Anschließend durchströmt der Kraftstoff mit dem vergrößerten Wassertropfen das Filtermedium 38, angedeutet durch Pfeile 78, von dessen Rohseite radial außen zu seiner Reinseite radial innen. Dabei wird der Kraftstoff von noch enthaltenen Partikeln befreit. Das Filtermedium 38 bildet eine zweite Stufe für die Reinigung/Wasserabscheidung.
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Auf der Reinseite durchströmt der von Partikeln befreite Kraftstoff das Koaleszenzmedium 58 von radial außen nach innen. Im Koaleszenzmedium 58 werden die im Kraftstoff enthaltenen Wassertröpfchen, also auch die mit dem Vorkoaleszenzmedium 58 vereinten Wassertröpfchen, eingefangen und zu größeren Wassertropfen vereinigt. Das Koaleszenzmedium 58 bildet eine dritte Stufe für die Reinigung/Wasserabscheidung. Wenn die Tropfengröße ausreichend ist, werden die großen Wassertropfen vom durchströmenden Kraftstoff wieder mitgerissen.
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Der Kraftstoff und die großen Wassertropfen durchströmen die Öffnungen zwischen den Rippen des Mittelrohrs 43 und gelangen in den Ausfallspalt 74.
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Der Kraftstoff durchströmt das Trennmedium 66, welches eine vierte Stufe für die Reinigung/Wasserabscheidung bildet, von radial außen nach innen, angedeutet durch Pfeile 80, und gelangt nach oben in den Ablaufraum 20. Der gereinigte und von Wasser befreite Kraftstoff verlässt den Ablaufraum 20 über den Auslassstutzen 18, angedeutet durch Pfeile 82, und wird der Kraftstoffableitung zugeführt.
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Die großen Wassertropfen hingegen werden durch das Trennmedium 66 zurückgehalten. Die sinken im Ausfallspalt 74 aufgrund ihres im Vergleich zum Kraftstoff größeren spezifischen Gewichts nach unten, angedeutet durch Pfeile 84, in den Wassersammelraum 32.
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Sobald der Wasserstandsensor des Wasserablassventils 34 das Erreichen des vorgegebenen Maximalwasserstands erfasst, wird das Wasserablassventil 34 automatisch geöffnet. Das Wasser verlässt den Wassersammelraum 32 durch den Wasserablaufstutzen 30 und gelangt in die Wasserablaufleitung.
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Zu Wartungszwecken, beispielsweise zum Austausch oder zur Reinigung des Filterelements 36, wird der Deckel 16 in axialer Richtung von dem Filtertopf 14 entfernt. Das Filterelement 36 wird dann in axialer Richtung aus dem Filtertopf 14 heraus gezogen.
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Zum Einbau wird das Filterelement 36 mit der Abschlussendscheibe 40 voran in axialer Richtung in den Filtertopf 14 gesteckt. Anschließend wird der Deckel 16 mit dem Verbindungsstutzen 22 voran in axialer Richtung auf die offene Seite des Filtertopfs 14 gesteckt, so dass der Verbindungsstutzen 22 dicht in die Profilringdichtung 70 ragt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011120647 A1 [0003]
