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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, insbesondere zur Gasfiltration, beispielsweise für einen Luftfilter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2015 004 641 A1 offenbart einen Luftfilter mit zwei gekrümmt ausgebildeten Filtermediumkörpern an gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Trägerkörpers, der als Hohlkörper ausgebildet ist. Die zu reinigende Luft durchströmt die Filtermediumkörper von außen nach innen und wird in dem innenliegenden Strömungsraum des Hohlkörpers gesammelt und über einen Strömungsstutzen abgeleitet.
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Aus der
US 2008/0083200 A1 ist ein Luftfilter für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Luftfilter als Flachfilter ausgebildet ist, der gekrümmt in ein Filtergehäuse des Luftfilters eingesetzt ist. Ein vergleichbarer Luftfilter wird auch in der
US 6,422,197 B1 beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Filterelement in der Weise auszubilden, dass bei leichter Austauschbarkeit des Filterelements aus einem aufnehmenden Filtergehäuse eine hohe Filtrationsleistung gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Filterelement wird vorzugsweise zur Gasfiltration eingesetzt, beispielsweise für einen Luftfilter im Ansaugtrakt in einer Brennkraftmaschine. Es kommen aber auch Anwendungen zur Filtration flüssiger Fluide in Betracht.
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Das Filterelement weist einen gekrümmt ausgebildeten Filtermediumkörper sowie einen Trägerkörper auf, mit dem der Filtermediumkörper verbunden ist. Filtermediumkörper und Trägerkörper bilden gemeinsam das Filterelement und sind als eine zusammenhängende Baueinheit ausgeführt. Das Filterelement kann in ein aufnehmendes Filtergehäuse eingesetzt werden, wobei Filtergehäuse und Filterelement gemeinsam eine Filtereinrichtung bilden. Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf eine Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse und einem darin aufgenommenen, erfindungsgemäßen Filterelement.
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Der Trägerkörper des Filterelementes ist als ein Hohlkörper aufgebaut und weist einen innenliegenden Strömungsraum auf, dessen eine Seite von dem Filtermediumkörper gebildet ist. Dementsprechend begrenzt der Filtermediumkörper den Strömungsraum an einer Seite. Die übrigen Seiten des Strömungsraums sind offen ausgebildet oder können von Wänden des Trägerkörpers begrenzt sein, wobei im Fall einer geschlossenen Ausführung des innenliegenden Strömungsraums in mindestens eine Wand des Trägerkörpers eine Strömungsöffnung eingebracht, die mit dem Strömungsraum verbunden ist. Über eine Strömungsöffnung in der Wand des aufnehmenden Filtergehäuses sowie gegebenenfalls die Strömungsöffnung in der Wand des Trägerkörpers ist ein Austausch des Fluids zwischen dem innenliegenden Strömungsraum im Trägerkörper und der Umgebung bzw. einer Rohrleitung möglich, die an die Strömungsöffnung angeschlossen ist.
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Der Filtermediumkörper wird bevorzugt von außen nach innen durchströmt, so dass die außenliegende Seite des Filtermediumkörpers die Roh- bzw. Anströmseite und die innenliegende Seite, welche unmittelbar an den innenliegenden Strömungsraum angrenzt, die Rein- bzw. Abströmseite bildet. Dementsprechend ist der innenliegende Strömungsraum als Reinraum ausgeführt, der das gereinigte Fluid aufnimmt, welches über die Strömungsöffnung in der Wand des Filtergehäuses abgeleitet wird.
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Grundsätzlich ist auch eine Durchströmung in Gegenrichtung möglich, so dass der innenliegende Strömungsraum den Rohraum zur Aufnahme ungereinigten Fluids bildet, aus dem das Fluid den Filtermediumkörper von innen nach außen durchströmt.
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Der Filtermediumkörper bildet vorzugsweise einen blockförmigen Flachfilter, der gekrümmt ist und eine gekrümmte Seite des Filterelements bildet.
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Der Trägerkörper ist als ein Zylindersektor ausgebildet, an dessen gekrümmter Seite der Filtermediumkörper angeordnet ist. Der Zylindersektor und entsprechend auch der Filtermediumkörper erstrecken sich über einen Winkelbereich kleiner als 360°, vorzugsweise maximal 180°, z.B. über einen Winkelbereich von 90°. Aufgrund der Zylinderform ist die gekrümmte Seite, welche von dem Filtermediumkörper abgedeckt ist, teilkreisförmig ausgeführt.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass eine kompakte Ausführung bei zugleich hoher Filtrationsleistung gegeben ist. Außerdem ist das Einsetzen und Herausnehmen des Filterelementes in ein Filtergehäuse bzw. aus einem Filtergehäuse in einfacher Weise durchzuführen, wobei mit dem Einsetzen zugleich eine Strömungsverbindung mit dem Strömungsraum im Trägerkörper hergestellt werden kann. Auch die Strömungsverbindung zur Außenseite des Filtermediumkörpers wird mit dem Einsetzen des Filterelementes in das aufnehmende Filtergehäuse hergestellt. Der gekrümmte Filtermediumkörper besitzt eine verhältnismäßig große Filterfläche, die eine erhöhte Filtrationsleistung erlaubt. Die Ausführung des Trägerkörpers - und damit auch des Filterelements - als Zylindersektor ermöglicht den Einbau in einen entsprechend geformten Aufnahmeraum im Filtergehäuse.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung erstreckt sich der Winkelbereich, der von dem Zylindersektor ausgefüllt wird, über 90°. Dementsprechend weist der Trägerkörper zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Wandbereiche auf, die den innenliegenden Strömungsraum begrenzen. Der rechte Winkel des Trägerkörpers kann in einen entsprechend geformten Aufnahmebereich im Filtergehäuse eingesetzt werden.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist am Trägerkörper ein umlaufendes Dichtungselement zur Separierung der Roh- von der Reinseite angeordnet. Das Dichtungselement befindet sich insbesondere an der Stirnkante des Trägerkörpers und liegt im eingebauten Zustand an der Innenwand es aufnehmenden Filtergehäuses strömungsdicht an.
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Der Trägerkörper ist insbesondere an insgesamt drei Seiten offen ausgebildet. Eine erste offene Seite befindet sich an der gekrümmten Seite, die von dem gekrümmten Filtermediumkörper eingenommen wird. Zwei weitere offene Seiten liegen dem Filtermediumkörper gegenüber und betreffen die innenliegenden Seiten des Zylindersektors. Dagegen sind die Stirnseiten des Trägerkörpers geschlossen ausgebildet. Die beiden offenen Seiten, welche dem Filtermediumkörper gegenüberliegen, liegen im eingebauten Zustand unmittelbar an den Innenwänden des Aufnahmeraums im Filtergehäuse an und werden über ein Dichtungselement strömungsdicht abgedichtet.
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In alternativer Ausführung ist eine oder sind beide dem Filtermediumkörper gegenüberliegenden Seiten des Trägerkörpers als geschlossene Wand ausgebildet, wobei ggf. in eine Wand eine Strömungsöffnung eingebracht ist, welche mit dem innenliegenden Strömungsraum verbunden ist.
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Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf Trägerkörper in Form von Zylindersektoren mit einer teilkreisförmigen Außenwand, sondern auch auf Trägerkörper in annähernder Zylinderform, deren Außenwand gekrümmt ist, jedoch von einer Teilkreisform abweicht.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung besteht das Dichtungselement aus einem PUR-Material (Polyurethan). Das Dichtungselement kann ggf. an die Stirnkante des Trägerkörpers angespritzt sein.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Filtermediumkörper als ein Wechselteil ausgeführt, das als Bestandteil des Filterelementes mit dem Trägerkörper verbunden, bei Bedarf aber auch wieder vom Trägerkörper gelöst und ausgetauscht werden kann. Die Verbindung zwischen dem Filtermediumkörper und dem Trägerkörper erfolgt beispielsweise über Rastelemente, die an dem Filtermediumkörper angeformt sind. Der Filtermediumkörper kann in einen Aufnahmerahmen eingesetzt sein, der mit dem Trägerkörper verbunden ist bzw. in eine mit dem Trägerkörper verbundene Position gebracht werden kann, beispielsweise über Rastelemente, die am Aufnahmerahmen angeordnet sind. Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist es auch möglich, den Filtermediumkörper unmittelbar mit dem Trägerkörper zu verbinden, beispielsweise mittels Kleben. Außerdem ist es auch möglich, den Filtermediumkörper in den Aufnahmerahmen einzukleben und bei Bedarf den Aufnahmerahmen mitsamt Filtermediumkörper vom Trägerkörper zu lösen und auszutauschen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung befinden sich an der Außenseite des Trägerkörpers Verbindungselemente, über die eine feste Verbindung zwischen dem Filterelement und dem Filtergehäuse herstellbar ist. Die Verbindungselemente an der Außenseite des Trägerkörpers werden insbesondere nach dem Einsetzen des Filterelementes in das Filtergehäuse von einem Gehäuseteil, beispielsweise einem Gehäusedeckel, beaufschlagt, so dass eine Kraft auf das Filterelement wirkt und insbesondere ein Dichtungselement mit einer Presskraft gegen die Innenwand des Filtergehäuses gedrückt wird.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Trägerkörper in mehrere axiale Segmente unterteilt, die axial nebeneinanderliegen und in die jeweils ein Filtermediumkörper eingesetzt werden kann. Nebeneinanderliegende Segmente können von einem Versteifungsrahmen separiert sein, der einteilig mit dem Trägerkörper ausgebildet ist.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Trägerkörper an der Seite, welche zur Aufnahme des Filtermediumkörpers dient, mit einem Stützgitter versehen, auf das der Filtermediumkörper aufgelegt werden kann. Das Stützgitter verbessert die Stabilität und die sichere Aufnahme des Filtermediumkörpers. In das Stützgitter sind Strömungsöffnungen eingebracht, durch die das Fluid hindurchströmen kann. Das Stützgitter kann ggf. mit Leitrippen versehen sein, welche eine strömungsleitende Funktion haben und die Strömung durch das Filterelement günstig beeinflussen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung bilden zwei oder mehr nebeneinanderliegende Filterelemente, die fest miteinander verbunden sind, eine gemeinsame Baueinheit. Jedes Filterelement ist für sich genommen in der vorbeschriebenen Weise ausgeführt.
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Im Fall von zwei miteinander verbundenen Filterelementen können die jeweils als Zylindersektor ausgeführten Filterelemente entweder nebeneinanderliegend angeordnet sein, wobei die zwei Filterelemente vorzugsweise mit zwischenliegendem Abstand nebeneinanderliegen und die Filtermediumkörper zur gleichen Seite ausgerichtet sind. Es ist aber auch eine Ausführung möglich, bei der die miteinander verbundenen Filterelemente so angeordnet sind, dass die Filtermediumkörper in jedem Filterelement einander zugewandt sind, wobei die Filterelemente vorzugsweise auf Abstand zueinander liegen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht ein Filterelement in Form eines Zylindersektors zur Gasfiltration, mit einem gekrümmten Filtermediumkörper, der in einem Trägerkörper aufgenommen ist,
- 2 das Filterelement gemäß 1 in halbtransparenter Darstellung,
- 3 der Trägerkörper des Filterelements in perspektivischer Einzeldarstellung,
- 4 der Filtermediumkörper in einem Aufnahmerahmen,
- 5 Filtermediumkörper und Aufnahmerahmen aus 4 in Einzeldarstellung,
- 6 ein Filterelement in Form eines Zylindersektors in einer Ausführungsvariante,
- 7 eine Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse und einem Filterelement in Form eines Zylindersektors in einer perspektivischen Ansicht,
- 8 die Filtereinrichtung gemäß 7 in einer weiteren perspektivischen Ansicht,
- 9 die Filtereinrichtung mit geschlossenem Gehäusedeckel in halbtransparenter Darstellung,
- 10 eine perspektivische Darstellung eines Filtergehäuses zur Aufnahme eines Filterelements in Form eines Zylindersektors,
- 11 ein Trägerkörper in einer Ausführungsvariante zur Aufnahme mehrerer nebeneinanderliegender Filtermediumkörper,
- 12 mehrere Filtermediumkörper, die zur Aufnahme im Trägerkörper gemäß 11 vorgesehen sind,
- 13 ein Trägerkörper in einer weiteren Ausführungsvariante, mit Stützgittern am Trägerkörper, auf die die Filtermediumkörper aufgelegt werden,
- 14 zwei nebeneinanderliegende Filtermediumkörper, die jeweils gemäß 1 ausgebildet sind und strömungsverbunden sind,
- 15 in einer weiteren Variante zwei verbundene Filterelemente,
- 16 ein Schnitt durch ein Filtergehäuse einer Filtereinrichtung mit zwei verbundenen Filterelementen gemäß 15,
- 17 eine perspektivische Ansicht des Filtergehäuses aus 16.
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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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In den 1 und 2 ist ein Filterelement 1 dargestellt, das zur Gasfiltration, insbesondere zur Luftfiltration im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Das Filterelement 1 ist in Form eines Zylindersektors ausgebildet und umfasst einen Trägerkörper 2 sowie einen Filtermediumkörper 3. Der Trägerkörper 2, der in 3 in Einzeldarstellung gezeigt ist, weist die Form eines Zylindersektors auf, der sich über einen Winkel von 90° erstreckt, wobei an der gekrümmten Außenseite des Zylindersektors der Filtermediumkörper 3 angeordnet ist. Der Filtermediumkörper 3 ist als gekrümmter Flachfilter ausgeführt (4, 5) und bildet die Außenseite des Filterelements. Aufgrund der Zylindersektorform sind die Außenseite und die Innenseite des Filtermediumkörpers 3 teilkreisförmig gekrümmt.
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Das Filterelement 1 weist im Trägerkörper 2 einen innenliegenden Strömungsraum 4 für das Fluid auf, welches den Filtermediumkörper 3 durchströmt. In bevorzugter Ausführung erfolgt die Durchströmung des Filtermediumkörpers 3 von außen nach innen, so dass der innenliegende Strömungsraum 4 das gereinigte Fluid aufnimmt.
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Der Trägerkörper 2 bildet einen Rahmen und ist an insgesamt drei Seiten offen ausgebildet: zum einen an der radial außenliegenden Seite, welche von dem Filtermediumkörper 3 bedeckt ist und zum andern an den beiden dem Filtermediumkörper 3 gegenüberliegenden Seiten, die in einem 90°-Winkel zueinander stehen. An der umlaufenden Stirnkante des Trägerkörpers 2 ist ein Dichtungselement 5 angeordnet, das fest mit dem Trägerkörper 2 verbunden ist, beispielsweise auf die Stirnkante des Trägerkörpers 2 aufgespritzt ist. Im eingebauten Zustand liegt das Dichtungselement 5 dichtend an der Innenwand des aufnehmenden Filtlergehäuses an, so dass der innenliegende Strömungsraum 4 strömungsdicht abgeschlossen ist.
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Der Trägerkörper 2 weist außerdem zwei geschlossene Stirnseiten 6 auf, die axial zueinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind. Die Stirnseiten 6 begrenzen zwischen sich den innenliegenden Strömungsraum 4. An der Außenseite jeder Stirnseite 6 befindet sich ein Verbindungselement 7, das im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 als ein gebogener Winkel ausgebildet ist, wobei über das Verbindungselement 7 das Filterelement 1 im Filtergehäuse der Filtereinrichtung fixiert werden kann.
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Der Trägerkörper 2 gemäß den 1 bis 3 ist als ein Kunststoffbauteil ausgebildet.
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In den 4 und 5 ist ein Filtermediumkörper 3 im gekrümmten Zustand dargestellt, das in einen Aufnahmerahmen 8 einsetzbar ist (5) bzw. in diesen eingesetzt ist (4). Der Aufnahmerahmen 8 ist als Kunststoffbauteil ausgebildet und weist an einer Seitenwand mehrere Rastglieder 9 in Form von Rastnasen auf, über die eine Rastverbindung mit dem Trägerkörper 2 durchgeführt werden kann. An der innenliegenden Seite ist der Filtermediumkörper 3 mit einem umlaufenden Dichtungselement 10 versehen, das insbesondere im Randbereich an den Filtermediumkörper 3 angespritzt ist.
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6 zeigt eine Ausführungsvariante eines Filterelementes 1, das im Wesentlichen demjenigen nach den 1 bis 3 entspricht. Unterschiedlich ist jedoch die Ausführung der Verbindungselemente 7 an der Außenseite der Stirnseiten 6 des Trägerkörpers 2. Die Verbindungselemente 7 sind als Rastverbindungselemente ausgeführt, die mit zugerordneten Gegenrastverbindungselementen aneinem gehäuseseitigen Bauteil, insbesondere an einem Gehäusedeckel in eine Rastverbindung gebracht werden können.
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In den 7 bis 9 ist eine Filtereinrichtung 11 mit einem Filtergehäuse 12 und einem darin eingesetzten Filterelement 1 dargestellt, das gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 ausgebildet ist. Das Filtergehäuse 12 weist einen mit einem rechten Winkel versehenen Aufnahmeraum zur Aufnahme des Filterelementes 1 auf, wobei in den rechten Winkel das Filterelement 1 in Form des rechtwinkligen Zylindersektors eingesetzt ist. Das ungereinigte Fluid wird über einen seitlichen Einströmstutzen 13 in das Filtergehäuse 12 eingeleitet, wobei sich das ungereinigte Fluid entlang der Außenseite des Filterelementes 1 ausbreitet und radial von außen nach innen durch den Filtermediumkörper 3 hindurchströmt. Das gereinigte Fluid wird aus dem innenliegenden Strömungsraum 4 des Filterelementes 1 über einen Abströmstutzen 14 abgeleitet, der ebenfalls am Filtergehäuse 12 angeformt ist. Die Strömungsöffnung des Abströmstutzens 14 am Aufnahmeraum des Filtergehäuses 12 liegt in Höhe einer offenen Wand des Trägerkörpers 2 des Filterelementes 1 und ist somit mit dem innenliegenden Strömungsraum 4 im Filterelement 1 strömungsverbunden. Das im Strömungsraum 4 im Filterelement 1 gesammelte Reinfluid kann über den Abströmstutzen 14 abgeleitet werden. Das Filterelement 1 ist über die Verbindungselemente 7 an der Außenseite der Stirnseiten 6 innerhalb des Filtergehäuses 12 fixiert und wird mit dem umlaufenden Dichtungselement 5 gegen die Innenwand des aufnehmenden Filtergehäuses 12 gedrückt, so dass Strömungsdichtigkeit zwischen dem innenliegenden Strömungsraum 4 im Filterelement 1 und dem umgebenden Aufnahmeraum innerhalb des Filtergehäuses 12 herrscht. Die Presskraft, mit der das Filterelement 1 gegen die Innenwand des Filtergehäuses 12 gedrückt wird, wird von einem Gehäusedeckel 15 (9) erzeugt, der auf das Filtergehäuse 12 aufsetzbar ist.
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In 10 ist das Filtergehäuse 1 in Einzeldarstellung gezeigt. An den Innenwänden des Filtergehäuses 12, die in einem 90°-Winkel zueinanderstehen, ist eine umlaufende, nutförmige Rahmenkontur 16 ausgebildet, in die die Stirnkante des Trägerkörpers 2 einschließlich des an der Stirnkante angeordneten Dichtungselementes 5 einsetzbar ist, um eine strömungsdichte Verbindung zwischen dem Trägerkörper 2 und dem Filtergehäuse 12 zu schaffen.
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In 11 ist ein Trägerkörper 2 dargestellt, auf dessen gekrümmter Seite mehrere parallel liegende, axial beabstandete Bahnen 17 zur Aufnahme jeweils eines Filtermediumkörpers 3 angeordnet sind, wobei die einzelnen Bahnen 17 von Versteifungsrahmen 18 separiert sind, welche einteilig mit dem Trägerkörper 2 ausgebildet sind. In jeder Bahn 17 wird ein Filtermediumkörper 3 aufgenommen, so wie dies in 12 mit mehreren nebeneinander angeordneten Filtermediumkörpern 3 dargestellt ist.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 13 weist der Trägerkörper 2 mehrere nebeneinander angeordnete Bahnen 17 zur Aufnahme jeweils eines Filtermediumkörpers 3 auf, wobei die einzelnen Bahnen 17 von Versteifungsrahmen 18 separiert sind. An den Bahnen 17 befinden sich jeweils Stützgitter 19 mit Leitrippen, wobei die Filtermediumkörper 3 auf den Stützgittern 19 aufliegen und von diesen stabilisiert werden. Die Leitrippen beeinflussen die Strömungsverhältnisse des Fluids, welches die Filtermediumkörper 3 passiert.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 14 sind zwei identisch aufgebaute, zueinander spiegelsymmetrisch angeordnete Filterelemente 1 zu einer zusammenhängenden Baueinheit zusammengefasst, wobei die beiden Filterelemente 1 analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 aufgebaut sind. Die beiden Filterelemente 1 sind über ein Verbindungsrohr 20 miteinander strömungsverbunden. Über das Verbindungsrohr 20 sind die innenliegenden Strömungsräume, welche von den Filtermediumkörpern 3 abgedeckt werden, miteinander strömungsverbunden. Außerdem verbindet das Verbindungsrohr 20 die beiden Filterelemente 1 auch in mechanischer Weise. Die beiden Filterelemente 1 sind nebeneinander liegend angeordnet, wobei die Filtermediumkörper 3 an der gleichen Seite liegen.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 15 sind zwei Filterelemente 1 über ein Verbindungsrohr 20 zu einer gemeinsamen, zusammenhängenden Baueinheit zusammengefasst, wobei das Verbindungsrohr 20 sowohl eine mechanische Verbindung als auch eine Strömungsverbindung zwischen den Filterelementen 1 herstellt. Im Unterschied zu 14 sind die Filterelemente 1 in der Weise ausgerichtet, dass ihre Filtermediumkörper 3 einander zugewandt und gegenüberliegend angeordnet sind.
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In den 16 und 17 ist eine Filtereinrichtung 11 mit einem Filtergehäuse 12 dargestellt, in welchem eine Baueinheit mit zwei Filterelementen 1 gemäß 15 aufgenommen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015004641 A1 [0002]
- US 2008/0083200 A1 [0003]
- US 6422197 B1 [0003]
