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Die Erfindung betrifft eine Filterkerze, umfassend ein einen Zuführraum und einen Abführraum trennendes, rohrförmiges Filterelement, durch welches Filterelement zum Zwecke der Filterung ein Fluid von dem Zuführraum in den Abführraum geleitet wird.
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Filterkerzen werden zur Reinigung von Fluiden genutzt. Hierzu umfasst die Filterkerze ein rohrförmiges Filterelement, welches - bezogen auf das von dem Filterelement eingeschlossenen Volumen - nach außen und innen Räume trennt, die sogenannten Zuführ- und Abführräume. Zum Reinigen eines Fluids wird dieses typischerweise von außen auf das Filterelement, durch dasselbe hindurch und in das Innere des Filterelementes geleitet. Von dort kann es - durch das Filterelement gereinigt - weitergeleitet, beispielweise an die Umgebung abgegeben oder auch einer nachfolgenden Reinigungsstufe zugeführt werden.
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Solche Filterkerzen werden insbesondere genutzt, um partikelversetzte Fluide zu reinigen, etwa Medien, die mit Feinstaub verunreinigt sind.
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Filterkerzen für industrielle Anwendungen weisen, um einen entsprechenden Durchsatz zu gestatten, eine Größe von etwa 150 - 300 mm im Durchmesser sowie eine Länge von 6 - 10 m auf. Eine Vielzahl, unter Umständen mehrere hundert solcher Filterkerzen, können in einem Filterhaus angeordnet sein um ein Fluid zu reinigen. Als Fluide kommen gasförmige Fluide, etwa in Form von Abluft, oder Flüssigkeiten in Betracht.
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Im Stand der Technik werden als Filterelement in einer Filterkerze für das Filtern von gasförmigen Fluiden Papierfilterelemente genutzt. Diese können in großem Umfang und auch in den geforderten Größen problemlos hergestellt werden. Nachteilig ist jedoch, dass aus Brandschutzgründen ein durch das Filterelement geleitetes Gas gewisse Temperaturen nicht überschreiten darf, auch um beispielsweise eine ungewollte Kettenreaktion (Verpuffung, etc.) zu vermeiden. Soll ein heißes Industrieabgas gefiltert werden, wie dieses beispielsweise bei Zementwerken der Fall ist, muss das zu filternde Gas vor Beaufschlagen der Filterstufe abgekühlt werden. Zum Abkühlen eines solchen Gases sind aufwendige Kühlanlagen notwendig.
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Zum Filtern von Flüssigkeiten werden typischerweise Vliesstoffe eingesetzt, welche allerdings nur schwer zu reinigen sind. Insbesondere aufgrund der mittlerweile hohen Anforderungen an die Reinigungseffektivität der Filterelemente ist ein Ansteigen der Vliesstoffpreise zu verzeichnen, sodass ein kurzintervalliger Austausch aufgrund eines Zusetzens des Vliesstoffes mit herausgefilterten Partikeln zwar notwendig, jedoch häufig nicht wirtschaftlich ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Filterkerze vorzuschlagen, mit der die vorstehend genannten Problemkreise überwunden werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Filterkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Verwendungen sind in den Ansprüchen 8 und 10 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Vorgeschlagen wird, als Filterelement ein Sintermetallblech vorzusehen. Ein solches Sintermetallblech ist grundsätzlich aus
WO 02/102492 A1 bekannt. Der Inhalt dieses der Anmelderin zuzurechnenden Dokumentes und insbesondere das darin beschriebene Sintermetallblech wird durch diesen expliziten Verweis vollumfänglich in die vorliegenden Ausführungen inkorporiert.
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Zum Herstellen eines Sintermetallblechs wird ein Streckmetall als Träger bereitgestellt, in dessen Öffnungen Sintermetall gefüllt wird. Anstelle eines Streckmaterials kann auch ein anderes Blech mit Perforationsöffnung, beispielsweise ein Lochblech oder dergleichen verwendet werden. Die Stege des Streckmetalls dienen als Träger für das Sintermetall. Anschließend wird das so präparierte Streckmetall zur Ausbildung eines ebenen Bleches kalandriert, mithin um mehrere Rollen verjüngend gezogen. Auf diese Weise können die Dicke des Bleches und die Porengröße für die gewünschten Filtereigenschaften eingerichtet werden.
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Auch wenn solche Sintermetallbleche grundsätzlich bekannt sind, so können sie nicht ohne weiteres für eine eingangs genannte Filterkerze genutzt werden, da der Blechbreite herstellungsbedingt - insbesondere auch unter dem Aspekt der Stabilität - Grenzen gesetzt sind. Die Blechbreite liegt etwa bei 120 - 150 mm und damit weit unter den geforderten Größenordnungen.
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Um dennoch Filterkerzen für industrielle Anwendungen mit Längen von 6 - 10 m oder auch mehr bereitzustellen, ist vorgesehen, dass die sich entlang der Längserstreckung des hergestellten Sintermetallblechs folgenden Kanten miteinander verbunden sind und eine Fügelinie bilden. Diese Fügelinie ist gegenüber der Längserstreckung des so gebildeten rohrförmigen Filterelementes geneigt, und zwar um einen Winkel zwischen 0° und 90° (wobei die Grenzen nicht eingeschlossen sind). Auf diese Weise wird ein Wickelrohr bereitgestellt, welches in seinen Abmessungen - Durchmesser und Länge - äußerst variabel, also mit wenig Werkzeugänderungen, hergestellt werden kann. Durch das Vorsehen eines Winkels zwischen Fügelinie und Längserstreckung des Filterelementes wird das Sintermetallblech um einen von demselben eingeschlossenen Raum spiralförmig gewickelt. Dieser Raum ist je nach Fluidleitrichtung entweder der Zuführ- oder - bevorzugt - der Abführraum.
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Die Nutzung eines Sintermetallblechs zum Ausbilden des Filterelementes einer Filterkerze, etwa als Teil einer zahlreiche derartiger Filterelemente umfassenden Filterstation, bringt gegenüber dem Stand der Technik etliche Vorteile mit sich: so sind Filterelemente aus Sintermetallblech nicht nur äußerst langlebig und robust, sondern auch bezüglich ihres Einsatzortes flexibel einsetzbar. Mit diesen kann sowohl kalte als auch heiße Abluft, letztere ungekühlt, gefiltert werden, genauso wie Flüssigkeiten. Zusätzlich können, falls erforderlich, zum Filtern hybride Konzepte wie das Vorsehen von Sintermetall zuzüglich einer aktiven Flüssigkeit umgesetzt werden. Zur Reinigung des Filterelementes können gasförmige, flüssige oder auch Werkzeuge, etwa in Form von Bürsten, eingesetzt werden. Eine solche Reinigung ist typischerweise so effektiv, dass trotz zahlreicher Reinigungsvorgänge eine besonders lange Nutzungszeit eines Filterelementes sichergestellt ist.
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Insbesondere kann zum Reinigen eines Filterelementes vorgesehen sein, dieses von dem Abführraum ausgehend mit einem Überdruck von mehreren bar pulsierend zu beaufschlagen, sodass in das Sintermetall ein- und angelagerte Partikel in den Zuführraum zurückgepresst werden. Die Partikel können dann im Zuführraum gezielt aufgenommen werden. Trotz der belastenden Art dieser Reinigung ist die hier vorgeschlagene Filterkerze aufgrund ihrer Robustheit äußerst langlebig.
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Auch die Reinigung eines in einer Flüssigkeit eingesetzten Filterelementes kann über einen gegenpulsierenden Druck erfolgen, sei es durch die zu filternde Flüssigkeit selbst oder durch ein zusätzlich einzubringendes Gas. Eine solche Reinigung des Filterelementes ist wesentlich einfacher, als sie bei einem herkömmlichen Vlies, wenn überhaupt, möglich ist.
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Die vorstehend beschriebene Filterkerze kann auf einfache Art und Weise hergestellt werden. Insbesondere sind hohe Produktionsraten bei geringen Werkzeugkosten möglich.
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Um die beiden gegenüberliegenden, typischerweise produktionsbedingt amorphen Kanten des Sintermetallblechs miteinander zu verbinden, ist vorgesehen, diese zu falzen. Ein Falz ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da die Ränder eines Sintermetallblechs hierfür nicht exakt eben sein müssen. Stattdessen werden die Kanten verbogen, sodass sie ineinander verschränken, mithin klauenartig miteinander in Eingriff gestellt sind. Durch eine Ausbildung eines Sintermetallblechs auf Streckmetallbasis können zudem die Öffnungen bzw. Trägerstege des Streckmetalls ineinander verhaken und so einen zusätzlichen Formschluss erzeugen, der sich zudem positiv auf die Festigkeit auswirkt.
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Herstellungsprozessbedingt ist an den Rändern eines Streckmetalls bisweilen nicht ausreichend Sintermetall eingebracht, um den Filteranforderungen zu genügen. Aus diesem Grunde werden normalerweise zur Bereitstellung eines Sintermetallblechs dieser Ränder abgeschnitten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist jedoch vorgesehen, diese Ränder für den Falz zu nutzen, mit der die jeweils gegenüberliegenden Kanten des Sintermetallbleches miteinander verbunden werden. Durch das Übereinanderlegen der bisweilen mit Fehlstellen versehenen Ränder wird eine ausreichende Sicherheit bezüglich der Dichtigkeit gewährleistet.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Falz nach Art eines Einfachfalz ausgeführt ist, insbesondere nach Art eines liegenden Einfachfalzes. Dieser Falz benötigt zu seiner Ausbildung nur eine geringe Materialzugabe seitens des Sintermetallblechs, sodass eine möglichst große Breite des Sintermetallbleches für Filterzwecke genutzt werden kann; die für den Falz benötigte Materialzugabe ist nur recht schmal. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Verschränkung infolge des Falzes insbesondere im Zusammenhang mit dem Streckmetall ausreichend ist.
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Eine weitere Möglichkeit ist den Falz nach Art eines Doppelomegafalzes auszuführen. Bei dieser Art von Falz greifen benachbarte Kanten nach Art eines Ω-Zeichens im Querschnitt ineinander/umeinander. Durch das mehrmalige Umbiegen und Aufeinanderlegen von Material erhöht sich die Steifigkeit. Die Öffnung des Falzes/des Ω-Zeichens weist typischerweise in das von dem Filterelement eingeschlossene Volumen. Durch den die Falzöffnung überspannenden, relativ breiten Steg ist ein solcher Falz gegenüber einer Verwindung steifer. Zudem wird durch die Mehrlagigkeit eine Dichtigkeit sichergestellt, auch wenn das Streckmetall im Falzbereich nicht vollständig mit Sintermetall bedeckt ist.
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Zur Verbesserung der Dichtigkeit kann eine Schweißnaht, typischerweise in Form einer Rollschweißnaht, ergänzt werden, insbesondere durch ein Laserdurchschweißen. Auf diese Weise kann beim Doppelomegafalz auch die inhärente Falzöffnung verschlossen werden, sodass der Falz nicht mehr öffenbar ist. Für eine solche Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die Öffnung des Falzes von dem von dem Filterelement eingeschlossenen Volumen weg weist, um eine einfache Zugänglichkeit (von außen) zum Schweißen bereitzustellen.
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In Längserstreckung des rohrförmigen Filterelementes weist dieses typischerweise eine konstante Querschnittsfläche auf. In diesem Fall ist die Breite des Sintermetallblechs entlang seiner spiralförmigen Längserstreckung konstant. Der Winkel zwischen Fügelinie und Längserstreckung des rohrförmigen Filterelementes ändert sich dann nicht. Eine solche Ausgestaltung ist einfach herstellbar und nutzt die zur Verfügung gestellte Breite des Sintermetallbleches bestmöglich aus.
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Möglich ist jedoch auch ein Filterelement bereitzustellen, das einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist. Hierfür wird ein Sintermetallblech bereitgestellt, dessen Breite sich über die Längserstreckung zumindest abschnittsweise ändert. Hierdurch ändert sich auch der Winkel zwischen Fügelinie und Längserstreckung des rohrförmigen Filterelementes, wenn die gegenüberliegenden Kanten des Sintermetallblechs miteinander verbunden werden. Durch eine Verbreiterung des Sintermetallblechs wird eine Verjüngung des rohrförmigen Filterelementes bewirkt, da hierdurch der Winkel zwischen Längserstreckung des rohrförmigen Filterelementes und Fügelinie verkleinert wird. Diese Ausgestaltung ist für eine strömungsoptimierte Filterkerze vorteilhaft.
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Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass das rohrförmige Filterelement eine kreisrunde Querschnittsgeometrie aufweist. Grundsätzlich sind auch andere Querschnittsformen, etwa eine elliptische oder eckige möglich. Ein solches, nicht kreisrundes Filterelement kann insbesondere dergestalt hergestellt werden, dass zuerst ein kreisrundes Filterelement hergestellt wird und anschließend den gewünschten Querschnitt erhaltend verformt wird.
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Die vorstehend beschriebene Filterkerze ist vorteilhaft für eine Verwendung in einem Industriewerk zum Reinigen von Heißabluft. Die normalerweise notwendige Abkühlung beim Einsatz von Papierfiltern entfällt aufgrund der oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften des Sintermetallblechs. Die gereinigte Heißabluft kann so unmittelbar für weitere Prozesse oder auch als Fernwärme genutzt werden, ohne einen zusätzlichen Wärmetauscher zu benötigen, der systemimmanent Verluste mit sich bringt. Daher ist ein wesentlich höherer Effizienzgrad gegeben.
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Ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet für derartige Filterkerzen sind Zementwerke. In der Luft eines Zementwerkes ist eine hohe Feinstaubbelastung zu verzeichnen. Insbesondere solche feinstaubbelastete Abluft kann mit einem Sintermetallblech hervorragend gereinigt werden.
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In einer anderen Anwendung ist vorgesehen, die Filterkerze zum Reinigen einer Flüssigkeit zu verwenden.
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Um ein vorstehend beschriebenes Filterelement bereitzustellen, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, die bereits durch das Kalandrieren dem Sintermetallblech innewohnende Krümmung direkt für den Wickelprozess zu nutzen. Hierfür ist die Wickelvorrichtung unmittelbar an die Sintermetallblechherstellungsmaschine angeschlossen. Auf diese Weise wird das Sintermetallblech nicht unnötig zusätzlich gebogen und damit verformt, was insgesamt der Festigkeit des Filterelementes zugutekommt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine erfindungsgemäße Filterkerze,
- 2: einen Einfachfalz und
- 3: einen Doppelomegafalz.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Filterkerze 1. Die Filterkerze 1 umfasst ein Filterelement 2 sowie eine Abschlussplatte 3, die das Filterelement 2 an ihrem einen Ende fluiddicht verschließt.
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Das Filterelement 2 trennt einen das Filterelement 2 außen umgebenden Zuführraum 4 von einem von dem Filterelement 2 eingehüllten Abführraum 5. Zum Filtern eines nicht näher dargestellten Fluides wird dieses von außen aus dem Zuführraum 4, nach innen in den Abführrau 5 durch das Filterelement 2 hindurchgeleitet und durch das nicht verschlossene Ende des Filterelementes 2 abgeführt, beispielsweise an die Umwelt abgegeben. Das Filterelement 2 ist durch ein Sintermetallblech 6 gebildet.
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Das Sintermetallblech 6 umfasst ein Streckmetall als Träger. In 1 ist ein Lochblech als alternativer Träger für ein Streckmetall gezeigt. Die nachstehenden Ausführungen gelten somit sowohl für ein Lochblech als Träger des Sintermetalls als auch für ein Streckmetall, als auch für ein Drahtgewebe. Die Öffnungen in dem Träger sind zum besseren Kenntlichmachen des Trägers in der Darstellung nicht mit Sintermetallpulver gefüllt. Nach dem Füllen der Öffnungen ist der Träger, beispielsweise das Streckmetall, mit dem darin in seine Öffnungen gebrachten Sintermetallpulver kalandriert worden, um es zu einem Blech zu formen. Bereitgestellt wird durch diesen Prozess ein Endlosstreifen eines Sintermetallbleches 6 mit einer vorbestimmten Breite 7. Diese Breite ist produktionsbedingt endlich.
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Um ein Filterelement 2 für eine Filterkerze 1 bereitzustellen, welches für einen hohen Durchsatz an Fluid vorgesehen ist, muss der Abführraum 5 möglichst großvolumig ausgebildet werden. Hierfür ist das Filterelement 2 nach Art eines Wickelfalzrohres ausgebildet. Das bedeutet, dass die gegenüberliegenden, der Längserstreckung des Sintermetallbleches 6 folgenden Kanten 8, 8.1 miteinander verbunden sind. Die dabei gebildete Fügelinie 9 - hier gebildet durch einen Falz 9 und schematisch als Tangente 10 der Fügelinie 9 in der Figur eingezeichnet - gegenüber der Längserstreckung 11 des rohrförmigen Filterelementes 2 um einen Winkel α geneigt ist. Der Winkel α ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel etwa 85°. Erkennbar wird der Unterschied gegenüber 90° durch eine in der Figur eingezeichnete Referenzlinie 12, die im rechten Winkel gegenüber der Längserstreckung 11 des rohrförmigen Filterelementes 2 ausgerichtet ist. Die Fügelinie bzw. der Falz 9 windet sich spiralförmig entlang des Filterelements 2. Erkennbar ist, dass ein erster Abschnitt 13 des Sintermetallbleches 6 einen zweiten Abschnitt 14 mit der jeweils gegenüberliegenden Kante 8, 8.1 kontaktiert, sobald das Sintermetallblech um den Umfang des Abführraumes 5 gewickelt ist. Auf diese Weise kann mittels eines endlich breiten Sintermetallblechs 6 eine weite Formvariation betreffend den Durchmesser als auch der Länge des Filterelements 2 ermöglicht werden.
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Die Grundfläche des Filterelements 2, die in diesem Ausführungsbeispiel der Abschlussplatte 3 entspricht, ist kreisförmig. Denkbar sind jedoch auch andere Querschnittsgeometrien.
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Erkennbar ist, dass die der Längserstreckung des Sintermetallblechs 6 folgenden Kanten 8, 8.1 durch die Nutzung des Streckmetalls nicht ideal eben sind (zu erkennen an dem in der Perspektive nach hinten weisenden Abschluss des Filterelementes 2). Um die Kanten miteinander zu verbinden, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Einfachfalz vorgesehen, wie er in 2 schematisch dargestellt ist:
- In 2 ist auf der linken Seite ein erster Abschnitt 13a (mit durchgezogener Linie gezeichnet) eines nur schematisch dargestellten Sintermetallblechs und auf der rechten Seite ein zweiter Abschnitt 14a (mit gestrichelter Linie gezeichnet) des gleichen Sintermetallblechs dargestellt. Durch die spiralförmige Wicklung trifft die erste der Längserstreckung folgende Kante 8a nach einer bestimmten Länge in Abhängigkeit des Umfangs des Filterelementes sowie dem Winkel zwischen Längserstreckung des rohrförmigen Filterelementes und der Fügelinie wieder aufeinander. Zum Ausbilden des Einfachfalz ist vorgesehen, dass die jeweiligen Kanten 8a, 8.1a ineinander greifend an einem Biegepunkt 15, 15.1 abgekantet sind. Anschließend wird das so gebildete vierlagige Paket zusätzlich verpresst.
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Durchaus möglich ist es, dass durch entsprechendes Verpressen die Kanten 8a, 8.1a derart verformt werden, dass der gebildete Falz vollkommen dicht wird, wie es in 1 angedeutet ist.
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Einen alternativen Falz zum Herstellen eines Sintermetallblechfilterelementes zeigt 3. Hier dargestellt ist ein Doppelomegafalz:
- 3 zeigt einen ersten Abschnitt 13b (mit durchgezogener Linie gezeichnet) sowie einen zweiten Abschnitt 14b (mit gestrichelter Linie gezeichnet) eines nicht näher dargestellten Sintermetallblechs. Zum Ausbilden einer Doppelomegafalz ist vorgesehen, dass beide der Längserstreckung des Sintermetallblechs folgende Kanten 8b, 8.1b in die Form eines Ω-Zeichens gebracht werden, wobei die beiden Kanten, 8b, 8.1b ineinander geformt sind. Die Abfolge von Biegungen in der Doppelomegafalz lautet: eine erste Biegung 16, 16.1, dann eine dieser Biegung 16, 16.1 entgegengesetzte Biegung 17, 17.1, woran sich ein die erste Biegung 16, 16.1 als auch die nachstehend noch weiter beschriebene Biegung 18, 18.1 überspannender Steg 19, 19.1 anschließt, der durch eine gleichsinnige Biegung 20, 20.1 zu der vorherigen Biegung 17, 17.1 abgeschlossen wird, woraufhin das Sintermetallblech abermals gegensinnig zur Biegung 20, 20.1 in der Biegung 18, 18.1 ausgeformt wird. Zwischen allen Biegungen 16, 16.1, 17, 17.1, 18, 18.1, 20, 20.1 ist jeweils ein gerader Abschnitt vorgesehen, wie bereits durch den Steg 19, 19.1 angesprochen. Das so bereitgestellte Doppelomega wird abschließend verpresst, um eine optimale Steifigkeit zu erhalten.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, diese umzusetzen, ohne dass diese im Rahmen dieser Ausführungen näher erläutert werden müssten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filterkerze
- 2
- Filterelement
- 3
- Abschlussplatte
- 4
- Zuführraum
- 5
- Abführraum
- 6
- Sintermetallblech
- 7
- vorbestimmte Breite
- 8, 8.1, 8a, 8.1a, 8b, 8.1b
- Kante
- 9
- Fügelinie/Falz
- 10
- Tangente der Fügelinie
- 11
- Längserstreckung des rohrförmigen Filterelements
- 12
- Referenzlinie
- 13, 13a, 13b
- erster Abschnitt eines Sintermetallblechs
- 14, 14a, 14b
- zweiter Abschnitt eines Sintermetallblechs
- 15, 15.1
- Biegepunkt
- 16, 16.1
- Biegepunkt
- 17, 17.1
- Biegepunkt
- 18, 18.1
- Biegepunkt
- 19, 19.1
- Steg
- 20, 20.1
- Biegepunkt
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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