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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für eine Öl aufweisende Vorrichtung in einem Fahrzeug, eine Öl aufweisende Vorrichtung in einem Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung sowie die Verwendung einer Filtervorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In Luftfahrzeugen, die sich regelmäßig in unterschiedlichen Temperatur- und Druckniveaus aufhalten, ist in bestimmten Situationen mit Kondensation von in der Luft enthaltenem Wasserdampf zu rechnen. Trotz Abdichtung von mechanischen Vorrichtungen kann das Eintreten von Wasserdampf und die darin stattfindende Kondensation nie ganz ausgeschlossen werden. Folglich kann die Notwendigkeit bestehen, Wasser aus mechanischen Vorrichtungen zu entfernen. Dies ist insbesondere bei Öl aufweisenden Vorrichtungen sinnvoll, da sich dort das Füllvolumen ändern kann und das Kondenswasser die Vorrichtung beeinträchtigen könnte. Das Entfernen von Kondenswasser ist jedoch im Rahmen einer Wartung aufwändig.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der Wasser zuverlässig und einfach aus einer Öl aufweisenden Vorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere Luftfahrzeug entfernt werden kann, wobei die Vorrichtung möglichst einfach aufgebaut sein und ein geringes Gewicht aufweisen sollte.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
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Es wird eine Filtervorrichtung für eine Öl aufweisende Vorrichtung in einem Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Halter zum Halten eines Filterelements, wobei der Halter eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, die durch einen Kanal miteinander verbunden sind, wobei das Filterelement in dem Kanal angeordnet ist, und wobei das Filterelement ein Filtersubstrat aufweist, das mit einer hydrophilen Substanz und einer oleophoben Substanz behandelt ist oder diese aufweist, sodass ein Durchfließen von Wasser von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung ermöglicht wird und ein Durchfließen von Öl von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung verhindert wird.
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Die Öl aufweisende Vorrichtung kann unter anderem eine beliebige mechanische Vorrichtung sein, bei der sich Elemente relativ zueinander bewegen und geschmiert werden müssen. Besonders betrifft dies Vorrichtungen mit Maschinenelementen, die sich mit höherer Geschwindigkeit bewegen und hierfür ein Ölschmierung notwendig ist. Diese könnte einen Ölsumpf, eine Ölwanne oder dergleichen erfordern, um Öl zur Schmierung bereitzustellen und wieder aufzunehmen. Die Öl aufweisende Vorrichtung kann folglich etwa ein Getriebe sein. Es kann auch hydraulische Vorrichtungen betreffen, bei denen ein Öl zur Kraftübertragung eingesetzt wird. Die Öl aufweisende Vorrichtung kann folglich ein Aktuator oder ein Verteiler („Manifold“) sein. Sie könnte ein Reservoir oder ein anders geartetes Volumen aufweisen, in dem sich Öl befindet. Die Vorrichtung könnte in einem Flugsteuerungssystem vorgesehen sein, beispielsweise einem primären oder sekundären Flugsteuerungssystem, welches dazu ausgebildet ist, aerodynamische Flächen an einem Flugzeug zu bewegen, um das Flugzeug zu steuern.
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Die Filtervorrichtung ist vorgesehen, an einer Öl aufweisenden Vorrichtung angebracht zu werden, die sich in einem Fahrzeug befindet. Durch ihren Aufbau ist sie in der Lage, ein Öl in der Vorrichtung zu halten, darin befindliches Wasser, das durch Kondensation anfällt, jedoch aus der Vorrichtung zu entfernen. Hierzu ist ein Filterelement vorgesehen, das von dem Halter zwischen einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung gehalten wird.
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Der Halter kann einfach aufgebaut sein und dient lediglich als Umhüllung und Schutz des Filterelements. Der Halter könnte besonders vorteilhaft hohlzylindrisch ausgeführt sein, sodass das Filterelement nur aus einer vorgegebenen Richtung mit Flüssigkeit in Kontakt gerät.
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Das Filterelement umfasst ein Filtersubstrat, welches grundsätzlich dazu ausgebildet ist, eine Flüssigkeit wie Öl oder Wasser durchzuleiten. Das Filterelement ist erfindungsgemäß mit zwei geeigneten Substanzen versehen, sodass das Material des Filterelements zwar durchlässig ist, die Oberfläche des Filtermaterials jedoch die genannten Substanzen aufweist. Dadurch werden die Eigenschaften des Filterelements angepasst. Eine der beiden Substanzen ist hydrophil und wirkt folglich anziehend auf Wassermoleküle. Die andere Substanz ist oleophob und stößt Ölmoleküle ab. Die Kombination dieser beiden Substanzen in dem Filtersubstrat führt dazu, dass das Filterelement eine für Öl undurchlässige Barriere bereitstellt und Wasser dennoch hindurchtreten kann.
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Wird die erste Öffnung der Filtervorrichtung beispielsweise in einen Kommunikation mit einer Ölwanne oder einem anderen Öl aufweisenden Volumen gebracht, könnte Öl in direkten Kontakt mit dem Filterelement geraten, jedoch nicht durch das Filterelement zu der zweiten Öffnung fließen, sondern durch die oleophobe Eigenschaft des Filterelements in der Ölwanne bzw. dem Öl aufweisenden Volumen verbleiben. Das in der Ölwanne bzw. dem Öl aufweisenden Volumen befindliche Wasser könnte jedoch durch die hydrophilen Eigenschaften durch das Filterelement geleitet werden, sodass beispielsweise in einer Ölwanne bzw. dem Öl aufweisenden Volumen befindliches Kondenswasser ohne Mitnahme des Öls aus dem Ölvolumen abgeführt werden kann.
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Zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung ist ein Kanal angeordnet, der beispielhaft nur eine solche Länge aufweist, die das Aufnehmen des Filterelements ermöglicht. Die erste Öffnung ist dazu vorgesehen, in Kontakt mit einem Ölvolumen bzw. einem Inneren einer Öl aufweisenden Einrichtung in Kontakt zu geraten. Die zweite Öffnung ist indes an einer Außenseite der Öl aufweisenden Vorrichtung vorzusehen und dient als Austrittsöffnung für Wasser.
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Je nach Anforderung, dem Druckverhältnis zwischen den beiden Öffnungen sowie nach einer Einbausituation kann es erforderlich sein, das Filterelement in dem Kanal mechanisch zu stützen oder zu fixieren. Beispielhaft könnte das Filterelement hierfür an oder auf einem Gitter angeordnet sein, das grobmaschig ausgeführt ist und die Form des Filterelements auch bei einer Druckbeaufschlagung gewährleistet. Es ist denkbar, die Filtervorrichtung verschließbar auszuführen, sodass lediglich auf Wunsch Wasser abgeführt wird.
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Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ist besonders vorteilhaft für die Integration an Öl aufweisenden Vorrichtungen in einem Luftfahrzeug geeignet, denn dort kann aufgrund hoher Temperaturunterschiede beim Betrieb des Luftfahrzeugs Kondenswasser anfallen, welches sich beispielsweise in einer Ölwanne bzw. einem Öl aufweisenden Volumen ansammelt und dort aufgrund der höheren Dichte unterhalb des Öls am Boden der Ölwanne bzw. dem Öl aufweisenden Volumen liegt. Die Filtervorrichtung kann folglich bevorzugt an einer Unterseite der Ölwanne bzw. des Öl aufweisenden Volumens angebracht sein, sodass das Wasser von dort durch die Filtervorrichtung abgeführt werden kann. Der Aufbau der Filtervorrichtung ist sehr einfach und sie weist ein geringes Gewicht auf.
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Die hydrophile Substanz und/oder die oleophobe Substanz kann ein Polymer sein. Folglich kann das Substrat mit einem hydrophilen Polymer behandelt sein oder dieses aufweisen. Es kann mit einem oleophoben Polymer behandelt sein oder dieses aufweisen. Die beiden Polymere können auch in Form eines einzelnen Co-Polymer realisiert sein. Das Substrat kann beispielsweise mit einem Fluorsubstituenten aufweisenden Polymer imprägniert werden, um ihm oleophobe Eigenschaften zu verleihen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Halter als eine Ölablassschraube ausgebildet, wobei sich der Kanal durch die Ölablassschraube erstreckt. Eine Ölablassschraube, die lediglich einen Verschluss zum Ablassen von Öl im Rahmen einer Wartung darstellt, könnte durch die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ersetzt werden. Dabei erstreckt sich der Kanal vollständig durch die Ölablassschraube hindurch und verbindet folglich zwei einander gegenüberliegende stirnseitige Enden miteinander. Das in dem Kanal angeordnete Filterelement erlaubt das selektive Ausleiten von Wasser. Die Ölablassschraube kann in eine neue Vorrichtung oder als Retrofit in eine bereits bestehende Vorrichtung eingesetzt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die zweite Öffnung durch einen Deckel verschließbar ist. Insbesondere bei druckbeaufschlagten Vorrichtungen oder bei zu erwartenden hohen Druckunterschieden während des Betriebs der Vorrichtung kann es sinnvoll sein, den Kanal in der Filtervorrichtung zu verschließen. Da sich die zweite Öffnung an einer Außenseite der Öl aufweisenden Vorrichtung befindet, ist es sinnvoll, diese durch einen außen angebrachten Deckel verschließbar zu gestalten. Hierzu könnte die zweite Öffnung entsprechende Mittel zum Aufnehmen eines Deckels aufweisen.
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Diese könnten Innengewinde, Außengewinde oder anderer form- und/oder kraftschlüssige Verbindungsmittel aufweisen.
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Die Filtervorrichtung kann ferner einen mit der zweiten Öffnung in Kommunikation bringbaren Sammelbehälter zum Aufnehmen von Wasser aufweisen. Der Sammelbehälter ist ein in sich geschlossenes Gefäß, welches einen mit der zweiten Öffnung verbindbaren Anschluss zum Aufnehmen von Wasser aufweist. Die Filtervorrichtung muss daher nicht durch einen Deckel verschlossen werden, sondern sie kann stattdessen den Sammelbehälter an der zweiten Öffnung aufnehmen. Während des Betriebs der Vorrichtung kann stetig Wasser aus der Filtervorrichtung in den Sammelbehälter abgegeben werden. Es kann weiterhin vorgesehen sein, die Filtervorrichtung so auszubilden, dass wahlweise ein Deckel oder der Sammelbehälter an der zweiten Öffnung angebracht werden kann. Sollte etwa der Bauraum an oder unter einer Öl aufweisenden Vorrichtung nicht für einen Sammelbehälter ausreichen, könnte stattdessen der Deckel angebracht werden.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist das Filtersubstrat ein Gefüge oder ein Gewebe aus natürlichen oder synthetischen Fasern, wobei die Fasern mit den Substanzen beschichtet sind. Das Gefüge kann eine unregelmäßige Anordnung von Fasern umfassen, die nicht miteinander verwoben sind. Ein Gewebe kann eine regelmäßige Anordnung von miteinander verwobenen Fasern umfassen, wobei die Fasern dabei in einer oder mehrere Richtungen verlaufen können. Die Substanzen sind auf die Fasern aufgebracht, sodass die Fasern die hydrophilen und oleophoben Eigenschaften aufweisen. Dies kann bereits vor dem Anfertigen des Gefüges oder des Gewebes erfolgen. Alternativ dazu können das Gefüge oder das Gewebe in ihrer gebrauchsfertigen Form durch Tränken einer Lösung oder ähnlichem mit den Substanzen beschichtet werden. Das Substrat kann unter anderem Baumwolle, Zellwolle, Seide, Lycocell, Glasfasern, keramische Materialien, Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril, Kohlefaser und ähnliches aufweisen. Das Substrat kann als flache, membranartige Struktur oder als aufgebauschtes Material mit einer gewissen Porosität oder als Zwischenform verwendet werden. Das Substrat ist vorzugsweise schichtförmig und fluiddurchlässig.
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Die hydrophile oder oleophobe Eigenschaft könnte weiterhin auch inhärent in dem Substrat vorhanden sein, sodass nur eine Behandlung mit der betreffenden anderen Substanz notwendig ist.
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Bevorzugt weist das Filtersubstrat Baumwolle auf. Das Filtersubstrat ist damit kostengünstig herstellbar. Es können kommerziell verfügbare Filtersubstrate verwendet werden. Aus Baumwolle sind viele verschiedene Gefüge, beispielsweise Watte, oder Gewebe verfügbar, die auf den gewünschten Einsatzzweck angepasst werden können. Baumwolle ist weiterhin saugfähig und kann entsprechend mit den Substanzen versehen werden.
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Die Filtervorrichtung kann ferner ein Heizelement aufweisen, das dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise das Filterelement, den Kanal und/oder Anschlussbereiche der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung zu beheizen, sodass ein Ablaufen von Wasser bei Temperaturen unterhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur unterstützt wird. Bei einer Temperatur von 0 °C oder weniger kann ein Gefrieren von Wasser an oder in der Filtervorrichtung einsetzen. Durch ein selektiv betreibbares Heizelement kann zumindest die Filtervorrichtung bzw. daran angeordnete Komponenten beheizt werden, um das Abgeben von Wasser zu verbessern. Eventuell an der zweiten Öffnung festgefrorenes Wasser wird dadurch wieder flüssig und kann abfließen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Öl aufweisende Vorrichtung in einem Fahrzeug mit einem Ölbehälter. An dem Ölbehälter kann die Filtervorrichtung angebracht sein, wobei die erste Öffnung in den Ölbehälter ragt und die zweite Öffnung an einer Außenseite der Vorrichtung angeordnet ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit mindestens einer Öl aufweisenden Einrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung. Das Fahrzeug kann bevorzugt ein Luftfahrzeug sein.
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Insbesondere ist das Fahrzeug ein Verkehrsflugzeug, welches in einem großen Temperaturbereich bewegt wird, in dem mit Kondensationseffekten zu rechnen ist.
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Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Filterelements mit einem Filtersubstrat, das mit einer hydrophilen Substanz und einer oleophoben Substanz behandelt ist oder diese aufweist, zum selektiven Ausleiten von Wasser aus einem Ölvolumen in einer Öl aufweisenden Vorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Luftfahrzeug.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
- 1a bis 4 zeigen unterschiedliche Filtervorrichtungen.
- 5 zeigt ein Verkehrsflugzeug mit einer Öl aufweisenden Vorrichtung und einer daran angeordneten Filtervorrichtung.
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In 1a wird eine Öl aufweisende Vorrichtung 2 in einer sehr schematischen Darstellung gezeigt. An dieser ist eine Filtervorrichtung 4 angebracht, welche in 1b etwas detaillierter gezeigt ist. Die Filtervorrichtung 4 weist einen Halter 6 auf, der beispielhaft als ein zumindest teilweise röhrenförmiges, hohlzylindrisches Element ausgebildet ist. Der Halter 6 weist eine erste Öffnung 8 und eine der ersten Öffnung 8 entgegengesetzte zweite Öffnung 10 auf. Zwischen den beiden Öffnungen 8 und 10 erstreckt sich ein Kanal 12, durch den ein Medium fließen kann. In dem Kanal 12 ist ein Filterelement 14 angeordnet. Das Filterelement 14 kann dort durch geeignete Mittel in einer vorgegebenen Position gehalten werden. Es ist vorstellbar, dass das Filterelement 14 den gesamten Kanal 12 ausfüllt und durch eine Gitterstruktur an den Öffnungen 8 und 10 in dem Kanal 12 gehalten wird.
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Das Filterelement 14 weist ein Filtersubstrat auf, das mit einem hydrophilen Polymer und einem oleophoben Polymer behandelt ist. Dies hat zur Folge, dass ein an der ersten Öffnung 8 befindliches Öl nicht durch das Filterelement 14 zu der zweiten Öffnung 10 strömen kann. Aufgrund der hydrophilen Eigenschaften wird jedoch Wasser angezogen und kann aus der ersten Öffnung 8 in die zweite Öffnung 10 gelangen. Dadurch kann auf sehr einfache Weise Wasser selektiv aus einem Öl-Wasser-Gemisch entfernt werden.
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Die Filtervorrichtung 4 wird mit der ersten Öffnung 8 an der Vorrichtung 2 angebracht. Dazu könnte die Filtervorrichtung 4 an oder in der ersten Öffnung 8 ein Gewinde aufweisen, das mit einem komplementären Gewinde an der Vorrichtung 2 verbindbar ist. Die Vorrichtung 2 weist dort überdies eine Öffnung auf, durch die eine Fluidverbindung mit der ersten Öffnung 8 hergestellt wird.
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Die Vorrichtung 2 weist beispielhaft eine Ölwanne 16 als ein Öl aufweisendes Volumen auf, die in einem Gehäuse oder einem Behälter gebildet ist. Die Ölwanne 16 ist mit Öl 18 gefüllt. Aufgrund von Kondensation oder anderen Effekten kann sich in der Ölwanne 16 auch Wasser ansammeln, welches sich aufgrund der höheren Dichte im Vergleich zum Öl 18 in einem bodennahen Bereich sammelt und dort ein Wasservolumen 20 bildet. Die Filtervorrichtung 4 ist folglich derart in der Ölwanne 16 angeordnet, dass das sich dort bildende Wasservolumen 20 direkt mit der ersten Öffnung 8 in Kontakt gerät. Aufgrund der hydrophilen Eigenschaften kann das Wasser zu der zweiten Öffnung 10 gelangen, während das Öl 18 allerdings in der Ölwanne 16 zurückgehalten wird.
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Der Vollständigkeit halber sind in 1a ineinander kämmende Getriebeelemente 22 in Form von Zahnrädern dargestellt, welche in das Öl 18 tauchen und dadurch geschmiert werden. Diese Darstellung ist selbstverständlich nur zur Illustration gedacht, es können auch andere Öl aufweisende Vorrichtungen 2 mit abweichenden mechanischen Elementen verwendet werden.
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Wie in 2 dargestellt kann an der Filtervorrichtung 4 lösbar ein Deckel 24 befestigt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass aufgrund von Druckunterschieden während des Betriebs der Vorrichtung 2 das Filterelement 14 druckbeaufschlagt wird. Bevorzugt ist der Deckel 24 schraubbar. Es ist vorstellbar, dass die Filtervorrichtung 4 als Ersatz einer herkömmlichen Ölablassschraube eingesetzt wird. Nach Öffnen des Deckels 24 wird lediglich Wasser abgelassen. Nach Entfernen der Filtervorrichtung 4 kann das Öl 18 aus der Ölwanne 16 herausfließen.
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3 zeigt eine weitere Variante, bei der statt des Deckels 24 ein Sammelbehälter 26 an der zweiten Öffnung 10 angebracht ist. Dieser könnte während des Betriebs der Vorrichtung 2 an der zweiten Öffnung 10 verbleiben und folglich die Funktion des Deckels erfüllen. Allerdings kann dort stetig Wasser aus der Ölwanne 16 austreten und in dem Sammelbehälter 26 aufgefangen werden. In regelmäßigen Intervallen kann der Sammelbehälter 26 geleert werden. Dies könnte durch Entfernen des Sammelbehälters 26 geschehen. Alternativ dazu kann auch der Sammelbehälter 26 mit einer Ablassschraube versehen sein (nicht gezeigt), die das Leeren des Sammelbehälters 26 erlaubt.
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In 4 wird zusätzlich ein Heizelement 28 angedeutet, welches sich im Bereich der ersten Öffnung 8 befindet. Sollte dort ein Gefrieren von Wasser das Eintreten von Wasser in die erste Öffnung 8 und das Austreten aus der zweiten Öffnung 10 verhindern kann durch Betreiben des Heizelements 28 das Wasser erwärmt werden. Die Abfuhr von Wasser wird dadurch unterstützt.
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5 zeigt schließlich ein Luftfahrzeug 30 in Form eines Verkehrsflugzeugs, welches eine Öl aufweisende Einrichtung 2 mit einer Filtervorrichtung 4 gemäß der vorhergehenden Beschreibung aufweist.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Öl aufweisende Vorrichtung
- 4
- Filtervorrichtung
- 6
- Halter
- 8
- erste Öffnung
- 10
- zweite Öffnung
- 12
- Kanal
- 14
- Filterelement
- 16
- Ölwanne / Behälter / Volumen
- 18
- Ölvolumen
- 20
- Wasser
- 22
- Getriebeelement
- 24
- Deckel
- 26
- Sammelbehälter
- 28
- Heizelement
- 30
- Luftfahrzeug
