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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement für ein Kraftfahrzeug und eine Filteranordnung, die das Filterelement umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des Filterelements.
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In einem Kraftfahrzeug kommt ein Filterelement zum Filtern unterschiedlicher Fluide zum Einsatz. Bei den Fluiden kann es sich um flüssige oder gasförmige Fluide, beispielsweise Luft, Öl, Kraftstoff, Abgas oder andere Betriebsmittel des Kraftfahrzeugs, handeln. Zum Filtern des Fluids weist ein derartiges Filterelement einen aus Filtermaterial bestehenden Filterkörper auf. Das Filtermaterial ist beispielsweise plissiertes Filtervliesmaterial. Der Filterkörper kann mehrere Kanäle aufweisen und/oder aufgerollt oder aufgewickelt sein. Bei bestimmungsgemäßem Einsatz wird das Filterelement in einem Filtergehäuse oder einer Filteraufnahme angeordnet. Eine Dichtung verhindert, dass das zu filternde Fluid durch das Filtergehäuse bzw. die Filteraufnahme ungefiltert an dem Filterkörper vorbei strömt.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, an einem äußeren Umfang eines Filterkörpers eine Dichtung anzuschäumen. Der Filterkörper mit der Dichtung kann gemäß einer Presspassung in einem entsprechenden Filtergehäuse angeordnet werden. Dabei erfolgt die Abdichtung in radialer Richtung, indem die Dichtung in radialer Richtung zwischen Filterkörper und Filtergehäuse zusammengedrückt wird. Aus der
DE 10 2009 060 214 A1 ist ein Filterelement und ein Herstellverfahren, aus der
DE 20 2006 001 440 U1 ein Filterelement und Filtersystem, aus der
DE 203 13 468 U1 ein Filtereinsatz zum Einbau in einen Strömungskanal und aus
DE 196 38 791 A1 ein Luftfilter bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zu schaffen, einen Filterkörper dichtend in einem Filtergehäuse anzuordnen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Das Filterelement hat einen Filterkörper und eine Dichtung. Die Dichtung ist werkstoffeinstückig ausgebildet und in einem Stück gefertigt und um den Filterkörper umlaufend angeordnet. Die Dichtung hat einen Dichtkörper und eine Dichtlippe. Die Dichtlippe hat einen ersten Dichtlippenabschnitt, der mit dem Dichtkörper verbunden ist, und einen zweiten Dichtlippenabschnitt, der von dem Dichtkörper beabstandet ist. In anderen Worten schließen die Dichtlippe und der Dichtkörper einen Winkel größer null ein. Der Winkel ist vorzugsweise ein spitzer Winkel und nach außen geöffnet.
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Aufgrund der werkstoffeinstückigen Ausbildung und der Dichtlippe kann mit Hilfe der Dichtung auf einfache Weise eine besonders vorteilhafte Dichtwirkung erzielt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist die Dichtung parallel zu einer Ebene, insbesondere einer Querschnittsebene des Filterkörpers angeordnet. Eine Abdichtung mit Hilfe der Dichtung erfolgt senkrecht zu der Ebene. Man kann auch von einer axialen Dichtwirkung sprechen, die entlang einer Längsachse des Filterkörpers wirkt. Der Filterkörper ist zum Beispiel zylinderförmig. Aufgrund der Abdichtung senkrecht zu der Ebene sind das Filterelement und eine Filteranordnung mit dem Filterelement weniger empfindlich gegenüber Herstellungstoleranzen einzelner Baugruppen. Ferner ermöglicht die senkrechte Abdichtung eine Filteraufnahme, beispielsweise in einem Filtergehäuse, derart klein auszubilden, dass diese nur einen Teil des Filterkörpers aufnehmen kann, in dem keine Dichtung angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist die Dichtung vorgefertigt. Das bedeutet, dass zunächst die Dichtung hergestellt wird und dass die fertig hergestellte Dichtung um den Filterkörper herum angeordnet wird. Dies trägt zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit des Filterelements bei. Die vorgefertigte Dichtung kann auch als extern hergestellte Dichtung oder als vorkonfektionierte Dichtung bezeichnet werden.
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Gemäß der Erfindung ist die Dichtung stranggepresst und als Meterware hergestellt. Dies ermöglicht auf besonders einfache Weise die Dichtung vorzufertigen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Dichtlippe so ausgebildet, dass sich ihr zweiter Dichtlippenabschnitt bei einem Druck auf die Dichtlippe senkrecht zu der Ebene hin zu dem Dichtkörper bewegt. Dies ermöglicht die Abdichtung in Richtung senkrecht zu der Ebene auf einfache Weise.
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Gemäß einer Ausführungsform schließt die Dichtlippe mit einer Senkrechten auf der Ebene einen vorgegebenen Winkel größer null ein. Der zweite Dichtlippenabschnitt ist bezüglich des Filterkörpers weiter außerhalb angeordnet als der erste Dichtlippenabschnitt. Dies ermöglicht, dass sich bei dem Druck auf die Dichtlippe senkrecht zu der Ebene der zweite Dichtlippenabschnitt hin zu dem Dichtkörper bewegt.
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Gemäß der Erfindung ist ein Koppelbereich mit dem Dichtkörper verbunden. Der Koppelbereich ist dazu ausgebildet, dichtend mit dem Filterkörper verbunden zu werden. In anderen Worten dient der Koppelbereich als Verbindungsstück zwischen Dichtkörper und Filterkörper. Dies kann zu einer guten Abdichtung des Filterkörpers beitragen.
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In einer Ausführungsform weist der Filterkörper Filtermaterial auf, beispielsweise Filtervliesmaterial, oder ein Filtermedium aus Zellulose. Der Filterkörper kann beispielsweise durch Plissieren des Filtermaterials gebildet werden. Der Filterkörper kann auch durch abwechselnd aufeinander liegenden Filtermateriallagen gebildet sein, wobei die erste Lage eine Glattlage und die zweite Lage eine Welllage ist und zwischen den Lagen Filterkanäle ausgebildet sind. Die Filterkanäle können abwechselnd an einem ihrer axialen Enden offen und am anderen axialen Ende verschlossen sein, so dass das zu filternde Fluid an einer ersten Seite des Filterkörpers an einem offenen Ende eines der Kanäle eintritt, das Filtermaterial hin zu einem anderen der Kanäle durchdringt und den Filterkörper an einer zweiten Seite des Filterelements durch diesen verlässt.
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In einer Ausführungsform umfasst der Filterkörper ein zu einer Rolle aufgewickeltes, eine Glattlage und eine Wellage umfassendes Filtermaterial. Der Filterkörper kann zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch ausgebildet sein, wobei die Kanäle in axialer Richtung verlaufen. Die zylindrische Form ermöglicht, den Filterkörper bei hoher Filterwirkung kompakt auszubilden. Alternativ können mehrere, aus Glatt- und Welllage gebildete Halbzeuge aufeinandergeschichtet werden, um den Filterkörper zu bilden.
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Erfindungsgemäß ist die Dichtung in einem Stück gefertigt, also werkstoffeinstückig und somit einkomponentig ausgebildet, und um einen Umfang des Filterkörpers umlaufend in einer Ebene parallel zu einer Ebene angeordnet, die insbesondere parallel zu einer Anström- und/oder Abströmfläche des Filterkörpers und/oder senkrecht zur Durchströmungsrichtung des Filterkörpers liegt. Eine Längsachse des Filterkörpers ist bevorzugt parallel zu den zwischen Glatt- und Welllage gebildeten Kanälen und damit insbesondere parallel zur Durchströmungsrichtung angeordnet.
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Die Dichtung weist einen Koppelbereich, einen Dichtkörper und eine Dichtlippe auf. Der Koppelbereich liegt bevorzugt dicht an dem Filterkörper an und dient insbesondere zur Kopplung der Dichtung an den Filterkörper. Er ist mit dem Dichtköper bevorzugt einstückig verbunden. Alternativ zu dem Vorsehen des Koppelbereichs kann der Dichtkörper auch direkt mit dem Filterkörper verbunden sein. Auf einer dem Koppelbereich gegenüber liegenden Seite des Dichtkörpers ist dieser bevorzugt mit der Dichtlippe verbunden.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Dichtkörper und dem Filterkörper ein Klebemittel eingebracht, insbesondere zur dichten und festen Verbindung zwischen Filterkörper und Dichtung. Die Dichtlippe weist bevorzugt einen ersten Dichtlippenabschnitt und einen zweiten Dichtlippenabschnitt auf, wobei an dem ersten Dichtlippenabschnitt die Dichtlippe mit dem Dichtkörper einstückig verbunden ist und an dem zweiten Dichtlippenabschnitt die Dichtlippe von dem Dichtkörper beabstandet ist, insbesondere in Richtung der Durchströmung bzw. der Längsachse.
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In einer Ausführungsform schließen die Dichtlippe und der Dichtkörper einen Winkel ein, der größer null, spitz und nach außen, d. h. vom Filterkörper insbesondere radial weg weisend, geöffnet ist. Durch Druck auf die Dichtlippe in einer Druckrichtung parallel zur Längsachse des Filterkörpers kann sich dadurch die Dichtlippe senkrecht zu der Ebene E in Richtung hin zu dem Dichtkörper bewegen und insbesondere an diesen anlegen. Dadurch wird insbesondere eine Dichtwirkung in axialer Richtung, also entlang der Längsachse und senkrecht zu einer Ebene parallel zu einer Anström- oder Abströmfläche erzielt.
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Die Erfindung betrifft gemäß einem zweiten Aspekt eine Filteranordnung, beispielsweise für die Ansaugluft für die Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Filteranordnung umfasst ein Filterelement und ein Filtergehäuse, das eine Ausnehmung hat. Das Filtergehäuse mit seiner Ausnehmung kann auch als Filteraufnahme bezeichnet werden. In der Ausnehmung ist zumindest teilweise das Filterelement, insbesondere der Filterkörper angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dichtung außerhalb der Ausnehmung angeordnet. Bevorzugt drückt ein Rand der Ausnehmung den zweiten Dichtlippenabschnitt in Richtung senkrecht zu der Ebene hin zu dem Dichtkörper. Die Abdichtung erfolgt somit außerhalb der Ausnehmung und senkrecht zu der Ebene, wodurch die Filteranordnung unempfindlich ist gegenüber Fertigungstoleranzen der einzelnen Baugruppen der Filteranordnung.
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Der Filterkörper ist bevorzugt teilweise in der Ausnehmung angeordnet. Der Filterkörper kann dabei insbesondere entlang einer Einschubrichtung noch weiter in die Ausnehmung eingeschoben werden.
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In einer Ausführungsform dichtet die Dichtung in der Einbau-Position den Filterkörper in dem Filtergehäuse ab, so dass kein Fluid an dem Filterkörper vorbei zwischen Filterkörper und Filtergehäuse durchströmen kann. In dieser Position drückt ein Rand der Ausnehmung den zweiten Dichtlippenabschnitt in Richtung senkrecht zu der insbesondere zur Abströmfläche parallelen oder senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Ebene hin zu dem Dichtkörper. Die Abdichtung erfolgt somit in Richtung senkrecht zu dieser Ebene, also in axialer Richtung.
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In einer Weiterbildung ist ein Durchmesser der Ausnehmung derart verkleinert, dass nur noch der Filterkörper, beispielsweise mit einer Spielpassung, in die Ausnehmung passt, aber nicht mehr die Dichtung oder eine herkömmliche Dichtung, bei der die Abdichtung in radialer Richtung erfolgt und die radial zwischen einer Wandung der Ausnehmung und dem Filterkörper angeordnet ist. Dadurch kann nur noch das Filterelement in der Filteraufnahme angeordnet werden, bei dem die Abdichtung senkrecht zu der genannten Ebene, also in axialer Richtung erfolgt. Dadurch erreicht man eine gute und zuverlässige Abdichtung.
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Die Erfindung betrifft gemäß einem dritten Aspekt ein Verfahren zum Herstellen des Filterelements. Dabei wird die Dichtung werkstoffeinstückig mit dem Dichtkörper und mit der Dichtlippe so ausgebildet, dass der erste Dichtlippenabschnitt mit dem Dichtkörper verbunden ist und der zweite Dichtlippenabschnitt von dem Dichtkörper beabstandet ist. Nachfolgend wird die Dichtung an dem Filterkörper um einen Umfang des Filterkörpers umlaufend angeordnet und beispielsweise auf den Umfang geklebt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1: eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Filterelements,
- 2: eine Unteransicht des Filterelements,
- 3: eine Detailansicht des Filterelements in einer ersten Position,
- 4: eine Detailansicht des Filterelements in einer zweiten Position,
- 5: ein Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Filterelements.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Filterelements 1. Das Filterelement 1 umfasst einen Filterkörper 2 und eine Dichtung 10. Der Filterkörper 2 weist Filtermaterial auf, beispielsweise plissiertes Filtervliesmaterial, in dem Filterkanäle 4 ausgebildet sind. Die Filterkanäle 4 sind abwechselnd an einem ihrer axialen Enden offen und am anderen axialen Ende verschlossen, so dass das zu filternde Fluid an einer ersten Seite 6 des Filterkörpers 2 an einem offenen Ende eines der Kanäle 4 eintritt, das Filtermaterial hin zu einem anderen der Kanäle 4 durchdringt, und den Filterkörper 2 an einer zweiten Seite 8 des Filterelements 1 durch den einen der anderen Kanäle 4 verlässt. Das Filterelement 1 eignet sich zum Filtern von Fluiden, insbesondere von Betriebsmitteln eines Kraftfahrzeugs. Die Betriebsmittel umfassen beispielsweise Öl, Kraftstoff, Luft oder Abgas.
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Die Dichtung 10 ist in einem Stück gefertigt, also werkstoffeinstückig und somit einkomponentig ausgebildet, und um einen Umfang des Filterkörpers 2 umlaufend parallel zu einer Ebene E angeordnet. Insbesondere ist eine Fläche, in der die Dichtung 10 liegt, parallel zu der Ebene E ausgerichtet. Die Dichtung 10 weist einen Koppelbereich 12, einen Dichtkörper 14 und eine Dichtlippe 16 auf. Der Koppelbereich 12 liegt dicht an dem Filterkörper 2 an und ist mit dem Dichtköper 14 einstückig verbunden. Alternativ zu dem Vorsehen des Koppelbereichs 12 kann der Dichtkörper 14 auch direkt mit dem Filterkörper 2 verbunden sein. Auf einer dem Koppelbereich 12 gegenüber liegenden Seite des Dichtkörpers 14 ist dieser mit der Dichtlippe 16 verbunden.
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2 zeigt eine Unteransicht des Filterelements 1, aus der hervorgeht, dass der Filterkörper 2 ein zu einer Rolle aufgewickeltes Filtermaterial umfasst. Der Filterkörper 2 ist zylindrisch ausgebildet, wobei die Kanäle 4 in axialer Richtung verlaufen. Die zylindrische Form ermöglicht, den Filterkörper 2 bei hoher Filterwirkung kompakt auszubilden. Eine Längsachse A des zylinderförmigen Filterkörpers 2 steht senkrecht auf der Ebene E. Die Achse verläuft somit parallel zu einer Senkrechten auf der Ebene E (siehe 1).
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3 zeigt eine Detailansicht des Filterelements 1 und insbesondere der Dichtung 10 in einer ersten Position. In der ersten Position ist der Filterkörper 2 zumindest teilweise in einem Filtergehäuse 18 angeordnet, wobei die für den bestimmungsgemäßen Einsatz nötige Position noch nicht erreicht ist. Zwischen dem Dichtkörper 14 und dem Filterkörper 2 ist ein Klebemittel 26 eingebracht. Die Dichtlippe 16 weist einen ersten Dichtlippenabschnitt 15 und einen zweiten Dichtlippenabschnitt 17 auf. An dem ersten Dichtlippenabschnitt 15 ist die Dichtlippe 16 mit dem Dichtkörper 14 einstückig verbunden. An dem zweiten Dichtlippenabschnitt 17 ist die Dichtlippe 16 von dem Dichtkörper 14 beabstandet, und zwar in Richtung senkrecht zu der Ebene E.
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Die Dichtlippe 16, insbesondere eine Tangente T an die Dichtlippe 16, schließt einen Winkel α mit einer Senkrechten V, die senkrecht auf der Ebene E steht, ein. Bezüglich des Filterkörpers 2 ist der zweite Dichtlippenabschnitt 17 weiter außen angeordnet als der erste Dichtlippenabschnitt 15. In anderen Worten schließen die Dichtlippe 16 und der Dichtkörper 14 einen Winkel ein, der größer null, spitz und nach außen geöffnet ist. Dies bewirkt, dass bei einem Druck auf die Dichtlippe 16 in einer Druckrichtung 24 sich die Dichtlippe 16 senkrecht zu der Ebene E in Richtung hin zu dem Dichtkörper 14 bewegt. Dadurch wird eine Dichtwirkung in axialer Richtung also entlang der Längsachse und senkrecht zu der Ebene E erzielt.
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Ein Filtergehäuse 18 weist eine Ausnehmung 20 auf. Der Filterkörper 2 ist teilweise in der Ausnehmung 20 angeordnet. Der Filterkörper 2 kann entlang einer Einschubrichtung 22 noch weiter in die Ausnehmung 20 eingeschoben werden. Das Filtergehäuse 18 mit seiner Ausnehmung 20 kann auch als Filteraufnahme bezeichnet werden.
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4 zeigt eine Detailansicht des Filterelements 1 und des Filtergehäuses 18, wobei sich der Filterkörper 2 in einer zweiten Position befindet, die einer für den Gebrauch des Filterelements 1 bestimmungsgemäßen Position entspricht. In der zweiten Position dichtet die Dichtung 10 den Filterkörper 2 in dem Filtergehäuse 18 ab, so dass kein Fluid an dem Filterkörper 2 vorbei zwischen Filterkörper 2 und Filtergehäuse 18 durchströmen kann. In der zweiten Position drückt ein Rand der Ausnehmung 20 den zweiten Dichtlippenabschnitt 17 in Richtung senkrecht zu der Ebene E hin zu dem Dichtkörper 14. Die Abdichtung erfolgt somit in Richtung senkrecht zu der Ebene E, also in axialer Richtung.
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Ein Durchmesser der Ausnehmung 20 kann derart verkleinert werden, dass nur noch der Filterkörper 2, beispielsweise mit einer Spielpassung, in die Ausnehmung 20 passt, aber nicht mehr die Dichtung 10 oder eine herkömmliche Dichtung, bei der die Abdichtung in radialer Richtung erfolgt und die radial zwischen einer Wandung der Ausnehmung 20 und dem Filterkörper 20 angeordnet ist. Dadurch kann nur noch das Filterelement 1 in der Filteraufnahme angeordnet werden, bei dem die Abdichtung senkrecht zu der Ebene E, also in axialer Richtung erfolgt. Dadurch erreicht man eine gute Abdichtung.
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5 zeigt ein Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Filteranordnung, bei dem Schritte S4 bis S8 nacheinander abgearbeitet werden. In dem Schritt S4 wird die Dichtung 10 unabhängig von dem Filterkörper 2 vorgefertigt und werkstoffeinstückig hergestellt. Insbesondere wird die Dichtung 10 nicht um den Filterkörper 2 geschäumt und weist keine mehrkomponentige Struktur, beispielsweise zwei Ringe auf. Die Dichtung 10 kann mit Hilfe einer Form gepresst, gegossen oder gespritzt werden. Beispielsweise kann die Dichtung 10 stranggepresst als Meterware hergestellt werden. Einzelne Abschnitte werden dann auf die geeignete Länge geschnitten.
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In dem Schritt S6 wird die Dichtung 10 an dem Filterkörper 2 befestigt. Vorzugsweise wird die Dichtung 10 auf den Umfang des Filterkörpers 2 geklebt. Dazu müssen keine Klebekeile verwendet werden. Als Klebstoff dient beispielsweise das Klebemittel 26. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung 10 in dem Koppelbereich 12 mit dem Filterkörper 2 verklebt sein. Nach Abarbeiten des Schritts S6 ist das Filterelement 1 fertig gestellt. Vorzugsweise ist dabei eine vorliegende Kleberschicht zwischen dem Koppelbereich 12 und dem Filterkörper 2 gleichmäßig dick. Der Kleber kann besonders dünn aufgetragen werden.
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In einem Schritt S8 kann das fertig gestellte Filterelement 1 teilweise in der Ausnehmung 20 angeordnet werden, so dass die Dichtung 10 außerhalb der Ausnehmung 20 angeordnet ist und der Rand der Ausnehmung 20 den zweiten Dichtlippenabschnitt 17 senkrecht zu der Ebene E hin zu dem Dichtkörper 14 drückt.
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Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Filterkörper 2 auch einen ovalen oder eckigen Querschnitt aufweisen. Ferner kann der Filterkörper 2 von einem Gehäuse umschlossen sein, und die Dichtung 10 kann auf dem Umfang des Gehäuses aufgebracht sein. Ferner kann das Filtermaterial auch gefaltet sein. Ferner kann das Filterelement 1 auch außerhalb des Kraftfahrzeugs zum Filtern unterschiedlichster Fluide verwendet werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
