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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinheit zur Anordnung in einem Vorratstank, umfassend ein Filtergehäuse, einen innerhalb des Filtergehäuses vorgesehenen Aufnahmeraum, mindestens ein Filtermedium und eine Heizeinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner einen Vorratstank, welcher mindestens eine erfindungsgemäße Filtereinheit umfasst.
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Stand der Technik
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Zur Entnahme von einer Flüssigkeit aus einem Vorratstank sind Filtereinheiten bekannt, welche innerhalb des Vorratstanks angeordnet sind. Eine solche Filtereinheit umfasst beispielsweise ein Gehäuse mit mindestens einem Filtermedium. Das Filtermedium ist dabei für ein Permeat durchlässig, während ein Retentat von dem Filtermedium zurück gehalten wird.
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Derartige Vorratstanks mit Filtereinheiten finden unter anderem in Kraftfahrzeugen Anwendung, insbesondere in Abgasnachbehandlungssystemen. In einem solchen Vorratstank, welcher der Aufnahme von einer Harnstofflösung dient, ist ein Filter angeordnet. Der Filter ist über einen Kanal mit einer Ansaugstelle eines als Pumpe ausgebildeten Förderaggregats verbunden. Der Filter hat die Aufgabe, Retentat, insbesondere während der Dauer von Nachtankvorgängen möglicherweise in den Vorratstank gelangenden Schmutz, auszufiltern, um sensible Bauteile, wie beispielsweise ein Pumpenmodul sowie ein Dosiermodul, zu schützen. Die Hauptschmutzbeladung des Filters über dessen Lebensdauer gesehen, entsteht durch eingebrachten Schmutz, der bei Nachtankvorgängen in den Vorratstank gelangt. Da der Filter über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs ausgelegt werden soll, ist die Kapazität des Filters entsprechend hoch auszulegen.
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Die Harnstofflösung, die bei bekannten Abgasnachbehandlungssystemen zum Einsatz kommt, gefriert bei etwa –11° C. Um die korrekte Funktion des Abgasnachbehandlungssystems auch bei tiefen Temperaturen aufrecht zu erhalten, sind daher Heizungen vorgesehen, um gefrorene Harnstofflösung aufzutauen.
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In der
DE 10 2013 217 333 A1 ist eine als Im-Tank-Filter bezeichnete, gattungsgemäße Filtereinheit offenbart. Die Filtereinheit dient der Filterung einer Flüssigkeit, insbesondere einer Harnstofflösung, in einem Vorratstank und weist eine erste Filterseite und eine zweite Filterseite auf. Die erste und die zweite Filterseite weisen je ein Filtermedium auf. Zwischen der ersten Filterseite und der zweiten Filterseite ist ein Aufnahmeraum vorgesehen. Zum Bilden eines Gehäuses ist eine ringförmige Umfangswand vorgesehen, welche die erste Filterseite und die zweite Filterseite umschließt. Über eine an dem Gehäuse vorgesehene Anschlussöffnung ist gefilterte Flüssigkeit, also Permeat, aus dem Aufnahmeraum der Filtereinheit ableitbar. Zum Auftauen von gefrorener Flüssigkeit ist eine Heizeinrichtung vorgesehen. Die Heizeinrichtung umfasst dabei einen hülsenartig ausgebildeten Wärmeleitpin, der die Anschlussöffnung konzentrisch umschließt. Bei Erwärmung des Wärmeleitpins durch eine aktive Heizeinrichtung leitet dieser Wärme in die Anschlussöffnung, wodurch darin befindliche Flüssigkeit erwärmt und aufgetaut wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine Filtereinheit zur Anordnung in einem Vorratstank vorgeschlagen, wobei die Filtereinheit ein Filtergehäuse, einen innerhalb des Filtergehäuses vorgesehenen Aufnahmeraum, mindestens ein Filtermedium und eine Heizeinrichtung umfasst.
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Erfindungsgemäß ist die Heizeinrichtung, welche insbesondere zum Auftauen von Flüssigkeit dient, dabei innerhalb des Aufnahmeraums in dem Filtergehäuse der Filtereinheit angeordnet. Bei der Heizeinrichtung handelt es sich bevorzugt um eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung.
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Vorzugsweise weist die Heizeinrichtung dabei einen kreiszylindrisch oder rohrförmig ausgebildeten Spulenkörper auf. Der Spulenkörper kann also massiv ausgestaltet sein oder einen Hohlraum aufweisen. Vorzugsweise ist der Spulenkörper zumindest annähernd rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse ausgeführt und weist aus Wärmeleitgründen einen Hohlraum auf. Um die Mittelachse des Spulenkörpers sind Heizdrahtwindungen eines Heizdrahtes gewickelt. Vorzugsweise sind die Heizdrahtwindungen konzentrisch um die Mittelachse gelegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizdrahtwindungen des Heizdrahtes um eine Mantelfläche des Spulenkörpers herum gewickelt. Die Heizdrahtwindungen liegen somit außen auf der Mantelfläche des Spulenkörpers auf. Dadurch kann in dem Heizdraht erzeugte Wärme unmittelbar an die Flüssigkeit abgegeben werden, welche die Heizeinrichtung umgibt. Die Heizdrähte können mittels Spritzgießens von der umgebenden Flüssigkeit isoliert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizdrahtwindungen des Heizdrahtes in den Spulenkörper eingebettet. Die Heizdrahtwindungen liegen somit in der Nähe der Mantelfläche des Spulenkörpers, sind aber von dem Material des Spulenkörpers umgeben. Dadurch ist der Heizdraht von der Flüssigkeit, welche die Heizeinrichtung umgibt, isoliert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Heizdraht der elektrisch betriebenen Heizeinrichtung mittels zweier Anschlusskontakte mit einer elektrischen Spannungsquelle verbindbar, wobei die Anschlusskontakte eine Wand des Filtergehäuses der Filtereinheit durchgreifen.
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Vorzugsweise sind die Anschlusskontakte des Heizdrahtes dabei in einen Zuleitungsabschnitt eingebettet, wobei der Zuleitungsabschnitt von dem Spulenkörper weg ragt. Der Zuleitungsabschnitt kann einstückig mit dem Spulenkörper ausgebildet sein.
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Vorteilhaft stellt der Zuleitungsabschnitt dabei einen Fügebereich dar, mit welchem die Heizeinrichtung an dem Filtergehäuse der Filtereinheit befestigt ist. Die Anschlusskontakte durchgreifen die Wand des Filtergehäuses der Filtereinheit vorteilhaft in dem Fügebereich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durchgreifen die Anschlusskontakte des Heizdrahtes die Wand des Filtergehäuses der Filtereinheit an einer Auflagerfläche, mit welcher das Filtergehäuse der Filtereinheit an einem Trägerteil des Vorratstanks befestigbar, insbesondere verschweißbar ist.
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Es wird auch ein Vorratstank vorgeschlagen, der mindestens eine erfindungsgemäße Filtereinheit umfasst.
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Vorzugsweise ist das Filtergehäuse der Filtereinheit dabei derart an einem Trägerteil des Vorratstanks befestigt, insbesondere verschweißt, dass die Anschlusskontakte des Heizdrahtes der Heizeinrichtung auch das Trägerteil durchgreifen.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die Anordnung der Heizeinrichtung innerhalb des Aufnahmeraums in dem Filtergehäuse der Filtereinheit wird die in dem Vorratstank enthaltene Flüssigkeit primär an einer Stelle aufgetaut, an welcher die Flüssigkeit von einer externen Pumpe angesaugt wird. Somit wird die aufgetaute Flüssigkeit schneller der Pumpe sowie einem Abgasnachbehandlungssystem bereitgestellt. Ferner entsteht durch das Erwärmen der Flüssigkeit innerhalb des Aufnahmeraums in dem Filtergehäuse der Filtereinheit eine thermische Strömung; die wärmere Flüssigkeit steigt nach oben und verdrängt dort vorhandene kältere Flüssigkeit. Die innerhalb des Aufnahmeraums in dem Filtergehäuse der Filtereinheit erwärmte Flüssigkeit dringt dabei auch durch das Filtermedium der Filtereinheit zurück in den Vorratstank. Die wärmere Flüssigkeit verursacht somit eine Rückspülung des Filtermediums. Dadurch wird ein auf der dem Aufnahmeraum abgewandten Seite des Filtermediums vorhandener Filterkuchen abgebaut, und das weitere Aufbauen eines Filterkuchens wird verhindert. Somit werden die Lebensdauer des Filtermediums sowie die Lebensdauer der gesamten Filtereinheit vorteilhaft verlängert. Vorteilhaft sind auch die Heizdrahtwindungen eines Heizdrahts einer elektrisch betriebenen Heizeinrichtung innerhalb des Aufnahmeraums in dem Filtergehäuse der Filtereinheit auch keinem Eisgang ausgesetzt, welcher beim Auftauen der Flüssigkeit in dem Vorratstank außerhalb der Filtereinheit auftreten kann.
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Eine Heizeinrichtung mit einem Spulenkörper, auf welchem Heizdrahtwindungen eines Heizdrahtes gewickelt sind, ist prozesssicher und kostengünstig herstellbar. Insbesondere sind bei der Herstellung einer solchen Heizeinrichtung keine engen Toleranzvorgaben einzuhalten. Bei dem Wickeln der Heizdrahtwindungen auf den Spulenkörper können annähernd beliebige Wickelkräfte ausgeübt werden. Der Spulenkörper kann derart robust ausgestaltet sein, dass keine merkliche Verformung, die durch die Wickelkräfte ausgelöst wird, eintritt.
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Durch die Führung der Anschlusskontakte des Heizdrahtes innerhalb des Zuleitungsabschnitts sowie durch die Wand des Filtergehäuses der Filtereinheit und durch das Trägerteil des Vorratstanks sind die Anschlusskontakte stets von der Flüssigkeit isoliert. Eine aufwendige Abdichtung der Anschlusskontakte gegen die Flüssigkeit ist somit nicht erforderlich. Die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Anschlusskontakten ist reduziert. Ferner entfallen aufwendige Druckabfallprüfungen nach der Produktion des Vorratstanks.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische, geschnittene Darstellung einer Heizeinrichtung einer Filtereinheit,
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2 eine Frontalansicht auf die Heizeinrichtung aus 1,
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3 eine teiltransparente Darstellung einer Filtereinheit mit der Heizeinrichtung aus 1 und
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4 eine teiltransparente, geschnittene Darstellung eines Vorratstanks mit der Filtereinheit aus 3.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine Heizeinrichtung 30 einer Filtereinheit 20 schematisch geschnitten dargestellt. Die Heizeinrichtung 30 umfasst einen Spulenkörper 60, welcher vorliegend rohrförmig oder hohlzylindrisch ausgebildet ist. Der Spulenkörper 60 ist dabei annähernd rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse M ausgebildet. Der Spulenkörper 60 weist jeweils beidseitig eine Stirnseite 66 auf, sowie eine Mantelfläche 64, die sich in einem radialen Abstand konzentrisch zu der Mittelachse M befindet.
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Um die Mittelachse M des Spulenkörpers 60 herum ist ein Heizdraht 52 in Form von Heizdrahtwindungen 32 gewickelt. Die Heizdrahtwindungen 32 befinden sich dabei in der Nähe der Mantelfläche 64 des Spulenkörpers 60. Vorliegend sind die Heizdrahtwindungen 32 in den Spulenkörper 60 eingebettet. Das bedeutet, die Heizdrahtwindungen 32 befinden sich in der Nähe der Mantelfläche 64, ragen jedoch nicht in radialer Richtung über diese nach außen hinaus. Es ist auch denkbar, die Heizdrahtwindungen 32 auf die Mantelfläche 64 des Spulenkörpers 60 zu wickeln.
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Von dem Spulenkörper 60 ragt ein Zuleitungsabschnitt 72 weg. In den Zuleitungsabschnitt 72, welcher vorliegend aus dem gleichen Material gefertigt ist wie der Spulenkörper 60, und mit diesem einteilig ausgebildet ist, sind ein positiver Anschlusskontakt 74 und ein negativer Anschlusskontakt 76 des Heizdrahts 52 eingebettet. Bei Anlegen einer Spannung zwischen dem positiven Anschlusskontakt 74 und dem negativen Anschlusskontakt 76 fließt ein Strom durch die Heizdrahtwindungen 32 des Heizdrahts 52, worauf sich der Heizdraht 52 erwärmt und somit seine Wärme an eine umgebende Flüssigkeit innerhalb der Heizeinrichtung 30 abgibt.
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Eine Frontalansicht auf die Heizeinrichtung 30 aus 1 ist in 2 dargestellt. Der Spulenkörper 60 ist, wie bereits erwähnt, rohrförmig oder hohlzylindrisch ausgebildet. Das bedeutet, der Spulenkörper 60 ist im Inneren hohl. Alternativ ist es denkbar, den Spulenkörper 60 massiv auszubilden, insbesondere kreiszylindrisch. Der Spulenkörper 60 kann dabei längs oder quer zu der Filterachse angeordnet sein.
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Die Heizdrahtwindungen 32 befinden sich, bei der vorliegenden Ausführungsform der Heizeinrichtung 30, innerhalb des Spulenkörpers 60 und sind somit in dieser Darstellung nicht sichtbar. Sichtbar ist der Zuleitungsabschnitt 72, welcher seitlich von dem Spulenkörper 60 wegragt, und in welchen der positive Anschlusskontakt 74 und auch der negative Anschlusskontakt 76 eingebettet sind.
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Eine Filtereinheit 20 mit einer Heizeinrichtung 30 gemäß 1 und 2 ist in 3 teiltransparent dargestellt. Die Filtereinheit 20 umfasst neben der Heizeinrichtung 30 ein Filtergehäuse 40.
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Das Filtergehäuse 40 ist vorliegend zweiteilig aufgebaut und umfasst ein erstes Gehäuseteil 68 und ein zweites Gehäuseteil 70. Das erste Gehäuseteil 68 und das zweite Gehäuseteil 70 sind aufeinandergesetzt und an einer Fügefuge 86 miteinander verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt. Auch andere Verbindungsarten, beispielsweise Kleben oder mechanisches Verbinden, sind denkbar.
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Die beiden Gehäuseteile 68, 70 umschließen somit einen Aufnahmeraum 62 des Filtergehäuses 40. Die Heizeinrichtung 30 ist dabei innerhalb des Aufnahmeraums 62 angeordnet.
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An einer Seitenwand des ersten Gehäuseteils 68 ist ein erstes Filtermedium 81 angeordnet. An einer Seitenwand des zweiten Gehäuseteils 70 ist ein zweites Filtermedium 82 angeordnet. Die Filtermedien 81, 82 dienen zur Filtrierung einer in einem Vorratstank 10 befindlichen Flüssigkeit. Es können zusätzlich weitere Filtermedien an anderen Seiten des Filtergehäuses 40, beispielsweise an Stirnflächen, vorgesehen werden. Bei der Herstellung der Gehäuseteile 68, 70 können die Filtermedien 81, 82 bereits in ein Spritzgusswerkzeug mit eingelegt werden.
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Die Gehäuseteile 68, 70 können unter anderem als Halbzylinder, in rechteckiger oder quadratischer Form hergestellt werden.
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Die Filtereinheit 20 umfasst ferner eine erste Auflagerfläche 80 und eine zweite Auflagerfläche 84, mittels denen die Filtereinheit 20 an einem Trägerteil 14 des Vorratstanks 10 befestigbar ist. Vorliegend sind die Auflagerflächen 80, 84 an dem zweiten Gehäuseteil 70 angebracht.
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Die Anschlusskontakte 74, 76 des Heizdrahts 52 durchragen eine Wand des Filtergehäuses 40, vorliegend des zweiten Gehäuseteils 70. Insbesondere durchragen die Anschlusskontakte 74, 76 die erste Auflagerfläche 80 des zweiten Gehäuseteils 70.
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Ein Vorratstank 10 mit einer Filtereinheit 20, die in 3 dargestellt ist, ist in 4 teiltransparent und geschnitten dargestellt.
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Der Vorratstank 10 umfasst ein Trägerteil 14, welches annähernd flach ausgebildet ist, und auf welchem die Filtereinheit 20 befestigt ist. Die Filtereinheit 20 ist dabei mittels der ersten Auflagerfläche 80 und der zweiten Auflagerfläche 84 an dem Trägerteil 14 des Vorratstanks 10 befestigt, vorliegend verschweißt. Die Anschlusskontakte 74, 76 durchgreifen auch das Trägerteil 14.
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Der Vorratstank 10 ist vorliegend Teil eines Abgasnachbehandlungssystems eines Kraftfahrzeugs. Innerhalb des Vorratstanks 10 ist eine Flüssigkeit, vorliegend eine Harnstofflösung, angeordnet. Eine nicht dargestellte Pumpe pumpt durch einen ebenfalls nicht dargestellten Absaugkanal die Harnstofflösung aus der Filtereinheit 20 heraus. Der nicht dargestellte Absaugkanal ragt dabei in Form eines Stutzens von dem Filtergehäuse 40 der Filtereinheit 20 weg. Durch den dabei in der Filtereinheit 20 entstehenden Unterdruck wird weitere Flüssigkeit durch das erste Filtermedium 81 sowie das zweite Filtermedium 82 in den Aufnahmeraum 62 der Filtereinheit 20 gesaugt.
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Die Filtermedien 81, 82 sind dabei für ein Permeat, vorliegend die eigentliche Harnstofflösung, durchlässig. Retentat, vor allem Verschmutzungen, welche sich innerhalb der Flüssigkeit befinden, werden von den Filtermedien 81, 82 zurückgehalten und verbleiben somit außerhalb der Filtereinheit 20 in dem Vorratstank 10.
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Wenn bei tieferen Temperaturen, insbesondere bei weniger als –11°C, die Harnstofflösung innerhalb des Vorratstanks 10, und insbesondere innerhalb des Aufnahmeraums 62 der Filtereinheit 20, gefriert, so kann mittels der Heizeinrichtung 30 die Harnstofflösung aufgetaut werden. Dazu wird eine Spannung an die Anschlusskontakte 74, 76 angelegt, woraufhin ein Strom durch den Heizdraht 52 fließt, woraufhin der Heizdraht 52 sich erwärmt und die Wärme an die umgebende Flüssigkeit innerhalb des Aufnahmeraums 62 der Filtereinheit 20 abgibt.
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Der nicht dargestellte Ansaugkanal ist an dem Filtergehäuse 40 der Filtereinheit 20 angebracht und mündet in unmittelbarer Nähe der Heizeinrichtung 30. Somit ist sichergestellt, dass unmittelbar nach Beginn des Absaugvorgangs innerhalb der Filtereinheit 20 flüssige Harnstofflösung bereitsteht und durch den Absaugkanal von der Pumpe angesaugt werden kann.
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Bei der Herstellung der Heizeinrichtung 30 wird zunächst der Spulenkörper 60 im Spritzgussprozess hergestellt. Dabei werden die Heizdrahtwindungen 32 des Heizdrahts 52 mit eingespritzt. Auch die Anschlusskontakte 74, 76 werden in den Zuleitungsabschnitt 72 mit eingespritzt.
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Der Zuleitungsabschnitt 72 stellt dabei einen Fügebereich dar, mittels welchem die Heizeinrichtung 30 an dem Filtergehäuse 40 der Filtereinheit 20 befestigbar ist. Die Heizeinrichtung 30 wird dabei mittels des besagten Fügebereichs an einer dafür vorgesehenen Stelle an dem zweiten Gehäuseteil 70 der Filtereinheit 20 befestigt, insbesondere verschweißt.
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Nach dem Befestigen der Heizeinrichtung 30 an dem zweiten Gehäuseteil 70 wird das erste Gehäuseteil 68 auf das zweite Gehäuseteil 70 aufgesetzt und mit dem zweiten Gehäuseteil 70 stoffschlüssig verbunden. Insbesondere wird das erste Gehäuseteil 68 dann mit dem zweiten Gehäuseteil 70 entlang der Fügefuge 86 verschweißt.
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Nachfolgend wird die so entstandene Filtereinheit 20 mittels der ersten Auflagerfläche 80 und der zweiten Auflagerfläche 84 an einer dafür vorgesehenen Stelle an das Trägerteil 14 im Inneren des Vorratstanks 10 angeschweißt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervor gehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen des fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013217333 A1 [0005]
