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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter
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Stand der Technik
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In Kraftfahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, welche mit Benzin oder Diesel betrieben werden, kommen häufig Flüssigkeitsfilter zur Anwendung. Derartige Flüssigkeitsfilter können dazu dienen, Partikel oder Wasser aus dem Kraftstoff abzuscheiden, um so eine Beschädigung des Motors zu verhindern. Durch die stetig steigenden Anforderungen an die Reinheit von Abgasen aus Brennkraftmaschinen kann es sich jedoch auch um Flüssigkeitsfilter handeln, die Partikel aus einer Harnstofflösung abscheiden sollen, wobei die Harnstofflösung dazu dient, das Abgas zu reinigen.
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Aus dem Stand der Technik sind Flüssigkeitsfilter bekannt, die ein Gehäuse aus zwei separaten Gehäuseelementen aufweisen. In dem Gehäuse ist ein Filtereinsatz zur Abscheidung von Partikeln angeordnet. Um das Gehäuse fluiddicht abdichten zu können kann zwischen den zwei Gehäuseelementen ein Dichtelement vorgesehen sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass die Zuverlässigkeit einer fluiddichten Abdichtung des zweiteiligen Gehäuses des Flüssigkeitsfilters mittels eines Dichtelements begrenzt sein kann, insbesondere im Wartungsfall, also wenn das Dichtelement ausgetauscht werden muss und die beiden separaten Gehäuseelemente wieder zusammengesetzt werden.
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Herkömmliche O-Ringe können beispielsweise beim Transport oder beim Handling gequetscht oder in sich verdreht werden. Außerdem weisen sie nur eine geringe Kontaktfläche zwischen den zwei gegeneinander abzudichtenden Gehäuseelementen auf – diese wird erst durch die Ausübung von Druck und eine entsprechende Verformung des O-Rings vergrößert. Es kann daher vorkommen, dass bei der Anwendung von zu wenig Druck auf den O-Ring die Dichtfläche zu gering ist und es zu Undichtigkeiten kommt.
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Andere zweiteilige Flüssigkeitsfilter mit Dichtelementen, die von der symmetrischen Form eines O-Rings abweichen könnten bergen, wenn diese Dichtelemente verdreht werden und eine Dichtelement-Außenseite nun eine Dichtelement-Innenseite darstellt, ebenfalls das Risiko, dass nach dem Zusammenbau des Gehäuses nur eine unzureichende Dichtwirkung erzielt wird.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen Flüssigkeitsfilter bereitzustellen, der ein zweiteiliges Gehäuse aufweist und auf kostengünstige und einfache Art und Weise zuverlässig fluiddicht, auch im Wartungsfall, mittels eines Dichtelements abgedichtet werden kann.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Flüssigkeitsfilter mit einem zweiteiligen Gehäuse vorgeschlagen, der im Vergleich zum Stand der Technik besonders einfach und zuverlässig fluiddicht, insbesondere auch im Wartungsfall, mittels eines Dichtelements abdichtbar ist.
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Dies wird dadurch erreicht, dass der Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Kraftstoffe oder Harnstofflösung, ein Gehäuse mit einer Gehäuselängsachse und einen in dem Gehäuse angeordnet Filtereinsatz zur Abscheidung von Partikeln umfasst. Das Gehäuse ist dabei aus einem ersten Gehäuseelement und einem davon separaten zweiten Gehäuseelement gebildet. Zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement ist zur fluiddichten Abdichtung der beiden Gehäuseelemente zueinander ein Dichtelement angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Dichtelement im Querschnitt eine im Wesentlichen hexagonale Form aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Dichtelement für einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere für einen aus zwei Gehäuseelementen gebildeten Flüssigkeitsfilter, vorgeschlagen, wobei das Dichtelement im Querschnitt eine im Wesentlichen hexagonale Form aufweist.
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Mit anderen Worten ist das Dichtelement nicht mit rundem oder rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Dadurch ergibt sich vorteilhaft gegenüber derartigen Dichtelementen mit rundem oder rechteckigem Querschnitt auch bei wenig Kraftaufwendung eine wesentlich vergrößerte Kontaktfläche zwischen den gegeneinander abzudichtenden Gehäuseelementen und dem Dichtelement, so dass der Flüssigkeitsfilter mit wenig Kraftaufwand fluiddicht abdichtbar ist. Denn es wird bereits bei geringem Druck bzw. einer geringen Verspannung der Gehäuseelemente gegeneinander eine ausreichende Dichtwirkung erzielt. Vorteilhaft kann dadurch die Materialstärke des Gehäuses reduziert werden, da beim Zusammenbauen nicht so viel Druck der Gehäuseelemente gegeneinander aufgewendet werden muss, wie bei einem im Querschnitt runden, rechteckigen oder elliptischen Dichtmittel. Weiterhin vorteilhaft können am Gehäuse an der Stelle des Dichtsitzes auch ebene Flächen als Kontaktflächen verwendet werden, da durch die ebenen Flächen des Dichtelements (hexagonale Form) eine ausreichende Dichtfläche zur Verfügung steht. Bei herkömmlichen Dichtelementen mit rundem Querschnitt kann es erforderlich sein, am Ort des Dichtelements ebenfalls eine gekrümmte Oberfläche vorzusehen, um eine ausreichende Dichtfläche zur Verfügung zu stellen.
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Weiterhin vorteilhaft ist ein Dichtelement mit hexagonale Form im Querschnitt wesentlich besser gegen eine Verdrehung bzw. ein Twisten beim Handling oder beim Transport geschützt, da die hexagonale Form eine höhere Verwindungssteifigkeit aufweist als beispielsweise ein Dichtelement mit rundem, elliptischem, rechteckigem oder asymmetrischem Querschnitt. Dadurch wird vorteilhaft das Risiko einer fehlerhaften Montage bzw. eines fehlerhaften Einbaus des Dichtelements im Flüssigkeitsfilter verringert und somit verringert sich das Risiko, dass der Flüssigkeitsfilter undicht wird.
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Auch weist ein Dichtelement mit hexagonaler Form im Querschnitt ein höheres Flächenträgheitsmoments auf als beispielsweise ein Querschnitt mit rundem oder elliptischem Querschnitt oder mir rechteckigem Querschnitt. Dadurch wird vorteilhaft eine höhere Formelastizität bewirkt, wodurch sich das Abdichtverhalten verbessern kann.
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Weiterhin ist durch die im Querschnitt hexagonale Form des Dichtelements besonders einfach und zuverlässig ein entlang der Gehäuselängsachse wirkender Druck, mit dem die beiden Gehäuseelemente gegeneinander verspannt werden, in eine radiale bzw. seitliche Richtung gezielt um lenkbar. Dadurch wird vorteilhaft das Zusammenpressen des Dichtelements ausschließlich entlang der Längsrichtung verringert, da das Dichtelement auch in radialer Richtung verformt werden kann. Gleichzeitig wird vorteilhaft auch eine seitliche Abdichtung mittels des Dichtelements einfacher ermöglicht als beispielsweise bei Dichtelementen mit rundem Querschnitt. Auf diese Weise kann die wirksame Dichtfläche vorteilhaft erhöht werden.
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Schließlich lassen sich im Querschnitt hexagonal geformte Dichtelemente beim Transport bzw. bei einem automatisierten Herstellungsverfahren des Flüssigkeitsfilters besonders einfach und platzsparend lagern bzw. transportieren, da im Gegensatz zu Dichtelementen mit beispielsweise rundem Querschnitt weniger Hohlräume zwischen aufeinander angeordnete Dichtelement entstehen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Dichtelement kann dabei im Querschnitt wenigstens eine kupierte Ecke, insbesondere an seiner Außenseite, aufweisen. Unter dem Ausdruck „kupierte Ecke“ ist dabei im Sinne dieser Anmeldung eine Ecke zu verstehen, die beispielsweise verrundet oder an ihrem äußersten Ende abgeschnitten ist. Somit kann wenigstens eine der sechs an der Außenseite gelegenen Ecken der hexagonalen Form des Dichtelements verrundet oder durch ein gerades Stück ausgebildet sein, ohne die hexagonale Form des Querschnitts des Dichtelement zu ändern. Eine derartige Verrundung oder Kupierung kann bei der Herstellung des Dichtelements beispielsweise vorteilhaft das Entformen des Dichtelements aus einer Spritzgussform erleichtern.
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Das Dichtelement kann vorteilhaft ringförmig geschlossen sein. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine Dichtwirkung entlang des ganzen Umfangs sichergestellt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Dichtelement in einem nicht zusammengepressten Zustand in seinem Querschnitt spiegelsymmetrisch zu einer Längsachse und zu einer Querachse ausgebildet ist. Dabei verläuft die Querachse senkrecht zur Längsachse. Im eingebauten Zustand des Dichtelements verläuft dabei insbesondere die Längsachse im Wesentlichen parallel zu der Gehäuselängsachse.
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Mit anderen Worten weist das Dichtelement in einem Zustand, in dem es nicht durch Druck in seiner Form verändert wird bzw. in einem kräftefreien Zustand zwei Symmetrieachsen auf. Die Querachse verläuft vorzugsweise in radialer Richtung.
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Durch diese Symmetrie wird vorteilhaft bewirkt, dass das Dichtelement besonders einfach herstellbar ist und sich auch bei einer inneren Verdrehung bzw. einem „Twisten“ ohne merkliche Veränderung der Dichtwirkung verwenden lässt. Unter einem Verdrehen bzw. Twisten ist dabei ein Vorgang zu verstehen, der dazu führt, dass die eigentlich radial nach innen weisende Seite radial nach außen zeigt und die eigentlich radial nach außen weisende Seite umgekehrt radial nach innen zeigt,
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Daher kann durch diese symmetrische Formgebung vorteilhaft eine aufwändige Sichtprüfung vor der Montage entfallen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Dichtelement im Querschnitt gebildet ist aus einem ersten gleichschenkligen Dreieck, einem sich an die Basis des ersten Dreiecks anschließenden Rechteck und einem zweiten gleichschenkligen Dreieck, wobei sich die Basis des zweiten Dreiecks an das Rechteck anschließt. Dabei können das erste Dreieck und das zweite Dreieck dieselben Seitenlängen aufweisen. Dabei können das erste Dreieck und das zweite Dreieck kupierte Ecken aufweisen.
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Unter der Basis eines gleichschenkligen Dreiecks wird hierbei diejenige Seite des Dreiecks verstanden, die nicht die gleiche Schenkellänge wie die beiden anderen Seiten aufweist. Im Falle eines gleichseitigen Dreiecks ist eine der drei Seiten gemeint.
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Durch diese konstruktive Ausgestaltung des Dichtelements wird eine besonders hohe Stabilität gegen ein Verdrehen bzw. „Twisten“ bewirkt. Weiterhin lässt sich ein derartig geformtes Dichtelement besonders einfach herstellen. Bei der Herstellung mittels eines Spritzgussverfahrens lässt sich ein derartig geformtes Dichtelement besonders einfach entformen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein von den beiden gleichlangen Seiten (s1) des ersten Dreiecks eingeschlossener erster Winkel α1 und ein von den beiden gleichlangen Seiten (s1‘) des zweiten Dreiecks eingeschlossener zweiter Winkel α2 jeweils in einem Bereich zwischen 20° und 110° liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen 30° und 90°, besonders vorteilhaft zwischen 45° und 80°. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders große Dichtfläche bzw. Kontaktfläche zwischen dem Dichtelement und dem ersten Gehäuseelement bzw. dem zweiten Gehäuseelement bereitgestellt. Weiterhin wird dadurch besonders einfach eine Umlenkung von einem entlang der Längsachse wirkenden Druck in eine radiale Verformung bzw. eine radial wirkende Druckausübung mittels des Dichtelements ermöglicht, wodurch die Dichtwirkung vorteilhaft verbessert werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Querschnitt des Dichtelements ein maximaler erster Durchmesser D1 entlang der Längsachse bzw. entlang der Richtung der Längsachse größer ist als ein maximaler zweiter Durchmesser D2 entlang der Querachse bzw. entlang der Richtung der Querachse. Dabei kann der maximale erste Durchmesser D1 wenigstens 1,5-Mal so groß sein wie der maximale zweite Durchmesser D2. Bevorzugt ist der maximale erste Durchmesser D1 wenigstens doppelt so groß wie der maximale zweite Durchmesser D2 und ganz besonders bevorzugt ist der maximale erste Durchmesser D1 wenigstens 2,5-Mal oder sogar wenigstens dreimal so groß wie der maximale zweite Durchmesser D2. Dadurch lässt sich auch bei einer geringen Wandstärke des ersten bzw. des zweiten Gehäuseelements eine besonders große Dichtfläche bzw. Kontaktfläche zwischen dem Dichtelement und dem ersten Gehäuseelement bzw. dem zweiten Gehäuseelement bewirken. Dadurch verbessert sich die Dichtwirkung und kann die Wandstärke der Gehäuseelemente gering gehalten werden. Denn die Dichtfläche kann sich durch die vorgeschlagene konstruktive Auslegung vor allem entlang der Längsachse erstrecken, ohne eine entsprechende Ausdehnung in radialer Richtung zu erfordern, wie es beispielsweise bei einem Dichtelement mit rundem Querschnitt erforderlich wäre. Außerdem ist auf diese Weise das Risiko einer Undichtheit auch bei kleineren Materialfehler des Dichtelements erheblich verringert, da sich entlang der Längsachse ein stark verlängerter Dichtpfad bei gleicher Wandstärke der Gehäuseelemente im Vergleich zu einem Dichtelement mit rundem Querschnitt ergibt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Gehäuseelement eine erste umlaufende Seitenwand aufweist und insbesondere becherförmig ausgebildet ist, wobei die erste Seitenwand bzw. erste Gehäusewand in ihrer Stirnseite eine umlaufende Nut aufweist. Dabei kann das Dichtelement in der Nut angeordnet sein. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine besonders einfache Montagemöglichkeit, indem das Dichtelement beim Montagevorgang verliersicher in die Nut eingelegt wird, bevor das zweite Gehäuseelement montiert wird. Ein Verrutschen des Dichtelements und eine dadurch bedingte mögliche Quelle für Leckagen kann so vorteilhaft vermieden werden. Weiterhin vorteilhaft kann auf diese Weise die Dichtfläche zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem Dichtelement bzw. auch zwischen dem zweiten Gehäuseelement und dem Dichtelement erhöht werden, indem bei Ausübung einer in Längsrichtung wirkenden Kraft auf das Dichtelement das Dichtelement durch seine hexagonale Form diese Kraft bzw. diesen Druck in eine radiale Verformung transformiert und dadurch die Dichtfläche erhöht.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Gehäuseelement eine zweite umlaufende Seitenwand aufweist und insbesondere becherförmig ausgebildet ist, wobei die zweite Seitenwand mit ihrer Stirnseite in die Nut der ersten Seitenwand einführbar ist bzw. im montierten Zustand des Flüssigkeitsfilters in die Nut eingesetzt ist. Durch diese Weiterbildung wird eine besonders hohe Dichtwirkung erzielt und der Flüssigkeitsfilter ist selbst mit einer geringen Verspannkraft zwischen den zwei Gehäuseelementen fluiddicht abdichtbar. Vorteilhaft wird durch diese konstruktive Auslegung auch das Risiko einer Fehlmontage reduziert, da durch das Eingreifen der Stirnseite der zweiten Seitenwand in die Nut der ersten Seitenwand ein Nut-Feder-System ausgebildet ist, bei dem nur das passende zweite Gehäuseelement mit dem ersten Gehäuseelement zum Gehäuse zusammengesetzt werden kann im Sinne einer Poka-Yoke-Lösung.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Seitenwand bzw. die zweite Gehäusewand in einem an ihre Stirnseite angrenzenden, radial nach innen weisenden Dichtungsabschnitt eine (Innen-)Schräge mit einem an die Stirnseite grenzenden ersten Schrägen-Ende und einem davon abgewandten in Richtung der Gehäuselängsachse verlaufenden zweiten Schrägen-Ende aufweist. Dabei kann im Dichtungsabschnitt die Wandstärke von dem ersten Schrägen-Ende der (Innen-)Schräge bis zum zweiten Schrägen-Ende zunehmen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die radial äußere Seitenfläche des dem zweiten Gehäuseelement zugewandten gleichschenkligen Dreiecks des Dichtelements in mechanischem Kontakt mit der radial innen liegenden Fläche der zweiten Seitenwand oder mit der (Innen-)Schräge der zweiten Seitenwand steht, wobei durch den mechanischen Kontakt zwischen der zweiten Seitenwand oder der (Innen-)Schräge und dem Dichtelement insbesondere eine fluiddichte Abdichtung bewirkt ist.
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In einer anderen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Seitenwand bzw. zweite Gehäusewand in einem an ihre Stirnseite angrenzenden, radial nach außen weisenden Dichtungsabschnitt eine (Außen-)Schräge mit einem an die Stirnseite grenzenden ersten Schrägen-Ende und einem davon abgewandten in Richtung der Gehäuselängsachse verlaufenden zweiten Schrägen-Ende aufweist. Dabei kann im Dichtungsabschnitt die Wandstärke von dem ersten Schrägen-Ende der (Außen-)Schräge bis zum zweiten Schrägen-Ende zunehmen.
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In einer Weiterbildung dieser Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die radial innere Seitenfläche des dem zweiten Gehäuseelement zugewandten gleichschenkligen Dreiecks des Dichtelements in mechanischem Kontakt mit der radial außen liegenden Fläche der zweiten Seitenwand oder mit der (Außen-)Schräge der zweiten Seitenwand steht, wobei durch den mechanischen Kontakt zwischen der zweiten Seitenwand oder der Schräge und dem Dichtelement insbesondere eine fluiddichte Abdichtung bewirkt ist.
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Durch die Ausbildung der Schrägen im Dichtungsabschnitt der zweiten Gehäusewand kann vorteilhaft unter Anwendung einer lediglich geringen Kraft die Dichtfläche, d.h. die Fläche an der das Dichtelement mit der zweiten Seitenwand in mechanischem Kontakt tritt, vorteilhaft vergrößert werden. Dadurch steigt vorteilhaft die Dichtwirkung bzw. sinkt der Kraftaufwand, um eine erwünschte Dichtwirkung zu erzielen. Gleichzeitig kann die Schräge vorteilhaft eine Selbstzentrierung bzw. eine Zentrierung des Dichtelements in radialer Richtung beim Zusammensetzen des zweiten Gehäuseelements mit dem ersten Gehäuseelement bewirken und so das Risiko einer Leckage verringern. Schließlich lässt sich auf diese Weise besonders einfach und effektiv eine in Längsrichtung wirkende Kraft bzw. ein in Längsrichtung wirkender Druck über die Schräge und die hexagonale Form des Dichtelements in eine radiale Richtung bzw. in eine radiale Verformung des Dichtelements transformieren, wodurch die Dichtfläche ansteigt und die Dichtwirkung verbessert wird.
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In der Ausbildung der Seitenwand mit einer (Innen-)Schräge wird vorteilhaft das Dichtelement radial zusammengepresst und kann somit dicht an einer Innenwand der Nut des ersten Gehäuseelements anliegen. Vorteilhaft wird durch dieses Zusammenpressen einer mit dem Lebensalter des Dichtelements steigenden Porosität des Dichtelements entgegengewirkt.
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In der Ausbildung der Seitenwand mit einer (Außen-)Schräge wird vorteilhaft das Dichtelement radial auseinandergezogen und kann somit dicht an einer Außenwand der Nut des ersten Gehäuseelements anliegen. Durch die intrinsische Elastizität des Dichtelements wird so vorteilhaft eine besonders wirkungsvolle Abdichtung zwischen dem Dichtelement, welches sich nach radial innen zusammenziehen will, und der (Außen-)Schräge bzw. der zweiten Seitenwand bewirkt.
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Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1a: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilters;
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1b: einen Ausschnitt des Querschnitts aus 1a;
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2a: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Dichtelements;
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2b: einen Querschnitt durch das Dichtelement aus 2a;
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3a: Eine perspektivische Ansicht des ersten Gehäuseelements und eines erfindungsgemäßen Dichtelements kurz vor der Montage;
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3b: einen Querschnitt durch das erste Gehäuseelement und das Dichtelement aus 3a.
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1a zeigt lediglich schematisch im Querschnitt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilters 100. Der Flüssigkeitsfilter 100 kann insbesondere für Kraftstoffe (zum Beispiel Diesel oder Benzin) oder auch für Harnstofflösung geeignet sein. Der Flüssigkeitsfilter 100 umfasst ein Gehäuse 200 mit einer Gehäuselängsachse 280. Das Gehäuse kann im Wesentlichen rotationsymmetrisch in Form eines Hohlzylinders, z.B. eines Kreiszylinders oder aber auch flach bzw. ellipsoid oder rechteckig mit abgerundeten Kanten ausgebildet sein.
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Im Innern des Gehäuses 200 ist ein Filtereinsatz 110 angeordnet, der dazu ausgelegt ist, Partikel und/oder Wasser aus dem Kraftstoff bzw. der Harnstofflösung abzuscheiden. Der Filtereinsatz umfasst dabei ein Filterelement 112, eine erste Endkappe 150 und eine zweite Endkappe 160. Das Filterelement 112 kann beispielsweise sternförmig gefaltet sein und ist zwischen der ersten Endkappe 150 und der zweite Endkappe 160 fluiddicht festgelegt, zum Beispiel mit seinen Stirnseiten an den beiden Endkappen 150, 160 angeklebt. Das Filterelement 112 kann beispielsweise radial von außen nach innen durchströmt werden und trennt so eine außen gelegene Rohseite von einer innen gelegenen Reinseite.
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In der Figur ist unterhalb des Filtereinsatzes 110 ein Ausgleichselement 140 angeordnet, welches dazu geeignet ist, beim Einfrieren der Flüssigkeit im Flüssigkeitsfilter 100 eine Volumenvergrößerung (beispielsweise wenn es sich bei der Flüssigkeit um Wasser handelt) derart zu kompensieren, dass das Gehäuse 200 des Flüssigkeitsfilters 100 nicht beschädigt wird.
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Das Gehäuse 200 ist aus einem ersten Gehäuseelement 210 und einem davon separaten zweiten Gehäuseelement 220 gebildet. Zwischen dem ersten Gehäuseelement 210 und dem zweiten Gehäuseelement 220 ist ein Dichtelement 300 zur fluiddichten Abdichtung der beiden Gehäuseelemente 210, 220 zueinander angeordnet. Das Dichtelement 300 weist dabei im Querschnitt eine im Wesentlichen hexagonale Form auf.
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Das erste Gehäuseelement 210 weist eine erste umlaufende Seitenwand 212 auf. Das erste Gehäuseelement 210 kann z.B. becherförmig ausgebildet sein. Die erste Gehäusewand 212 bzw. erste Seitenwand 212 weist eine Stirnseite 214 auf. In der Stirnseite 214 der ersten Seitenwand 212 ist umlaufend eine Nut 216 ausgebildet. In die Nut 216 kann das Dichtelement 300 eingesetzt werden bzw. in die Nut 216 ist im zusammengebauten Zustand des Flüssigkeitsfilters 100 das Dichtelement 300 eingesetzt. Das erste Gehäuseelement 210 weist ferner einen Flüssigkeitszulauf 120 auf, durch den ungefilterte Flüssigkeit in den Flüssigkeitsfilter 100 einströmen kann. Der Flüssigkeitszulauf 120 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel leicht exzentrisch zur Gehäuselängsachse 280 angeordnet. Das erste Gehäuseelement 210 weist ferner eine Flüssigkeitsablauf 130 auf, der zentrisch angeordnet ist und durch den die gereinigte Flüssigkeit den Flüssigkeitsfilter 100 wieder verlassen kann.
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Der Filtereinsatz 110 ist dabei derart im Gehäuse 200 festgelegt, dass er fluiddicht die Rohseite von der Reinseite trennt und die Flüssigkeit nur dann vom Flüssigkeitszulauf 120 zum Flüssigkeitsablauf 130 gelangt, wenn sie den Filtereinsatz 110 passiert.
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Das zweite Gehäuseelement 220 weist eine zweite umlaufende Seitenwand 222 auf. Die zweite umlaufende Seitenwand 222 kann becherförmig ausgebildet sein. Die zweite Seitenwand 222 weist eine Stirnseite 224 auf, die im zusammengebauten Zustand des Flüssigkeitsfilters 100 der Stirnseite 214 der ersten Seitenwand 212 zugewandt ist. Der Durchmesser der zweiten Seitenwand 222 ist derart ausgebildet, dass die Stirnseite 224 der zweiten Seitenwand 222 in die Nut 216 der ersten Seitenwand 212 einführbar ist bzw. im zusammengebauten Zustand des Flüssigkeitsfilters 100 eingeführt ist.
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Um das Gehäuse 200 des Flüssigkeitsfilters 100 fluiddicht zusammenzusetzen wird das zweite Gehäuseelement 220 unter Zwischenlage des Dichtelements 300 in die Nut 216 des ersten Gehäuseelements 210 eingesetzt. Das erste Gehäuseelement 210 und das zweite Gehäuseelement 220 werden zur Abdichtung gegeneinander entlang der Längsachse 280 verspannt, so dass das Dichtelement 300 zwischen dem ersten Gehäuseelement 210 und dem zweiten Gehäuseelement 220 auf Druck entlang der Gehäuselängsachse 280 belastet wird. Dadurch gerät das Dichtelement 300 in mechanischen Kontakt mit der ersten Seitenwand 212 und mit der zweiten Seitenwand 222, wodurch die Dichtwirkung entsteht. Die Verspannung des ersten Gehäuseelements 210 und des zweiten Gehäuseelements 220 kann beispielsweise durch eine Clipsverbindung, durch einen extern anzubringenden Bügel oder auch durch eine Schraubverbindung bewirkt werden, wobei hierbei im ersten Gehäuseelement 210 und dem zweiten Gehäuseelement 220 zueinander komplementäre Schraubgewinde ausgebildet sein können (die Verspannelemente sind hier nicht dargestellt).
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Es sind auch hier nicht dargestellte Ausführungsbeispiele denkbar, in denen das erste Gehäuseelement 210 keine Nut 216 in der Stirnseite 214 aufweist. In derartigen Ausführungsbeispielen kann das Dichtelement 300 beispielsweise an einer Außenseite der Seitenwand 212 des ersten Gehäuseelements 210 angeordnet sein. Das zweite Gehäuseelement 220 wird dann mit seiner Seitenwand 222 über die Außenseite der Seitenwand 212 des ersten Gehäuseelements 210 geschoben. In diesem Ausführungsbeispiel findet im Wesentlichen eine radiale bzw. seitliche Dichtung des Dichtungselements 300 statt im Unterschied zum in 1a dargestellten Ausführungsbeispiel, in welchem sowohl eine Dichtwirkung entlang der Gehäuselängsachse 280 als auch eine radiale Dichtwirkung bewirkt wird.
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Das erste Gehäuseelement 210 und das zweite Gehäuseelement 220 können dabei aus Metall oder aus einem Kunststoff wie zum Beispiel Polyamid, z. B. PA 66, gebildet sein.
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Das Dichtelement 300 ist vorzugsweise aus einem elastischen bzw. hochelastischen Material gebildet und kann beispielsweise Kautschuk, Polyethylen (PE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon) umfassen. Das Dichtelement kann beispielsweise durch Spritzgießen oder durch Formpressen hergestellt werden.
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1b zeigt einen Ausschnitt aus 1a, in welchem das Zusammenwirken des ersten Gehäuseelements 210, des Dichtelements 300 und des zweiten Gehäuseelements 220 vergrößert dargestellt sind.
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In der Figur ist erkennbar, dass die Nut 216 im dargestellten Querschnitt die Form einer Sackbohrung in der ersten Seitenwand 212, ausgehend von der Stirnseite 214 der ersten Seitenwand 212 aufweist. Dabei ist die Nut 216 in der ersten Seitenwand 212 zunächst ausgehend von der Stirnseite 214 der ersten Seitenwand 212 mit einem Nut-Durchmesser in die erste Seitenwand 212 eingebracht, wobei sich der Nut-Durchmesser an der radial außen liegenden Seite zum geschlossenen Ende des Sacklochs etwa ab dem letzten Drittel der Länge des Sacklochs entlang der Gehäuselängsachse 280 betrachtet abschrägend verringert. Auf diese Weise ist eine Nut-Schräge 217 zwischen einem ersten (oberen) Nut-Schrägen-Ende 218 und einem zweiten (unteren) Nut-Schrägen Ende 219 ausgebildet. Am zweiten Nut-Schrägen-Ende 219 der Nut-Schräge 217 weist die Nut 216 nur noch ungefähr 15% bis 30% des ursprünglichen Nut-Durchmessers auf, der am ersten Nut-Schrägen-Ende 218 vorhanden ist.
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In die Nut 216 ist das Dichtelement 300 bis ans untere Ende des Sacklochs bzw. der Nut 216 eingeführt. Durch die Nut-Schräge 217 wird das Dichtelement 300 beim Einsetzen automatisch in radialer Richtung zentriert. Es kann an der radial innen liegenden Wand der Nut 216 anliegen.
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Die zweite Seitenwand 222 weist in einem an ihre Stirnseite 224 angrenzenden, radial nach innen weisenden Dichtungsabschnitt 226 eine (Innen-)Schräge 227 auf. Die (Innen-)Schräge 227 weist ein an die Stirnseite 224 der zweiten Gehäusewand 222 grenzendes erstes Schrägen-Ende 228 und ein davon abgewandten in Richtung der Gehäuselängsachse 280 verlaufendes zweiten Schrägen-Ende 229 auf. Im Dichtungsabschnitt 226 nimmt dabei die Wandstärke 223 der zweiten Gehäusewand 222 von dem ersten Schrägen-Ende 228 bis zum zweiten Schrägen-Ende 229 zu, insbesondere nimmt sie um 10 % bis 50 % zu, bevorzugt um 15 % bis 30 %. Die Schräge kann einen Schrägen-Winkel β1 bezogen auf die Richtung der Gehäuselängsachse 280 in einem Bereich zwischen 5° und 60° aufweisen, bevorzugt zwischen 5° und 45°, ganz besonders bevorzugt zwischen 10° und 35°.
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Wenn die Schräge als Außenschräge, also an der radial nach außen zeigenden Wandseite der zweiten Seitenwand 222 ausgebildet ist gelten die für die (Innen-)Schräge 227 aufgeführten Merkmale umgekehrt für die Außenschräge.
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2a zeigt das Dichtelement 300 in einer perspektivischen Ansicht. Das Dichtelement 300 weist eine im Querschnitt hexagonale Form auf und ist ringförmig geschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 300 im in den Flüssigkeitsfilter 100 eingebauten Zustand rotationssymmetrisch um die Gehäuselängsachse 280 ausgebildet. Wenn der Flüssigkeitsfilter 100 eine nicht kreiszylindrische Form aufweist kann das Dichtelement 300 jedoch auch eine von einem Kreisring abweichende Form aufweisen. Das Dichtelement 300 weist an seinem in der Figur oberen Ende eine schräg nach innen weisende innere Dichtfläche 374 und eine schräg nach außen weisende äußere Dichtfläche 372 auf. Durch die im Querschnitt hexagonale Form ist das Dichtelement 300 besonders verwindungssteif gegenüber einem Verdrehen, bei welchem die äußere Dichtfläche 372 zu einer inneren Dichtfläche 374 wird. Außerdem weist das Dichtelement 300 gegenüber einer im Querschnitt runden oder elliptischen Form ein erhöhtes Flächenträgheitsmoment auf.
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An der Außenseite des Dichtelements 300 kann wenigstens eine Ecke als kupierte Ecke 302 ausgebildet sein. Bei einer derartig kupierten Ecke 302 ist an der Außenseite des Dichtelements 300 die Spitze einer Ecke der hexagonalen Form verrundet bzw. als im Wesentlichen ebene Fläche ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch die Herstellung bedingt sein, um so zum Beispiel bei einem Spritzgussteil die Entformung aus der Spritzguss-Form besser zu ermöglichen oder Spritzhäute zu vermeiden. Die hexagonale Form des Querschnitts wird durch die kupierten Ecken 302 nicht beeinträchtigt, da aus dem Inneren des Dichtelements 300 betrachtet die hexagonale Form mit sechs Ecken gewahrt ist. Mit anderen Worten beträgt die Summe der ebenen Flächen der kupierten Ecken 302 bzw. die Flächen der Verrundungen der kupierten Ecken 302 an der Außenseite höchstens 25%, bevorzugt höchstens 20%, ganz besonders bevorzugt höchstens 10% der Gesamtfläche der Außenseite des Dichtelements 300.
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2b stellt einen Querschnitt durch das nicht komprimierte, also im nicht eingebauten, kräftefreien Zustand befindliche Dichtelement aus 2a dar. Das Dichtelement 300 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel bezüglich einer Längsachse 380 und einer senkrecht zur Längsachse 380 verlaufenden Querachse 390 spiegelsymmetrisch ausgebildet. Das Dichtelement 300 kann im Querschnitt aus einem ersten gleichschenkligen Dreieck 350, einem sich an eine Basis 355, s2 des ersten Dreiecks 350 anschließenden Rechteck 360 und einem zweiten gleichschenkligen Dreieck 370 gebildet sein, wobei sich das Rechteck 360 an seiner von dem ersten Dreieck 350 abgewandten Seite an die Basis 375, s2‘ des zweiten Dreiecks 370 anschließt.
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Das erste Dreieck 350 weist zwei gleichlange Seiten s1 auf, die einen ersten Winkel α1 einschließen. Weiterhin weist das erste Dreieck 350 eine dritte Seite, die Basis 355, s2 auf. Das zweite Dreieck 370 weist ebenfalls zwei gleichlange Seiten s1‘ auf, die einen zweiten Winkel α2 einschließen. Weiterhin weist das zweite Dreieck 370 eine dritte Seite, die Basis 375, s2‘ auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen das erste Dreieck 350 und das zweite Dreieck 370 dieselben Seitenlängen s1 = s1‘ und s2 = s2‘ auf.
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Das erste Dreieck 350 und das zweite Dreieck 370 können kupierte Ecken 302 aufweisen.
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Entlang der Längsachse 380 weist das Dichtelement 300 einen maximalen ersten Durchmesser D1 auf und entlang der Querachse 390 einen maximalen zweiten Durchmesser D2. Dabei kann der erste Durchmesser D1 größer sein als der zweite Durchmesser, z.B. 1,5-Mal so groß wie der zweite Durchmesser. Vorzugweise ist der erste Durchmesser D1 wenigstens doppelt so groß wie der zweite Durchmesser D2, besonders bevorzugt wenigstens 2,5-Mal so groß oder wenigstens dreimal so groß wie der zweite Durchmesser D2.
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Der erste Durchmesser D1 erstreckt sich z.B. von der äußersten Spitze des ersten Dreiecks 350 bis zur äußersten Spitze des zweiten Dreiecks 370. Der zweite Durchmesser D2 kann dem Abstand zwischen den zwei nach außen gewandten Seiten des Rechtecks 360 entsprechen.
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Eine Höhe h des Dichtelements 300 erstreckt sich dabei entlang der Längsachse 380 von der Spitze des ersten Dreiecks 350 bis zur Basis 375, s2‘ des zweiten Dreiecks 370.
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3a zeigt eine perspektivische Ansicht des ersten Gehäuseelements 210 und des Dichtelements 300 bei der Montage. Dabei wird das Dichtelement 300 in die Nut 216 in der Stirnseite 214 des ersten Gehäuseelements 210 eingeführt. Aufgrund der Symmetrie des Dichtelements 300 ist es dabei unerheblich, ob das Dichtelement 300 derart in die Nut 216 eingeführt wird, dass das erste Dreieck 350 dem Boden der Nut 216 zugewandt ist oder das zweite Dreieck 370 dem Boden der Nut 216 zugewandt ist.
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3b zeigt einen Querschnitt aus der 3a. Das Dichtelement 300 ist dabei derart ausgebildet, dass die Höhe h des Dichtelements 300 entlang der Längsachse 380 ungefähr der Länge h‘ der Nut-Schräge 217 entlang der Gehäuselängsachse 280 entspricht. Die Höhe h des Dichtelements 300 erstreckt sich dabei entlang der Längsachse 380 von der Spitze des ersten Dreiecks 350 bis zur Basis 375, s2‘ des zweiten Dreiecks 370.
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Wird nun, wie in 1a und 1b zu erkennen ist, das zweite Gehäuseelement 220 auf das mit dem Dichtelement 300 bestückte erste Gehäuseelement 210 aufgesetzt und unter Aufbringung eines Drucks entlang der Gehäuselängsachse 280 gegen das erste Gehäuseelement 210 verspannt, so gelangt die (Innen-)Schräge 227 der zweiten Seitenwand 222 in mechanischen Kontakt mit der äußeren Dichtfläche 372 des Dichtelements 300 am zweiten Dreieck 370. Bevorzugt ist dabei der Winkel β1 der (Innen-)Schräge 227 gleich oder größer als der halbe zweite Winkel α2 des zweiten Dreiecks 370 des Dichtelements 300, mit dem die (Innen-)Schräge 227 in Kontakt gerät. Beträgt also beispielsweise der zweite Winkel α2 = 90°, so beträgt der halbe zweite Winkel α2/2 = 45°. Der Winkel β1 sollte somit größer oder gleich 45° betragen, um eine möglichst große Dichtfläche zwischen der (Innen-)Schräge 227 und dem Dichtelement 300 zu bewirken. Denn unter der angegebenen Relation kann das obere Dreieck 370 den Druck entlang der Gehäuselängsachse 280 besonders gut partiell in einen radialen Druck umwandeln bzw. radial nach innen umklappen bzw. verlagert werden. Dabei passt sich die äußere Dichtfläche 372 an die (Innen-)Schräge 227 an, wodurch eine große Kontaktfläche und damit Dichtfläche erzielt wird. Gleichzeitig kann die innere Dichtfläche 374 an die innen liegende Wand der Nut 216 angedrückt werden und dichtet somit auch diese Seite ab. Weiterhin kann durch die angegebene Winkel-Relation das Risiko verringert werden, dass sich die (Innen-)Schräge 227 bei der Montage in das Dichtelement 300 bohrt und dieses beschädigt oder mit dem Dichtelement 300 verkantet.
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Im montierten Zustand endet die Stirnseite 224 der zweiten Seitenwand 222 ungefähr auf der Höhe der Basis 375 des zweiten Dreiecks 370, welches der zweiten Seitenwand 222 zugewandt ist (das erste Dreieck 350 ist hierbei dem geschlossenen Ende der Nut 216 zugewandt).
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Durch die spezielle, im Querschnitt hexagonale Form des Dichtelements 300 kann so eine sehr große Dichtfläche und damit eine große Dichtwirkung erzielt werden, ohne dabei das Dichtelement 300 nur durch die Aufbringung von Druck mittels der daraus resultierenden Verformung in Dichtwirkung bringen zu können. Denn durch die hexagonale Form lassen sich das erste Dreieck 350 und das zweite Dreieck 370 vor allem im Bereich ihrer Spitzen relativ leicht verformen. Gleichzeitig wird durch die Nut-Schräge 217 bzw. die (Innen-/Außen-)Schräge 227 an der zweiten Seitenwand 222 eine zu den beiden Dreiecken 350, 370 ungefähr komplementäre Kontur bereitgestellt, sodass sich automatisch eine große Dichtfläche auch ohne große Krafteinwirkung ergibt. Auf diese Weise wird es möglich, beispielsweise die Materialstärke des ersten Gehäuseelement 210 oder des zweiten Gehäuseelement 220 zu reduzieren, da weniger radialer Druck beim Abdichtvorgang durch das Quetschen des Dichtelements 300 von den Seitenwänden 212, 222 aufgenommen werden muss. Gleichzeitig wird auch das Material des Dichtelements 300 weniger stark belastet, so dass dessen Lebensdauer steigt.
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Der vorgeschlagene Flüssigkeitsfilter 100 kann zum Beispiel als Kraftstofffilter für das Filtern von Diesel oder Benzin verwendet werden. In einer anderen Anwendung können auch wässrige Lösungen, zum Beispiel Harnstofflösungen, gefiltert werden. Das vorgeschlagene Dichtelement 300 kann in derartigen Flüssigkeitsfiltern 100, insbesondere in Flüssigkeitsfiltern 100 mit zweiteiligem Gehäuse 200, eingesetzt werden.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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