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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Gasfiltersystem mit einem äußeren Filterelement und einem inneren Filterelement, die gegeneinander abgedichtet sind. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung eines äußeren Filterelements und/oder eines inneren Filterelements in einem Gasfiltersystem.
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Stand der Technik
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Derartige Filtersysteme weisen einen hohen Filtrationsgrad auf und werden beispielsweise zum Filtern von Verbrennungsluft für Verbrennungsmotoren, zum Filtern von Kathodenluft von Brennstoffzellen oder auch als Kabinenluftfilter eingesetzt. Insbesondere bei der Filtration von Kathodenluft für Brennstoffzellen werden Filterelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften eingesetzt, wobei ein Filtermedium zur Partikelfiltration ausgebildet ist und das andere Filtermedium die Adsorption von Schadgasen wie Stickoxiden ermöglicht.
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Um trotz mehrerer Filterelemente kompakte Filtrationssysteme zu ermöglichen, werden die Filterelemente typischerweise in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut, wobei mögliche Leckageströmungen, die ein Umgehen der Filterelemente bewirken, zuverlässig unterbunden werden müssen. Hierfür sind die Filterelemente oft jeweils gegenüber dem Gehäuse abgedichtet, wodurch große Anforderungen an eine konstruktive Ausgestaltung des Filtersystems gestellt werden. Werden die Abdichtungen nur unzureichend aufeinander abgestimmt, beispielsweise durch unvermeidbare Fertigungstoleranzen, kann ungefiltertes Gas an den Filterelementen vorbeiströmen. Hierdurch wird die Betriebstüchtigkeit des Filtersystems verringert.
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Um Leckageströmungen zu verhindern, werden die Filterelemente oftmals miteinander und/oder mit dem Gehäuse verklebt. Hierdurch können die Filterelemente im Wartungsfall jedoch nur unter Beschädigung des Gasfiltersystems aufwendig gewechselt werden.
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Aus der
DE 10 2018 215 603 A1 ist ein modulares Filterelement mit einem äußeren Filterelement und einem inneren Filterelement bekannt, die gegeneinander abgedichtet sind. Das innere Filterelement ist in dem äußeren Filterelement angeordnet.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Betriebstüchtigkeit eines Gasfiltersystems im Hinblick auf die Abdichtung der Filterelemente gegeneinander zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Gasfiltersystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Zudem wird die Aufgabe durch eine Verwendung mit den in Anspruch 17 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein Gasfiltersystem vorgesehen. Das Gasfiltersystem kann beispielsweise zum Filtern von Verbrennungsluft für Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen oder auch als Kabinenluftfilter verwendet werden.
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Das Gasfiltersystem weist ein äußeres Filterelement auf. Das äußere Filterelement weist ein zwischen einer ersten Endscheibe und einer zweiten Endscheibe angeordnetes erstes Filtermedium auf. Zudem weist das Gasfiltersystem ein inneres Filterelement auf. Das innere Filterelement weist ein zwischen einer dritten Endscheibe und einer vierten Endscheibe angeordnetes zweites Filtermedium auf.
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Vorzugsweise ist das erste Filtermedium und/oder das zweite Filtermedium an den jeweiligen Endscheiben gasdicht befestigt, besonders bevorzugt mit den jeweiligen Endscheiben verklebt oder an das jeweilige Filtermedium angeformt. Mit anderen Worten schlie-ßen und dichten die Endscheiben das jeweilige Filtermedium, vorzugsweise an dessen Filtermediumstirnseiten in axialer Richtung, ab. Hierdurch können Leckageströme innerhalb des jeweiligen Filterelements vermieden werden.
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Das erste und/oder das zweite Filtermedium, vorzugsweise das äußere und/oder das innere Filterelement können eine Längsachse des Gasfiltersystems ringförmig umgeben. Die Filtermedien können zueinander und der Längsachse konzentrisch angeordnet sein.
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Das jeweilige Filtermedium kann beispielsweise sternförmig gefaltet oder gewickelt sein. Das Filtermedium kann im Querschnitt rund oder oval sein. Das Filtermedium kann in axialer Richtung zylindrisch oder konisch sein. Richtungsangaben wie beispielsweise axial oder radial beziehen sich hier und im Folgenden auf die Längsachse des Gasfiltersystems, sofern nicht anders angegeben. Die Längsachsen der beiden Filterelemente fallen vorzugsweise zusammen, können jedoch auch voneinander abweichen. Insbesondere könnte die Längsachse des inneren Filterelements zur Längsachse des äußeren Filterelements geneigt sein, beispielsweise falls das innere Filterelement konisch und das äußere Filterelement zylindrisch ausgebildet ist und die dem Gasein- oder auslass abgewandte Endscheibe des inneren Filterelements nicht um das Zentrum des Gasfiltersystems angeordnet ist.
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Die erste Endscheibe und die dritte Endscheibe sind offen ausgebildet. Die Öffnung der dritten Endscheibe ermöglicht einen Eintritt oder Austritt von Gas in einen bzw. aus einem Innenraum des Filterelements. Ferner kann die Öffnung der ersten Endscheibe zum Anordnen des inneren Filterelements im äußeren Filterelement dienen.
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Die erste Endscheibe umgibt die dritte Endscheibe vorzugsweise umfangsseitig. Mit anderen Worten ist die dritte Endscheibe zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb der ersten Endscheibe angeordnet. Darüber hinaus kann das innere Filterelement zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig, innerhalb des äußeren Filterelements angeordnet sein. Hierdurch können besonders kompakte Abmessungen des Gasfiltersystems erzielt werden.
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Die erste Endscheibe weist, insbesondere an einer von dem ersten Filtermedium abgewandten Seite, einen in axialer Richtung vorstehenden ersten Dichtvorsprung auf. Die dritte Endscheibe weist, insbesondere an einer von dem zweiten Filtermedium abgewandten Seite, einen in axialer Richtung vorstehenden zweiten Dichtvorsprung auf. Mit anderen Worten stehen die Dichtvorsprünge entlang der Längsachse des Gasfiltersystems über die jeweilige Endscheibe vor. Vorzugsweise stehen der erste und der zweite Dichtvorsprung in derselben Richtung entlang der Längsachse über ihre jeweilige Endscheibe vor. Die Dichtvorsprünge dienen zur dichtenden Anlage an einer entsprechenden Gegenkontur, beispielsweise dem jeweils anderen Dichtvorsprung und/oder einem Gehäuse des Gasfiltersystems. Vorzugsweise sind die Dichtvorsprünge an den jeweiligen Endscheiben integral ausgebildet.
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Alternativ können die Dichtvorsprünge und die die axialen Stirnseiten der Filtermedienkörper bedeckenden Endscheiben voneinander separate Bauteile sein, die beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder Anspritzen, miteinander verbunden sein können. Auch diese mehrstückigen Ausführungsformen sind von dem Begriff Endscheiben umfasst.
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Die Dichtvorsprünge können jeweils zumindest einen Abschnitt aufweisen, der sich zudem in einer radialen Richtung erstreckt, insbesondere in einer radialen Richtung über die jeweilige Endscheibe vorsteht. Der erste und der zweite Dichtvorsprung weisen grundsätzlich verschiedene Querschnitte auf. Besonders bevorzugt sind die Dichtvorsprünge komplementär zueinander ausgebildet, um ein formschlüssiges Ineinandergreifen zu ermöglichen. Der erste oder der zweite Dichtvorsprung kann beispielsweise einen nutförmigen (U-förmigen) Querschnitt aufweisen während der jeweils andere Dichtvorsprung einen stegförmigen (I-förmigen) Querschnitt aufweist.
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Die dritte Endscheibe und die erste Endscheibe sind gegeneinander abgedichtet. Mit anderen Worten werden Leckageströme zwischen der ersten Endscheibe und der dritten Endscheibe bidirektional verhindert. Hierfür greifen der erste Dichtvorsprung und der zweite Dichtvorsprung ineinander.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gasfiltersystems, insbesondere durch ein Zusammenwirken der Dichtvorsprünge beider Filterelemente kann in vorteilhafter Weise dessen Dichtheit gesteigert werden. Leckageströmungen können somit zuverlässig verhindert und zugleich ein einfacher Wechsel der Filterelemente sichergestellt werden, wodurch die Betriebstüchtigkeit des Gasfiltersystems gesteigert werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Gasfiltersystems liegen der erste Dichtvorsprung und der zweite Dichtvorsprung an zumindest zwei Vorsprungdichtflächen aneinander dichtend an. Die Vorsprungdichtflächen können örtlich voneinander beabstandet sein. Vorzugsweise weisen die Vorsprungdichtflächen eine unterschiedliche Orientierung auf. Hierdurch können Leckagepfade noch effektiver vermieden werden, wodurch die Dichtwirkung weiter verbessert werden kann.
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Weiter bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der der erste Dichtvorsprung und der zweite Dichtvorsprung an zumindest einer axialen Vorsprungdichtfläche und zumindest einer radialen Vorsprungdichtfläche aneinander dichtend anliegen. Die axiale Vorsprungdichtfläche und die radiale Vorsprungdichtfläche können aneinander angrenzen. Hierdurch kann der Dichtbereich besonders kompakt gehalten werden.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Gasfiltersystems, bei der einer der Dichtvorsprünge elastisch ausgebildet ist und den anderen Dichtvorsprung übergreift, sodass er durch den Eingriff des anderen der Dichtvorsprünge geweitet wird. Der elastische Dichtvorsprung kann Polyurethan aufweisen, insbesondere ist der elastische Dichtvorsprung aus Polyurethan ausgebildet. Der andere Dichtvorsprung kann steif, vorzugsweise aus Polypropylen, ausgebildet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Gasfiltersystems ist der erste Dichtvorsprung und/oder der zweite Dichtvorsprung an der jeweiligen Endscheibe umlaufend ausgebildet ist. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Dichtvorsprung umlaufend ausgebildet. Mit anderen Worten können der erste und/oder der zweite Dichtvorsprung ringartig geschlossen um die Längsachse ausgebildet sein. Hierdurch kann die Dichtwirkung weiter gesteigert werden.
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Für eine zuverlässige Funktion des Gasfiltersystems kann es erforderlich sein, dass nur den Spezifikationen entsprechende Filterelemente verwendet werden. Zudem kann für Zusatzfunktionen, beispielsweise einen Luftmassenmesser, die rotatorische Einbaulage eines prinzipiell drehsymmetrischen Filterelements von Bedeutung sein, da gleichartige Filterelemente fertigungsbedingt gleichartige Abweichungen von einem Ideal aufweisen können. Insbesondere Luftmassenmesser reagieren sehr sensibel auf solche Abweichungen; wenn diese Abweichungen daher immer in derselben Weise auftreten, können sie kompensiert werden.
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Bevorzugt ist zudem eine Weiterbildung, bei der der erste Dichtvorsprung und der zweite Dichtvorsprung jeweils wenigstens einen radialen Rücksprung und/oder einen radialen Vorsprung aufweisen. Der entsprechende Dichtvorsprung ist somit bei Blick in Richtung der Längsachse nicht streng in einer, beispielsweise kreisförmigen, Grundform ausgebildet, sondern weist lokal Abweichungen von der Grundform, etwa der Kreisform, auf. Der wenigstens eine radiale Rücksprung bzw. Vorsprung können bei der Abdichtung gegenüber dem jeweiligen anderen Dichtvorsprung und/oder einem Gehäuse mitwirken. Der jeweilige andere Dichtvorsprung und/oder das Gehäuse ist vorzugsweise korrespondierend ausgebildet. Mithin greift ein radialer Vorsprung am einen Dichtvorsprung in einen radialen Rücksprung am anderen Dichtvorsprung ein. Durch die Abweichung von der, insbesondere kreisförmigen, Grundform an dem Dichtvorsprung wird ein Einbau des Filterelements in einer definierten Drehausrichtung erzwungen. Zudem wird sichergestellt, dass nur auf das jeweilige Gasfiltersystem angepasste Filterelemente verwendet werden können.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gasfiltersystems weisen der erste und/oder der zweite Dichtvorsprung zumindest eine Gehäusedichtfläche zur dichtenden Anlage an einem Gehäuse, vorzugsweise in axialer Richtung, auf. Der erste und/oder der zweite Dichtvorsprung kann die zumindest eine Gehäusedichtfläche auf einer von der im Eingriff mit dem anderen Dichtvorsprung befindlichen Seite abgewandten Seite aufweisen. Der entsprechende Dichtvorsprung kann so zwischen dem Gehäuse und dem jeweils anderen Dichtvorsprung angeordnet werden und begünstigt ein gleichzeitiges Abdichten von zwei möglichen Leckagepfaden.
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Bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform bei der das Gasfiltersystem eine, vorzugsweise geschlossene, Bodenscheibe aufweist. Besonders bevorzugt ist die Bodenscheibe an der zweiten Endscheibe des äußeren Filterelements angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Bodenscheibe gasdicht ausgebildet. Mit anderen Worten kann die Bodenscheibe das erste Filtermedium an der zweiten Endscheibe in axialer Richtung abdichten. Mittels einer geschlossenen Bodenscheibe kann ein Umströmen des äußeren Filterelements verhindert werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Gasfiltersystems weist die Bodenscheibe eine Stützstruktur, insbesondere wenigstens eine in axialer Richtung vorstehende Stützrippe, zur Abstützung der vierten Endscheibe des inneren Filterelements auf. Mit anderen Worten bildet das äußere Filterelement eine Anschlagfläche für das innere Filterelement aus. Hierdurch kann eine Positionierung des inneren Filterelements innerhalb des äußeren Filterelements positionstreu erfolgen. Dies unterstütz den dichtenden Eingriff der Dichtvorsprünge ineinander.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Gasfiltersystems weist das äußere Filterelement radial innen ein Stützrohr auf. Mit anderen Worten kann das Filtermedium radial innen durch ein Stützrohr stabilisiert sein. Die Bodenscheibe kann integral mit dem Stützrohr ausgebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Filtermedium radial außen durch einen Käfig stabilisiert sein. Zur außenseitigen Stabilisierung, insbesondere eines gewickelten Filtermediums, kann auch eine Fadenwicklung am Filterelement angebracht sein. Das Filterelement kann hierdurch steifer ausgebildet werden, wodurch dynamisch bedingte Leckagepfade aufgrund von Längenänderungen des Filterelements während des Betriebs vermieden werden können.
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Bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform des Gasfiltersystems, bei der das äußere Filterelement und das innere Filterelement hohlzylindrisch ausgebildet sind. Durch eine hohlzylindrische Ausbildung kann eine hohe Anströmfläche bei gleichzeitig kompakten Abmessungen für jedes einzelne Filterelement sowie das gesamte Gasfiltersystem erzielt werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gasfiltersystems ist vorgesehen, dass das äußere Filterelement dem inneren Filterelement in einer Durchströmungsrichtung des Gasfiltersystems vorgeschaltet ist. Mit anderen Worten sind das äußere Filterelement und das innere Filterelement derart in Reihe geschaltet, dass das Gasfiltersystem radial einwärts durchströmt wird. Hierdurch ergeben sich geringere Druckdifferenzen zwischen den Anström- und Abströmseiten der Filterelemente, womit der Bildung von Leckageströmungen vorgebeugt werden kann.
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Vorzugsweise ist eines der Filtermedien zur Partikelfiltration ausgebildet und besteht aus Cellulose oder weist diese auf, während das andere Filtermedium zur Schadgasadsorption ausgebildet ist und hierzu vorzugsweise Aktivkohle aufweist. Vorteilhaft ist das Filterelement zur Partikelfiltration in Strömungsrichtung vor dem Filterelement zur Schadgasadsorption angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform des Gasfiltersystems, bei der dieses ein öffenbares Gehäuse aufweist. Das Gehäuse weist typischerweise ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf, beispielsweise einen Gehäusetopf und einen abnehmbaren Gehäusedeckel. Das äußere Filterelement und das innere Filterelement sind vorzugsweise zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet. Mit anderen Worten können das innere und das äußere Filterelement in dem Gehäuse aufgenommen werden. Das Gehäuse weist vorzugsweise zumindest eine Einlassöffnung zum Einströmen von Gas in das Gasfiltersystem und zumindest eine Auslassöffnung zum Ausströmen von Gas aus dem Gasfiltersystem auf. Die Einlassöffnung ist vorzugsweise dem äußeren Filterelement unmittelbar vorgeschaltet. Die Auslassöffnung ist vorzugsweise dem inneren Filterelement unmittelbar nachgeschaltet. Das erste Gehäuseteil weist vorzugsweise eine Stirnseite auf, die der ersten und der dritten Endscheibe der Filterelemente zugewendet ist. Die Stirnseite kann eine mit dem ersten Dichtvorsprung und/oder zweiten Dichtvorsprung korrespondierende Gehäusedichtnut aufweisen, in der der erste Dichtvorsprung und der zweite Dichtvorsprung ineinandergreifend angeordnet sind. Hierdurch kann eine Rohgasseite des Gasfiltersystems gegenüber einer Reingasseite des Gasfiltersystems wirkungsvoll abgedichtet werden. Mit anderen Worten kann die zumindest eine Einlassöffnung mit der zumindest einen Auslassöffnung lediglich durch das innere und das äußere Filterelement fluidisch kommunizieren.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Gasfiltersystems weist die Stirnseite eine Öffnung auf, die dem inneren Filterelement fluidisch vor- oder nachgeschaltet ist. Mit anderen Worten kann die Einlassöffnung oder die Auslassöffnung an der Stirnseite des Gehäuses ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Gasfiltersystems weist das erste Gehäuseteil an der Stirnseite ein Mittelrohr auf, das in das innere Filterelement eingreift. Das Mittelrohr kann zum Stützen des zweiten Filtermediums ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Mittelrohr gitterartig ausgebildet. Das Mittelrohr kann sich entlang der Längsachse zumindest über ein Drittel, vorzugsweise über zumindest zwei Drittel, besonders bevorzugt über die gesamte Abmessung des inneren Filterelements in der Längsrichtung erstrecken. Hierdurch kann ein besonders effektives Abstützen des zweiten Filtermediums erfolgen.
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Bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform des Gasfiltersystems, bei der das Gehäuse einen umfangsseitig angeordneten Verschluss aufweist, wobei der Verschluss in einem geschlossenen Zustand ein gasdichtes Verspannen des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils mit dem äußeren Filterelement und dem inneren Filterelement bewirkt. Mit anderen Worten kann das Gehäuse in einem geschlossenen Zustand Abmessungen in der Längsrichtung aufweisen, die die Abmessungen der ineinander angeordneten Filterelemente in der Längsrichtung unterschreiten. Hierdurch können die Filterelemente bzw. die Dichtungsvorsprünge beim Verschließen des Gehäuses geringfügig zusammengedrückt werden, wodurch ein besonders gasdichtes Anliegen der Dichtvorsprünge aneinander und/oder an dem Gehäuse bewirkt wird.
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In den Rahmen der Erfindung fällt auch eine Verwendung eines äußeren Filterelements und/oder eines inneren Filterelements in einem vorhergehend und im Weiteren beschriebenen, erfindungsgemäßen Gasfiltersystem. Das äußere bzw. innere Filterelement können vorhergehend und im Weiteren beschriebene Merkmale aufweisen.
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Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung ein Filterelement mit den entsprechenden Merkmalen. Das eine Filterelement weist ein Filtermedium auf, das zwischen zwei Endscheibe angeordnet ist. Die eine Endscheibe weist einen in axialer Richtung vorstehenden ersten Dichtvorsprung auf. Der erste Dichtvorsprung weist mindestens eine Vorsprungdichtfläche auf. Die Vorsprungdichtfläche ist dazu ausgebildet, an einer weiteren Vorsprungdichtfläche eines axial vorstehenden zweiten Dichtvorsprungs einer Endscheibe eines weiteren Filterelements dichtend anzuliegen. In einer Ausgestaltung ist der erste Dichtvorsprung aus einem weichen Material gefertigt, insbesondere geschäumtem Polyurethan, und vorzugsweise einstückig mit der Endscheibe ausgebildet. Der erste Dichtvorsprung ist vorzugsweise am inneren Umfang der Endscheibe angeordnet und hat vorteilhaft die Form eines in axialer Richtung zum offenen Innenraum des Filterelements hin gerichteten Us. Der freie Schenkel des Us ist radial innen angeordnet. Hierdurch ist eine Aufnahmenut ausgebildet. Auf diese Weise kann ein starrer rippenartiger Dichtvorsprung eines zweiten, innerhalb dieses Filterelements angeordneten, Filterelements in den Dichtvorsprung eingreifen, sodass die beiden Filterelemente gegeneinander abgedichtet sind. In einer alternativen Ausführungsform bildet das Filterelement mit dem weichen, eine Nut aufweisenden Dichtvorsprung das innere Filterelement und das Filterelement mit dem starren, rippenartigen Dichtvorsprung das äußere Filterelement. In diesem Fall ist die U-förmige Nut am äußeren Umfang der Endscheibe angeordnet und der freie Schenkel radial außen angeordnet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasfiltersystems mit einem äußeren Filterelement und einem inneren Filterelement umfassend eine erste Endscheibe bzw. eine dritte Endscheibe, deren Dichtvorsprünge dichtend ineinandergreifenden, in einer schematischen Schnittansicht;
- 2 einen Ausschnitt des Gasfiltersystems aus 1 in einer schematischen Schnittansicht;
- 3 das äußere Filterelement des Gasfiltersystems aus den 1 und 2 in einer schematischen Perspektivansicht;
- 4 das innere Filterelement des Gasfiltersystems aus den 1 und 2 in einer schematischen Perspektivansicht;
- 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasfiltersystems in einer schematischen Schnittansicht;
- 6 einen Ausschnitt des Gasfiltersystems aus 5 in einer schematischen Schnittansicht;
- 7 das äußere Filterelement des Gasfiltersystems aus den 5 und 6 in einer schematischen Perspektivansicht;
- 8 das innere Filterelement des Gasfiltersystems aus den 5 und 6 in einer schematischen Perspektivansicht.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Gasfiltersystems 10 mit einem äußeren Filterelement 12 und einem inneren Filterelement 14.
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Das äußere Filterelement 12 weist ein zwischen einer ersten Endscheibe 16 und einer zweiten Endscheibe 18 angeordnetes erstes Filtermedium 20 auf. Das erste Filtermedium 20 ist vorzugsweise gasdicht an den Endscheiben 16, 18 befestigt. Besonders bevorzugt sind die Endscheiben 16, 18 an das erste Filtermedium 20 angespritzt.
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Das innere Filterelement 14 weist ein zwischen einer dritten Endscheibe 22 und einer vierten Endscheibe 24 angeordnetes zweites Filtermedium 26 auf. Das zweite Filtermedium 26 ist vorzugsweise gasdicht an den Endscheiben 22, 24 befestigt. Besonders bevorzugt sind die Endscheiben 22, 24 an das erste Filtermedium 26 angespritzt.
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Das erste und/oder zweite Filtermedium 20, 26 ist/sind zum Filtern von die Filtermedien 20, 26 durchströmendem Gas ausgebildet. Vorzugsweise ist das erste und/oder zweite Filtermedium 20, 26 aus einem gefalteten, bzw. plissierten Filtermaterial gebildet. Hierdurch kann die anströmbare Fläche der Filterelemente 12, 14 vergrößert werden, was sich günstig auf den Druckverlust auswirkt. Vorteilhaft weist eines der Filtermaterialien Aktivkohle zur Adsorption von Schadgasen auf.
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Gemäß der gezeigten Ausführungsform können das äußere Filterelement 12 und das innere Filterelement 14 hohlzylindrisch um eine Längsachse 28 ausgebildet sein. Typischerweise ist das innere Filterelement 14 innerhalb des äußeren Filterelements 12 angeordnet. In diesem Fall werden die Filterelemente 12, 14 typischerweise in einer radialen Richtung, vorzugsweise nach radial innen, durchströmt. Das äußere Filterelement 12 kann eine radial äußere Anströmseite 30 und eine radial innere Abströmseite 32 ausbilden. Das innere Filterelement 14 kann eine radial äußere Anströmseite 34 und eine radial innere Abströmseite 36 ausbilden.
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Bei einem typischen Betrieb des Gasfiltersystems 10 wird zunächst das äußere Filterelement 12 an der Anströmseite 30 durch ein nicht näher dargestelltes Gas angeströmt, welches durch das erste Filtermedium 20 geführt und anschließend über die Abströmseite 32 abgeführt wird. Anschließend wird das durch das erste Filtermedium vorgefilterte Gas über die Anströmseite 34 durch das zweite Filtermedium 26 geführt und über die Abströmseite 36 des zweiten Filtermedium 26 abgeführt. Mit anderen Worten kann das Gasfiltersystem 10 radial durchströmt werden. Das erste Filtermedium 20 und das zweite Filtermedium 26 sind fluidisch in Reihe geschaltet.
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Das äußere Filterelement 12 umgibt das innere Filterelement 14 umfangsseitig. Mit anderen Worten überdeckt das erste Filtermedium 12, vorzugsweise vollständig, die Anströmseite 34 des zweiten Filtermediums 26. Hierdurch können Druckverluste besonders gering gehalten werden.
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Wie hier beispielhaft dargestellt, können das erste Filterelement 12 und das zweite Filterelement 14 koaxial zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Filterelement 12, 14 koaxial zu der Längsachse 28 angeordnet.
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Die erste Endscheibe 16 weist einen ersten Dichtvorsprung 38 auf, der in einer axialen Richtung bzw. entlang der Längsachse 28 über die erste Endscheibe 16 vorsteht. Die dritte Endscheibe 22 weist einen zweiten Dichtvorsprung 40 auf, der in einer axialen Richtung, bzw. entlang der Längsachse 28 über die dritte Endscheibe 22 vorsteht. Der erste Dichtvorsprung 38 und/oder der zweite Dichtvorsprung 40 können jeweils an der dem jeweiligen Filtermedium 20, 26 desselben Filterelements 12, 14 gegenüberliegenden Seite der Endscheibe 16, 22 angeordnet sein. Vorzugsweise ist der erste und/oder der zweite Dichtvorsprung 38, 40 einstückig mit der jeweiligen Endscheibe 16, 22 ausgebildet.
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Der erste Dichtvorsprung 38 und der zweite Dichtvorsprung 40 greifen ineinander, um die aneinander angeordneten Filterelemente 12, 14 an den Endscheiben 16, 22 gasdicht abzudichten.
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Gemäß der gezeigten Ausführungsform kann das äußere Filterelement 12 eine Bodenscheibe 42 aufweisen. Die Bodenscheibe 42 kann eine Stützstruktur 44 - hier in Form mehrerer Stützrippen 46 - aufweisen. Die Stützstruktur 44 ist vorzugsweise zum Stützen der vierten Endscheibe 24 des inneren Filterelements 14 ausgebildet.
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Ferner kann das äußere Filterelement 12 ein Stützrohr 48 aufweisen. Das Stützrohr 42 kann zum Stützen des ersten Filtermediums 20 gegenüber einer strömungsbedingten Druckkraft ausgebildet sind. Das Stützrohr 48 ist vorzugsweise gitterartig ausgebildet, wodurch der Strömungswiderstand geringgehalten werden kann.
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Vorzugsweise ist die Bodenscheibe 42 und/oder das Stützrohr 48 an der zweiten Endscheibe 18 angeordnet, insbesondere teilweise in sie eingebettet. Hierdurch kann das äußere Filterelement 12 als eine besonders gasdichte Einheit ausgebildet werden.
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Besonders bevorzugt ist das Stützrohr 48 einstückig mit der Bodenscheibe 42 ausgebildet. Hierdurch kann die Anzahl der Einzelteile verringert werden, wodurch die Montage des Gasfiltersystems 10 vereinfacht werden kann.
In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform weist das äußere Filterelement 12 keine Bodenscheibe auf. Die ringförmige Endscheibe 18 umgibt dann eine Öffnung zum Inneren des Filterelements 12. Dies ermöglicht es, zuerst das äußere Filterelement 12 zu montieren und dann das innere Filterelement 14 durch die Öffnung im Boden des äußeren Filterelements 12 zu schieben. Hierdurch kann der flexible erste Dichtvorsprung 38 in der dafür vorgesehenen - später beschriebenen - Gehäusedichtnut positioniert werden und dann der rippenartige zweite Dichtvorsprung 40 sicher in den ersten Dichtvorsprung 38 eingesteckt werden.
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Das Gasfiltersystem 10 kann ein Gehäuse 50 mit einem ersten Gehäuseteil 52 und einem zweiten Gehäuseteil 54 aufweisen. Der erste Gehäuseteil 52 kann, vorzugsweise mittels einem Verschlusses 56, an dem zweiten Gehäuseteil 54 lösbar angeordnet sein.
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Darstellungsgemäß kann der Verschluss 56 als Spannverschluss ausgebildet sein, um die zwischen dem ersten Gehäuseteil 52 und dem zweiten Gehäuseteil 54 angeordneten Filterelemente 12, 14 in einem geschlossenen Zustand des Gehäuses 50 gasdicht an die Gehäuseteile 52, 54 anzudrücken.
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Wie in 1 dargestellt kann das Gasfiltersystem 10 ein Mittenrohr 58 aufweisen. Das Mittenrohr 58 kann an dem ersten Gehäuseteil 52 angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Mittenrohr 58 an dem ersten Gehäuseteil 52 befestigt. Das Mittenrohr 58 kann sich zumindest über einen Teil der axialen Ausdehnung, vorzugsweise über die gesamte axiale Ausdehnung, des zweiten Filtermediums 26 erstrecken. Hierdurch kann das zweite Filtermedium 26, beispielsweise bei strömungsbedingter Krafteinwirkung, in radialer Richtung gestützt werden.
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In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 50 zumindest eine Filterelementaufnahme 60 aufweisen. Vorzugsweise weist das Gehäuse 50 an dem ersten Gehäuseteil 52 und an dem zweiten Gehäuseteil 54 jeweils eine Filterelementaufnahme 60 auf. Die Filterelementaufnahme 60 kann als eine radial nach Innen versetzte Wandung ausgebildet sein, die das äußere Filterelement 12 an dessen radialer Außenseite fasst. Hierdurch können die Filterelemente 12, 14 des Gasfiltersystems 10 vorpositioniert und die Montage vereinfacht werden.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Gasfiltersystems 10 aus 1 in einer Detailansicht.
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Der erste Gehäuseteil 52 weist eine Stirnseite 62 auf, die dem äußeren Filterelement 12 und dem inneren Filterelement 14, bzw. der ersten Endscheibe 16 und der dritten Endscheibe 22 zugewendet ist. Die Stirnseite 62 bildet eine Gehäusedichtnut 64 aus. Der zweite Dichtvorsprung 40 und der mit dem zweiten Dichtvorsprung 40 im Eingriff befindliche erste Dichtvorsprung 38 sind in der Gehäusedichtnut 64 angeordnet. Hierdurch kann eine Rohgasseite 66 des Gasfiltersystems 10 zu einer Reingasseite 68 des Gasfiltersystems 10 abgedichtet werden.
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Der erste Dichtvorsprung 38 kann ein elastisches Material, insbesondere PUR, aufweisen. Vorzugsweise ist der erste Dichtvorsprung 38 wie dargestellt aus dem elastischen Material ausgebildet. Der zweite Dichtvorsprung 40 kann ein steifes Material, insbesondere Polyamid oder Polypropylen, aufweisen. Vorzugsweise ist der zweite Dichtvorsprung 40 wie dargestellt aus dem steifen Material ausgebildet.
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Darstellungsgemäß kann der erste Dichtvorsprung 38 mit einer axialen Gehäusedichtfläche 70, einer radial inneren Gehäusedichtfläche 72 sowie einer radial äußeren Gehäusedichtfläche 74 an der Gehäusedichtnut 64 anliegen. Hierdurch kann eine besonders hohe Dichtwirkung erreicht werden.
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Weiter darstellungsgemäß können der erste Dichtvorsprung 38 und der zweite Dichtvorsprung 40 derart ineinandergreifen, dass der erste Dichtvorsprung 38 den zweiten Dichtvorsprung 40 umgreift. Mit anderen Worten kann der erste Dichtvorsprung 38 an zumindest einer axialen Vorsprungdichtfläche 76, einer radial inneren Vorsprungdichtfläche 78 sowie einer radial äußeren Vorsprungdichtfläche 80 an dem zweiten Dichtvorsprung 40 anliegen.
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Bei der Montage des Gasfiltersystems 10 kann bei der dargestellten Ausführungsform ein Andrücken des ersten Dichtvorsprungs 38 an die Stirnseite 62 bzw. an die Gehäusedichtnut 64 durch den zweiten Dichtvorsprung 40 erfolgen. Ein Abdichten der Rohgasseite 66 gegen die Reingasseite 68 unter Einsatz zweier Filterelemente 12, 14 kann auf diese Weise besonders einfach in einem einzigen Dichtbereich 82 erfolgen. Die aufwendige konstruktive Auslegung und präzise Fertigung von jeweils einem separaten Dichtbereich für jedes Filterelement 12, 14 kann entfallen.
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In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der in der Darstellung oberen Stirnseiten weist das äußere Filterelement 12 den steifen rippenartigen Dichtvorsprung auf und das innere Filterelement 14 verfügt über den entsprechenden weichen nutartigen Dichtvorsprung. Hierdurch kann das innere Filterelement 14 zuerst in dem Gehäuseteil 52 montiert werden und das äußere Filterelement 12 danach aufgeschoben werden, sodass dessen Dichtvorsprung in den Dichtvorsprung des inneren Filterelements 14 einragt.
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3 zeigt das äußere Filterelement 12 aus den 1, 2 in einer Perspektivansicht.
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Der erste Dichtvorsprung 38 ist an der ersten Endscheibe 16 umlaufend ausgebildet. Darstellungsgemäß kann der erste Dichtvorsprung 38 einen radialen Rücksprung 84 aufweisen. Der radiale Rücksprung 84 kann als radial inwärts gerichtete Abweichung des ansonsten rotationssymmetrisch ausgebildeten ersten Dichtvorsprungs 38 verstanden werden. Der Rücksprung 84 kann eine drehsichere Anordnung des ersten Filterelements 12 an dem Gehäuse 50 (siehe 1, 2) ermöglichen, wodurch eine genaue Positionierung sichergestellt werden kann.
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4 zeigt das innere Filterelement 14 aus den 1, 2 in einer Perspektivansicht.
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Der zweite Dichtvorsprung 40 ist an der dritten Endscheibe 22 umlaufend ausgebildet. Darstellungsgemäß kann der zweite Dichtvorsprung 40 einen radialen Rücksprung 86 aufweisen. Der radiale Rücksprung 86 ist korrespondierend zu dem radialen Rücksprung 84 des äußeren Filterelements 12 ausgebildet (siehe 3).
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Gasfiltersystems 10.
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Das dargestellte Gasfiltersystem 10 unterscheidet sich von dem Gasfiltersystem 10 aus 1 im Wesentlichen durch die Ausbildung der ersten Endscheibe 16 und der dritten Endscheibe 22. Von den nachfolgend beschriebenen Abweichungen abgesehen, entspricht die zweite Ausführungsform der ersten Ausführungsform; insofern sei auf die obige Beschreibung verwiesen.
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Darstellungsgemäß kann die erste Endscheibe 16 einen ersten Dichtvorsprung 38 und die dritte Endscheibe 22 kann einen zweiten Dichtvorsprung 40 ausbilden. Der erste Dichtvorsprung 38 befindet sich im Eingriff mit dem zweiten Dichtvorsprung 40. Gemäß der gezeigten Ausführungsform kann der zweite Dichtvorsprung 40 an dem Gehäuse 50, bzw. an dem ersten Gehäuseteil 52 dichtend anliegen. Weiter kann der zweite Dichtvorsprung 40 des inneren Filterelements 14 den ersten Dichtvorsprung 38 des äußeren Filterelements 12 umgreifen.
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6 zeigt einen Ausschnitt des Gasfiltersystems 10 aus 5 in einer Detailansicht.
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Der zweite Dichtvorsprung 40 und der mit dem zweiten Dichtvorsprung 40 im Eingriff befindliche erste Dichtvorsprung 38 sind in der an der Stirnseite 62 des ersten Gehäuseteils 52 ausgebildeten Gehäusedichtnut 64 angeordnet. Die Rohgasseite 66 des Gasfiltersystems 10 kann dadurch zu der Reingasseite 68 des Gasfiltersystems 10 abgedichtet werden.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform kann der erste Dichtvorsprung 38 ein elastisches Material, insbesondere PUR, aufweisen oder aus dem elastischen Material ausgebildet sein. Der zweite Dichtvorsprung 40 kann ebenfalls ein elastisches Material, insbesondere PUR, aufweisen oder aus dem elastischen Material ausgebildet sein. Beispielsweise kann einer der Dichtvorsprünge 38, 40 zum Weiten des jeweils anderen Dichtvorsprungs 40, 38 ausgebildet sein. Hier ist der erste Dichtvorsprung 38 im Querschnitt trapezförmig bzw. keilförmig ausgebildet, wodurch bei Anordnen des ersten Dichtvorsprungs 38 an bzw. in dem zweiten Dichtvorsprung 40 dieser radial geweitet wird. Hierdurch kann ein Andrücken des zweiten Dichtvorsprungs 40 an die Gehäusedichtnut 64 erfolgen, wodurch die Dichtwirkung verbessert wird. Weiter kann die Kontaktkraft zwischen dem ersten Dichtvorsprung 38 und dem zweiten Dichtvorsprung 40 erhöht werden, was die Dichtwirkung noch weiter verbessert.
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Darstellungsgemäß können beim Weiten des zweiten Dichtvorsprungs 40 die axiale Gehäusedichtfläche 70, die radial innere Gehäusedichtfläche 72 sowie die radial äußere Gehäusedichtfläche 74 zwischen dem zweiten Dichtvorsprung 40 und der Gehäusedichtnut 64 ausgeformt werden. Zwischen dem ersten Dichtvorsprung 38 und dem zweiten Dichtvorsprung 40 können sich beim Weiten des zweiten Dichtvorsprungs 40 die axiale Vorsprungdichtfläche 76, die radial innere Vorsprungdichtfläche 78 sowie die radial äu-ßere Vorsprungdichtfläche 80 ausformen.
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Ein Abdichten der Rohgasseite 66 gegen die Reingasseite 68 unter Einsatz zweier Filterelemente 12, 14 kann somit auch bei der zweiten Ausführungsform besonders einfach in einem einzigen Dichtbereich 82 erfolgen.
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7 zeigt das äußere Filterelement 12 aus den 5 und 6 in einer Perspektivansicht.
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Das äußere Filterelement 12 gemäß der zweiten Ausführungsform des Gasfiltersystems 10 aus den 5 und 6 weist einen an dem ersten Dichtvorsprung 38 ausgebildeten radialen Vorsprung 88 auf. Der radiale Vorsprung 88 kann als radial auswärts gerichtete Abweichung des ansonsten rotationssymmetrisch ausgebildeten ersten Dichtvorsprungs 38 verstanden werden. Der Vorsprung 88 kann eine drehsichere Anordnung des ersten Filterelements 12 an dem Gehäuse 50 (siehe 5, 6) ermöglichen, wodurch eine genaue Positionierung sichergestellt werden kann.
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8 zeigt das innere Filterelement 14 aus den 5 und 6 in einer Perspektivansicht.
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Der zweite Dichtvorsprung 40 kann wie dargestellt einen radialen Vorsprung 90 aufweisen. Der radiale Vorsprung 90 ist korrespondierend zu dem radialen Vorsprung 88 des äußeren Filterelements 12 ausgebildet (siehe 7), sodass auch die Lage des inneren Filterelement 14 relativ zum äußeren Filterelement 12 bzw. zum Gehäuse 50 festgelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasfiltersystem
- 12
- Äußeres Filterelement
- 14
- Inneres Filterelement
- 16
- Erste Endscheibe
- 18
- Zweite Endscheibe
- 20
- Erstes Filtermedium
- 22
- Dritte Endscheibe
- 24
- Vierte Endscheibe
- 26
- Zweites Filtermedium
- 28
- Längsachse
- 30
- Anströmseitee des äußeren Filterelements 12;
- 32
- Abströmseite des äußeren Filterelements 12;
- 34
- Anströmseite des inneren Filterelement 14;
- 36
- Abströmseite des inneren Filterelement 14;
- 38
- Erster Dichtvorsprung
- 40
- Zweiter Dichtvorsprung
- 42
- Bodenscheibe
- 44
- Stützstruktur
- 46
- Stützrippe
- 48
- Stützrohr
- 50
- Gehäuse
- 52
- Erster Gehäuseteil
- 54
- Zweiter Gehäuseteil
- 56
- Verschluss
- 58
- Mittenrohr
- 60
- Filterelementaufnahme
- 62
- Stirnseite
- 64
- Gehäusedichtnut
- 66
- Rohgasseite
- 68
- Reingasseite
- 70
- Axiale Gehäusedichtfläche
- 72
- Radial innere Gehäusedichtfläche
- 74
- Radial äußere Gehäusedichtfläche
- 76
- Axiale Vorsprungdichtfläche
- 78
- Radial innere Vorsprungdichtfläche
- 80
- Radial äußere Vorsprungdichtfläche
- 82
- Dichtbereich
- 84
- Radialer Rücksprung des äußeren Filterelements 12;
- 86
- Radialer Rücksprung des inneren Filterelements 14;
- 88
- Radialer Vorsprung des äußeren Filterelements 12;
- 90
- Radialer Vorsprung des inneren Filterelements 14.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018215603 A1 [0005]
