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Die Erfindung betrifft ein Flachfilterelement mit einem Rahmen und einem Filterkörper, der in dem Rahmen gehalten ist, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Filterelemente können sowohl zur Filterung von Gasen als auch von Flüssigkeiten verwendet werden. Üblicherweise ist die dichtende Verbindung zwischen dem Filtermaterial und dem Rahmen nur aufwendig zu erzielen. Aus der
US 2003/0177745 ist beispielsweise ein Filterelement bekannt, bei welchem der Rahmen aus mehreren einzelnen Teilen zusammengesetzt ist. Des Weiteren greifen die Rahmenelemente vollständig um Stirnseiten des Filtermaterials, so dass der Rahmen mehrteilig ausgebildet sein muss, um das Flachfilterelement in den Rahmen einsetzen zu können. Dadurch wird insbesondere die dichtende Verbindung zwischen den Rahmen und dem Filtermaterial schwierig. Das gleiche gilt für das aus der
US 4,725,296 bekannte Filterelement.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Flachfilterelements bereitzustellen, das sich insbesondere durch eine einfachere Montage auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in dem Rahmen eine Rinne auszubilden, in welche bei der Herstellung des Filterelements ein dünnflüssiger Kleber eindosiert werden kann, welcher beim Aushärten aufschäumt und dadurch die dichtende Verbindung zu dem Filtermaterial bzw. dem Filterkörper herstellen kann. Dafür ist es zweckmäßig, dass der Rahmen einen um den Filterkörper umlaufenden Bund aufweist und dass an dem Rahmen eine umlaufende Rinne gebildet ist, in welcher ein Klebstoff zur Verbindung mit dem Filterkörper angeordnet ist. Die Rinne ermöglicht es, den dünnflüssigen Kleber am gewünschten Ort zu halten. Dies erleichtert erheblich die Montage des Filterelements.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Rahmen einen Verbindungsabschnitt aufweist und dass der Verbindungsabschnitt von dem Bund aus nach innen ragt und einen Boden der Rinne bildet. Auf diese Weise kann der Verbindungsabschnitt des Rahmens einen Teil des Filterkörpers umgreifen, so dass der in der Rinne angeordnete Klebstoff den Filterkörper erreichen kann und dadurch eine dichtende Verbindung zwischen dem Filterkörper und dem Rahmen erzeugen kann.
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Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Verbindungsabschnitt eine erste Strömungsfläche des Filterkörpers im Randbereich teilweise überlappt. Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Filterkörper im Bereich der ersten Strömungsfläche erfolgen. Dadurch kann in besonders einfacher Weise eine dichtende Verbindung zwischen dem Filterkörper und dem Rahmen erzielt werden.
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Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Verbindungsabschnitt an einem inneren Rand einen umlaufenden Steg aufweist, der sich zu dem Filterkörper hin erstreckt. Durch den Steg bildet sich am Verbindungsabschnitt eine Vertiefung auf, in welcher der Klebstoff sich sammeln kann. Dadurch wird das Einfüllen des Klebstoffs in die Rinne erleichtert.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Rinne radial durch den Bund und durch den Steg begrenzt ist. Insbesondere ist die Rinne radial nach außen durch den Bund und radial nach innen durch den Steg begrenzt. Dadurch ist die Rinne an dem Verbindungsabschnitt gebildet, so dass der Klebstoff, welcher in der Rinne angeordnet ist, sich mit dem Filterkörper verbinden kann und dadurch den Filterkörper mit dem Rahmen dichtend verbindet.
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In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter radial eine Richtung verstanden, die senkrecht zu einer Durchströmungsrichtung des Filterelements ist.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass der Filterkörper Stirnflächen aufweist, welche die erste Strömungsfläche und eine zweite Strömungsfläche verbinden, dass zwischen den Stirnflächen und einer Innenseite des Bundes ein Spalt vorgesehen ist. In diesem Spalt kann sich der Klebstoff beim Aufschäumen ausbreiten, und dadurch die Ecken des Filterkörpers zuverlässig umschließen. Vorzugsweise weist der Filterkörper umlaufend einen konstanten Abstand zu dem Bund auf.
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Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass der Bund ein erstes axiales Ende aufweist, das an den Stirnflächen endet, und dass der Bund an dem ersten axialen Ende verjüngt ist. Dadurch kann der Spalt, der zwischen dem Bund und den Stirnflächen gebildet ist eine größere Menge an Klebstoff aufnehmen, so dass der Klebstoff nicht zu große Bereiche der Stirnflächen überdeckt.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Rinne eine radiale Breite aufweist, die mindestens doppelt so groß ist, wie der Spalt zwischen dem Bund und den Stirnflächen. Dadurch kann erreicht werden, dass der Filterkörper zuverlässig umschlossen ist, auch wenn beim Montageprozess der Filterkörper nicht exakt ausgerichtet ist.
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Eine zweckmäßige Variante sieht vor, dass eine radiale Länge des Dichtungsträgerabschnitts in Umfangsrichtung variiert. Dadurch kann das Filterelement an interschiedliche Filtergehäuseformen angepasst werden. Es ist auch möglich, dass der Dichtungsträgerabschnitt dadurch größere Distanzen überbrückt.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Filterkörper ein gefaltetes Filtermaterial aufweist. Solche gefalteten Filtermaterialien erzeugen eine große effektive Filterfläche, so dass auf geringem Bauraum eine gute Filterwirkung bei gleichzeitig geringem Strömungswiderstand erzielt werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Klebstoff Polyurethanschaum (PUR-Schaum) ist. Polyurethanschaum ist zunächst flüssig und schäumt beim Aushärten auf. Dadurch kann der zunächst flüssige Klebstoff in die Rinne eingeführt werden und daraufhin der Filterkörper in den Rahmen eingesetzt werden. Wenn dann der Klebestoff aufschäumt, verbindet dieser den Filterkörper und den Rahmen dichtend miteinander, weil der Klebstoff durch das Aufschäumen die Hohlräume verschließt.
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Eine günstige Variante sieht vor, dass an dem Rahmen eine umlaufende Dichtung angeordnet, mit welcher das Filterelement in einem Gehäuse abgedichtet werden kann. Dadurch kann das Filterelement günstig in einer Filtereinrichtung verwendet werden.
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Eine weitere günstige Variante sieht vor, dass der Rahmen einen Dichtungsträgerabschnitt aufweist, der sich von dem Bund aus radial nach außen erstreckt und dass die Dichtung an einem Dichtungsträgerabschnitt des Rahmens gehalten ist. Dadurch kann eine Aufnahme für die Dichtung an dem Gehäuse einfacher ausgebildet sein. Darüber hinaus kann, dadurch, dass der Dichtungsträgerabschnitt radial nach außen absteht, dieser in axialer Richtung beidseitig mit einer Kraft beaufschlagt werden, so dass sich diese Kräfte aufheben und der Rahmen, insbesondere der Bund des Rahmens keine Kräfte oder nur sehr geringe Kräfte aufnehmen muss. Somit können Kräfte, welche auf den Rahmen durch die dichtende Verbindung mit dem Gehäuse ausgeübt werden, reduziert werden.
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Eine weitere besonders günstige Variante sieht vor, dass der Dichtungsträgerabschnitt an einem freien von dem Bund abgewandten Ende einen verdickten Kopfabschnitt aufweist und dass die Dichtung den Kopfabschnitt umgreift. Auf diese Weise kann die Dichtung sehr günstig an dem Dichtungsträgerabschnitt gehalten sein. Somit besteht eine Verliersicherung, so dass die Montage bzw. der Einbau des Filterelements in eine Filtereinrichtung vereinfacht ist.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Dichtung und der Rahmen separat voneinander ausgebildet sind. Dadurch kann für die Dichtung und für den Rahmen unterschiedliche Materialien verwendet werden. Für die Dichtung wird vorzugsweise ein flexiblerer Werkstoff verwendet, da sich somit die Dichtung an eine Dichtfläche anpassen kann und somit Unebenheiten ausgleichen werden können. Der Rahmen hingegen wird bevorzugt aus einem steiferen Material hergestellt, um insgesamt die Steifigkeit des Filterelements, die benötigt ist, zu erzielen.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass der Rahmen einstückig ausgebildet ist. Dadurch dass der Rahmen einstückig ausgebildet ist, ist dieser zum einen stabiler, da keine Nahtstellen oder Verbindungsstellen benötigt werden. Zum anderen ist dadurch die Montage des Filterelements, also insbesondere das Verkleben des Filterkörpers mit dem Rahmen einfacher, da nur zwei Teile miteinander verklebt werden müssen.
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Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Filterelement als Flachfilterelement ausgebildet ist. Ein Flachfilterelement ist ein Filterelement, bei welchem die Strömungsflächen, durch welche das zu filternde Fluid ein- oder ausströmt eine größere Fläche aufweisen als die Stirnflächen, welche die Strömungsflächen miteinander verbinden. Vorzugsweise ist die Gesamtfläche der beiden Strömungsflächen größer als das Zweifache der gesamten Fläche aller Stirnflächen. Besonders bevorzugt größer als das Dreifache und noch bevorzugter größer als das Fünffache.
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Ferner wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelements gelöst, wobei der Rahmen des Filterelements derart ausgerichtet ist, dass die Rinne nach oben offen ist, ein schäumender Klebstoff, der vor einem Aushärten flüssig ist, verwendet wird, der Klebstoff in die Rinne eingebracht wird und daraufhin der Filterkörper in den Rahmen eingesetzt wird. Durch das Ausrichten des Rahmens kann einfach der Klebstoff eingebracht werden. Der Klebstoff wird dann durch die Rinne aufgefangen und am gewünschten Ort gehalten. Nachdem der Filterkörper in den Rahmen eingesetzt ist, kann dann der Klebstoff aufschäumen und somit den Filterkörper mit dem Rahmen verbinden.
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Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass nach dem Einsetzen des Filterkörpers in den Rahmen der Klebstoff aufschäumt und somit den Rahmen und den Filterkörper dichtend miteinander verbindet. Dadurch entsteht ein Filterelement, das durch den Rahmen gehalten werden kann und über den Rahmen dichtend in einem Gehäuse eingesetzt werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Filterelement,
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2 ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung durch das Filterelement aus 1, bei dem der Rahmen und eine Kante des Filterkörpers sichtbar sind, und
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3 eine der 2 entsprechende Schnittdarstellung durch ein Filterelement gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Ein in 1 dargestelltes Filterelement 10 wird zur Filterung eines Fluides, beispielsweise einer Flüssigkeit wie Wasser oder Öl oder eines Gases wie Luft, verwendet. Vorzugsweise wird das Filterelement 10 bei vergleichsweise hohen Temperaturen eingesetzt. Besonders bevorzugt ist das Filterelement 10 bei einer Temperatur von 150 °C dauerhaft beständig und bis 165 °C.
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Das Filterelement 10 weist einen Filterkörper 12 und einen Rahmen 14 auf, der den Filterkörper 12 trägt und eine Dichtung 16 aufweist. Der Filterkörper 12 weist vorzugsweise ein gefaltetes Filtermaterial auf. Der Filterkörper 12 weist eine erste Strömungsfläche 18 und eine zweite Strömungsfläche 19 auf, durch welche ein zu filterndes Fluid in den Filterkörper 12 einströmen oder aus dem Filterkörper 12 ausströmen kann. Der Abstand der beiden Strömungsflächen 18, 19 zueinander definiert eine axiale Richtung 20, welche auch einer Strömungsrichtung des zu filternden Fluids entspricht. Entsprechend ist eine radiale Richtung 21 definiert, die senkrecht zur axialen Richtung 20 ist. Des Weiteren weist der Filterkörper 12 Stirnflächen 22 auf, welche die Strömungsflächen 18, 19 miteinander verbindet.
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Die Strömungsflächen 18, 19 weisen eine Grundfläche 23 auf, die grundsätzlich beliebig gestaltet sein kann, beispielsweise rund, kreisförmig, rechteckig oder eine beliebige Eckform. Vorzugsweise, wie auch beispielsweise in 1 dargestellt ist, ist die Grundfläche 23 der Strömungsflächen 18, 19 fünfeckig. Dabei ist die Grundfläche 23 durch ein Rechteck gebildet, bei welchem eine der Ecken abgeschnitten ist.
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Das Filterelement 10 ist vorzugsweise als Flachfilterelement ausgebildet. Das heißt der Filterkörper 12 ist ebenfalls flach. Eine Höhe des Filterkörpers 12 in axialer Richtung 20 ist kleiner als eine Breite oder Tiefe des Filterkörpers 12 in radialer Richtung 21.
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Der Rahmen 14 ist umlaufend und einstückig ausgebildet. Vorzugsweise ist der Rahmen 14 aus Kunststoff gebildet, beispielsweise durch Kunststoffspritzguss.
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Ferner weist der Rahmen 14 einen Bund 26 auf, welcher außen an den Stirnflächen 22 des Filterkörpers12 angeordnet ist. Der Bund 26 kann an dem Filterkörper 12 anliegen. Es versteht sich, dass der Bund 26 nicht an den Stirnflächen 22 anliegen muss. Vorzugsweise ist ein Spalt 29 zwischen einer Innenseite 27 des Bundes 26 und den Stirnflächen 22 gebildet. Der Spalt 29 weist eine Breite 31 auf, die dem Abstand des Bundes zu den Stirnflächen 22 entspricht.
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Der Bund 26 überlappt die Stirnflächen 22 nur teilweise und ragt über die erste Strömungsfläche 18 hinaus. An einem ersten axialen Ende 28, das an den Stirnflächen 22 endet ist der Bund 26 verjüngt. Insbesondere ist der Bund 26 von innen her verjüngt, so dass ein Einsetzen des Filterkörpers 12 in den Rahmen 14 von der Seite des ersten axialen Endes 28 des Rahmens 14 her vereinfacht ist.
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Der Bund 26 des Rahmens 14 weist ein zweites axiales Ende 30 auf, welches über die erste Strömungsfläche 18 übersteht. An diesem zweiten axialen Ende 30 ist ein Dichtungsträgerabschnitt 32 ausgebildet. Der Dichtungsträgerabschnitt 32 erstreckt sich radial nach außen. An dem radial außenliegenden und vom Bund 26 abgewandten Ende weist der Dichtungsträgerabschnitt 32 einen Kopfabschnitt 34 auf.
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Der Kopfabschnitt 34 ist verdickt ausgebildet. Beispielweise weist der Kopfabschnitt 34 eine Verdickung in axialer Richtung 20 auf. Dadurch sind zwei Absätze 36 gebildet die jeweils einen Hinterschnitt erzeugen, den die Dichtung 16 hintergreifen kann und somit sich an dem Dichtungsträgerabschnitt 32 halten kann.
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Die Dichtung 16 umschließt den Kopfabschnitt 34 des Dichtungsträgerabschnitts 32. Vorzugsweise weist die Dichtung 16 ein weiches, insbesondere elastisches Material auf. Dadurch kann sich die Dichtung 16 an eine Dichtfläche anschmiegen und somit eine dichtende Verbindung herstellen. Die Dichtung 16 ist für eine axiale Dichtfläche, beispielsweise einer Filtereinrichtung ausgebildet.
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Die Dichtung 16 umschließt den Kopfabschnitt 34 des Dichtungsträgerabschnitts 32 derart, dass sie einen der oder die Absätze 36 umgreift und sich dadurch durch einen Formschluss an dem Dichtungsträgerabschnitt 32 halten kann.
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Zwischen dem ersten axialen Ende 28 und dem zweiten axialen Ende 30 erstreckt sich ausgehend von dem Bund 26 ein Verbindungsabschnitt 40. Der Verbindungsabschnitt 40 erstreckt sich radial nach innen. Die axiale Lage des Verbindungsabschnitts 40 ist derart, dass der Verbindungsabschnitt 40 die erste Strömungsfläche 18 außerhalb des Filterkörpers 12 überlappt. Der Verbindungsabschnitt 40 überlappt vorzugsweise einen Randbereich der ersten Strömungsfläche 18 des Filterkörpers 12.
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An einem inneren Rand 42 des Verbindungsabschnitts 40 ist ein Steg 44 angeordnet. Der Steg 44 erstreckt sich von dem Verbindungsabschnitt 40 ausgehend in axialer Richtung 20 in Richtung des Filterkörpers 12. Vorzugsweise liegt der Steg 44 an dem Filterkörper 12 an, insbesondere an der ersten Strömungsfläche 18 des Filterkörpers 12.
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Der Steg 44, der Verbindungsabschnitt 40 und der Bund 26 bilden eine Rinne 46. Die Rinne 46 ist umlaufend und in sich geschlossen. Dadurch bildet die Rinne 46 eine Art Gießschale, in welche eine Flüssigkeit eingegossen werden kann und aus der die Flüssigkeit nicht abfließen kann. Die Rinne 46 weist eine radiale Breite 47 auf, die einem radialen Abstand des Stegs 44 zu dem Bund 26 entspricht. Die radiale Breite 47 der Rinne 46 ist vorzugsweise doppelt so groß wie die Breite 31 des Spaltes 29.
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In der Rinne 46 ist Klebstoff 48 angeordnet. Der Klebstoff 48 verbindet den Rahmen 14, im speziellen den Verbindungsabschnitt 40 des Rahmens 14, mit dem Filterkörper 12. Der Klebstoff 48 ist ein schäumender Klebstoff 48, der zunächst flüssig ist. Vorzugsweise wird als Klebstoff 48 Polyurethanschaum (PUR-Schaum) verwendet.
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Zur Herstellung bzw. Montage des Filterelements 10 wird der Rahmen 14 derart ausgerichtet, dass die Rinne 46 bezogen auf die Schwerkraftrichtung nach oben offen ist. Daraufhin wird der Klebstoff 48 im flüssigen Zustand in die Rinne 46 eingebracht und entlang des Verlaufs der Rinne 46 verteilt. Daraufhin wird der Filterkörper 12 in den Rahmen 14 eingesetzt. Dadurch liegt der Filterkörper 12, insbesondere die erste Strömungsfläche 18 an der Rinne 46 an dem Rahmen 14 an. Dadurch kann der Klebstoff 48 beim Aufschäumen den Filterkörper 12 mit dem Rahmen 14 verbinden. Dadurch wird eine dichtende stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Filterkörper 12 und dem Rahmen 14 hergestellt.
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Durch die Breitenverhältnisse der Rinne 46 und des Spaltes 29 wird, erreicht, dass die Ecken des Filterkörpers 12 zuverlässig umschlossen werden.
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Eine in 3 dargestellte zweite Ausführungsform des Filterelements 10 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform des Filterelements 10, dadurch, dass zwischen der Dichtung 16 und dem Dichtungsträgerabschnitt 32 ein Hohlraum 50 gebildet ist. Dieser Hohlraum 50 bildet ein Luftpolster, das die Flexibilität der Dichtung 16 verbessert.
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Die Dichtung 16 weist eine Dichtlippe 52 zur Anlage an eine Dichtfläche auf. Die Dichtlippe 52 ist an einem axialen Ende der Dichtung 16 gebildet, das von dem Filterkörper 12 weg gerichtet ist. Der Hohlraum 50 ist zwischen dem Dichtungsträgerabschnitt 32 und der Dichtlippe 52 gebildet. Der Hohlraum 50 kann komprimiert werden. Dadurch ermöglicht der Hohlraum 50, dass die Dichtlippe 52 eine große axiale Anpassbarkeit aufweist. Somit kann sich die Dichtlippe 52 besser an Unebenheiten der Dichtfläche anpassen.
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Um den Hohlraum 50 zu bilden, weist der Dichtungsträgerabschnitt 32 zwei umlaufende Wulste 54 auf, die die Dichtung 16 zwischen den beiden Wulsten 54 auf Abstand zu dem Dichtungsträgerabschnitt 32 halten. Der Hohlraum 50 ist also zwischen den beiden Wulsten 54 gebildet. In axialer Richtung 20 wird der Hohlraum 50 durch den Dichtungsträgerabschnitt 32 und die Dichtung 16 begrenzt.
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Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform des Filterelements 10 mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform des Filterelements 10 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine nicht dargestellte Variante der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform des Filterelements 10 und der in der 3 dargestellten zweiten Ausführungsform des Filterelements 10 zeichnet sich dadurch aus, dass eine radiale Länge (33) des Dichtungsträgeranschnittes (32) variiert. Insbesondere variiert die radiale Länge (33) beim Umlaufen des Filterkörpers. Dadurch kann die Außenform der Dichtung (16) sich von der Außenform des Filterkörpers unterscheiden. Dadurch kann das Filterelement 10 flexibel an unterschiedliche Filtergehäuse angepasst werden. Es ist auch möglich durch den Dichtungsträgerabschnitt größere Distanzen zu überbrücken, so dass das Filterelement 10 noch flexibler eingesetzt werden kann.
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Im Übrigen stimmt die Variante der ersten und der zweiten Ausführungsform des Filterelements 10 mit der jeweiligen Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2003/0177745 [0002]
- US 4725296 [0002]
