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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Sekundärelement zur Verwendung in einem Filtersystem und ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids mit einem Sekundärelement, insbesondere eines Luftführungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, Luftfilter einzusetzen, um Verbrennungs-Ansaugluft für Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen, z.B. Pkw, Nutzfahrzeugen, Arbeitsmaschinen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, aber auch stationären Generatoren und dergleichen, zu filtern. Solche Luftfilter umfassen im Allgemeinen ein Gehäuse, einen Lufteinlass und einen Luftauslass, wobei ein entfernbares und austauschbares Haupt-Filterelement in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse umfasst häufig eine Wartungs- oder Zugangsabdeckung für einen Zugang zu dem im Inneren aufgenommenen Filterelement im Wartungsfall. Hierzu kann das Filterelement demontiert werden und entweder durch ein fabrikneues Filterelement ersetzt, überholt und wieder eingesetzt werden, oder durch ein zuvor gebrauchtes, aber überholtes Filterelement ausgetauscht werden.
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Üblicherweise werden die Filterelemente von Luftfiltern nach einer bestimmten Betriebszeit ausgetauscht. Je nach Staubanfall kann die Standzeit eines Luftfilters wenige Tage, etwa beim Einsatz in Baumaschinen, bis zu mehreren Monaten in weniger staubbelasteter Umgebung betragen.
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Insbesondere bei einem häufigen Austausch von Filterelementen ist die zuverlässige und prozesssichere Abdichtung des Filterelements in einem Gehäuse wichtig. Die Abdichtung soll temperaturbeständig und rütteltest ausgeführt sein. Auch an Anlagen oder Einrichtungen, die starken Schwingungen oder Erschütterungen ausgesetzt sind, muss die Abdichtung des Filterelements gewährleistet sein. Gleichzeitig soll aber das Filterelement selbst möglichst keine metallischen Elemente aufweisen, damit es problemlos thermisch entsorgt werden kann.
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Zum Schutz der Reinseite eines Luftführungssystems einer Brennkraftmaschine beim Austausch eines Filterelements vor eindringenden Schmutzpartikeln ist bei Luftfiltersystemen häufig ein sog. Sekundärelement vorhanden, welches beim Austausch im Filtersystem verbleibt. Das Sekundärelement sitzt üblicherweise auf der Reinseite des Filterelements, beispielsweise im Inneren eines Rundfilterelements und ist mit dem Gehäuse des Filtersystems verbunden. Das Sekundärelement weist selbst auch ein Filtermedium auf, das restliche Schmutzpartikel im Luftstrom vom Filterauslass fernhält. Das Sekundärelement kann selbst auch tauschbar sein, da es, allerdings in sehr viel größeren Zeitabständen als das eigentliche Filterelement, mit Staubpartikeln beladen sein kann.
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Aus der
US 8,480,778 B2 ist ein Luftfiltersystem bekannt, bei dem ein Sekundärelement vorhanden ist, das aus einem Filtermedium in Hohlzylinderanordnung besteht, das an einem Ende mit einer Kappe verschlossen ist und am anderen Ende offen ist. Mit dem offenen Ende kann es über ein im Inneren des Filterelements und mit dem Filtergehäuse verbundenen Mittelrohr gestülpt werden und so den Auslass des Filtersystems gegen eindringende Schmutzpartikel schützen. Über das auf dem Mittelrohr angebrachte Sekundärelement wird dann das eigentliche Filterelement montiert, das auf dem freien Ende des Mittelrohrs und damit auf der Kappe des Sekundärelements aufliegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sekundärelement für ein Filtersystem zu schaffen, das bei einfacher und sicherer Montierbarkeit eine zuverlässige Abdichtung der Reinseite eines Luftführungssystems, insbesondere bei Austausch des Filterelements im Wartungsfall, gewährleistet.
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Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Filtersystems zur Aufnahme eines solchen austauschbaren Sekundärelements, das eine zuverlässige Abdichtung der Reinseite eines Luftführungssystems, insbesondere bei Austausch des Filterelements im Wartungsfall, gewährleistet.
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Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Sekundärelement zur Verwendung in einem Filtersystem mit einer Längsrichtung und zwei sich entlang der Längsrichtung gegenüber liegenden Enden, umfassend ein um die Längsrichtung angeordnetes Filtermedium, wobei eines der Enden offen und das gegenüberliegende Ende mit einer geschlossenen Endscheibe dicht abgeschlossen ist, wobei die Endscheibe eine erste Verbindungseinrichtung aufweist, die bei bestimmungsgemäßer Montage zum Zusammenwirken mit einer komplementären zweiten Verbindungseinrichtung eines Mittelrohrs des Filtersystems vorgesehen ist, um das Sekundärelement auf dem Mittelrohr zu fixieren, wobei die erste Verbindungseinrichtung Rastelemente mit nach radial außen gerichteten Rasthaken aufweist, welche radial innerhalb des äußeren Umfangs der Endscheibe verteilt angeordnet sind, wobei das Filtermedium die Rastelemente umgibt.
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Die weitere Aufgabe wird gelöst von einem Filtersystem zum Filtern eines Fluids umfassend ein Gehäuse, einen am Gehäuse angeordneten Einlassstutzen zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, einen am Gehäuse angeordneten Auslassstutzen zur Ableitung des gefilterten Fluids, insbesondere ein in einer Längsrichtung zentral angeordneter Auslassstutzen, wenigstens ein Filterelement, das zwischen Einlassstutzen und Auslassstutzen angeordnet ist, ein im Inneren des Gehäuses entlang der Längsrichtung angeordnetes Mittelrohr zur Aufnahme eines Filterelements, wobei das Mittelrohr als Träger eines Sekundärelements vorgesehen ist, welches im Inneren des Filterelements angeordnet ist, wobei das Sekundärelement an einem Ende eine geschlossene Endscheibe aufweist, wobei das Sekundärelement und das Mittelrohr jeweils zueinander komplementäre Verbindungseinrichtungen aufweisen, mit denen sie an einem ihrer Enden miteinander verbindbar sind, wobei die erste Verbindungseinrichtung des Sekundärelements Rastelemente aufweist, welche radial innerhalb eines äußeren Umfangs der Endscheibe verteilt angeordnet sind und nach radial außen gerichtete Rasthaken aufweisen, wobei die zweite Verbindungseinrichtung des Mittelrohrs einen umlaufenden Kragen aufweist, wobei die Rastelemente in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand mittels der Rasthaken mit dem Kragen des Mittelrohrs verrastet sind und das Sekundärelement in der Längsrichtung des Filtersystems fixieren.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Sekundärelement zur Verwendung in einem Filtersystem vorgeschlagen, mit einer Längsrichtung und zwei sich entlang der Längsrichtung gegenüber liegenden Enden, umfassend ein um die Längsrichtung angeordnetes Filtermedium, wobei eines der Enden offen und das gegenüberliegende Ende mit einer geschlossenen Endscheibe dicht abgeschlossen ist. Die Endscheibe weist eine erste Verbindungseinrichtung auf, die bei bestimmungsgemäßer Montage zum Zusammenwirken mit einer komplementären zweiten Verbindungseinrichtung eines Mittelrohrs des Filtersystems vorgesehen ist, um das Sekundärelement auf dem Mittelrohr zu fixieren. Die erste Verbindungseinrichtung weist Rastelemente mit nach radial außen gerichteten Rasthaken auf, welche radial innerhalb des äußeren Umfangs der Endscheibe verteilt angeordnet sind, wobei das Filtermedium die Rastelemente umgibt.
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Ein typischer runder Luftfilter, beispielsweise für schwere Lkw, weist ein primäres Filterelement, beispielsweise aus gefaltetem Zellulosematerial, und ein sekundäres Filterelement auf. Dieses sogenannte Sekundärelement dient dazu, bei einem Wechsel des Filterelements zu verhindern, dass Rohfluid auf die Reinfluidseite und somit zum Reinfluidausgang gelangen kann. Das Sekundärelement kann beispielsweise als sogenanntes Sockenelement ausgebildet sein, welches am nicht gegen das Filtergehäuse gedichteten Ende mit einem dichten Kunststoffdeckel abgedichtet ist.
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Das vorgeschlagene Sekundärelement, dessen Durchmesser sich vom offenen Ende zum geschlossenen Ende verjüngt, besteht aus einem konischen, rund geformten Filtermedium, das an den Längsenden durch Schweißen verbunden ist, und aus einer Kunststoff-Endscheibe, die beispielsweise durch Schweißen mit dem Filtermedium verbunden sein kann. Das Filtermedium des Sekundärelements kann beispielsweise aus einem Vlies oder aus Papier oder aus Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose gebildet sein.
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Die Endscheibe weist Rastelemente auf, um das Sekundärelement mit dem im Gehäuse integrierten Mittelrohr zu verbinden und zu fixieren. Dabei greifen die Rastelemente, welche nach radial außen gerichtete Rasthaken aufweisen und radial innerhalb des äußeren Umfangs der Endscheibe verteilt angeordnet sind, von radial innen an dem Kragen eines Mittelrohrs des Filtersystems an. Die Rastelemente sind in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand mit den Rasthaken am Kragen des Mittelrohrs festgelegt und/oder verrastet und fixieren das Sekundärelement in einer Längsrichtung des Filtersystems. Die Rasthaken sind radial nach außen gerichtet und verrasten von einer Innenseite am äußeren Umfang des Kragens.
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Diese Verbindung kann durch Anwendung einer ausreichenden Kraft gelöst werden, um das Sekundärelement von dem Mittelrohr zu demontieren.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Sekundärelements kann die Endscheibe in ihrem radial inneren Bereich eine Ausbuchtung aufweisen, welche in der Längsrichtung nach außen ragt. Insbesondere kann dabei die Ausbuchtung von einem Absatz der Endscheibe umgeben sein. Die Endscheibe des Sekundärelements kann eine nach außen, zum Bodenbereich des primären Filterelements des Filtersystems gerichtete Aussparung aufweisen, die auf der inneren Reinseite Platz bietet. Dieser Raum kann beispielsweise für die Integration eines akustischen Resonators genutzt werden. Außerdem kann die Ausbuchtung als Positionierhilfe und/oder Montagehilfe bei der Montage des Sekundärelements dienen. Zusätzlich kann die Ausbuchtung durch Prägung einer Aussteifung der Endscheibe dienen
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Vorteilhaft kann das Filtermedium den Absatz der Endscheibe umgeben. Die Rasthaken können dabei radial innerhalb des Absatzes angeordnet sein. Der Absatz beabstandet günstigerweise das Filtermedium von den Rasthaken.
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Die Ausbuchtung kann beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein mit der Spitze des Trichters in axialer Richtung nach außen. Die Ausbuchtung kann dabei insbesondere formkonform zu einer kegelstumpfförmigen Ausbuchtung des Mittelrohrs ausgebildet sein, sodass die Ausbuchtung des Sekundärelements an der Ausbuchtung des Mittelrohrs anliegen kann, wenn das Sekundärelement auf dem Mittelrohr montiert wird.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Sekundärelements können die Rastelemente auf einem Umfang der Endscheibe gruppiert verteilt sein. Insbesondere kann dabei jeweils ein Rastelement zu einem auf einer Seite entlang des Umfangs direkt benachbarten Rastelement einen kleineren Abstand aufweisen als zu einem auf der anderen Seite entlang des Umfangs benachbarten Rastelement. So können beispielsweise Zweier-Gruppen von Rastelementen über den Umfang der Endscheibe verteilt angeordnet sein. Vorteilhaft können so die nötigen Montagekräfte und/oder Demontagekräfte für das Sekundärelement reduziert werden. Alternativ können die Rastelemente auch gleichverteilt angeordnet sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Sekundärelements können die Rastelemente an einem äußeren Umfang der Ausbuchtung auf einer axialen Innenseite der Ausbuchtung angeordnet sein. Die Rastelemente können so zweckmäßigerweise in der Längsrichtung zu einem Inneren des Sekundärelements gerichtet angeordnet sein. So kann das Sekundärelement vorteilhaft über das Mittelrohr des Filtersystems geschoben werden und mit den Rastelementen an dem Kragen des Mittelrohrs verrasten.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Sekundärelements kann die Endscheibe mit dem Filtermedium fest verbunden sein. Insbesondere kann die Endscheibe mit dem Filtermedium verschweißt oder verklebt oder angespritzt sein. Dadurch kann eine dichte und dauerhafte Verbindung zwischen der Endscheibe und dem Mantel aus Filtermedium des Sekundärelements erreicht werden.
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Vorteilhaft kann der Absatz einen in Längsrichtung nach unten oder oben ragenden Bund aufweisen, an dem das Filtermedium fixiert ist. In den Zwischenraum zwischen Bund und Rasthaken greift der Kragen des Mittelrohrs ein.
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Es wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids vorgeschlagen, umfassend ein Gehäuse, einen am Gehäuse angeordneten Einlassstutzen zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, einen am Gehäuse angeordneten Auslassstutzen zur Ableitung des gefilterten Fluids, insbesondere ein in einer Längsrichtung zentral angeordneter Auslassstutzen, wenigstens ein Filterelement, das zwischen Einlassstutzen und Auslassstutzen angeordnet ist, ein im Inneren des Gehäuses entlang der Längsrichtung angeordnetes Mittelrohr zur Aufnahme eines Filterelements. Das Mittelrohr ist als Träger eines Sekundärelements vorgesehen, welches im Inneren des Filterelements angeordnet ist. Das Sekundärelement weist an einem Ende eine geschlossene Endscheibe auf. Das Sekundärelement und das Mittelrohr weisen jeweils zueinander komplementäre Verbindungseinrichtungen auf, mit denen sie an einem ihrer Enden miteinander verbindbar sind. Dabei weist die erste Verbindungseinrichtung des Sekundärelements Rastelemente auf, welche radial innerhalb eines äußeren Umfangs der Endscheibe verteilt angeordnet sind und nach radial außen gerichtete Rasthaken aufweisen. Die zweite Verbindungseinrichtung des Mittelrohrs weist einen umlaufenden Kragen auf. Dabei sind die Rastelemente in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand mittels der Rasthaken mit dem Kragen des Mittelrohrs verrastet und fixieren das Sekundärelement in der Längsrichtung des Filtersystems.
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Das vorgeschlagene Filtersystem, beispielsweise ein typischer runder Luftfilter für schwere Lkw, weist ein primäres Filterelement, beispielsweise aus gefaltetem Zellulosematerial, und ein sekundäres Filterelement auf. Dieses sogenannte Sekundärelement dient dazu, bei einem Wechsel des Filterelements zu verhindern, dass Rohfluid auf die Reinfluidseite und somit zum Reinfluidausgang gelangen kann. Das Sekundärelement kann beispielsweise als sogenanntes Sockenelement ausgebildet sein, welches am nicht gegen das Filtergehäuse gedichteten Ende mit einem dichten Kunststoffdeckel abgedichtet ist.
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Das Filtergehäuse weist ein gehäusefestes Mittelrohr auf, auf welchem das Sekundärelement angeordnet ist. Das Mittelrohr dient weiter zur Aufnahme des primären Filterelements über dem Sekundärelement. Das Mittelrohr konisch ausgebildet ist und sich im Durchmesser vom Auslassstutzen weg entlang der Längsachse verjüngt.
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Das Sekundärelement, dessen Durchmesser sich vom offenen Ende zum geschlossenen Ende verjüngt, besteht aus einem konischen, rund geformten Filtermedium, das an den Längsenden durch Schweißen verbunden ist, und aus einer Kunststoff-Endscheibe, die beispielsweise durch Schweißen mit dem Filtermedium verbunden sein kann. Das Filtermedium des Sekundärelements kann beispielsweise aus einem Vlies oder aus Papier oder aus Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose gebildet sein.
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Die Endscheibe weist Rastelemente auf, um das Sekundärelement mit dem im Gehäuse integrierten Mittelrohr zu verbinden und zu fixieren. Dabei greifen die Rastelemente, welche nach radial außen gerichtete Rasthaken aufweisen und radial innerhalb des äußeren Umfangs der Endscheibe verteilt angeordnet sind, von radial innen an dem Kragen eines Mittelrohrs des Filtersystems an. Die Rastelemente sind in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand mit den Rasthaken am Kragen des Mittelrohrs festgelegt und/oder verrastet und fixieren das Sekundärelement in einer Längsrichtung des Filtersystems. Die Rasthaken sind radial nach außen gerichtet und verrasten von einer Innenseite am äußeren Umfang des Kragens.
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Diese Verbindung kann durch Anwendung einer ausreichenden Kraft gelöst werden, um das Sekundärelement von dem Mittelrohr zu demontieren.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems können die zueinander komplementären Verbindungseinrichtungen zerstörungsfrei lösbar ausgebildet sein. Dadurch kann ein separater Austausch des Sekundärelements im Bedarfsfall bei Erschöpfung der Filterleistung auf einfache Weise durchgeführt werden.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann der Kragen einen radial innerhalb eines äußeren Umfangs angeordneten und sich in Längsrichtung erstreckenden Rand aufweisen, an welchem die Rasthaken der Rastelemente verrastbar sind. Auf diese Weise kann das Sekundärelement vorteilhaft mit dem Mittelrohr verrastet werden, in dem die Rasthaken über den Rand geschoben werden und dann in radialer Richtung mit dem Rand verrasten. So ist eine sichere und doch wieder lösbare Verbindung zwischen Sekundärelement und Mittelrohr erreichbar.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann das Sekundärelement das Mittelrohr am geschlossenen Ende axial überragen. So kann das Sekundärelement auf das Mittelrohr aufgeschoben werden und dichtet den Auslassstutzen bei einem Wechsel des Filterelements zuverlässig gegen eine Verschmutzung ab.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann das Mittelrohr an seinem Ende, an dem die zweite Verbindungseinrichtung angeordnet ist, eine Zentrierungseinrichtung aufweisen, die formkonform mit einer Ausbuchtung des Sekundärelements ausgebildet ist. Insbesondere kann dabei die Zentrierungseinrichtung als Ausbuchtung des Kragens, insbesondere als flexible Rippenstruktur, ausgebildet sein, welche in der Längsrichtung nach außen ragt. Insbesondere kann die Zentrierungseinrichtung in orthogonalen Raumrichtungen quer zu der Längsrichtung wirksam sein. Am gehäusefesten Mittelrohr kann so eine Ausbuchtung, insbesondere in Form einer flexiblen Rippenstruktur implementiert sein, welche in die nach außen gerichtete Ausbuchtung der Endscheibe des Sekundärelements ragt und eine Rastverbindung zwischen Mittelrohr und Sekundärelement unter geringer Vorspannung ermöglicht. Dies kann die Geräuschbildung bei Vibrationen aufgrund von axialen Toleranzen von Endscheibe und gehäusefestem Mittelrohr verhindern.
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Die Zentrierungseinrichtung kann zweckmäßigerweise als Positionierhilfe und/oder Montagehilfe bei der Montage des Sekundärelements dienen.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann die Ausbuchtung des Sekundärelements wenigstens bereichsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Ausbuchtung formkonform zu der, insbesondere kegelstumpfförmigen, Zentrierungseinrichtung des Mittelrohrs ausgebildet sein. Die Ausbuchtung kann beispielsweise kegelstumpfförmig mit der abgeschnittenen Spitze des Kegels in axialer Richtung nach außen ausgebildet sein. Dadurch, dass die Ausbuchtung dabei insbesondere formkonform zu einer kegelstumpfförmigen Zentrierungseinrichtung des Mittelrohrs ausgebildet sein kann, kann die Ausbuchtung des Sekundärelements an der Zentrierungseinrichtung des Mittelrohrs anliegen, wenn das Sekundärelement auf dem Mittelrohr montiert wird. In alternativen Ausführungsformen kann die Ausbuchtung auch andere Formen aufweisen, beispielsweise eine halbkugelförmige Ausbuchtung.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann die Zentrierungseinrichtung in bestimmungsgemäß montiertem Zustand des Sekundärelements an einer nach innen gerichteten Gegenhaltefläche der Endscheibe anliegen. Insbesondere kann dabei das Sekundärelement in bestimmungsgemäß montiertem Zustand mittels der Zentrierungseinrichtung in Längsrichtung verspannt sein. Auf diese Weise kann das Sekundärelement sicher auf dem Mittelrohr fixiert sein und auch bei Vibrationen sich nicht lösen.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems können die Rastelemente auf einem Umfang der Endscheibe gruppiert verteilt sein. Insbesondere kann dabei jeweils ein Rastelement zu einem auf einer Seite entlang des Umfangs direkt benachbarten Rastelemente einen kleineren Abstand aufweisen als zu einem auf der anderen Seite entlang des Umfangs benachbarten Rastelement. So können beispielsweise Zweiergruppen von Rastelementen über den Umfang der Endscheibe verteilt angeordnet sein. Vorteilhaft können so die nötigen Montagekräfte und/oder Demontagekräfte reduziert werden. Alternativ können die Rastelemente auch gleichverteilt angeordnet sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann das Sekundärelement an dem Mittelrohr unter Vorspannung festgelegt sein. Insbesondere kann dabei ein Vorspannungselement zwischen Sekundärelement und Mittelrohr angeordnet sein, insbesondere zwischen der Endscheibe des Sekundärelements und dem Kragen des Mittelrohrs angeordnet sein. Zweckmäßigerweise kann das Vorspannungselement, welches beispielsweise als elastischer Ring ausgebildet sein kann, mit dem Kragen des Mittelrohrs verbunden, beispielsweise verklebt, sein. Das Vorspannungselement kann vorteilhaft als ein elastisches Element ausgebildet sein, das komprimiert werden kann, um eine Vorspannung aufzubauen. Alternativ kann das Vorspannungselement jedoch auch ein festes Element aus Kunststoff sein. Beispielsweise kann das Vorspannungselement als 2K-Kunststoffbauteil mit einem Gummipuffer ausgebildet sein. Dadurch können Vibrationen, welche im Fahrbetrieb eines Fahrzeugs vorhanden sind, auf vorteilhafte Weise von dem Sekundärelement ferngehalten werden, sodass die Lebensdauer des Sekundärelements verlängert werden kann.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann das Filterelement an seiner auslassstutzenseitigen Stirnseite radial nach innen abdichten. Dadurch kann der Rohfluidbereich auf zuverlässige Weise von dem Reinfluidbereich getrennt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
- 1 eine isometrische Darstellung eines Filtersystems zum Filtern eines Fluids nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 einen Längsschnitt durch das Filtersystem nach 1;
- 3 eine isometrische Darstellung eines Sekundärelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine isometrische Darstellung der Endscheibe des Sekundärelements nach 3 in einer Ansicht von innen;
- 5 eine Ausschnittvergrößerung des Längsschnitts des Filtersystems nach 2 durch Sekundärelement und Mittelrohr im Bereich der Endscheibe des Sekundärelements und des Kragens des Mittelrohrs;
- 6 einen Längsschnitt durch ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Sekundärelement;
- 7 eine isometrische Darstellung auf das geöffnete Filtergehäuse des Filtersystems nach 6 mit teilgeschnittenem Sekundärelement beim Aufsetzen auf das Mittelrohr;
- 8 eine isometrische Darstellung des oberen Teils des Mittelrohrs mit einer Zentrierungseinrichtung;
- 9 einen Querschnitt durch Sekundärelement und Mittelrohr des Filtersystems auf der Höhe der Rastelemente des Sekundärelements; und
- 10 eine Ausschnittvergrößerung des Längsschnitts des Filtersystems nach 6 durch Sekundärelement und Mittelrohr im Bereich der Endscheibe des Sekundärelements und des Kragens des Mittelrohrs.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
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1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Filtersystems 100 zum Filtern eines Fluids nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 2 ein Längsschnitt durch das Filtersystem 100 dargestellt ist.
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Das Filtersystem 100 zum Filtern eines Fluids, insbesondere eines Luftführungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfasst ein Filtergehäuse 110 mit einem Gehäuseunterteil 112 und einem Gehäuseoberteil 114, die sich entlang einer Längsrichtung 120 erstrecken. Die beiden Gehäuseteile 112, 114 sind über Verbindungselemente 118 verbunden, beispielsweise verklipst, sodass zum Wechsel des Filterelements 10 das Filtergehäuse 110 leicht geöffnet, das Gehäuseoberteil 114 abgenommen und das Filterelement 10 dem Gehäuseunterteil 112 entnommen werden kann.
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Am Gehäuse 110 ist ein Einlassstutzen 102 zum Zuführen eines zu filternden Fluids, insbesondere Luft, und ein Auslassstutzen 104 zur Ableitung des gefilterten Fluids angeordnet. Der Auslassstutzen 104 ist dabei in der Längsrichtung 120 des Filtersystems 100 zentral angeordnet.
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Das Filtersystem 100 umfasst weiter ein Filterelement 10, das eine Reinfluidseite 52 und eine Rohfluidseite 50 fluiddicht trennt. Dabei umfasst das Filterelement 10 einen um Längsrichtung 120 angeordneten hohlzylinderartigen Filterbalg 12, der eine geschlossene Umfangswand aufweist, welche sich axial entlang der Längsrichtung 120 erstreckt und einen Innenraum des Filterbalgs 12 umgibt. Das Filterelement 10 weist an einer ersten Stirnseite 26 eine erste Endscheibe 14 auf, die einer zweiten Endscheibe 16 an einer zweiten Stirnseite 28 gegenüberliegt, die einen Fluiddurchlass für das gefilterte Fluid aufweist. So dichtet das Filterelement 10 an seiner auslassstutzenseitigen Stirnseite 28 radial nach innen ab.
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In dem Gehäuse 110 ist das Filterelement 10 zwischen Einlassstutzen 102 und Auslassstutzen 104 angeordnet. Das Filterelement 10 dichtet an seiner auslassstutzenseitigen Stirnseite 28 radial nach innen ab, sodass der Rohfluidbereich auf zuverlässige Weise von dem Reinfluidbereich getrennt ist.
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Weiter ist im Inneren des Gehäuses 110 entlang der Längsrichtung 120 ein Mittelrohr 30 zur Aufnahme des Filterelements 10 angeordnet. Das Mittelrohr 30 ist weiter als Träger eines Sekundärelements 60 vorgesehen, welches im Inneren des Filterelements 10 angeordnet ist. Das Mittelrohr weist im Wesentlichen einen Kragen 38 auf, welcher von Versteifungsrippen 44 getragen wird.
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Das Sekundärelement 60 weist an einem Ende 62 eine geschlossene Endscheibe 70 auf. Das Sekundärelement 60 überragt das Mittelrohr 30 am geschlossenen Ende 62 axial.
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Sekundärelement 60 und Mittelrohr 30 weisen jeweils zueinander komplementäre Verbindungseinrichtungen 72, 36 auf, mit denen sie an einem ihrer Enden 62, 32 miteinander verbunden sind.
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Dabei weist die erste Verbindungseinrichtung 72 des Sekundärelements 60 Rastelemente 74 auf, welche radial innerhalb eines äußeren Umfangs der Endscheibe 70 verteilt angeordnet sind und nach radial außen gerichtete Rasthaken 76 aufweisen. Die zweite Verbindungseinrichtung 36 des Mittelrohrs 30 weist einen umlaufenden Kragen 38 auf. Dabei sind die Rastelemente 74 in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand mittels der Rasthaken 76 mit dem Kragen 38 des Mittelrohrs 30 verrastet und fixieren das Sekundärelement 60 in der Längsrichtung 120 des Filtersystems 100.
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Die zueinander komplementären Verbindungseinrichtungen 72, 36 sind zerstörungsfrei lösbar ausgebildet, sodass ein separater Austausch des Sekundärelements 60 im Bedarfsfall bei Erschöpfung der Filterleistung auf einfache Weise durchgeführt werden kann.
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3 zeigt eine isometrische Darstellung eines Sekundärelements 60 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 4 eine isometrische Darstellung der Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 nach 3 in einer Ansicht von innen dargestellt ist.
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Das Sekundärelement 60 mit einer Längsrichtung 80 und zwei sich entlang der Längsrichtung 80 gegenüber liegenden Enden 62, 64, umfasst ein um die Längsrichtung 80 angeordnetes Filtermedium 66. Eines der Enden 64, nämlich das zur dem Auslassstutzen 104 gerichtete Ende 64, ist offen, während das gegenüberliegende Ende 62 mit einer geschlossenen Endscheibe 70 dicht abgeschlossen ist. Der Durchmesser des Sekundärelements 60 verjüngt sich vom offenen Ende 64 zum geschlossenen Ende 62. Die Endscheibe 70 ist mit dem Filtermedium 66 fest verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt oder angespritzt.
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Das Filtermedium 66 kann beispielsweise aus einem Vlies oder aus Papier oder aus Zellulose oder aus einer Mischfaser aus Kunststoff und Zellulose gebildet sein.
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Die konisch zulaufende Form des durch das Filtermedium 66 gebildeten Mantels des Sekundärelements 60 sowie die von der Endscheibe 70 in Längsrichtung 80 abstehenden und nach innen gerichteten Rastelemente 74 sind bei der Darstellung in 3 deutlich erkennbar.
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Wie in 4 erkennbar, weist die Endscheibe 70 die erste Verbindungseinrichtung 72 auf, die bei bestimmungsgemäßer Montage zum Zusammenwirken mit der komplementären zweiten Verbindungseinrichtung 36 des Mittelrohrs 30 des Filtersystems 100 vorgesehen ist, um das Sekundärelement 60 auf dem Mittelrohr 30 zu fixieren.
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Die erste Verbindungseinrichtung 72 weist Rastelemente 74 mit nach radial außen gerichteten Rasthaken 76 auf, welche radial innerhalb des äußeren Umfangs der Endscheibe 70 verteilt angeordnet sind. Dabei umgibt das Filtermedium 66 die Rastelemente 74.
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Aus Übersichtlichkeitsgründen ist jeweils nur eines der Rastelemente 74 mit Bezugszeichen versehen.
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Die Rastelemente 74 sind in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand des Sekundärelements 60 mit den Rasthaken 76 am Kragen 38 des Mittelrohrs 30 festgelegt/verrastet und fixieren so das Sekundärelement 60 in der Längsrichtung 120 des Filtersystems 100.
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Die Endscheibe 70 weist weiter eine Ausbuchtung 78 auf, welche in der Längsrichtung 80 nach außen ragt. Die Ausbuchtung 78 kann als Positionierhilfe und/oder Montagehilfe bei der Montage des Sekundärelements 60 dienen. Das Mittelrohr 30 kann dazu an seinem Ende 32, an dem die zweite Verbindungseinrichtung 36 angeordnet ist, eine Ausbuchtung 34 aufweisen, wie in 8 erkennbar, die formkonform mit der Ausbuchtung 78 des Sekundärelements 60 ausgebildet ist.
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Insbesondere kann die Ausbuchtung 78 kegelstumpfförmig ausgebildet sein und formkonform zu einer kegelstumpfförmigen Ausbuchtung 34 des Mittelrohrs 30 ausgebildet sein. In alternativen Ausführungsformen kann die Ausbuchtung 78 jedoch auch andere Formen aufweisen, beispielsweise eine halbkugelförmige Ausbuchtung.
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Die Ausbuchtung 78 der Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 ist von einem, insbesondere flach ausgebildeten, Absatz 71 der Endscheibe 70 umgeben. Das Filtermedium 66 umgibt den Absatz 71 der Endscheibe 70. Wie in 4 erkennbar, sind die Rasthaken 76 radial innerhalb des Absatzes 71 angeordnet. Der Absatz 71 beabstandet das Filtermedium 66 von den Rasthaken 74. In einer alternativen Ausführungsform kann der Absatz 71 jedoch auch mit einem Winkel versehen sein. Das Mittelrohr 30 könnte an diesen Winkel angepasst werden.
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Wie insbesondere in 4 erkennbar, können die Rastelemente 74 auf einem Umfang 75 der Endscheibe 70 gruppiert verteilt sein. Die Rastelemente 74 sind an einem äußeren Umfang 75 der Ausbuchtung 78 auf einer Innenseite 86 der Ausbuchtung 78 angeordnet. Insbesondere kann so jeweils ein Rastelement 74 zu einem auf einer Seite entlang des Umfangs 75 direkt benachbarten Rastelement 74 einen kleineren Abstand 82 aufweisen als zu einem auf der anderen Seite entlang des Umfangs 75 benachbarten Rastelement 74. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rastelemente 74 in Zweiergruppen angeordnet.
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5 zeigt eine Ausschnittvergrößerung des Längsschnitts des Filtersystems 100 nach 2 durch Sekundärelement 60 und Mittelrohr 30 im Bereich der Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 und des Kragens 38 des Mittelrohrs 30.
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In 5 ist erkennbar, wie die Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 an dem Kragen 38 des Mittelrohrs 30 abgestützt ist, insbesondere wie ein an einem Umfang der Endscheibe 70 angeordnetes Rastelement 74 mit seinem radial nach außen gerichteten Rasthaken 76 unter den Kragen 38 greift und so das Sekundärelement 60 mit dem Kragen 38 des Mittelrohrs 30 verrastet. Der Absatz 71 weist dazu einen in axialer Richtung nach unten ragenden Bund 43 auf, an dem Filtermedium 66 festgelegt ist. In den Zwischenraum zwischen Bund 43 und Rasthaken 76 greift das Mittelrohr 30 ein.
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Der Kragen 38 weist einen radial innerhalb des äußeren Umfangs angeordneten und sich in Längsrichtung 80 erstreckenden Rand 42 auf, an welchem die Rasthaken 76 der Rastelemente 74 verrastbar sind. Durch die Formgebung mit komplementären, zueinander gerichteten, Steuerflächen von Bund 42 und Rasthaken 76 kann das Einrasten der Rasthaken 76 an dem Bund 42 vorteilhaft erfolgen. Außerdem ist dadurch auch eine Verspannung des Sekundärelements 60 am Mittelrohr 30 möglich.
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Das Sekundärelement 60 ist dabei an dem Mittelrohr 30 über die Verrastung mit den Rasthaken 76 unter Vorspannung festgelegt, um die Übertragung von Vibrationen vom Mittelrohr 30 auf das Sekundärelement 60 zu dämpfen. Insbesondere kann dazu ein, in 5 nicht dargestelltes, Vorspannungselement zwischen Sekundärelement 60 und Mittelrohr 30 angeordnet sein, das zwischen der Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 und dem Kragen 38 des Mittelrohrs 30 angeordnet ist.
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In 6 ist ein Längsschnitt durch ein Filtersystem 100 zum Filtern eines Fluids nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Sekundärelement 60 dargestellt. 7 zeigt eine isometrische Darstellung auf das geöffnete Filtergehäuse 110 mit dem Gehäuseunterteil 114 des Filtersystems 100 nach 6 mit teilgeschnittenem Sekundärelement 60 beim Aufsetzen auf das Mittelrohr 30.
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Das Filtersystem 100 ist in seinen wesentlichen Merkmalen gleich dem in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, weshalb nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
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Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Filtersystem 100 weist das Mittelrohr 30 an seinem Ende 32, an dem die zweite Verbindungseinrichtung 36 angeordnet ist, eine Zentrierungseinrichtung 34 aufweist, die formkonform mit einer Ausbuchtung 78 des Sekundärelements 60 ausgebildet ist. Die Zentrierungseinrichtung 34 ist dabei als Ausbuchtung des Kragens 38 ausgebildet, welche in der Längsrichtung 80 nach außen ragt.
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Die Ausbuchtung 78 des Sekundärelements 60 ist wenigstens bereichsweise kegelstumpfförmig ausgebildet und insbesondere formkonform zu der, insbesondere kegelstumpfförmigen, Zentrierungseinrichtung 34 des Mittelrohrs 30 ausgebildet.
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8 zeigt eine isometrische Darstellung des oberen Teils des Mittelrohrs 30 mit der Zentrierungseinrichtung 34, während in 9 ein Querschnitt durch Sekundärelement 60 und Mittelrohr 30 des Filtersystems 100 auf der Höhe der Rastelemente 74 des Sekundärelements 60 dargestellt ist. 10 zeigt eine Ausschnittvergrößerung des Längsschnitts des Filtersystems 100 nach 6 durch Sekundärelement 60 und Mittelrohr 30 im Bereich der Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 und des Kragens 38 des Mittelrohrs 30.
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In 8 ist die Ausbildung der Zentrierungseinrichtung 34 als zwei orthogonale Streben, welche in kegelstumpfförmiger Form im Inneren des Kragens 38 angeordnet sind, zu erkennen. Am gehäusefesten Mittelrohr 30 kann so die Zentrierungseinrichtung 34, insbesondere in Form einer flexiblen Rippenstruktur implementiert sein, welche in die nach außen gerichtete Ausbuchtung 78 der Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 ragt und eine Rastverbindung zwischen Mittelrohr 30 und Sekundärelement 60 unter geringer Vorspannung ermöglicht.
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Wie insbesondere in 10 erkennbar, liegt die Zentrierungseinrichtung 34 in bestimmungsgemäß montiertem Zustand des Sekundärelements 30 durch die formkonforme Ausbildung von Ausbuchtung 78 und Zentrierungseinrichtung 34 an einer nach innen gerichteten Gegenhaltefläche 84 der Endscheibe 70 an. Insbesondere ist dabei das Sekundärelement 60 in bestimmungsgemäß montiertem Zustand mittels der Zentrierungseinrichtung 34 in Längsrichtung 120 verspannt.
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Durch die besondere Formgebung der Zentrierungseinrichtung 34 als zwei orthogonale Streben, kann die Zentrierungseinrichtung 34 vorteilhaft eine Zentrierung des Sekundärelements 60 beim Aufsetzen auf das Mittelrohr 30 in zwei orthogonalen Raumrichtungen quer zu der Längsrichtung 120 bewirken.
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In 10 ist auch zu erkennen, wie die nach radial außen gerichteten Rasthaken 76 der ersten Verbindungseinrichtung 72, welche am Übergang des Absatzes 71 der Endscheibe 70 des Sekundärelements 60 zu der Ausbuchtung 78 angeordnet sind, in den umlaufenden Rand 42 des Kragens 38 des Mittelrohrs 30 verrasten. Der Rand 42 ist dabei am Übergang des Kragens 38 zu der Zentrierungseinrichtung 34 angeordnet.
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Das Filtermedium 66 des Sekundärelements 60 ist mit dem radial außen abschließenden Bund 43 des Absatzes 71 der Endscheibe 70 verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt.
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Bezugszeichen
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- 10
- Filterelement
- 12
- Filterbalg
- 14
- erste Endscheibe
- 16
- zweite Endscheibe
- 26
- Stirnseite
- 28
- Stirnseite
- 30
- Mittelrohr
- 32
- Ende
- 34
- Zentrierungseinrichtung
- 36
- zweite Verbindungseinrichtung
- 38
- Kragen
- 40
- Abmessung
- 42
- Rand
- 43
- Bund
- 44
- Versteifungsrippe
- 50
- Rohfluidbereich
- 52
- Reinfluidbereich
- 60
- Sekundärelement
- 62
- Ende
- 64
- Ende
- 66
- Filtermedium
- 70
- Endscheibe
- 71
- Absatz
- 72
- erste Verbindungseinrichtung
- 73
- innerer Bereich
- 74
- Rastelement
- 75
- Umfang
- 76
- Rasthaken
- 78
- Ausbuchtung
- 80
- Längsrichtung Sekundärelement
- 82
- Abstand
- 84
- Gegenhaltefläche
- 86
- Innenseite
- 100
- Filtersystem
- 102
- Einlassstutzen
- 104
- Auslassstutzen
- 110
- Filtergehäuse
- 112
- Gehäuseoberteil
- 114
- Gehäuseunterteil
- 118
- Verbindungselement
- 120
- Längsrichtung Filtersystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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