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Die Erfindung betrifft ein Luftfilter, insbesondere für die Ansaugluft für Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 197 12 679 A1 ist ein Luftfilter mit einem Filtergehäuse und einem im Wesentlichen zylindrischen Filterelement mit einem inneren Stützrohr bekannt, wobei das innere Filterelement koaxial in dem Filtergehäuse angeordnet ist. Die Abdichtung des Filterelements an dem Filtergehäuse erfolgt über ringförmige Abschlussscheiben, die aus Polyurethan gefertigt ist. Die Abschlussscheibe kann auf einen inneren Abschnitt eines Auslassteils des Filtergehäuses geschoben werden und stellt dort eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Filterelement und Auslassteil her.
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Bekannterweise werden die Filterelemente von Luftfiltern nach einer bestimmten Betriebszeit ausgetauscht.
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Im regulären Betrieb verhindert das Filterelement das Eindringen von Schmutzpartikeln aus dem Rohbereich des Filters in einen Reinbereich des Filters. Im Laufe der Zeit sammelt kann sich allerdings verkrusteter Schmutz an den Wänden des Filtergehäuses sammeln, insbesondere auch am Übergang zur Abschlussscheibe des Filterelements. Bei der Entnahme eines verschmutzten Filterelements können sich Teile der Verkrustungen lösen, sich am Boden des Filtergehäuses sammeln und nach dem Einsetzen eines neuen Filterelements in den Reinbereich gelangen und/oder die Dichtwirkung der Abschlussscheibe beeinträchtigen. Die Verkrustungen können zudem unter Umständen eine Haftkraft erzeugen, für ein Lösen der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Filterelement und Auslassteil einen erheblichen Kraftaufwand erfordern.
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Aus der
DE 19519438 A1 und der
DE 4241586 C1 sind weitere gat- tungsgemäße Luftfilter bekannt, die zweiteilige Filtergehäuse aufweisen. Die beiden Filtergehäuseteile sind durch seitlich am Filtergehäuse angeordnete Metallbügel miteinander verbunden, die zum Tauschen des Filterelements gelöst bzw. wieder geschlossen werden müssen. Die Metallbügel müssen für den Benutzer zugänglich sein und es muss entsprechender Bauraum seitlich neben dem Filtergehäuse im Motorraum bereitgestellt werden, was unter Umständen schwierig sein kann.
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Ferner muss in axialer Richtung hinreichend Bauraum bereitgestellt werden, um ein Herausziehen und Einsetzen des Filterelements in das Filtergehäuseunterteil zu ermöglichen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Filter mit einem einfach austauschbaren Filterelement zu schaffen, das geringen Bauraum erfordert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Luftfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Filterelement zur Verwendung in einem derartigen Luftfilter. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Luftfilter mit einem im Wesentlichen zylindrischen Filterelement und einem Filtergehäuse, das einen Gehäusetopf und einen an einer ersten Stirnseite angeordneten Gehäusedeckel umfasst.
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Es wird vorgeschlagen, das Filterelement mit einem an einer radialen Außenfläche des Filterelements angeordneten Stützkranz zum radialen und axialen Festlegen des Filterelements im Filtergehäuse auszustatten. Durch die Halterung/Festlegung des Filterelements an seiner radialen Außenfläche kann der Anschluss an den Reinluftauslass im Gehäusetopf im Wesentlichen kraftfrei erfolgen, was den Austausch des Filterelements vereinfacht und ein Anhaften verhindern kann. Ferner werden neue konstruktive Möglichkeiten eröffnet, die beispielsweise seitlich am Filtergehäuse angeordnete Metallbügel verzichtbar machen.
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Gemäß der Erfindung ist der Stützkranz dazu ausgelegt, auf einem Absatz am Innenumfang des Gehäusetopfs aufzuliegen. Dadurch ist eine sichere axiale Abstützung des Filterelements gewährleistet und eine Abstützung am Boden des Gehäusetopfs, die eine Längenausdehnung des Filterelements verhindern und Deformationen nach sich ziehen kann, wird vermieden.
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Ferner sind gemäß der Erfindung an einem oberen Rand des Gehäusetopfs Haltelaschen mit nach radial innen vorspringenden Vorsprüngen vorgesehen, die dazu ausgelegt sind, den Stützkranz umgreifen, wenn der Stützkranz auf dem Absatz aufliegt. Beim Einsetzen des Filterelements können die Haltelaschen nach außen ausgelenkt werden, was ein praktisch kraftfreies Einsetzen ermöglicht.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Gehäusedeckel dazu ausgelegt ist, im aufgesetzten Zustand durch seine Innenfläche eine Auslenkung der Haltelaschen nach radial außen zu blockieren und den Stützkranz zwischen dem Absatz und den Vorsprüngen axial zu fixieren. Dadurch kann bei aufgesetztem Gehäusedeckel eine sichere formschlüssige Verbindung zwischen Filterelement und Gehäusetopf gewährleistet werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Gehäusedeckel eine konische Innenfläche aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Haltelaschen beim Aufsetzen des Gehäusedeckels nach radial innen auszulenken und den Stützkranz zwischen den Innenflächen der Haltelaschen radial zu fixieren. Dadurch die sichere formschlüssige Verbindung zwischen Filterelement und Gehäusetopf weiter verbessert werden.
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Gemäß der Erfindung ist der Stützkranz einstückig mit einer zweiten Abschlussscheibe ausgebildet ist, die an einem dem Gehäusedeckel zugewandten Ende des Filterelements angeordnet ist. Dadurch wird eine Kraftübertragung zwischen Stützkranz und Gehäusedeckel ermöglicht.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Luftfilter eine Verbindungsschraube zum Verbinden des Gehäusedeckels mit der zweiten Abschlussscheibe des Filterelements, wobei durch das Anziehen der Verbindungsschraube der Gehäusedeckel durch Kraftübertragung über den zwischen dem Absatz und den Vorsprüngen axial fixierten Stützkranz in Richtung des Gehäusetopfs zieht. Dadurch wird eine Montage und Demontage des Gehäusedeckels bzw. ein Austausch des Filterelements allein durch Zugang zur axialen Stirnseite, an der die Verbindungsschraube angeordnet ist, ermöglicht. Bauraum, der einen Zugang zu seitlich angeordneten Bügeln oder Metallklammern ermöglichen würde, muss nicht bereitgestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verbindungsschraube einen Drehmomentbegrenzungsmechanismus umfasst.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Filterelement zur Verwendung in einem Luftfilter der oben beschriebenen Art.
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Das Filterelement umfasst einen an einer radialen Außenfläche des Filterelements angeordneten Stützkranz zum radialen und/oder axialen Festlegen des Filterelements im Filtergehäuse.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Abschlussscheibe und/oder die zweite Abschlussscheibe mit einem Filterbalg des Filterelements verklebt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Abschlussscheibe aus einem porenfreien Weichkunststoff hergestellt.
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Denkbare Materialien für die Abschlussscheiben sind insbesondere Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen oder auch andere Thermoplaste wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyvinylchlorid (PVC).
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die gesamte Beschreibung, die Ansprüche und die Figuren offenbaren Merkmale der Erfindung in speziellen Ausführungsbeispielen und Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren Kombinationen oder Unterkombinationen zusammenfassen, um die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, an seine Bedürfnisse oder an spezielle Anwendungsbereiche anzupassen.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Luftfilter nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
- 2 eine Detailansicht eines Bodenbereiches eines Gehäusetopfs des Luftfilters aus 1 in einer Schnittdarstellung;
- 3 eine Detailansicht eines Gehäusedeckels des Luftfilters aus 1 und 2 in einer Schnittdarstellung;
- 4 eine Detailansicht eines Gehäusedeckels des Luftfilters aus 1 und 2 in einem geöffneten Zustand einer Schnittdarstellung;
- 5 eine Detailansicht eines Gehäusedeckels des Luftfilters aus 1 und 2 in einem geschlossenen Zustand einer Schnittdarstellung;
- 6 eine perspektivische Ansicht des Luftfilters aus den 1 - 5 mit einer befestigten Halterung;
- 7 eine perspektivische Ansicht des Luftfilters aus den 1 - 5 mit einer gelösten Halterung;
- 8 eine Detailansicht der Halterung aus den 6 und 7; und
- 9a - 9d schematische Illustrationen zur Montage es erfindungsgemäßen Luftfilters.
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Die 1 - 8 zeigen ein Luftfilter 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt das Luftfilter 10 in einer Schnittdarstellung. Das Luftfilter 10 umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches Filtergehäuse 12 mit einem Gehäusetopf 14 und einem Gehäusedeckel 16. Im Gehäusetopf 14 ist ein Rohlufteinlass 18 und ein im Wesentlichen konzentrisch an einer ersten Stirnseite Filtergehäuses 12 angeordneter Reinluftauslass 20 vorgesehen, wobei am Reinluftauslass 20 ein Ansatzrohr 22 in das Innere des Filtergehäuses 12 ragt und das Filterelement eine erste Abschlussscheibe 24 umfasst, die auf das Ansatzrohr 22 aufsteckbar ist. Die erste Abschlussscheibe 24 ist aus Polypropylen-Kunststoff gefertigt.
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Im Bereich des Rohlufteinlasses 18 ist eine Ableitwandung (Tauchrohr) vorgesehen. In Verbindung mit dem tangential in das Filtergehäuse 12 einführenden Rohlufteinlass 18 bildet sich eine Drallströmung der Rohluft. Diese bewirkt ein Abscheiden grober Staubpartikel, wobei diese grobe Staubpartikel an der Innenwandung des Filters nach unten gelangen und über eine Staubaustragöffnung, welche mit einem bekannten Staubaustragventil verschlossen ist, ins Freie geführt werden.
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Im Filtergehäuse 12 ist ein Sicherheitselement 26 gehäusefest angeordnet, welches ein Metallgitter (insbesondere Streckgitter) und eine Vlieslage umfasst.
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Über das Sicherheitselement 26 ist ein Filterelement 28 geschoben. Diese Filterelement 28 trägt an seiner ersten Stirnfläche die erste Abschlussscheibe 24. An die Abschlussscheibe 24 ist eine nach radial innen vorspringende Dichtlippe 30 angeformt, die im aufgesteckten Zustand an dem Ansatzrohr 22 anliegt und dieses abdichtend umgreift.
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Die Dichtlippe 30 springt ausgehend von einem Grundring der ersten Abschlussscheibe 24 vor und ist in dem in 1 dargestellten Axialschnitt von dem Grundring aus axial in Richtung der ersten Stirnseite des Filtergehäuses 12 geneigt. Das Ansatzrohr 22 umfasst ein sich in Richtung der ersten Stirnseite des Filtergehäuses 12 aufweitendes Außenprofil, so dass die Dichtlippe 30 beim Aufstecken des Filterelements 28 auf das Ansatzrohr 22 geführt und aufgeweitet wird. Bei dieser Aufsteckbewegung werden eventuell am Außenprofil des Ansatzrohrs 22 anhaftende Schmutzpartikel fortgeschoben und können nicht in den Reinbereich des Luftfilters 10 gelangen.
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Im Innenprofil des Ansatzrohrs 22 ist ein Anschlussstutzen 32 für einen Krümmer oder einen geraden Reinluftauslass 20 angeordnet, in dem ein Wartungsschalter 33 vorgesehen ist. Der Anschlussstutzen 32 kann im zylindrischen Innenprofil des Ansatzrohrs 22 in Umfangsrichtung frei montiert werden. Ein Endring 34 des Sicherheitselements 26 ist über eine Rastverbindung mit dem Anschlussstutzen 32 verbunden. Das aufgesteckte Filterelement 28 verhindert eine Auslenkung von Rastlaschen des Anschlussstutzens 32 nach radial außen, so dass das Sicherheitselement 26 mit dem Anschlussstutzen 32 verriegelt wird.
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Beim Zusammenbau des gesamten Filters wird zunächst das Sicherheitselement 26 eingesteckt, anschließend der Filterelement 28 darüber geschoben und der Gehäusedeckel 16 aufgesetzt.
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Das Filtergehäuse 12 umfasst ferner eine Staubaustragöffnung 36 mit einem daran befestigten Staubentleerventil 38 (1). Dieses Staubentleerventil 38 weist im unteren Bereich eine Lippenöffnung auf. Bei Druckpulsationen, die über den Reinluftauslass 20, ausgehend von einer Brennkraftmaschine in das Filtergehäuse 12 rückwirken, erfolgt ein kurzfristiges öffnen dieser Lippenöffnung, so dass der in dem Staubentleerventil 38 bzw. dem unteren Bereich des Gehäusedeckels 16 angesammelte Schmutz austreten kann.
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2 zeigt eine Detailansicht eines Bodenbereiches eines Gehäusetopfs des Luftfilters aus 1 in einer Schnittdarstellung. Die erste Abschlussscheibe 24 hat eine axial in Richtung der ersten Stirnseite vorspringende, zylinderringförmige Abstandhalterstruktur 40, die die Dichtlippe 30 axial überragt. Die axiale Höhe der Abstandhalterstruktur 40 ist so gewählt, dass in einem montierten Zustand des Filterelements 28 ein Spalt zwischen der Abstandhalterstruktur 40 und der Filtergehäusewand verbleibt. Beim Transport und der Montage des Filterelements 28 schützt die Abstandhalterstruktur 40 die Dichtlippe 30, während der Spalt eine axiale Ausdehnung des Filterelements 28 erlaubt.
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Die erste Abschlussscheibe 24 umfasst eine daran angeformte, nach radial außen schräg in Richtung der ersten Stirnseite des Filtergehäuses 12 vorspringende zweite Dichtlippe 42, die im aufgesteckten Zustand an einer Innenfläche eines Trennrohrs 44 anliegt.
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3, 4 und 5 zeigen verschiedene eine Detailansichten eines Gehäusedeckels des Luftfilters aus 1 und 2 in einer Schnittdarstellung.
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Das Filterelement 28 umfasst eine zweite Abschlussscheibe 48, die an dem der ersten Abschlussscheibe 24 gegenüberliegenden Ende des Filterelements 28 angeordnet ist. Die zweite Abschlussscheibe 48 ist wie die erste Abschlussscheibe 24 aus Kunststoff ausgebildet und mit einem Filterbalg 48 des Filterelements 28 verklebt, der aus Zellstoff besteht.
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Die zweite Abschlussscheibe 24 umfasst einen an einer radialen Außenfläche des Filterelements 28 angeordneten Stützkranz 50 zum radialen und axialen Festlegen des Filterelements 28 im Filtergehäuse 12. Der Stützkranz 50 ist einstückig mit der zweiten Abschlussscheibe 46 ausgebildet. Der Stützkranz 50 umfasst einen Außenring 52, der über radial verlaufende Rippen 54 mit einem Innenring 56 verbunden ist. Die Rippen 54 sind schräg in Richtung der Zyklonströmung angeordnet und grenzen einen Staubsammelbereich 58 vor der Staubaustragöffnung 36 und dem Staubentleerventil 38 ab.
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Der Stützkranz 50 ist dazu ausgelegt, in einem montierten Zustand auf einem Absatz 60 am Innenumfang des Gehäusetopfs 14 aufzuliegen (4 und 5).
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An einem oberen Rand des Gehäusetopfs 14 gibt es Haltelaschen 62 mit nach radial innen vorspringenden Vorsprüngen 64, die so hoch angeordnet sind, dass sie den Stützkranz 50 umgreifen, wenn der Stützkranz 50 auf dem Absatz 60 aufliegt.
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Der Gehäusedeckel 16 hat an seinem unteren Rand eine konische Innenfläche 66, die so geformt ist, dass im aufgesetzten Zustand durch die Innenfläche 66 eine Auslenkung der Haltelaschen 62 nach radial außen blockiert wird. Der Stützkranz 50 wird daher axial zwischen dem Absatz 60 und den Vorsprüngen 64 fixiert.
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Durch die Konizität der Innenfläche 66 werden die Haltelaschen 62 beim Aufsetzen des Gehäusedeckels 16 nach radial innen ausgelenkt und der Stützkranz 50 zwischen den Innenflächen der Haltelaschen 62 radial fixiert.
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Da der Stützkranz 50 einstückig mit der zweiten Abschlussscheibe 46 ausgebildet ist, die an einem dem Gehäusedeckel 16 zugewandten Ende des Filterelements 28 angeordnet ist, wird eine bei fixiertem Stützkranz 50 eine direkte Kraftübertragung von der zweiten Abschlussscheibe 46 auf den Gehäusetopf 14 ermöglicht. Am unteren Rand des Gehäusedeckels 16 ist zudem eine Nut zur Aufnahme eines Dichtrings (nicht dargestellt) vorgesehen.
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Im Gehäusedeckel 16 ist eine Verbindungsschraube 68 zum Verbinden des Gehäusedeckels 16 mit der zweiten Abschlussscheibe 46 des Filterelements 28 vorgesehen. Die zweite Abschlussscheibe 46 umfasst dazu ein Innengewinde, in welches das Außengewinde der Verbindungsschraube 68 eingreift. Durch das Anziehen der Verbindungsschraube 68 wird der Gehäusedeckel 16 durch Kraftübertragung über den zwischen dem Absatz 60 und den Vorsprüngen axial fixierten Stützkranz 50 in Richtung des Gehäusetopfs 14 gezogen, sofern die Vorsprünge der Haltelaschen 62 über den oberen Rand des Stützkranzes 50 greifen. Falls das Filterelement 28 nur unvollständig eingesetzt ist und die Vorsprünge 64 der Haltelaschen 62 an der radialen Außenfläche des Stützkranzes 50 anliegen, werden die Haltelaschen 62 so weit nach außen ausgelenkt, dass der Gehäusedeckel 16 nicht aufgesetzt werden kann.
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Die Verbindungsschraube 68 umfasst ein Innenteil und ein Außenteil, die über eine Durchrastkupplung verbunden sind, die einen Drehmomentbegrenzungsmechanismus 73 bildet.
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Die 6 - 8 zeigen schematisch eine Halterung 72 des erfindungsgemäßen Luftfilters 10. Das Filtergehäuse 12 ist so gestaltet, dass am Umfang des Filtergehäuses 12 eine Reihe von ersten Strukturen 74 vorgesehen sind, die im Wesentlichen als klotzartige Vorsprünge ausgebildet sind. Die Halterung 72 ist ein einstückiges, längliches Kunststoffspritzgussteil und umfasst an seinen beiden Längsenden jeweils eine zweite, klauenartige Struktur 76. Die klauenartigen Strukturen 76 sind so gestaltet, dass sie mit jeweils einer der ersten Strukturen 76 in Eingriff treten können und das Filtergehäuse 12 im montierten Zustand formschlüssig mit der Halterung 72 zu verbinden. Da insgesamt 8 der ersten Strukturen 76 gleichmäßig über den Umfang des Filtergehäuses 12 verteilt sind, kann die Halterung 72 in 8 verschiedenen Positionen am Filtergehäuse 12 befestigt werden, wobei jede dieser Positionen einer Drehlage des Filtergehäuses 12 entspricht.
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Ferner umfasst die Halterung 72 wenigstens zwei jeweils unter den klauenartigen zweiten Strukturen 76 angeordnete Sockelstrukturen 78 zum Verschrauben der Halterung 72 an einer Montage-Zielstruktur (nicht dargestellt). Die beiden Enden der Halterung 72 sind durch zwei Seitenwände 80 verbunden, deren der Montage-Zielstruktur zugewandte Unterkante geradlinig ist und deren kreisbogenförmige Oberkante der Krümmung des Filtergehäuses 12 folgt, so dass das Filtergehäuse 12 im montierten Zustand auf der Oberkante aufliegt.
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Eine Länge der Halterung 72 in Umfangsrichtung des Filtergehäuses 12 ist kleiner als der Umfang des Filtergehäuses 12. In dem in 6 - 8 Dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge etwa ein Drittel dieses Umfangs.
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Die Halterung 72 kann zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung zwischen den ersten Strukturen 74 und den zweiten Strukturen 76 elastisch deformiert werden, wobei die Sockelstrukturen 78 gegeneinander verkippt werden, und nach einem Einschnappen der ersten Strukturen 74 und der zweiten Strukturen 76 die Sockelstrukturen 78 in ihrer fluchtenden Montage-Sollposition liegen. Durch das Verschrauben der Halterung 72 in Schraubenlöchern 82 der Sockelstrukturen 78 an der Montage-Zielstruktur ist eine zum Lösen der formschlüssigen Verbindung notwendige elastische Deformation der Halterung 72 blockiert und es wird eine sichere Verbindung des Luftfilters 10 mit der Montage-Zielstruktur hergestellt.
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Eine Biegerichtung der zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung notwendigen elastischen Deformation ist einer Krümmungsrichtung des Außenumfangs des Filtergehäuses 12 entgegengesetzt. Die klauenartigen zweiten Strukturen 76 sind Hohlstrukturen mit jeweils einer Öffnung, in die die als Vorsprünge ausgestalteten ersten Strukturen 74 eingreifen.
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Eine in Längsrichtung der Halterung 72 mittlere Struktur 82 der Halterung 72 wechselwirkt mit einem Vorsprung 74 am Filtergehäuse 12, der in der Mitte zwischen den beiden Vorsprüngen 74 liegt, die in die Öffnungen der zweiten Strukturen 76 eingreifen. Die mittlere Struktur 82 dient dem Zentrieren der Halterung 72.
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Die Halterung 72 hat in ihren Endbereichen jeweils stirnseitige Wandungen 84, die im montierten Zustand im Wesentlichen in parallel zur radialen und axialen Richtung des Filtergehäuses 12 verlaufen und die dazu ausgelegt sind, von einem Mittelpunkt der Halterung 72 abgewandte Flanken der beiden äußeren ersten Strukturen 74 zu hintergreifen.
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Die 9a - 9d zeigen noch einmal schematisch die Schritte zur Montage des Filtergehäuses 12 an einer Montage-Zielstruktur (9d).
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In 9a sind das Filtergehäuse 12 und die Halterung 72 getrennt voneinander dargestellt.
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9b zeigt die Halterung 72 in einer elastisch deformierten Konfiguration beim Einschnappen der zweiten Strukturen 76 über die äußeren ersten Strukturen 74 des Filtergehäuses 12, wobei die mittlere Struktur 82 die Halterung gegenüber dem Filtergehäuse 12 zentriert und über eine mittlere der ersten Strukturen 72 des Filtergehäuses 12 gesteckt wird.
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9c zeigt die Halterung 72 nach dem Einschnappen der zweiten Strukturen 76 über die äußeren ersten Strukturen 74 des Filtergehäuses 12 und 9d zeigt das Filtergehäuse in der montierten Konfiguration an der Montage-Zielstruktur nach dem Einschrauben von Befestigungsschrauben in die Sockelstrukturen 78.
