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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flachfilterelement, insbesondere für einen Luftfilter, mit einem verformbaren Filtermediumkörper.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2007 048 354 A1 ist ein Luftfilter bekannt, der im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Motorrades angeordnet ist. Der Luftfilter weist in einem Filtergehäuse ein Filterelement auf, das als Faltenfilter ausgebildet ist und ein blockförmiges Flachfilterelement bildet. Der aus dem faltenförmigen Filtermaterial bestehende Filtermediumkörper des Faltenfilters ist von einem Dichtungselement eingefasst, das im montierten Zustand des Filterelementes eine strömungsdichte Verbindung zum aufnehmenden Filtergehäuse zur Separierung der Roh- von der Reinseite gewährleistet.
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Das Filtergehäuse umfasst zwei konvex gebogene Abschnitte, auf die das flexibel verformbare Filterelement mit seiner Stirnkante aufgesetzt wird, so dass das Filterelement einen torbogenförmigen gekrümmt ist und sowohl die gekrümmte Rohseite als auch die gekrümmte Reinseite freiliegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Flachfilterelement mit einem verformbaren Filtermediumkörper betriebssicher auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Filterelement kann zur Gasfiltration eingesetzt werden, insbesondere zur Filtration der Verbrennungsluft, die einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug zugeführt wird. Es kommen aber auch sonstige Anwendungen zur Gasfiltration in Betracht, beispielsweise für die einer Innenraumkabine zuzuführende Luft sowie Anwendungen zur Flüssigkeitsfiltration.
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Das Flachfilterelement ist vorzugsweise blockförmig ausgebildet und schließt im Gegensatz zu einem Rundfilterelement keinen Innenraum ein, sondern ist als offenes Filterelement ausgebildet. Das Flachfilterelement ist beispielsweise rechteckförmig ausgeführt. Die an gegenüberliegenden Seiten des Flachfilterelements liegende Rohseite und Reinseite liegen bevorzugt parallel oder konzentrisch zueinander, auch wenn nichtparallele oder nicht-konzentrische Ausführungen möglich sind.
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Der Filtermediumkörper besteht vorzugsweise aus einem gefalteten Filtermaterial, so dass das Flachfilterelement einen Faltenfilter bildet. In alternativer Ausführung sind auch Flachfilterelemente mit einem Filtermediumkörper aus einem kompakten Filtermaterial und ohne Filterfalten möglich.
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Das Flachfilterelement ist in Einbaulage gekrümmt, zum Beispiel in der Weise, dass sowohl die Rohseite als auch die Reinseite konvex oder konkav gekrümmt sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Flachfilterelement ist an der Reinseite des Filtermediumkörpers ein Stützgerüst angeordnet. Das Stützgerüst hat eine stabilisierende Funktion und verhindert, dass auf der Reinseite das Filtermaterial des Filtermediumkörpers durch den dort herrschenden Unterdruck in Richtung der Ausgangsöffnung im Filtergehäuse verformt wird. Eine derartige Verformung kann zu einer Schädigung des Filterelementes führen und beeinträchtigt die Betriebssicherheit. Außerdem verändern sich die Strömungsverhältnisse bei verformtem Filterelement. Das stabilisierende Stützgerüst auf der Reinseite des Filtermediumkörpers verhindert eine derartige Verformung ohne die Abströmung an der Reinseite in signifikanter Weise zu beeinträchtigen.
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Das Stützgerüst ist gekrümmt ausgebildet und weist entsprechend eine dreidimensionale, aus einer Ebene herausragende Gestalt auf. Der verformbar ausgebildete Filtermediumkörper passt sich an seiner Reinseite an das Stützgerüst an und weist auf der Reinseite die gleiche Form wie das Stützgerüst auf, beispielsweise eine konvex oder konkav gekrümmte Form. Auch die Rohseite des Filtermediumkörpers besitzt vorteilhafterweise eine entsprechend gekrümmte Form.
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Das Stützgerüst weist vorzugsweise Streben in Längs- und Querrichtung auf, zwischen denen Strömungsöffnungen für die Abströmung des zu reinigenden Fluids gebildet sind. Die Streben verleihen dem Stützgerüst sowie dem Filtermediumkörper eine ausreichende Stabilität. Das Stützgerüst besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Stützgerüst fest mit dem Filtermediumkörper an dessen Reinseite verbunden. In dieser Ausführung bildet das Stützgerüst einen Teil des Filterelementes und gemeinsam mit diesem eine zusammenhängende Baueinheit.
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In einer alternativen Ausführung ist das Stützgerüst nicht fest mit dem Filtermediumkörper verbunden, sondern liegt lediglich lose an der Reinseite des Filtermediumkörpers an. Das Stützgerüst ist im Filtergehäuse aufgenommen, wobei zur Montage das Filterelement in das Filtergehäuse in der Weise eingesetzt wird, dass die Reinseite des Filtermediumkörpers in Anlage mit dem im Filtergehäuse befindlichen Stützgerüst gelangt. Das Stützgerüst ist hierbei entweder lose in das Filtergehäuse eingesetzt, nimmt aber einen unverrückbaren Sitz im Filtergehäuse ein, oder fest mit dem Filtergehäuse verbunden.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Filtermediumkörper in seinem Randbereich zumindest abschnittsweise von einem Dichtungselement eingefasst. Über das Dichtungselement wird die Roh- von der Reinseite des Flachfilterelementes separiert. Das Dichtungselement ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet, so dass der Filtermediumkörper im Randbereich umlaufend von dem Dichtungselement eingefasst ist. Hierdurch ist eine allseitige Separierung der Roh- von der Reinseite gewährleistet. Das Dichtungselement wird vorzugsweise an den Randbereich des Filtermediumkörpers angespritzt. Es befindet sich vorteilhafterweise an der Reinseite des Filtermediumkörpers.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das reinseitige Stützgerüst an dem Dichtungselement am Filtermediumkörper gehalten. Das Dichtungselement befindet sich vorzugsweise ebenfalls an der Reinseite des Filtermediumkörpers und nimmt direkt oder indirekt das Stützgerüst auf. Bei direkter Aufnahme ist vorzugsweise ein randseitiger Abschnitt des Stützgerüstes von dem Material des Dichtungselementes umspritzt, so dass das Stützgerüst fest und unlösbar mit dem Dichtungselement verbunden ist.
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Bei einer indirekten Verbindung ist an dem Dichtungselement ein Befestigungselement angeordnet, das insbesondere vom Material des Dichtungselementes umspritzt ist, wobei das Stützgerüst an dem Befestigungselement befestigt ist. Das Befestigungselement befindet sich vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten an der Reinseite des Filtermediumkörpers und ist beispielsweise als eine Befestigungsleiste ausgeführt, mit der das Stützgerüst verbunden wird. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise über Halteteile, beispielsweise Haltelaschen, die an dem Befestigungselement und/oder dem Stützgerüst angeordnet sind zur Verbindung mit dem jeweils anderen Bauteil.
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Das Stützgerüst kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei einteiliger Ausführung erstreckt sich das Stützgerüst vorteilhafterweise über die gesamte Reinseite des Filtermediumkörpers und ist in seinem Randbereich am Filtermediumkörper gehalten, insbesondere über das Dichtungselement.
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Bei mehrteiliger Ausführung des Stützgerüstes besteht dieses beispielsweise aus zwei Stützgerüstteilen, wobei jedes Stützgerüstteil mit dem Filtermediumkörper verbunden ist, insbesondere direkt oder indirekt über das Dichtungselement am Filtermediumkörper.
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Das Stützgerüst kann sowohl in der einteiligen als auch in der mehrteiligen Ausführung entweder gekrümmt oder geradflächig ausgebildet sein. Bei einer gekrümmten Ausführung passt sich der verformbare Filtermediumkörper an die Krümmung des Stützgerüstes an und nimmt entsprechend zumindest an seiner Reinseite zumindest im Wesentlichen die gleiche Krümmung ein. Bei einer geradflächigen Ausführung ist auch der Filtermediumkörper im montierten Zustand entsprechend geformt. Über die Form des Stützgerüstes kann die Form des Filterelementes bestimmt werden.
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Bei mehrteiliger Ausführung des Stützgerüstes, beispielsweise mit zwei Stützgerüstteilen, ist es sowohl möglich, dass die Teile unmittelbar aneinander grenzen als auch einen Abstand zueinander aufweisen, so dass eine zwischenliegende Lücke gebildet ist. Auch im Fall einer Lücke wird der Filtermediumkörper von dem Stützgerüst stabilisiert, wobei die Lücke vorteilhafterweise klein genug ist, um eine Verformung des Filtermediumkörpers im Lückenbereich auszuschließen oder zumindest auf ein zulässiges Maß zu begrenzen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in das Filtergehäuse auf der Rohseite des Filterelements ein Rahmenteil eingesetzt, das dem Filterelement zusätzlich eine Form aufprägen kann. Das Rahmenteil kann die Gesamtform des Filterelementes stabilisieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in Explosionsdarstellung eine Filtereinrichtung, die beispielsweise als Luftfilter verwendet wird, mit einem Filtergehäuse zur Aufnahme eines U-förmig gefalteten Filterelementes,
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2 in Explosionsdarstellung ein gekrümmtes Filterelement mit einem Stützgerüst an der Reinseite, das über Befestigungselemente am Filtermediumkörper gehalten ist, wobei die Befestigungselemente vom Dichtmaterial eines Dichtungselementes umspritzt sind,
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3 das Filterelement aus 2 in Draufsicht,
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4 das Filterelement aus 2 in perspektivischer Ansicht,
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5 ein Ausschnitt mit der Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Stützgerüst,
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6 in Explosionsdarstellung ein Filterelement in einer alternativen Ausführung mit einem zweigeteilten Stützgerüst,
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7 in Seitenansicht ein ebenes Filterelement,
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8 in perspektivischer Ansicht ein Filterelement in einer Ausführungsvariante, bei der das Stützgerüst zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Stützgerüstteile gegenläufig gekrümmt sind,
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9 das Filterelement aus 8 in Draufsicht,
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10 ein Ausschnitt aus dem Randbereich des Filterelementes mit der Darstellung der Verbindung des Stützgerüstes mit dem Dichtungselement,
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11 die Verbindung zwischen Stützgerüst und Dichtungselement in einer weiteren Ausführungsvariante.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt eine Filtereinrichtung 1, die als Luftfilter für die Filtration der Verbrennungsluft eingesetzt werden kann, die der Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug zugeführt wird. Die Filtereinrichtung 1 weist ein Filtergehäuse 2, ein als Faltenfilter ausgeführtes Flachfilterelement 3, ein Rahmenteil 4 sowie einen Deckel 5 auf. Die Durchströmung mit dem zu reinigenden Fluid erfolgt gemäß den in 1 dargestellten Pfeilen. In den Deckel 5 ist ein Einströmstutzen 6 eingebracht, über den das ungereinigte Fluid der Filtereinrichtung 1 zugeführt wird. Am Boden des Filtergehäuses 2 ist ein Abströmstutzen 7 angeformt, über den das gereinigte Fluid abgeleitet wird.
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Das Filterelement 3 weist einen Filtermediumkörper aus gefaltetem Filtermaterial auf, der eine große Flexibilität bzw. Biegbarkeit besitzt und zu einer gekrümmten Form gebogen werden kann. In 1 ist das Filterelement 3 U-förmig ausgebildet, die beiden Schenkel der U-Form nehmen hierbei einen kleinen Winkel zueinander ein. Im U-förmig gekrümmten Zustand wird das Filterelement 3 in einen Aufnahmeraum 8 im Filtergehäuse 3 eingesetzt, der weitgehend von dem Filterelement ausgefüllt ist. Dies ermöglicht es, auch bei verhältnismäßig klein bauenden Filtereinrichtungen eine hohe Filtrationsleistung zu erzielen. Die Außenseite des U-förmigen Filterelements 3 bildet die Anström- bzw. Rohseite, die Innenseite die Abström- bzw. Reinseite. Roh- und Reinseite verlaufen konzentrisch zueinander. An der Reinseite befindet sich ein Stützgerüst 19, das in den folgenden Figuren näher beschrieben wird.
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Das Rahmenteil 4 weist zwei Rahmenhälften 9, 10 auf, die über ein Scharnier 11 klappbar aneinander gekoppelt sind. Das Scharnier 11 ist beispielsweise als ein Filmscharnier ausgebildet und somit einteilig mit dem Rahmenteil 4 ausgeführt, es weist jedoch eine verringerte Wandstärke auf, um die verschiedenen Winkellagen zwischen den Rahmenhälften 9 und 10 zu ermöglichen. Das Rahmenteil 4 ist zwischen einer auseinander geklappten Position und der in 1 dargestellten, zusammengeklappten Position zu verstellen, in der das Rahmenteil 4 um das Scharnier 11 U-förmig zusammengeklappt ist, so dass die beiden Rahmenhälften 9 und 10 einen kleinen Winkel zueinander einnehmen, der kleiner als 30° ist.
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Das Rahmenteil 4 weist eine Gitterstruktur mit Längs- und Querstreben 12 auf, die dem Rahmenteil 4 eine verbesserte Stabilität verleihen. Die Gitterstruktur erlaubt ein Durchströmen mit dem zu reinigenden Fluid.
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Jede Rahmenhälfte 9, 10 ist von einer umlaufenden, U-förmigen Wandung 13 bzw. 14 eingefasst, die die Außenseite der jeweiligen Rahmenhälfte 9, 10 bildet. Die Kante 13a bzw. 14a jeder Wandung 13, 14 bildet einen Dichtrand zur Aufnahme eines Dichtungselementes 15, das an der Außenseite des Filterelementes 2 anliegt und dieses umlaufend einrahmt. Die Dichtränder 13a, 14a an den Rahmenhälften 9, 10 sind im zusammengeklappten Zustand des Rahmenteils 4 einander zugewandt.
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Das Dichtungselement 15 steht über die Stirnkanten des als Faltenfilter ausgeführten Filterelementes 3 über. Im zusammengesetzten Zustand von Rahmenteil 4 und Filterelement 3 liegen die Wandungen 13 und 14 an den Rahmenhälften 9 bzw. 10 an den Stirnkanten des Filterelementes 3 an, wobei die Kanten 13a, 14a der Wandungen 13 bzw. 14 in eine Dichtnut einragen, die in das Dichtungselement 15 eingebracht ist und über die Außenseiten des Filterelementes 13 übersteht. Die Verbindung zwischen Filterelement 3 und Rahmenteil 4 erfolgt im auseinander geklappten Zustand des Rahmenteils, anschließend kann die Baueinheit, bestehend aus Rahmenteil 4 und Filterelement 3 zusammengeklappt werden.
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Um eine strömungsdichte Separierung von der Roh- zur Reinseite am Filterelement 3 zu erreichen, liegt das Dichtungselement 15, welches mit dem Filterelement 3 verbunden ist, an der Innenwand des Aufnahmeraums 8 dichtend an. An der Innenwand sind im seitlichen Wandbereich und im Bodenbereich nutförmige Vertiefungen 16 in das Filtergehäuse 2 eingebracht, die zur Aufnahme des Dichtungselementes 15 dienen. Über das Rahmenteil 4, welches sich an der Außenseite des Filterelementes 3 befindet, die zugleich die Roh- bzw. Anströmseite ist, wird Druck auf das Dichtungselement 15 ausgeübt, der das Dichtungselement in die Vertiefung 16 an der Innenwand des Filtergehäuses 2 presst. Da das Dichtungselement 15 am Filterelement 3 ringsum läuft, wird eine allseitige Abdichtung zwischen Roh- und Reinseite erzielt.
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Der Deckel 5 weist an seiner Unterseite mehrere angeformte Winkel 17 auf, die im aufgesetzten Zustand am Rahmenteil 4 aufliegen und dieses in den Aufnahmeraum 8 im Filtergehäuse 2 hineindrücken. Der Deckel 5 kann mit dem Filtergehäuse 2 verbunden werden, beispielsweise über Spannbügel.
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In den 2 bis 4 ist ein Flachfilterelement 3 dargestellt, das sich aus einem Filtermediumkörper 18, einem Dichtungselement 15, in das Dichtungselement 15 integrierte, leistenförmige Befestigungselemente 20 sowie einem Stützgerüst 19 zusammensetzt. Das Stützgerüst 19 befindet sich an der Reinseite des Filtermediumkörpers 18, der aus gefaltetem Filtermaterial besteht. Das Stützgerüst 19 mit Längs- und Querstreben erstreckt sich über die gesamte Reinseite des Filtermediumkörpers 18, die Abströmung des Fluids, welches durch den Filtermediumkörper 18 geführt ist, erfolgt über die Ausnehmungen zwischen den Längs- und Querstreben des vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Stützgerüstes 19. Das Stützgerüst 19 ist in sich steif ausgebildet und weist eine gekrümmte Form auf. Aufgrund der Verformbarkeit kann sich der Filtermediumkörper 18 an die gekrümmte Form des Stützgerüstes 19 anpassen.
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Die Verbindung zwischen dem Stützgerüst 19 und dem Filtermediumkörper 18 erfolgt über die leistenförmigen Befestigungselemente 20, die sich an den Schmalseiten des rechteckförmigen Filtermediumkörpers 18 befinden und von dem Material des umlaufenden Dichtungselementes 15 umspritzt sind. Die leistenförmigen Befestigungselemente 20 sind an gegenüberliegenden Seiten im Bereich der Reinseite des Filtermediumkörpers 18 angeordnet. Die Befestigungselemente 20 weisen jeweils an einer Seite mehrere Laschen 20a und an der gegenüberliegenden Seite mehrere Laschen 20b auf, wobei über die Laschen 20a eine verbesserte Verbindung zu dem Dichtungsmaterial des Dichtungselementes 15 und über die Laschen 20b eine Verbindung zum Stützgerüst 19 hergestellt wird. Die Laschen 20b bilden Halteteile, denen Laschen 19a am Stützgerüst 19 zugeordnet sind, die sich ebenfalls an den Schmalseiten des Stützgerüstes befinden und in die die Laschen 20b einhaken. Die Verbindung zwischen den Laschen 20b am Befestigungselement 20 und den Laschen 19a am Stützgerüst 19 ist in 5 dargestellt.
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In 6 ist ein Flachfilterelement 3 in einer Ausführungsvariante dargestellt, bei der das Stützgerüst 19 zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Stützgerüstteile 19 spiegelbildlich übereinander angeordnet sind. An jeder außen liegenden Schmalseite befinden sich Laschen 19a, die Halteteile bilden und zur Verbindung mit dem Filtermediumkörper 18 dienen. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird bei 6 auf zusätzliche Befestigungselemente 20 verzichtet. Bei 6 erfolgt die Verbindung mit dem Filtermediumkörper 18 vielmehr dadurch, dass die schmalseitigen Laschen 19a unmittelbar von dem Material des umlaufenden Dichtungselementes 15 umspritzt sind, das sich an der Reinseite des Filtermediumkörpers 18 befindet und auf das Filtermaterial aufgespritzt ist.
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Die beiden Stützgerüstteile 19 sind gekrümmt ausgebildet, so dass auch der verformbare Filtermediumkörper 18, der als Faltenfilter ausgebildet ist, und das Dichtungselement 15 eine entsprechende Krümmung besitzen. Die Krümmung ist beispielsweise teilkreisförmig. Die beiden Stützgerüstteile 19 schließen zwischen sich eine kleine Lücke 21 ein, wobei auch Ausführungen möglich sind, bei denen sich die beiden Stützgerüstteile 19 berühren oder über ein weiteres Bauteil verbunden sind.
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In 7 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, in der das Flachfilterelement 3 in einer Ebene liegt und somit keine Krümmung aufweist. Dementsprechend verlaufen die Roh- und die Reinseite parallel zueinander. Das Stützgerüst, das an der Reinseite angeordnet ist, liegt ebenfalls in einer Ebene.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 8 und 9 sind ebenfalls zwei Stützgerüstteile 19 an der Reinseite des Filtermediumkörpers 18 angeordnet. Die spiegelbildlich zueinander platzierten Stützgerüstteile 19 sind jeweils gekrümmt ausgeführt, sie liegen jedoch nicht wie bei 6 in einer gemeinsamen Krümmungslinie, sondern in unterschiedlichen Krümmungslinien bzw. -ebenen, die aufeinander zulaufen und zwischen sich eine Lücke 21 einschließen. Der Filtermediumkörper 18 sowie das umlaufende Dichtungselement 15 sind im Ausgangszustand quaderförmig und liegen in einer geraden Ebene, wobei der Filtermediumkörper 18 der Krümmung der beiden Stützgerüstteile 19 folgend sich auswölben kann. Die Krümmung der Stützgerüstteile 19 ist von der Reinseite des Filtermediumkörpers 18 weggerichtet. Die Lücke 21 zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der beiden Stützgerüstteile 19 ist verhältnismäßig groß, sie beträgt, bezogen auf die Draufsicht gemäß 9, annähernd die Hälfte der Erstreckung eines Stützgerüstes 19, bezogen auf die Längsrichtung des rechteckförmigen Filtermediumkörpers 18.
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In den 10 und 11 sind weitere Ausführungsvarianten für die Verbindung zwischen dem Stützgerüst 19 und dem Dichtungselement 15 am Filtermediumkörper 18 dargestellt. Wie 10 zu entnehmen, erstrecken sich die als Halteteile fungierenden Laschen 19a an der Stirnseite des Stützgerüstes 19 in das Dichtungselement 15 hinein und sind von dem Material des Dichtungselementes 15 umspritzt. Die Laschen 19a liegen hierbei in der Ebene der Reinseite, wohingegen das Stützgerüst 19 selbst gekrümmt ausgebildet ist.
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In 11 ist dagegen die Lasche 19a am Stützgerüst 19 gebogen ausgebildet und erstreckt sich weit in das Dichtungselement 15 hinein, wodurch eine verbesserte Verbindung zwischen Stützgerüst 19 und Dichtungselement 15 erreicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007048354 A1 [0002]
