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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für ein Fluidmanagement-Modul sowie ein Fluidmanagement-Modul mit einer solchen Filtereinrichtung.
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Die sogenannte Immersionskühlung gewinnt insbesondere beim Schnellladen von elektrischen Energiespeichern von Kraftfahrzeugen mit batterieelektrischem Antrieb immer mehr an Bedeutung. Bei der Immersionskühlung eines elektrischen Energiespeichers wird dieser unmittelbar von einem flüssigen Kühlmedium, typischerweise einer elektrisch isolierenden und dielektrischen Kühlflüssigkeit, umströmt. Hierzu kann an den Energiespeicher ein sogenanntes Fluidmanagement-Modul angeschlossen werden, sodass ein Fluidkreislauf entsteht, in welchem das Kühlmedium durch das Modul und durch den Energiespeicher zirkuliert wird. Im Fluidmanagement-Modul kann eine Filtereinrichtung angeordnet sein, um das zirkulierende Kühlmedium von Schmutzpartikeln zu befreien.
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Im Betrieb des Fluidmanagement-Moduls kann es erforderlich sein, dieses durch Spülung mit dem Kühlmedium zu reinigen. Als problematisch kann sich dabei erweisen, dass aufgrund der fluidischen Verschaltung der Filtereinrichtung im Fluidmanagement-Modul das Kühlmittel im Zuge des Spülvorgangs nicht in der richtigen Richtung im Fluidkreislauf zirkuliert. Dies führt kann zu einem verminderten Reinigungseffekt führen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine Filtereinrichtung zu schaffen, welches dieses Problem adressiert.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee der vorliegenden Erfindung ist demnach, den Gehäusedeckel der Filtereinrichtung mit einem Verschlusselement auszustatten, welches eine am Filtergehäuse vorgesehene Einlassöffnung zum Einleiten des Kühlmediums in den Gehäuseinnenraum wahlweise fluiddicht verschließen oder zum Durchströmen mit dem Kühlmedium freigeben kann. Im nominellen Betrieb der Filtereinrichtung, insbesondere in einem eingangs erwähnten Fluidmanagement-Modul kann somit die Einlassöffnung freigegeben werden, sodass das Kühlmedium in die Rohseite der Filtereinrichtung eintreten, dass Filterelement zum Reinigen des Kühlmediums durchströmen und danach über die Reinseite wieder aus der Filtereinrichtung austreten kann. Soll der erwähnte Reinigungsvorgang durchgeführt werden, so kann mittels des erfindungswesentlichen Verschlusselements die Einlassöffnung verschlossen werden, sodass über eine getrennt angeordnete Service-Öffnung Kühlmedium zur Durchführung des Reinigungsvorgangs in den Gehäuseinnenraum eingebracht werden kann. Da mittels des Verschlusselements besagte Einlassöffnung verschlossen ist, wird verhindert, dass das Kühlmedium über die Einlassöffnung, also in „falscher“ Richtung, wieder aus dem Gehäuseinnenraum austreten kann. Auf diese Weise wird eine effektive Reinigung des Fluidmanagement-Moduls sichergestellt.
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Eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung zum Reinigen eines Fluids umfasst ein einen Gehäuseinnenraum umgebendes Filtergehäuse. Das Filtergehäuse umfasst einen Gehäusetopf, welcher eine Gehäuseöffnung aufweist. Ferner umfasst die Filtereinrichtung einen mittels einer Schraubverbindung lösbar mit dem Gehäusetopf verschraubten oder verschraubbaren Gehäusedeckel zum Verschließen der Gehäuseöffnung. Des Weiteren umfasst die Filtereinrichtung ein im Gehäuseinnenraum austauschbar angeordnetes Filterelement, welches den Gehäuseinnenraum in eine Rohseite und in eine Reinseite unterteilt. Außerdem ist an einer Umfangsseite des Gehäusetopfs eine Einlassöffnung zum Einleiten des Fluids in den Gehäuseinnenraum ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst die Filtereinrichtung ein am Gehäusedeckel ausgebildetes Verschlusselement zum Verschließen der Einlassöffnung, welches insbesondere von dem Gehäusedeckel abstehen kann.
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Das Verschlusselement erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkel >45°, insbesondere >60°, bezogen auf einen Umfang bzw. eine Umfangsrichtung des Gehäusedeckels.
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Bei vorteilhaften Ausgestaltungen ist das Verschlusselement auf einen Winkel <270°, insbesondere <180°, bezogen auf einen Umfang bzw. eine Umfangsrichtung des Gehäusedeckels, reduziert.
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Bevorzugt kann das Verschlusselement auch als umlaufende Wand mit einem Wanddurchbruch ausgebildet sein. Der Wanddurchbruch kann als Fenster mit einer beliebigen, insbesondere kreisförmigen oder rechteckigen, Kontur ausgeführt sein. Es können auch mehrere, also wenigstens zwei, Fenster als Wanddurchbruch in der Wand angeordnet sein. Alternativ ist auch ein Durchbruch über die gesamte axiale Höhe der Wand denkbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gehäusedeckel mittels der am Gehäusetopf und am Gehäusedeckel ausgebildeten Schraubverbindung verstellbar zwischen einer Schließstellung, in welcher das Verschlusselement die Einlassöffnung fluiddicht verschließt, und einer Offenstellung, in welcher das Verschlusselement die Einlassöffnung zum Durchströmen mit dem Fluid freigibt. Bei dieser Ausführungsform ist der Gehäusedeckel sowohl in der Offenstellung als auch in der Schließstellung mit dem Gehäusetopf verschraubt und verschließt in beiden Stellungen die Gehäuseöffnung des Gehäusetopfs. Somit kann der Gehäusedeckel sowohl zum wahlweisen Verschließen oder Freigeben der am Gehäusetopf vorgesehenen Gehäuseöffnung als auch zum wahlweisen Öffnen oder Verschließen der Einlassöffnung verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Gehäusedeckel mittels einer Drehbewegung des Gehäusedeckels relativ zum Gehäusetopf in den Gehäusetopf einschraubbar und wieder aus diesem ausschraubbar und kann in einem zumindest teilweise eingeschraubten Zustand mittels dieser Drehbewegung zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verstellt werden. Dies erlaubt eine einfache Verstellung des Verschlusselements durch einen Werker. Darüber hinaus ist zum Verschließen der Einlassöffnung kein separat zum Gehäusedeckel ausgebildetes Bauteil erforderlich, wodurch sich auch Kostenvorteile bei der Herstellung der Filtereinrichtung ergeben.
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Besonders bevorzugt kann die Verstellung des Verschlusselements zwischen der Offenstellung und der Schließstellung durch eine Drehung des Verschlusselements, vorzugsweise in Umfangsrichtung des Gehäusetopfs, um einen vorbestimmten Verstellwinkel, bevorzugt zwischen 30 und 90°, besonders bevorzugt zwischen 40 und 60°, erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann am Filtergehäuse eine Service-Öffnung zum Einbringen des Fluids in den Gehäuseinnenraum zur Durchführung eines Spülvorgangs vorgesehen sein. Hierbei ist die Service-Öffnung vorzugsweise mit der Einlassöffnung fluidisch verbunden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann das Filtergehäuse zylindrisch ausgebildet sein und eine sich entlang einer axialen Richtung erstreckende Mittellängsachse aufweisen. Bei dieser Weiterbildung kann der Gehäusedeckel durch eine Drehbewegung um die Mittellängsachse axial entlang der Mittellängssachse in den Gehäusetopf eingeschraubt werden. Diese Weiterbildung ist technisch besonders einfach umsetzbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann sich an die Einlassöffnung ein Stutzen anschließen, der nach außen, vorzugsweise radial oder tangential, vom Gehäusetopf des Filtergehäuses weg absteht. Mittels des Stutzens lässt sich die Filtereinrichtung fluidisch sehr einfach in einen Fluidkreislauf eines Fluidmanagement-Moduls integrieren.
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Besonders zweckmäßig steht das Verschlusselement axial vom Gehäusedeckel ab. Dann bildet das Verschlusselement eine axiale Verlängerung des Gehäusedeckels aus, sodass es bei geeigneter Anordnung der Einlassöffnung am Gehäusetopf die bestimmungsgemäße Funktion zum wahlweisen Öffnen oder Verschließen der Einlassöffnung übernehmen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Gehäusedeckel eine Umfangswandung. Bei dieser Weiterbildung verlängert das Verschlusselement in einem Umfangsabschnitt den Gehäusedeckel axial zum Gehäusetopf hin. Dies ermöglicht es, durch eine Drehung entlang der Umfangsrichtung das Verschlusselement zwischen der Schließstellung und der Offenstellung zu verstellen und somit die Einlassöffnung wahlweise fluiddicht zu Verschließen oder zum Durchströmen mit dem Fluid freizugeben.
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Besonders bevorzugt kann das Verschlusselement die Geometrie eines Ringsegments bzw. Zylindersegments aufweisen.
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Besonders bevorzugt weist die Einlassöffnung der Gehäusetopf einen Gehäuseboden auf, von welchem winkelig ein Gehäusekragen absteht. Dabei ist die Einlassöffnung an einem Übergang vom Gehäuseboden zum Gehäusekragen angeordnet. Somit kann ein als axiale Verlängerung des Gehäusedeckels ausgebildetes Verschlusselement bei in den Gehäusetopf eingeschraubtem Gehäusedeckel dazu verwendet werden, die am Übergang angeordnete Einlassöffnung wahlweise zu verschließen oder freizugeben.
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Besonders zweckmäßig kann die Schraubverbindung ein am Gehäusetopf angeordnetes Innengewinde und ein am Gehäusedeckel angeordnetes und komplementär zum Innengewinde ausgebildetes Außengewinde aufweisen. Dies ermöglicht es, den Gehäusedeckel in den Gehäusetopf einzuschrauben, sodass im Zuge des Einschraubens auch das Verschlusselement innerhalb des Gehäusetopfes positioniert wird und somit die am Gehäusetopf ausgebildete Einlassöffnung verschließen bzw. freigeben kann.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fluidmanagement-Modul mit einem Fluidkreislauf, in welchem eine voranstehend vorgestellte, erfindungsgemäße Filtereinrichtung und ein Wärmeübertrager angeordnet sind. Die voranstehend erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Fluidmanagement-Modul.
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Im Fluidkreislauf kann ein Wärmeübertrager angeordnet sein, um die vom Fluid bzw. Kühlmedium aufgenommene Abwärme eines elektrischen Energiespeichers an ein anderes Medium weiterzugeben. Dieses Medium kann beispielsweise Luft, aber auch ein anderes einphasiges oder mehrphasiges Medium sein. Ferner kann im Fluidkreislauf eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Fluidpumpe, angeordnet sein, um das Fluid bzw. Kühlmedium anzutreiben. Da im Betrieb des Fluidmanagement-Moduls aufgrund von Leckagen im Laufe der Zeit Fluid bzw. Kühlmedium verloren gehen kann, ist es erforderlich, dieses in bestimmten Zeitabständen nachzufüllen. Hierzu kann eine vom Fluidmanagement-Modul getrennt ausgebildete sogenannte Service-Einheit bereitgestellt werden, in welcher ein Kühlmedium-Reservoir mit Fluid bzw. Kühlmedium bereitgestellt ist. Durch Anschluss des Fluidmanagement-Moduls an die Service-Einheit ist es möglich, dem Fluidmanagement-Modul Fluid bzw. Kühlmedium zum Nachfüllen bereitzustellen. Das Fluidmanagement-Modul kann in Verbindung mit besagter Service-Einheit aber auch dazu herangezogen werden, die im Energiespeicher vorhandenen und von dem Kühlmedium durchströmbaren Fluidpfade mit Fluid bzw. Kühlmedium aus dem Kühlmedium-Reservoir zu spülen und somit zu reinigen.
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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:
- 1 ein Beispiel einer Filtereinrichtung in einem Längsschnitt,
- 2 ein Beispiel eines Gehäusedeckels mit einem abstehenden Verschlusselement in perspektivischer Darstellung,
- 3 eine Schließstellung des Gehäusedeckels in der Filtereinrichtung gemäß 1,
- 4eine Offenstellung des Gehäusedeckels in der Filtereinrichtung gemäß 1
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1 illustriert beispielhaft eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung 1 zum Reinigen eines Fluids F. Das Fluid F kann ein flüssiges Kühlmedium, etwa eine elektrisch isolierende und dielektrische Kühlflüssigkeit sein. Dies gilt insbesondere, wenn die Filtereinrichtung 1 wie eingangs erwähnt in einem Fluidmanagement-Modul zur Immersionskühlung elektrischer Energiespeicher eingesetzt wird.
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Die gezeigte Filtereinrichtung 1 umfasst ein Filtergehäuse 2, welches einen Gehäuseinnenraum 7 umgibt. Das Filtergehäuse 2 umfasst einen eine Gehäuseöffnung 3 umfassenden Gehäusetopf 4. Das Filtergehäuse 2 umfasst ferner einen mittels einer Schraubverbindung 5 lösbar mit dem Gehäusetopf 4 verschraubbaren Gehäusedeckel 6 zum Verschließen der Gehäuseöffnung 3. In 1 ist ein verschraubter Zustand von Gehäusetopf 4 und Gehäusedeckel 6 gezeigt.
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Im Beispiel der Figuren ist das Filtergehäuse 2 mit dem Gehäusetopf 4 und dem Gehäusedeckel 6 zylindrisch ausgebildet und weist eine sich entlang einer axialen Richtung A erstreckende Mittellängsachse M auf. Eine radiale Richtung R erstreckt sich senkrecht zur axialen Richtung A von der Mittellängsachse M weg. Eine Umfangsrichtung U läuft senkrecht zur axialen Richtung A und auch senkrecht zur radialen Richtung R um die Mittellängsachse M um.
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Im Gehäuseinnenraum 7 ist ein Filterelement 8 angeordnet, welches den Gehäuseinnenraum 7 in eine Rohseite 9 und eine Reinseite 10 unterteilt. Im Beispiel der Figuren ist das Filterelement 8 ein Ringfilter. Dabei ist die Rohseite 9 radial außerhalb des Filterelements 8 und die Reinseite 10 radial innerhalb des Filterelements 8 angeordnet. Das Filterelement 8 kann bei demontiertem Gehäusedeckel 6 aus dem Gehäuseinnenraum 7 entnommen und gegen ein Ersatzteil ausgetauscht werden.
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An einer Umfangsseite 11 des Gehäusetopfs 4 ist eine Einlassöffnung 12 zum Einleiten des Fluids F in die Rohseite 9 des Gehäuseinnenraums 7 ausgebildet. Der Gehäusetopf 4 umfasst einen Gehäuseboden 16, von welchem winkelig ein Gehäusekragen 17 absteht. Die Einlassöffnung 12 ist zweckmäßig wie in 1 dargestellt am Übergang 18 vom Gehäuseboden 16 zum Gehäusekragen 17 angeordnet. An die Einlassöffnung 12 kann sich ein Stutzen 14 anschließen, der tangential nach außen vom Gehäusetopf 4 des Filtergehäuse 2 weg absteht. In dem Gehäuseboden 16 des Gehäusetopfs 4 ist eine Auslassöffnung 23 ausgebildet, über welche das zu gereinigte Fluid F aus der Reinseite 10 des Gehäuseinnenraums 7 ausgeleitet werden kann.
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Am Filtergehäuse 2 - im Beispiel der Figuren im Gehäusedeckel 6 - kann eine Service-Öffnung 24 zum Einbringen des Fluids F in den Gehäuseinnenraum 7 im Zuge eines Spülvorgangs vorgesehen. Die Service-Öffnung-24 kann wie gezeigt mittels eines in die Service-Öffnung 24 einschraubbaren Stopfens 22 verschlossen sein. Hierbei kann in dem Gehäusedeckel 6 korrespondierend mit der Service-Öffnung 24 ein Rückschlagsperrventil 25 angeordnet sein.
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Weiterhin umfasst die Filtereinrichtung 1 ein am Gehäusedeckel 6 ausgebildetes und von diesem abstehendes Verschlusselement 13 zum Verschließen der Einlassöffnung 12.
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Die 2 zeigt den Gehäusedeckel 6 mit dem Verschlusselement 13 in separater perspektivischer Darstellung. Der Gehäusedeckel 6 besitzt im Wesentlichen die Geometrie eines einseitig offen ausgebildeten Zylinders. Dabei umfasst der Gehäusedeckel 6 eine Umfangswandung 15, auf welcher auch das bereits erwähnte Außengewinde 21 vorgesehen ist. Das Verschlusselement 13 steht axial vom Gehäusedeckel 6 ab und verlängert in einem Umfangsabschnitt 19 den Gehäusedeckel 6 axial zum Gehäusetopf 4 (vgl. 1) hin. Im Beispiel erstreckt sich das Verschlusselement 13 entlang der Umfangsrichtung U über einen Umfangswinkel von circa 80° hinweg.
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Wie 2 erkennen lässt, besitzt das Verschlusselement 13 die Geometrie eines Ringsegments bzw. Zylindersegments. Zweckmäßig kann das Verschlusselement 13 integral am Gehäusedeckel 6 ausgeformt sein. Mit anderen Worten, der Gehäusedeckel 6 und das Verschlusselement 13 sind in diesem Fall einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Das Material des Gehäusedeckels 6 bzw. des Verschlusselement 13 ist zweckmäßig ein Kunststoff. Um eine erhöhte Dichtwirkung in Schließstellung zwischen Verschlusselement 13 und Gehäusetopf 4 zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, eine zusätzliche Dichtung am Verschlusselement 13 anzubringen. Dies kann zum Beispiel als separat ausgeführte, oder als zusätzlich angespritzte Elastomer - Dichtung erfolgen.
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Im Folgenden wird wieder auf die 1 Bezug genommen. Der Gehäusedeckel 6 kann mittels einer Drehbewegung des Gehäusedeckels 6 relativ zum Gehäusetopf 4 in den Gehäusetopf 4 eingeschraubt werden. Der Gehäusedeckel 6 kann durch eine Drehbewegung relativ zum Gehäusetopf 4 entlang der Umfangsrichtung U um die Mittellängsachse M axial entlang der Mittellängssachse M, in den Gehäusetopf 4 eingeschraubt werden. Die Schraubverbindung 5 kann hierzu ein am Gehäusetopf 4 angeordnetes Innengewinde 20 und ein am Gehäusedeckel 6 angeordnetes und komplementär zum Innengewinde 20 ausgebildetes Außengewinde 21 umfassen. Außerdem ist der Gehäusedeckel 6 mit dem Verschlusselement 13 mittels der Schraubverbindung 5 verstellbar zwischen einer Schließstellung, in welcher das Verschlusselement 13 die Einlassöffnung 12 fluiddicht verschließt, und einer Offenstellung, in welcher das Verschlusselement 13 die Einlassöffnung 12 zum Durchströmen mit dem Fluid F freigibt. Auch die Verstellung zwischen Schließstellung und Offenstellung erfolgt mittels einer Drehbewegung des Gehäusedeckels 6 relativ zum Gehäusetopf 4. Die Verstellung des Verschlusselements 13 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung durch eine Drehung des Verschlusselement 13 in Umfangsrichtung des Gehäusetopfs 4 um eine vorbestimmten Verstellwinkel erfolgen. Der Verstellwinkel kann beispielsweise zwischen 30 und 90°, bevorzugt zwischen 40 und 60°, betragen.
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Zur Verdeutlichung zeigen die Schnittdarstellungen der 3 und 4 den Gehäusedeckel 6 in der Schließstellung bzw. in der Offenstellung in der Filtereinrichtung gemäß 1. Der Gehäusedeckel 6 verschließt demnach sowohl in der Offenstellung als auch in der Schließstellung die Gehäuseöffnung 3 des Gehäusetopfs 4.
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In einer nicht gezeigten Variante kann das Filterelement 8 auch - gegensätzlich zum Beispiel der Figuren - von radial innen nach radial außen durchströmt werden. In diesem Fall sind Roh- und Reinseite 9, 10 vertauscht. Die voranstehend beschriebene, mittels des Verschlusselements 13 verschließbare Einlassöffnung 12 ist dann eine Auslassöffnung.
