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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem sowie ein Verfahren zum Einsetzen eines Filterelements in ein Filtergehäuse des Filtersystems.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 29 47 655 A1 ist ein Filtergehäuse bekannt, das Mittel aufweist, um wenigstens zwei unterschiedliche Filterelemente unterschiedlicher Größe in einem solchen Filtergehäuse einzusetzen, wobei die Mittel in der Lage sind, für eine hermetische Abdichtung in unterschiedlichen Bereichen des Filtergehäuses entsprechend der Filterelemente unterschiedlicher Größen zu sorgen.
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Der Mittelteil des Filtergehäuses ist zylindrisch und besitzt eine Lufteinlassöffnung, mit der eine Einlassdüse über einen zylindrischen Abschnitt verbunden ist. In seinem unteren Bereich besitzt der Mittelteil einen nach außen gerichteten ringförmigen Bord. Der untere Bereich oder Abschnitt ist ebenfalls zylindrisch und mittels eines Grund- oder Bodenteils abgeschlossen, während das Bodenteil, an seiner Oberkante oder Oberseite einen nach auswärts gerichteten ringförmigen Bord besitzt. Der untere Teil ist mit dem Mittelteil mittels bekannter Schnappbügel befestigt, welche eine ringförmige Dichtung zwischen den Borden der Teile zusammendrücken. Diese Dichtung weist einen Schlitz auf, welcher einen nach auswärts gerichteten oberen ringförmigen Rand eines Siebes aufnimmt, das einen unteren Bereich des Filtergehäuses im Unterteil bestimmt, in dem der aus der zu filternden Luft ausgeschleuderte Staub sich ablagert. Das Sieb besitzt eine ringförmige Wand, die im Wesentlichen an der inneren Fläche des unteren Teiles anliegt, und daher unten eine ebene Wand in Form eines kreisförmigen Bandes bildet, welches eine Öffnung aufweist.
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Zusätzlich ist das Sieb mit verschiedenen ebenen Bereichen versehen, nämlich mit Wänden des Filtergehäuses, um die Hauptfilterelemente unterschiedlicher Höhen aufnehmen zu können, und es besitzt ebenfalls ringförmige Wände unterschiedlicher Durchmesser und Höhen, nämlich die Wände, die im Bereich bzw. in der Nähe eines äußeren ringförmigen Endbereiches des Hauptfilterelementes angeordnet sind. Der untere Bereich des Hauptfilterelementes ist von den oberen vertikalen ringförmigen Wänden mit unterschiedlichen Durchmessern dauernd zentriert. Schließlich sind die unteren Scheiben der verschiedenen Hauptfilterelemente in unterschiedlichen Höhen auf einer mit einem Gewinde versehenen Stange mittels einer Flügelmutter in Form eines Zugankers befestigt.
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EP 1 362 628 A1 offenbart ein Filterelement mit einem Durchbrüche aufweisenden zylindrischen Stützkörper, an welchem ein Filtermedium angeordnet ist. Das Filtermedium ist ein Bandmaterial, welches sich über näherungsweise die gesamte Länge des Stützkörpers erstreckt, wobei Anfang und Ende des Bandmaterials verschweißt sind.
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Aus
DE 10 2007 018 455 A1 ist eine Filtereinrichtung mit Funkerkennungssystem bekannt. Zur Überprüfung und Identifizierung des eingebauten Filtereinsatzes im Filtergehäuse ist das Filterelement mit einem Transponder und das Filtergehäuse mit einem Lesegerät zum Auslesen des Transponders ausgestattet.
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Die
WO 2009/047196 A1 beschreibt ein Filtersystem mit einem Rundfilterelement mit zickzackförmig gefaltetem Medium, das zwischen zwei Endscheiben angeordnet ist. Eine der Endscheiben weist zwei Ringwülste mit dazwischen liegender Dichtungsnut auf. Zwischen Filtermedium und Ringwülsten ist eine Verstärkungsplatte angeordnet. Die Stirnflächen der Ringwülste stützen sich an radial verlaufenden Rippen eines Filtergehäuses ab.
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Ferner ist aus
EP 1 163 039 B1 ein Filtersystem bekannt, das über ein in einem Filtergehäuse aufgenommenes Hohlfilterelement verfügt. Das Filtergehäuse hat an einem dem Reinluftauslass zugewandten Ende ein rohrförmiges Element, welches in einen Innenraum des Hohlfilterelements einragt und auf seiner Außenfläche eine Radialdichtfläche bereitstellt. Das Hohlfilterelement ist in einem das rohrförmige Element umgebenden Bereich axial durch sich von einer Gehäuseinnenwandung erstreckende Abstützelemente abgestützt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Filtersystem mit einem Filtergehäuse zu schaffen, welches es erlaubt, auf einfache und kostengünstige Art unterschiedliche Filterelemente mit unterschiedlichen Dimensionen in einem Filtergehäuse einzusetzen und im Betrieb abzudichten.
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Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Filtersystem mit einem Filtergehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, welche zum Umschließen eines Filterelements vorgesehen sind, mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass für ein Fluid in einer Gehäusewand, insbesondere als Luftfilter zur Kabinenluftreinigung, nach Anspruch 1.
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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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Das Filtergehäuse des Filtersystems umfasst ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil, welche zum Umschließen eines Filterelements vorgesehen sind, mit mindestens einem Einlass und einem Auslass für ein Fluid in einer Gehäusewand. Dabei weist zumindest eines der Gehäuseteile eine Zentrierkontur zum radialen Fixieren und radialen Abdichten eines Filterelements im eingesetzten Zustand auf, während das andere der Gehäuseteile wenigstens zwei radiale Führungskonturen aufweist, welche koaxial zueinander in unterschiedlicher axialer Höhe angeordnet sind, so dass alternativ wenigstens zwei unterschiedliche Filterelemente mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlicher axialer Länge in dem Filtergehäuse so einsetzbar sind, dass das jeweils eingesetzte Filterelement in radialer Richtung und in axialer Richtung definiert gehalten und dessen Reinseite gegenüber dessen Rohseite abgedichtet ist.
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Die Erfindung betrifft insbesondere Luftfilter zur Kabinenluftreinigung, beispielsweise im Innenraum von Kraftfahrzeugen. Bei solchen Filtersystemen ist es üblich, dass es für jedes Filtergehäuse jeweils eine passende Filterelementgeometrie gibt, welche in diesem speziellen Filtergehäuse eingesetzt werden kann. Sollen Filterelemente unterschiedlicher Anforderung für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, die möglicherweise unterschiedliche Dimensionen wie Außendurchmesser und/oder Länge oder auch unterschiedliches Gewicht des Filterelements aufweisen, so passen diese unterschiedlichen Filterelemente nicht in dasselbe Gehäuse, sondern es müssen üblicherweise dafür auch unterschiedliche Filtergehäuse vorgesehen werden, was aus Kosten- und/oder Bauraumgründen von Nachteil ist. Dieser Geometrieunterschied in den Filterelementen kann beispielsweise infolge der unterschiedlichen Anforderungen wie Staubabscheidung und/ oder Aerosolabscheidung oder Adsorption von Schadgasen nach verschiedensten Spezifikationen entstehen.
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Das Filtergehäuse des erfindungsgemäßen Filtersystems weist den Vorteil auf, dass aufgrund der Ausführung der konstruktiven Details im Filtergehäuse Filterelemente mit unterschiedlichen Außendurchmessern und/oder unterschiedlicher Länge in einem Filtergehäuse verbaut und abgedichtet werden können. So kann ein Filtergehäuse für wenigstens zwei unterschiedliche Filterelementgeometrien (Außendurchmesser und Länge) verwendet werden, welche durch optimale Auslegung je nach Einsatz des Filtersystems erforderlich sein können. So kann ein verwechslungssicheres Poka Yoke-System zur Differenzierung der Filterelemente für unterschiedliche Einsätze vorgesehen sein.
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Durch die radiale Abdichtung an der Zentrierkontur wird eine unabhängige Dichtmöglichkeit im Filtergehäuse zusätzlich zu einer axialen Abdichtung geschaffen, dadurch, dass das Filterelement beim Einsetzen in das Filtergehäuse mit einer korrespondierenden radialen Dichtfläche zentriert um die radiale Dichtfläche der Zentrierkontur gepresst wird.
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Vorteilhaft kann das eine der Gehäuseteile eine Auflagekontur zum axialen Abstützen und/oder zum Abdichten mittels einer stirnseitigen Dichtfläche eines eingesetzten Filterelements aufweisen, welche die Zentrierkontur umgibt. So wird das eingesetzte Filterelement über eine korrespondierende Dichtfläche beim Verbau des Filterelements im Filtergehäuse mit dieser filterelementseitigen Dichtfläche auf die Auflagekontur gepresst, welche so eine axiale Abdichtung von Rohseite gegen Reinseite des Filterelements gewährleistet. Ein Filterelement kann nach der erfindungsgemäßen Lösung in dem Filtergehäuse in dem ersten Gehäuseteil auf der Auflagekontur aufliegen und mit Hilfe der Zentrierkontur zentriert eingesetzt werden, sowie über die erste und/oder zweite Führungskontur der wenigstens zwei Führungskonturen im zweiten Gehäuseteil beim Zusammenbau der beiden Gehäuseteile zentriert im zusammengebauten Filtergehäuse verspannt werden. Dabei sind die Führungs- und Zentrierelemente so in den beiden Gehäuseteilen angeordnet, dass sie das Verbauen von wenigstens zwei unterschiedlichen Filterelementen mit unterschiedlichen Außendurchmessern und Längen erlauben. Der erste Gehäuseteil kann beispielsweise als Gehäusetopf ausgebildet sein, während der zweite Gehäuseteil als dazugehöriger Gehäusedeckel ausgebildet ist. Eine andere Alternative kann jedoch sein, dass beide Gehäuseteile als Gehäusetöpfe ausgebildet sind und in der Mitte des Filtergehäuses zusammengeschraubt oder geklipst werden.
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Ein weiterer Vorteil des Filtergehäuses des erfindungsgemäßen Filtersystems besteht darin, dass die Zentrierkontur eine radiale Dichtfläche zum radialen Abdichten zwischen Reinseite und Rohseite im eingesetzten Zustand wenigstens eines der Filterelemente aufweist, wobei die radiale Dichtfläche an einer Außenseite eines in das Gehäuseinnere ragenden zentralen rohrförmigen Rohrabschnitts ausgebildet ist. Auf diese Weise ist eine sehr zuverlässige Abdichtung der Rohseite gegen die Reinseite des Filterelements gewährleistet, da sowohl eine axiale als auch eine radiale Abdichtung des eingesetzten Filterelementes realisierbar ist. Der zentrale rohrförmige Rohrabschnitt kann günstigerweise in den zentralen Auslass des Filtergehäuses münden oder diesen darstellen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Zentrierkontur an ihrem in das Gehäuseinnere ragenden rohrförmigen Rohrabschnitt wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen, wobei der Bereich mit kleinstem Durchmesser axial innen angeordnet ist, und wobei vorzugsweise die Zentrierkontur im Übergangsbereich zwischen den wenigstens zwei Bereichen zum Tragen des Gewichts eines eingesetzten Filterelements ausgebildet ist. Gerade relativ schwere Filterelemente, beispielsweise mit Aktivkohle-Filterbalg, die evtl. ohne stabilisierendes Mittelrohr aufgebaut sein können, werden vorteilhaft zusätzlich gelagert, um so eine Aufnahme oder Lagerung des Gewichts des Filterelements vornehmen zu können. Eine solche Gewichtsaufnahme ist durch die erfindungsgemäße Lagerung des Filterelements im Inneren des Filterbalgs auf einem Absatz der Zentrierkontur möglich, der die beiden Bereiche unterschiedlichen Durchmessers verbindet, so dass sich das Filterelement bei entsprechender Gegengeometrie darauf abstützen und so das Gewicht des Filterelements durch den Absatz aufgenommen werden kann.
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Insbesondere ist dies vorteilhaft gegeben, wenn eine innere Öffnung des Filterelements durch diesen Übergangsbereich aufnehmbar ist. Günstigerweise ist der Innendurchmesser des Filterelements so gewählt, dass er bei Einsetzen des Filterelements in das zweite Gehäuseteil mit diesem Innendurchmesser auf dem Absatz des Übergangsbereichs aufliegt und so das Gewicht des Filterelements darauf abgestützt werden kann.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann radial außerhalb der Zentrierkontur ein Anlagebereich vorgesehen sein, durch welchen im eingesetzten Zustand ein Filterelement mit passendem Durchmesser radial fixierbar ist. Dieser Anlagebereich kann so als zusätzliches Führungselement das Filterelement an seinem Außendurchmesser führen und zusätzlich zu der Zentrierkontur, welche eine innere Führungsfunktion durch Aufnahme der inneren Öffnung des Filterelements übernimmt, eine Außenzentrierfunktion bereitstellen. Über diesen Anlagebereich ist das Filterelement auch während des Einsatzes im Filtergehäuse im Betrieb fest gelagert, so dass die Zentrierkontur nicht die alleinige Zentrier- und Haltefunktion bei möglichen Erschütterungen übernehmen muss. Gerade in Hinsicht auf die zusätzliche radiale Dichtfunktion der Zentrierkontur kann diese Entlastung von Vorteil sein.
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Insbesondere kann außerdem die zweite Führungskontur eine axial nach innen ragende Zarge sein, die radial außerhalb der ersten Führungskontur angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass Filterelemente unterschiedlicher Länge an der ersten Führungskontur anliegen oder an der zweiten Führungskontur anliegen und im Filtergehäuse zentriert werden. Ein kürzeres Filterelement kann so an der zweiten Führungskontur, die radial außen liegt, aber tiefer angeordnet ist, anliegen, während ein längeres Filterelement an der ersten, radial innen liegenden Führungskontur anliegt und zentriert werden kann. Dadurch können wenigstens zwei unterschiedliche Filterelementgeometrien in dem Filtergehäuse verbaut werden.
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Erfindungsgemäß ist die erste Führungskontur als Absatz im Boden des zweiten Gehäuseteils ausgebildet. Ein solcher Absatz lässt sich fertigungstechnisch sehr günstig in einem Kunststofffertigungsprozess umsetzen und stellt deshalb für ein Filtergehäuse aus Kunststoff eine günstige Lösung dar. Durch die Ausbildung als Absatz ist auch automatisch eine Führungskontur in einem ansonsten flach ausgestalteten Gehäuseteil wie einem Gehäusedeckel gegeben. Ebenso günstig kann die zweite Führungskontur als weiterer Absatz im Boden des zweiten Gehäuseteils ausgebildet sein. Die erste unten angeordnete Endscheibe eines Filterelements kann so beim Schließen des zweiten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil in den Absatz gepresst werden und auf diese Weise sowohl axial als auch radial fixiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann im ersten und/oder zweiten Gehäuseteil wenigstens ein Sensorelement angeordnet sein, das zum Zusammenwirken mit wenigstens einem Gegenelement eines eingesetzten Filterelements vorgesehen ist und für die Art und/oder Größe des eingesetzten Filterelements charakteristisch ist. Es besteht so die Option, über ein im Filtergehäuse appliziertes Sensorelement das Vorhandensein eines benötigten Filterelementes für einen vorgesehenen Arbeitsgang, wie beispielsweise ein Aktivkohle-Filterelement für eine Spritzmittel-/Pestizidausbringung oder ein Partikelfilterelement einer landwirtschaftlichen Maschine für die Bearbeitung eines Feldes, zu prüfen und über eine Anzeige darzustellen. Durch die verschiedenen Geometriedaten der einsetzbaren Filterelemente kann aufgrund der deutlich sichtbaren Unterschiede eine einfache Erkennung der zur Auswahl stehenden Filterelemente beispielsweise über eine Art elektromechanischen Schalter oder eine berührungslose Sensorelemente/Gegenelement-Kombination erfolgen. Beispielsweise kann als Sensorelement ein Hallsensor eingesetzt werden, während als Gegenelement ein magnetisches Metallelement verwendet werden kann. Auch ist der Einsatz eines Chip/RFID-Systems zur berührungslosen Erkennung denkbar.
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Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Einsetzen eines Filterelements in ein Filtergehäuse des erfindungsgemäßen Filtersystems mit einem in axialer Richtung folgenden ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, das wenigstens eine an einer Stirnseite eines Filterbalgs angeordnete erste Endscheibe mit einem Auflageelement und einer Radialdichtung umfasst, wobei das Auflageelement zum bestimmungsgemäßen Zusammenwirken mit einer korrespondierenden Auflagekontur und die Radialdichtung zum bestimmungsgemäßen Zusammenwirken mit einer Zentrierkontur des Filtergehäuses vorgesehen ist. Weiter umfasst das Filterelement wenigstens eine an einer zweiten Stirnseite eines Filterbalgs angeordnete zweite Endscheibe mit Abstützelementen, welche zum bestimmungsgemäßen Zusammenwirken mit einem Boden des zweiten Gehäuseteils vorgesehen sind. Diese Abstützelemente können beispielsweise vorteilhaft radial kreisförmig in einem festen Winkelabstand, beispielsweise in einem regelmäßigen Abstand, beispielsweise von 72° bei einer kreisförmigen Anordnung von fünf Abstützelementen, angeordnet sein. Auch sind mehrere konzentrisch angeordnete kreisförmige Anordnungen, die in ihrer Winkelausrichtung gegeneinander versetzt sein können, denkbar.
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Der Filterbalg kann als herkömmlicher Zellulose-Filterbalg ausgeführt sein, wie es für Luftfilter gebräuchlich ist. Er kann jedoch auch aus mehreren Teilen bestehen, die radial übereinander geschichtet angeordnet sein können und wovon beispielsweise einer aus Aktivkohle besteht. Daraus resultiert dann ein wesentlich höheres Gewicht des Filterelements. Solche Filter können beispielsweise im landwirtschaftlichen Bereich bei der Pestizid-Ausbringung in Landmaschinen eingesetzt werden. Die beiden Endscheiben des Filterelements können vorteilhaft aus Polyurethan bestehen, worin der Filterbalg mit seinen beiden Stirnseiten eingeschäumt ist. Bei genügender Steifigkeit des Filterbalgs kann auf ein versteifendes Mittelrohr des Filterelements verzichtet werden, so dass die Stabilität des Filterelements allein durch den Filterbalg und die beiden Endscheiben gegeben ist. Das Auflageelement und die Radialdichtung können zweckmäßigerweise mit der ersten Endscheibe zusammen angeschäumt sein, während die Abstützelemente mit der zweiten Endscheibe zusammen angeschäumt sein können. Aufgrund der Verwendung von Polyurethan weisen so auch Auflageelement, Radialdichtung und Abstützelemente eine ausreichende Elastizität auf, damit das Filterelement beim Verschließen des Filtergehäuses mit den beiden Gehäuseteilen elastisch verpresst und zwischen Rohseite und Reinseite des Filterelements gedichtet werden kann. Der Fluidpfad zum Filtern des Fluids verläuft radial von außen nach innen. Die zweite Endscheibe ist deshalb vorteilhaft durchgehend, während das gefilterte Fluid im hohlen Innenbereich des Filterbalgs nach unten durch eine Öffnung in der ersten Endscheibe abgeführt wird, der beispielsweise in einen Auslass eines Filtersystems mündet.
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Das Filterelement wird über das Auflageelement im ersten Gehäuseteil an der Auflagekontur axial gelagert und über die Radialdichtung an der Zentrierkontur radial zentriert eingesetzt.
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Das Filterelement ist mit dem Auflageelement an der Auflagekontur abstützbar und mit der Radialdichtung an der Zentrierkontur des Filtergehäuses zentrierbar. Das Filterelement kann nach der erfindungsgemäßen Lösung in dem Filtergehäuse in dem ersten Gehäuseteil auf der Auflagekontur aufliegen und mit der Zentrierkontur zentriert eingesetzt werden sowie über die erste und/oder zweite Führungskontur im zweiten Gehäuseteil beim Zusammenbau der beiden Gehäuseteile zentriert im zusammengebauten Filtergehäuse verspannt werden. Dabei sind die Führungs- und Zentrierelemente so in den beiden Gehäuseteilen angeordnet, dass sie das Verbauen von wenigstens zwei unterschiedlichen Filterelementen mit unterschiedlichen Außendurchmessern und Längen erlauben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Filterelement wenigstens ein Gegenelement zum Zusammenwirken mit wenigstens einem Art und/oder Größe des Filterelements charakterisierenden Sensorelement im Filtergehäuse aufweisen. Auf diese Weise lässt sich das Filterelement in seinem Typ eindeutig identifizieren und so gewährleisten, dass für einen vorgegebenen Betriebseinsatz eines Filtersystems das richtige und geeignete Filterelement verbaut ist.
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Zweckmäßigerweise kann das wenigstens eine Gegenelement vorzugsweise in einer Endscheibe angeordnet sein. Dadurch ist eine platzsparende Anordnung des Gegenelements gesichert. Weiter kann es nicht beschädigt oder unabsichtlich entfernt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids, das wenigstens ein auswechselbares Filterelement umfasst, welches eine Rohseite von einer Reinseite des Filtersystems trennt. Weiter umfasst das Filtersystem ein Filtergehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, welche das eingesetzte Filterelement umschließen, mit mindestens einem Einlass und einem Auslass für ein Fluid in einer Gehäusewand. Dabei weist zumindest eines der Gehäuseteile eine Zentrierkontur zum radialen Fixieren und radialen Abdichten des eingesetzten Filterelements auf. Das andere der Gehäuseteile umfasst wenigstens zwei radiale Führungskonturen, welche koaxial zueinander in unterschiedlicher axialer Höhe angeordnet sind, so dass alternativ wenigstens zwei unterschiedliche Filterelemente mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlicher axialer Länge in dem Filtergehäuse so einsetzbar sind, dass das jeweils eingesetzte Filterelement in radialer Richtung und in axialer Richtung definiert gehalten und dessen Reinseite gegenüber dessen Rohseite abgedichtet ist.
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Das auswechselbare Filterelement liegt nach der erfindungsgemäßen Lösung in dem Filtergehäuse in dem ersten Gehäuseteil auf einer Auflagekontur auf und wird mit einer Zentrierkontur zentriert eingesetzt, sowie über eine erste oder zweite Führungskontur der wenigstens zwei Führungskonturen im zweiten Gehäuseteil beim Zusammenbau der beiden Gehäuseteile zentriert im zusammengebauten Filtergehäuse verspannt. Dabei sind die Führungs- und Zentrierelemente so in den beiden Gehäuseteilen angeordnet, dass sie das Verbauen von wenigstens zwei unterschiedlichen Filterelementen mit unterschiedlichen Außendurchmessern und Längen erlauben. Der erste Gehäuseteil kann beispielsweise als Gehäusetopf ausgebildet sein, während der zweite Gehäuseteil als dazugehöriger Gehäusedeckel ausgebildet ist. Eine andere Alternative kann jedoch auch sein, dass beide Gehäuseteile als Gehäusetöpfe ausgebildet sind und in der Mitte des Filtergehäuses zusammengeschraubt oder geklipst werden. Das zu filternde Fluid kann über einen radialen Einlass zugeführt werden, durch das eingesetzte Filterelement radial den Filterbalg durchdringen und im hohlen Innenbereich des Filterbalgs nach außen in einen axialen Auslass des Filtergehäuses geführt werden.
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Das Filterelement ist nach dem Verschließen des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil durch Abstützen der Abstützelemente an dem Boden in einer axialen Richtung verpresst. Dabei wird die Kraft, die durch das Schließen des Filtergehäuses aufgebracht wird, über den Boden des zweiten Gehäuseteils auf die Abstützelemente übertragen, welche die Kraft ihrerseits dann über die zweite Endscheibe des Filterelements auf das Filterelement übertragen. Dadurch wird das Filterelement in einen Dichtsitz gepresst und außerdem im Betrieb mechanisch fixiert und gegen mögliche Bewegungen aufgrund von Vibrationen des Filtersystems geschützt.
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Das Filterelement ist in dem zweiten Gehäuseteil durch Anlegen eines Außenrandes der zweiten Endscheibe an die erste Führungskontur oder zweite Führungskontur des zweiten Gehäuseteils von innen radial geführt. Da zumindest die erste und vorteilhaft auch die zweite Führungskontur als ein Absatz im Boden des zweiten Gehäuseteils ausgebildet sind, kann sich der Außenrand der zweiten Endscheibe so günstig an diesen zargenartigen Absatz anlegen und dadurch beim Zusammenbau des Filtersystems radial geführt sowie beim Betrieb gegen radiale Bewegungen geschützt werden.
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Ebenso vorteilhaft wird das Filterelement durch Anlegen der Radialdichtung an die Zentrierkontur beim Einsetzen des Filterelements in das erste Gehäuseteil radial geführt. Beim Einsetzen des Filterelements in den ersten Gehäuseteil kann die Radialdichtung auf die Zentrierkontur, die in Form eines rohrförmigen Rohrabschnitts als Auslass des Filtergehäuses ausgebildet ist, aufgeschoben und so radial geführt werden. Auch ist das Filterelement so gegen radiale Bewegungen aufgrund von Vibrationen im Betrieb geschützt.
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Die Zentrierkontur weist an ihrer Außenseite, welche zu der Radialdichtung des Filterelements zeigt, eine radiale Dichtfläche auf, an welche sich die Radialdichtung anlegen kann und beim Schließen des Filtergehäuses über die Kraft, die durch Anpressen der Abstützelemente auf das Filterelement aufgebracht wird, in den Dichtsitz presst.
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Zweckmäßigerweise können die Abstützelemente an dem Boden des zweiten Gehäuseteils durch Umklappen der Abstützelemente in radialer Richtung nach außen und/ oder innen abstützbar sein. Da die Endscheiben des Filterelements mit den integrierten Abstützelementen beispielsweise bevorzugt aus geschäumtem Polyurethan ausgeführt sind und demzufolge elastische Eigenschaften aufweisen, können sie beim Anpressen des Bodens des zweiten Gehäuseteils elastisch verformt werden. Dabei hängt es von der Form der Abstützelemente ab, ob sie sich bevorzugt in radialer Richtung nach außen und/oder nach innen umlegen und so die mechanische Kraft von dem Boden auf die Endscheibe und damit auf das Filterelement übertragen. Die tatsächliche Ausbildung hängt dabei von der geometrischen Form des Filterelements ab, also beispielsweise, ob der Außenrand des Filterelements sich an der ersten oder der zweiten Führungskontur anlegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Zentrierkontur an ihrem in das Gehäuseinnere ragenden rohrförmigen Rohrabschnitt wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen, wobei der Bereich mit kleinstem Durchmesser axial innen angeordnet ist. Die Bereiche mit unterschiedlichem Durchmesser können zum Abstützen von schweren Filterelementen am Filtergehäuse dienen. Gerade relativ schwere Filterelemente, beispielsweise mit Aktivkohle-Filterbalg, die auch noch ohne stabilisierendes Mittelrohr aufgebaut sein können, werden vorteilhaft zusätzlich gelagert, um so eine Entlastung des Gewichts des Filterelements vornehmen zu können.
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Vorteilhaft kann die Zentrierkontur in einem Übergangsbereich zwischen den wenigstens zwei Bereichen zum Tragen des Gewichts des eingesetzten Filterelements ausgebildet sein und eine innere Öffnung des Filterelements durch den Übergangsbereich aufgenommen sein. Eine solche Gewichtsaufnahme ist durch die erfindungsgemäße Lagerung des Filterelements im Inneren des Filterbalgs auf einem Absatz möglich, der die beiden Bereiche unterschiedlichen Durchmessers der Zentrierkontur verbindet, so dass sich das Filterelement bei entsprechender Gegengeometrie darauf abstützen kann und so das Gewicht des Filterelements durch den Absatz aufgenommen werden kann. Filterelemente können unterschiedliche Innendurchmesser des Filterbalgs je nach Durchmesser der Zentrierkontur aufweisen, wobei die Zentrierkontur so weit in das Filterelement hineinragen kann, dass eine Gewichtsaufnahme/Abstützung des Filterelements erreicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Filtergehäuse des Filtersystems für die Erkennung eines in dem Filtergehäuse eingesetzten Filterelements wenigstens ein an dem Filtergehäuse angeordnetes Sensorelement aufweisen, welches eine Art des aktuell eingesetzten Filterelements identifiziert. Es besteht so die Option, über ein im Filtergehäuse appliziertes Sensorelement das Vorhandensein des benötigten Filterelementes für einen vorgesehenen Arbeitsgang, wie beispielsweise ein Aktivkohle-Filterelement für eine Spritzmittel-/Pestizidausbringung oder ein Partikelfilterelement einer landwirtschaftlichen Maschine für die Bearbeitung eines Feldes zu prüfen und über eine Anzeige darzustellen. Durch die verschiedenen Geometriedaten der einsetzbaren Filterelemente kann aufgrund der deutlich sichtbaren Unterschiede eine einfache Erkennung der zur Auswahl stehenden Filterelemente beispielsweise über eine Art elektromechanischen Schalter erfolgen. Auch ist der Einsatz eines Chip/RFID-Systems zur berührungslosen Erkennung denkbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das beschriebene Filtersystem als Luftfilter, insbesondere als Luftfilter für die Innenraumluft von Fahrerkabinen von Fahrzeugen, Land, Bau- und Arbeitsmaschinen, 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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Figurenliste
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- 1 ein zur Hälfte geschnittenes Filtersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem ersten Filterelement;
- 2 eine Draufsicht auf das Filterelement nach dem Ausführungsbeispiel aus 1;
- 3 ein zur Hälfte geschnittenes Filtersystem nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem zweiten Filterelement, das einen kleineren Außendurchmesser und eine größere Länge aufweist; und
- 4 ein zur Hälfte geschnittenes Filtersystem nach dem Ausführungsbeispiel mit dem zweiten Filterelement nach 3 mit beispielhaften Anordnungen von Sensorelementen.
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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 ein zur Hälfte geschnittenes Filtersystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem ersten Filterelement 10. Das Filtersystem 100 zum Filtern eines Fluids, umfasst ein auswechselbares Filterelement 10, welches eine Rohseite 52 von einer Reinseite 50 des Filtersystems trennt, ein Filtergehäuse 108 mit einem ersten Gehäuseteil 109 und einem zweiten Gehäuseteil 110, welche das eingesetzte Filterelement 10 umschließen, mit mindestens einem Einlass 102 und einem Auslass 104 für ein Fluid in einer Gehäusewand. Dabei weist zumindest eines der Gehäuseteile 109, 110 eine Zentrierkontur 124 zum radialen Fixieren und radialen Abdichten des eingesetzten Filterelements 10 auf, während das andere der Gehäuseteile 110, 109 eine erste und eine zweite radiale Führungskontur 116, 118 umfasst, welche koaxial zueinander in unterschiedlicher axialer Höhe angeordnet sind, so dass alternativ wenigstens zwei unterschiedliche Filterelemente 10, 11 mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlicher axialer Länge in dem Filtergehäuse 108 so einsetzbar sind, dass das jeweils eingesetzte Filterelement 10, 11 in radialer Richtung und in axialer Richtung L definiert gehalten und dessen Reinseite 50 gegenüber dessen Rohseite 52 abgedichtet ist.
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Das Filterelement 10 umfasst eine an einer Stirnseite 15 eines Filterbalgs 12 angeordnete erste Endscheibe 16 mit einem Auflageelement 20 und einer Radialdichtung 22, wobei das Auflageelement 20 zum bestimmungsgemäßen Zusammenwirken mit einer korrespondierenden Auflagekontur 114 und die Radialdichtung 22 zum bestimmungsgemäßen Zusammenwirken mit einer Zentrierkontur 124 des Filtergehäuses 108 vorgesehen ist, sowie eine an einer zweiten Stirnseite 17 eines Filterbalgs 12 angeordnete zweite Endscheibe 18 mit Abstützelementen 24, welche zum bestimmungsgemäßen Zusammenwirken mit einem Boden 120 des zweiten Gehäuseteils 110 vorgesehen sind. Das Filterelement ist mit dem Auflageelement 20 an der Auflagekontur 114 abgestützt und mit der Radialdichtung 22 an der Zentrierkontur 124 des Filtergehäuses 108 zentriert.
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Das Filtergehäuse 108 für ein Filtersystem 100, mit einem ersten Gehäuseteil 109 und einem zweiten Gehäuseteil 110, welche zum Umschließen des Filterelements 10 vorgesehen sind, weist einen radialen Einlass 102 zur Zuleitung des zu filternden Fluids und einen Auslass 104 für das gefilterte Fluid in einer Gehäusewand auf. Dabei weist das Gehäuseteil 109 eine Zentrierkontur 124 zum radialen Fixieren und radialen Abdichten des Filterelements 10 im eingesetzten Zustand auf, während das andere der Gehäuseteile 110 eine erste und eine zweite radiale Führungskontur 116, 118 aufweist, welche koaxial zueinander in unterschiedlicher axialer Höhe angeordnet sind, so dass alternativ wenigstens zwei unterschiedliche Filterelemente 10, 11 mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlicher axialer Länge in dem Filtergehäuse so einsetzbar sind, dass das jeweils eingesetzte Filterelement 10, 11 in radialer Richtung und in axialer Richtung L definiert gehalten und dessen Reinseite 50 gegenüber dessen Rohseite 52 abgedichtet ist. In 1 ist davon ein erstes Filterelement 10 dargestellt. Das Gehäuseteil 109 weist eine Auflagekontur 114 zum axialen Abstützen mittels einer stirnseitigen Dichtfläche 130 eines eingesetzten Filterelements 10 auf, welche die Zentrierkontur 124 umgibt. Die Zentrierkontur 124 weist eine radiale Dichtfläche 128 zum radialen Abdichten zwischen Reinseite 50 und Rohseite 52 im eingesetzten Zustand wenigstens eines der Filterelemente 10, 11 auf, wobei die radiale Dichtfläche 128 an einer Außenseite eines in das Gehäuseinnere 142 ragenden zentralen rohrförmigen Rohrabschnitts 140 ausgebildet ist, der zugleich in den zentralen Auslass 104 mündet. Die Zentrierkontur 124 weist an ihrem in das Gehäuseinnere 142 ragenden rohrförmigen Rohrabschnitt 140 wenigstens zwei Bereiche 132, 134 mit unterschiedlichem Durchmesser auf, wobei der Bereich 134 mit kleinstem Durchmesser axial innen angeordnet ist.
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Dabei ist die Zentrierkontur 124 im Übergangsbereich 136 zwischen den wenigstens zwei Bereichen 132, 134 zum Tragen des Gewichts eines eingesetzten Filterelements 10, 11 ausgebildet, wobei eine innere Öffnung 32 des Filterelements 10, 11 durch den Übergangsbereich 136 aufgenommen wird. Gerade relativ schwere Filterelemente 10, beispielsweise mit Aktivkohle-Filterbalg 12, die auch noch ohne stabilisierendes Mittelrohr aufgebaut sein können, werden vorteilhaft zusätzlich gelagert, um so eine Entlastung des Gewichts des Filterelements 10 vornehmen zu können. Eine solche Entlastung ist durch die erfindungsgemäße Lagerung des Filterelements 10 in dem Übergangsbereich 136 der Zentrierkontur 124 zwischen den Bereichen 132, 134 mit unterschiedlichen Durchmessern ermöglicht. Dieser Übergangsbereich 136 kann als Absatz die zwei Bereiche 132, 134 unterschiedlichen Durchmessers verbinden, so dass sich das Filterelement 10 bei entsprechender Gegengeometrie darauf abstützen kann und so das Gewicht des Filterelements 10 durch den Absatz aufgenommen werden kann, wobei eine innere Öffnung 32 des Filterelements 10 durch den Übergangsbereich 136 aufgenommen wird. Radial außerhalb der Zentrierkontur 124 ist ein Anlagebereich 138 vorgesehen, mit der im eingesetzten Zustand ein Filterelement 10, 11 mit passendem Durchmesser radial fixierbar ist. Die erste Führungskontur 116 ist als Absatz im Boden 120 des zweiten Gehäuseteils 110 ausgebildet. Die zweite Führungskontur 118 des zweiten Gehäuseteils 110, als weiterer Absatz im Boden 120 ausgebildet, ist in eine axial nach innen ragende Zarge fortgeführt, die radial außerhalb der ersten Führungskontur 116 angeordnet ist. An dieser Zarge ist die zweite Endscheibe 18 des Filterelements 10 radial fixiert. Das Filterelement 10 ist in dem zweiten Gehäuseteil 110 durch Anlegen eines Außenrandes 30 der zweiten Endscheibe 18 an die zweite Führungskontur 118 des zweiten Gehäuseteils 110 so von innen radial geführt.
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Weiter ist das Filterelement 10 durch Anlegen der Radialdichtung 22 an die Zentrierkontur 124 beim Einsetzen des Filterelements 10 in das erste Gehäuseteil 109 radial geführt. Das Filterelement 10 wird durch das Anpressen des Bodens 120 des zweiten Gehäuseteils 110 an die Abstützelemente 24 der zweiten Endscheibe 18 des Filterelements 10 über das Anlegen der Radialdichtung 22 an die Zentrierkontur 124 radial in dem Filtersystem zwischen der Reinseite 50 und der Rohseite 52 des Filtersystems 100 gedichtet. Die elastischen Abstützelemente 24 und 26, welche in 1 in der (CAD-abgeleiteten) Darstellung den zweiten Gehäuseteil 110 durchstoßen, legen sich in Wirklichkeit innen an die Fläche 123 des Bodens 120 des zweiten Gehäuseteils 110 durch Umklappen der Abstützelemente 24, 26 in radialer Richtung nach außen und/oder innen an und stützen sich daran ab. Das Filterelement 10 wird so beim Verschließen des ersten Gehäuseteils 109 mit dem zweiten Gehäuseteil 110 durch Abstützen der Abstützelemente 24, 26 an der Fläche 123 des Bodens 120 in axialer Richtung L verpresst. Die Abstützelemente 24, 26 sind bei dem dargestellten Filterelement 10 in zwei konzentrischen Kreisen radial so weit außen angeordnet, dass sie das Filterelement 10 in Höhe des Filterbalgs 12 gegen das Filtergehäuse 108 abstützen können, was gerade bei relativ schweren Filterelementen 10 von Vorteil ist. Dabei sind die Abstützelemente 24, 26 in ihrer Winkelausrichtung gegeneinander versetzt angeordnet. Die zweite Endscheibe 18 ist dadurch weniger auf Scherung belastet.
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Das Filtersystem weist an dem Filtergehäuse 108 für die Erkennung eines in dem Filtergehäuse 108 eingesetzten Filterelements 10, 11 wenigstens ein an dem Filtergehäuse 108 angeordnetes Sensorelement 122 auf, welches eine Art des aktuell eingesetzten Filterelements 10, 11 identifiziert. Das Sensorelement 122 ist im ersten Gehäuseteil 109 in Höhe des Anlagebereichs 138 angeordnet, und zum Zusammenwirken mit wenigstens einem Gegenelement 144 eines eingesetzten Filterelements 10, 11 vorgesehen, das für die Art und/oder Größe des eingesetzten Filterelements 10, 11 charakteristisch ist. Das Filterelement 10 weist ein Gegenelement 144 zum Zusammenwirken mit dem Art und/ oder Größe des Filterelements 10 charakterisierenden Sensorelement 122 im Filtergehäuse 108 auf. Das eine Gegenelement 144 ist dabei vorzugsweise in einer Endscheibe 16, 18 angeordnet. Bei dem in 1 dargestellten Filterelement 10 ist es in die erste Endscheibe 16 integriert. Das Sensorelement 122 ist nicht näher ausgestaltet, sondern lediglich rein schematisch angedeutet. Durch die verschiedenen Geometriedaten der einsetzbaren Filterelemente 10, 11 kann aufgrund der deutlich sichtbaren Unterschiede eine einfache Erkennung der zur Auswahl stehenden Filterelemente 10, 11 beispielsweise über eine Art elektromechanischen Schalter oder auch eine berührungslose Sensorelemente/Gegenelement-Kombination erfolgen. Beispielsweise kann als Sensorelement ein Hallsensor eingesetzt werden, während als Gegenelement ein magnetisches Metallelement verwendet werden kann. Auch ist der Einsatz eines Chip/RFID-Systems zur berührungslosen Erkennung denkbar.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Filterelement 10 nach dem Ausführungsbeispiel aus 1. Die von oben dargestellte zweite Endscheibe 18 weist je fünf, in zwei konzentrischen Kreisen angeordnete, Abstützelemente 24, 26 auf. Die Abstützelemente 24, 26 sind in gleichmäßigen Abständen auf den Kreisen angeordnet, so dass die Abstützelemente 24, 26 Winkelabstände von 72° aufweisen, wobei die Abstützelemente 24, 26 in ihrer Winkelanordnung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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In 3 ist ein zur Hälfte geschnittenes Filtersystem 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem zweiten Filterelement 11, das einen kleineren Außendurchmesser und eine größere Länge aufweist, dargestellt. Das Filterelement 11 weist einen Filterbalg 12 auf, der einen wesentlich geringeren Durchmesser gegenüber dem Filterbalg 12 in 1 besitzt, so dass das gesamte Filterelement 11 einen geringeren Außendurchmesser gegenüber dem Filterelement 10 in 1 aufweist. Dadurch legt sich die erste Endscheibe 16 auch nicht an der Zarge 138 des ersten Gehäuseteils 109 an, jedoch wird die zweite Endscheibe 18 mit ihrem Außenrand 30 radial an der ersten Führungskontur 116 abgestützt, da das Filterelement 11 auch länger ist als das Filterelement 10. Die erste Führungskontur 116 ist dabei als Absatz in der Fläche 121 des Bodens 120 des zweiten Gehäuseteils 110 ausgebildet. Die Abstützelemente 24 durchstoßen in der Darstellung in 1 auch wieder das zweite Gehäuseteil 110, legen sich aber in Wirklichkeit beim Zusammenbau des Filtergehäuses 108 an die Fläche 121 des Bodens 120 an, da sie elastisch beispielsweise aus Polyurethan ausgeführt sind, und stützen sich so an dem zweiten Gehäuseteil 110 ab, um die Kraft auf das Filterelement 11 zu übertragen.
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Das Filterelement 11 stützt sich nicht an dem Übergangsbereich 136 der Zentrierkontur 124 ab, da es einen größeren Durchmesser der inneren Öffnung 32 aufweist, der dem unteren Bereich 132 der Zentrierkontur 124 entspricht. Dies ist möglich, wenn der Filterbalg 12 in diesem Fall beispielsweise nur aus Zellulose besteht und deswegen das Gewicht des Filterelements 11 auch nicht zusätzlich abgestützt werden soll.
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Da das Sensorelement 122 aufgrund des geringeren Außendurchmessers des zweiten Filterelements 11 keinen Kontakt zu einem Gegenelement 144 der ersten Endscheibe 16 aufweist, kann es beispielsweise so erkennen, dass ein anderes Filterelement 11 in das Filtergehäuse 108 eingesetzt ist, und eine entsprechende Anzeige geschaltet werden.
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4 zeigt ein zur Hälfte geschnittenes Filtersystem nach dem Ausführungsbeispiel mit dem zweiten Filterelement nach 3 mit beispielhaften Anordnungen von Sensorelementen 122 an den beiden Gehäuseteilen 109 und 110. Ein Sensorelement 122a ist beispielsweise, wie in den beiden 1 und 2 dargestellt, an dem Anlagebereich 138 im ersten Gehäuseteil 109 angeordnet. Damit könnte ein Gegenelement 144 in einer Endscheibe 16 eines Filterelements 10 detektiert werden, wenn die Endscheibe 16 an dem Anlagebereich 138 anliegen würde. Weitere Sensorelemente 122 sind an dem zweiten Gehäuseteil 110 angeordnet und zwar so, dass sie Gegenelemente 144 in Endscheiben 18 von Filterelementen 10, 11, die an einer Fläche 121 des Bodens 120 oder an einer Fläche 123 des Bodens 120 anliegen, detektieren. In 3 würde so das dem Sensorelement 122c an der Fläche 121 gegenüberliegende Gegenelement 144 erkannt werden. Sensorelement 122 b würde dagegen erkennen, ob ein Gegenelement 144 einer Endscheibe 18, die an der Fläche 123 anliegt, vorhanden ist, was in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht der Fall ist.
