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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Filtereinsatz zur Flüssigkeitsabscheidung, der insbesondere zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol eingesetzt wird. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Abscheideeinrichtung mit einem Filtereinsatz, der in ein Filtergehäuse der Abscheideeinrichtung eingesetzt ist.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2 524 143 B1 ist eine Abscheideeinrichtung bekannt, mit der Schmiermittel aus einem Gas abgeschieden werden kann. Die Abscheideeinrichtung weist ein Gehäuse mit einem darin angeordneten hohlzylindrischen Filtereinsatz auf, der von dem Gas-Schmiermittel-Gemisch durchströmt wird, wobei sich das Schmiermittel an der Wand des Filtereinsatzes absetzt. Der Filtereinsatz weist an den gegenüberliegenden axialen Stirnseiten jeweils einen Flansch auf, von denen der obenliegende Flansch mit einem seitlich überstehenden Stützkragen versehen ist, der zur Befestigung des Filtereinsatzes im aufnehmenden Gehäuse zwischen einem topfförmigen Gehäuseunterteil und einem Deckel eingeklemmt ist.
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Zur Vermeidung einer elektrostatischen Aufladung des Filtereinsatzes ist in ein Dichtungselement, das am Seitenrand des überstehenden Stützkragens des Flansches angeordnet und zwischen Unterteil und Deckel eingeklemmt ist, mit einer elektrisch leitenden Klammer versehen, über die eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Filtereinsatz und dem Gehäuse geschaffen wird.
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Aus der
DE 10 2014 002 719 A1 ist eine Abscheideeinrichtung mit einem Filtereinsatz bekannt, dessen Flansch ebenfalls mit einem seitlich überstehenden Stützkragen zwischen Gehäuseunterteil und Deckel festgeklemmt ist. Der seitlich überstehende Stützkragen besteht aus einem elektrisch leitenden Metall, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Filtereinsatz und dem Gehäuse hergestellt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung an einem Filtereinsatz zur Flüssigkeitsabscheidung zu verringern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Filtereinsatz wird zur Flüssigkeitsabscheidung, vorzugsweise aus einem Aerosol als zu reinigendem Fluid verwendet, zum Beispiel zur Abscheidung von Öl aus Druckluft in einem Druckbehälter eines Schraubenkompressors. Der Filtereinsatz weist ein Abscheideelement auf, das als Hohlkörper ausgebildet ist, vorzugsweise als Hohlzylinder, und bezogen auf seine Längsachse in Radialrichtung, vorteilhafterweise radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. An den Stirnseiten des Abscheideelementes befindet sich jeweils ein Flansch, wobei in bevorzugter Ausführung ein Flansch geschlossen ausgebildet ist und an dieser Stirnseite den Innenraum des als Hohlkörper ausgebildeten Abscheideelementes strömungsdicht verschließt. An der gegenüberliegenden Seite ist der Flansch vorzugsweise offen ausgebildet, so dass Fluid aus dem Innenraum des Abscheideelementes axial über den offenen Flansch hindurchströmen kann.
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Zumindest ein Flansch weist einen überstehenden Stützkragen auf, der seitlich bzw. radial - bezogen auf die Längsachse des Filtereinsatzes - über das Abscheideelement hinausragt und zur Befestigung des Filtereinsatzes in einem aufnehmenden Filtergehäuse einer Abscheideeinrichtung dient. An dem überstehenden Stützkragen des Flansches befindet sich mindestens eine axiale Erhebung, die elektrisch leitend ausgebildet ist. Der seitlich überstehende Stützkragen befindet sich bevorzugt an dem offenen Flansch. Auch der Flansch ist elektrisch leitend ausgebildet.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass über die elektrisch leitende, axiale Erhebung am Flansch eine elektrostatische Aufladung des Filtereinsatzes vermieden wird. Der Stützkragen des Flansches einschließlich der mindestens einen axialen Erhebung ist im aufnehmenden Filtergehäuse befestigt, so dass über die axiale Erhebung eine elektrisch leitende Verbindung zum Filtergehäuse geschaffen wird und eventuell entstehende elektrostatische Aufladungen abgeleitet werden können. Auf diese Weise wird die Gefahr einer Entzündung und Explosion von Öltröpfchen in einem Aerosol signifikant reduziert.
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Die mindestens eine axiale Erhebung am überstehenden Stützkragen des Flansches hat aufgrund der reduzierten Kontaktfläche der axialen Erhebung eine erhöhte Klemmkraft in der Einbaulage des Filtereinsatzes im aufnehmenden Filtergehäuse zur Folge. Typischerweise wird der überstehende Stützkragen im Filtergehäuse der Abscheideeinrichtung zwischen einem Unterteil des Filtergehäuses und einem Deckel des Filtergehäuses eingeklemmt. Die Klemmkräfte konzentrieren sich auf die mindestens eine axiale Erhebung am Stützkragen, so dass im Bereich der axialen Erhebung ein erheblich höherer Druck als bei einem flächigen Anpressen des Stützkragens entsteht. Hierdurch ist unter den üblicherweise auftretenden Betriebsbedingungen eine wirksame elektrisch leitende Verbindung zwischen der mindestens einen axialen Erhebung und den aufnehmenden Gehäusebauteilen des Filtergehäuses gewährleistet. Außerdem bewirkt die mindestens eine axiale Erhebung einen Toleranzausgleich beim Einbau zwischen dem Unterteil des Filtergehäuses und dem Deckel.
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Die axiale Erhebung kann in einfacher Weise hergestellt werden. In bevorzugter Ausführung ist die mindestens eine axiale Erhebung einteilig mit dem überstehenden Stützkragen des Flansches ausgeführt. Das Flanschmaterial ist elektrisch leitend ausgebildet, so dass eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen dem Abscheideelement, mit dem der Flansch in Kontakt steht, über den Flansch selbst zu den Gehäusebauteilen gegeben ist, an denen der überstehende Stützkragen befestigt ist.
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Die axiale Erhebung kann durch Verformen eines Teils des überstehenden Stützkragens hergestellt werden, so dass der Stützkragen im Bereich der axialen Erhebung als Verformungsabschnitt ausgebildet ist. Es ist beispielsweise möglich, durch mechanische Einwirkung eine Vertiefung in den überstehenden Stützkragen einzubringen, wobei die Vertiefung auf der gegenüberliegenden Seite des Stützkragens die gewünschte axiale Erhebung bildet. In bevorzugter Ausführung weist die axiale Erhebung, die als Verformungsabschnitt ausgebildet ist, einen Abstand zum außenliegenden Seitenrand des Stützkragens auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung, in der die axiale Erhebung ebenfalls einteilig mit dem überstehenden Stützkragen ausgebildet ist, bildet die axiale Erhebung eine Federlasche, die in den Stützkragen eingebracht ist. Im unbelasteten Zustand erhebt sich die Federlasche axial über die unmittelbar angrenzenden Stützkragenbereiche. Die Federlasche wird beispielsweise durch zwei Einschnitte gebildet, die sich bis zum außenliegenden Seitenrand des Stützkragens erstrecken.
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Über den Umfang verteilt befinden sich mindestens drei axiale Erhebungen an dem Stützkragen des Flansches. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass über den Umfang die Stütz- und Klemmkräfte gleichmäßig auf die axialen Erhebungen verteilt werden. Es kann zweckmäßig sein, genau drei axiale Erhebungen vorzusehen, was den Vorteil hat, dass die Abstützung in einer statisch bestimmten Weise erfolgt.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist der axiale Überstand der Erhebung mindestens die Dicke des Stützkragens auf. Der Flansch einschließlich Stützkragen ist beispielhaft aus einem metallischen Blech gefertigt, wobei der axiale Überstand im unbelasteten Zustand vorteilhafterweise zumindest so groß ist wie die Blechdicke. Dieser axiale Überstand ermöglicht eine hinreichende Federwirkung und axiale Kompressibilität zur Aufnahme hoher Klemmkräfte.
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Das Abscheideelement des Filtereinsatzes besteht vorteilhafterweise aus einem Coalescermaterial.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Abscheideeinrichtung mit einem vorbeschriebenen Filtereinsatz zur Flüssigkeitsabscheidung, insbesondere zur Abscheidung von Öl aus einem Aerosol. Die Abscheideeinrichtung weist ein Filtergehäuse mit einem Unterteil zur Aufnahme des Filtereinsatzes und einem auf das Unterteil aufgesetzten Deckel auf, der mit dem Unterteil lösbar verbunden ist, beispielsweise über eine Verschraubung. Der überstehende Stützkragen des Flansches, der die mindestens eine axiale Erhebung aufweist, ist zwischen dem Unterteil und dem Deckel eingeklemmt. An dem Unterteil kann ein Befestigungsring angeordnet sein, der vorzugsweise einteilig mit dem Unterteil ausgebildet ist und den Deckel aufnimmt, wobei der überstehende Stützkragen des Flansches und die mindestens eine axiale Erhebung zwischen dem Befestigungsring und dem Deckel eingeklemmt sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfasst die Abscheideeinrichtung einen Strömungsabweiser, der den Filtereinsatz teilweise oder vollständig in Radialrichtung umschließt. Der Strömungsabweiser sorgt für eine Beruhigung und Umlenkung des in die Abscheideeinrichtung eingeführten Fluids, das vorzugsweise radial von außen auf den Strömungsabweiser trifft und über eine axial offene Seite des Strömungsabweisers in einen Ringraum zwischen Strömungsabweiser und Filtereinsatz gelangt, von dem aus die Wand des Filtereinsatzes radial von außen nach innen durchströmt wird. Der Strömungsabweiser ist mit einem Klemmrand versehen, welcher vorzugsweise radial nach außen übersteht und ebenso wie der Stützkragen des Flansches am Filtereinsatz zwischen dem Unterteil des Filtergehäuses und dem Deckel eingeklemmt ist. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass der Stützkragen des Flansches und der Klemmrand des Strömungsabweisers sowie die mindestens eine axiale Erhebung unmittelbar aufeinanderliegen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass zum einen die Befestigung des Strömungsabweisers in einfacher Weise durchgeführt wird und in einem gemeinsamen Arbeitsschritt mit der Befestigung des Filtereinsatzes im Filtergehäuse durchgeführt werden kann. Zum andern ist es außerdem vorteilhaft, dass über den Kontakt mit der mindestens einen axialen Erhebung sowohl der Filtereinsatz als auch der Strömungsabweiser, der aus einem Metall gefertigt sein kann, elektrostatisch entladen wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist mindestens eine elektrisch leitende, axiale Erhebung in den Klemmrand des Strömungsabweisers eingebracht, der vorteilhafterweise ebefalls aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Hierdurch wird ein federnder Effekt in Achsrichtung einschließlich einem Tolerazausgleich sowie eine Konzentration der axialen Klemmkraft auf die axiale Erhebung erreicht. Es kann ausreichend sein, nur in den Klemmrand des Strömungsabweisers eine oder mehrere axiale Erhebungen einzubringen, nicht jedoch in den Stützkragen des Flansches. In jedem Fall ist es aber zweckmäßig, dass der Stützkragen des Flansches mit der axialen Erhebung in Kontakt steht, auch wenn diese in den Klemmrand des Strömungsabweisers eingebracht ist.
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Umgekehrt kann es ausreichend sein, dass nur in den Stützkragen des Flansches eine axiale Erhebung eingebracht ist, nicht jedoch in den Klemmrand des Strömungsabweisers.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist zwischen dem Unterteil des Filtergehäuses und dem Deckel ein Dichtungselement eingesetzt, das über die Befestigung des Deckels am Unterteil festgeklemmt wird. Das Dichtungselement gewährleistet Strömungsdichtigkeit zwischen dem Unterteil und dem Deckel. Vorteilhafterweise befindet sich das Dichtungselement radial außerhalb des eingeklemmten Stützkragens des Flansches des Filtereinsatzes. In den Deckel oder gegebenenfalls auch in das Unterteil kann eine umlaufende Nut eingebracht sein, in die ein Abschnitt des Dichtungselementes hineinragt. Das Dichtungselement kann eine L-förmige Querschnittsform aufweisen, wobei ein Schenkel der L-Form in die Nut im Deckel oder im Unterteil des Filtergehäuses hineinragt. Der zweite Schenkel der L-Form weist vorzugsweise radial nach innen in Richtung des Stützkragens des Flansches, wobei gegebenenfalls die Stirnseite des betreffenden Schenkels auf Kontakt zum Außenrand des Stützkragens liegt oder aber, in alternativer Ausführung, ein radialer Abstand zwischen der Stirnseite des Schenkels und dem Außenrand des Stützkragens herrscht.
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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. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine Abscheideeinrichtung zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem Aerosol, wobei die Abscheideeinrichtung als Filtergehäuse einen Druckbehälter aufweist, der beispielsweise einem Schraubenkompressor zugeordnet ist,
- 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung aus dem stirnseitigen Bereich eines im Filtergehäuse der Abscheideeinrichtung aufgenommenen Filtereinsatzes, wobei ein seitlich überstehender Stützkragen eines Flansches des Filtereinsatzes mit einer axialen Erhebung in Form einer Einprägung ausgestattet ist,
- 3 eine 2 entsprechende Schnittdarstellung, jedoch mit einer axialen Erhebung in Form einer Federlasche an einem Klemmrand eines Strömungsabweisers, der um den Filtereinsatz angeordnet ist.
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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 1 ist eine Abscheideeinrichtung 1 dargestellt, mit der Ölpartikel aus einem Aerosol abgeschieden werden können. Die Abscheideeinrichtung 1 bildet beispielsweise einen Druckbehälter eines Schraubenkompressors zur Abscheidung von Öl aus Druckluft. Die Abscheideeinrichtung 1 umfasst ein Filtergehäuse 2 mit einem topfförmigen Unterteil 3 und einem Deckel 4, der auf die freie Stirnseite des Unterteils 3 aufsetzbar ist und über Schrauben 5 zu befestigen ist. Im Innenraum des Unterteils 3 ist ein Filtereinsatz 6 gehalten, der ein hohlzylindrisches Abscheideelement 7 aufweist, das vorzugsweise aus einem Coalescermaterial besteht und an dem die Öltröpfchen aus dem Aerosol abgeschieden werden. Die Längsachse sowohl des Abscheideelementes 7 als auch des Filtergehäuses 2 ist mit Bezugszeichen 8 gekennzeichnet.
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Teil des Filtereinsatzes 6 ist außerdem ein geschlossener Flansch 9 an einer unteren Stirnseite des Abscheideelementes 7 sowie ein offener, ringförmiger Flansch 10 an der oberen, gegenüberliegenden Stirnseite des Abscheideelementes 7. In den Deckel 4 ist eine Strömungsöffnung 11 eingebracht, über die gereinigtes Fluid aus dem Innenraum des Filtereinsatzes 6 axial abgeleitet werden kann.
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In das Unterteil 3 des Filtergehäuses 2 ist ein Strömungsabweiser 12 eingesetzt, der hohlzylindrisch ausgebildet ist und eine Prallwand für einströmendes Fluid bildet. Der Strömungsabweiser 12 umgreift mit radialem Abstand den Filtereinsatz 6. Die untere Stirnseite des Strömungsabweisers 12 ist offen ausgeführt, so dass das Fluid über die untere Stirnseite des Strömungsabweisers 12 in einen Ringraum zwischen Strömungabweiser 12 und Außenseite des Abscheideelementes 7 einströmen kann.
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An der Außenseite des Unterteils 3 befindet sich ein Einströmstutzen 13, über den das ungereinigte Fluid in den Innenraum im Filtergehäuse 2 eingeleitet wird. Das Fluid strömt, wie mit den Pfeilen angedeutet, radial über den Einströmstutzen 13 nach innen und wird über eine Öffnung 14 in den Innenraum des Filtergehäuses 2 eingeleitet. Über die untere, offene Stirnseite des Strömungsabweisers 12 gelangt das ungereinigte Fluid in den Ringraum zwischen der Außenseite des Abscheideelementes 7 und der Innenseite des Strömungsabweisers 12 und durchströmt dieses radial von außen nach innen. Aus dem Innenraum im Abscheideelement 7 gelangt das gereinigte Fluid axial über den oberen offenen Flansch 10 sowie die Strömungsöffnung 11 im Deckel 4 nach außen.
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Öltröpfchen, welche an der Außenseite des Abscheideelementes 7 abgeschieden werden, können nach unten abtropfen und werden am Boden des Unterteils 3 gesammelt. In den Boden ist eine Öffnung eingebracht, welche von einem Ventil 15 verschlossen ist. Bei Öffnen des Ventils 15 kann das im Boden des Unterteils 3 gesammelte Öl abgeleitet werden.
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Öltröpfchen, welche im Innenraum des Abscheideelementes 7 abgeschieden werden, sammeln sich am Boden des geschlossenen Flansches 9. Über die Strömungsöffnung 11 kann eine Lanze eingeführt werden, die bis zum Boden des geschlossenen Flansches 9 reicht und über die dort gesammeltes Öl abgeleitet werden kann. FWie 2 und 3 in Verbindung mit 1 zu entnehmen ist, befindet sich an der Wie 2 und 3 in Verbindung mit 1 zu entnehmen ist, befindet sich an der offenen Stirnseite des Unterteils 3 ein Befestigungsring 16, der fest mit dem Unterteil 3 verbunden ist. Der Befestigungsring 16 kann gegebenenfalls einteilig mit dem Unterteil 3 ausgebildet sein. Der Befestigungsring 16 nimmt die Schrauben 5 auf, über die der Deckel 4 mit dem Unterteil 3 verschraubt ist. Außerdem bildet der Befestigungsring 16 eine Klemmfläche zum Einklemmen eines Dichtungselementes 17 sowie zum Festklemmen eines radial seitlich überstehenden Stützkragens 18 des offenen Flansches 10 an der oberen Stirnseite des Abscheideelementes 7 und eines Klemmrandes 19 am Strömungsabweiser 12. Das ringförmige Dichtungselement 17 ist in eine umlaufende Nut eingesetzt, die in die Unterseite des Deckels 4 eingebracht ist. Das Dichtungselemnet 17 weist eine L-förmige Querschnittsfläche auf, wobei ein axialer Schenkel in die Nut 20 hineinragt und ein zweiter, radialer Schenkel des Dichtungselementes 17 sich in Richtung der Stirnkanten von Stützkragen 18 und Klemmrand 19 erstreckt.
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Gemäß 2 sind in den Stützkragen 18 radial außerhalb des Abscheideelementes 7 eine axiale Erhebungen 21 eingebracht, die zwischen der Klemmfläche des Befestigungsrings 16 und dem aufliegenden Deckel 4 eingeklemmt sind. Unmittelbar unterhalb der axialen Erhebungen 21 befindet sich der Klemmrand 19, der ebenfalls radial nach außen umgebogen ist und einteilig mit dem Strömungsabweiser 12 ausgebildet ist. Die axiale Erhebungen 21 sind im Ausführungsbeispiel gemäß 2 als Eindrückung im Stützkragen 18 und damit als Verformungsabschnitt ausgeführt. Über den Umfang verteilt sind vorzugsweise mehrere derartige axiale Erhebungen 21 in den Stützkragen 18 eingebracht, beispielsweise drei axiale Erhebungen 21. Die axiale Erhebung 21 führt zu einem Federungseffekt und Toleranzausgleich beim Festklemmen zwischen Befestigungsring 16 und Deckel 4. Außerdem verteilt sich die Klemmkraft, die über die Verschraubung des Deckels 4 mit dem Befestigungsring erreicht wird, auf die verhältnismäßig geringe Anzahl der axialen Erhebungen 21, auf die sich die Klemmkraft entsprechend konzentriert. Dies führt zu einer lokal hohen Klemmkraft in Achsrichtung in den axialen Erhebungen 21 und entsprechend zu einer hohen Kraft an den zugeordneten Stellen des Klemmrandes 19 sowie des Deckels 4. Diese hohe lokal wirkende Kraft verbessert den Kontakt sowie die elektrostatische Ableitung von Aufladungen am Abscheideelement 7 und gegebenenfalls am Strömungsabweiser 12. Derartige Ladungen werden über den Stützkragen 18 und die axialen Erhebungen 21 aufgrund des elektrisch leitfähigen Materials des offenen Flansches 10 sowie des Befestigungsrings 16 und des Deckels 4 auf das Filtergehäuse abgeleitet.
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In der Ausführungsvariante gemäß 3 sind axiale Erhebungen 21 in den Klemmrand 19 des Strömungsabweisers 12 eingebracht. Die axialen Erhebungen 21 sind in Form einer Federlasche ausgebildet, beispielsweise dadurch, dass zwei radiale Einschnitte in den Klemmrand 19 eingebracht werden und die hierbei entstehende Federlasche 21 axial aufgebogen wird. Die Federlasche 21 steht in Kontakt mit dem darüber liegenden Stützkragen 18 des offenen Flansches 10 und bewirkt hierdurch einen federnden Effekt. Der Stützkragen 18 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ohne axiale Erhebungen ausgeführt. Sowohl der Strömungsabweiser 12 als auch der offene Flansch 10 sind aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2524143 B1 [0002]
- DE 102014002719 A1 [0004]
