WO2017050593A1 - Ringfilterelement und filtereinrichtung - Google Patents

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filter
ring
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Hartmut Harr
Frank Rohde
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a ring filter element with a pleat star, which is incorporated at the end face in a first end plate and a second end plate, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a filter device with such a ring filter element and a method for producing such a ring filter element.
  • a ring filter element with the end faces tightly sealing, plate-shaped or foil-shaped sealing material is known.
  • the known ring filter element projects at least one of the filter material at one end tightly covering sealing material radially beyond the filter material, said material is deformable and to a within the
  • Ring filter element lying at its respective end support ring is folded down.
  • About the folded around the support ring sealing material is the
  • Ring filter element radially sealed against a receiving the filter element at the respective end receiving socket.
  • a ring filter element is also known, being provided in this as an end plate made of paper, which is glued to a pleated star of the ring filter element.
  • a disadvantage of the ring filter elements known from the prior art is their comparatively expensive production, in particular in the region of an end disk.
  • the plastic material used up to now can be replaced by a nonwoven material or a paper material, the nonwoven material is completely melted in the welding process and pressed with the bellows or the fold star, whereby it is highly compressed and compacted, which reduces the porosity.
  • an end disk formed of paper material it must in turn be adhesively bonded to the fold star, which means an additional production step and thus an increase in the production costs.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a ring filter element of the generic type, which in particular
  • the present invention is based on the general idea to produce at least one end plate of a known ring filter element of a special paper material, which does not have to be glued as before with a pleated star of the ring filter element, but can be welded to it.
  • the ring filter element according to the invention in this case has the said pleated star, which is incorporated at the end face in a first end plate and a second end plate.
  • the paper material now has weldable components, in particular plastic components, of at least 30% by weight.
  • Ring filter element through the first end plate is possible. This can be dispensed with in particular to be provided for ventilation vent tube, which offers advantages in terms of parts diversity and the
  • Paper material for the end plate is substantially similar to the filter material of the pleat star or may have a higher filtration fineness, that is a higher
  • Grammage have the same thickness. However, it should always be borne in mind that at least a proportion of 30% by weight of weldable constituents, in particular plastic constituents (fibers, resin, further additives), has to be used to enable welding.
  • At least the first end disk is formed from a paper material which has a proportion A of cellulose fibers of greater than 15% by weight and a proportion B of a curable resin of greater than 20% by weight.
  • a proportion B of thermosetting resin it is possible to use the end plate made of the paper material
  • the curable resin of the paper material of the first end disk is a phenolic resin.
  • Phenolic resins are synthetic resins (reaction resins), which are produced by polycondensation of phenols and aldehydes.
  • Important starting materials for the preparation of such a phenolic resin are in particular phenol and formaldehyde.
  • the pleat star on a grooved and / or curled filter paper offers the great advantage that a
  • the filter paper must not be curled and not grooved, as otherwise it may cause possible burns on the compressed areas when welded through the precompressed areas.
  • the present invention is further based on the general idea, a filter device, such as a fuel filter, an oil filter or a
  • the present invention is further based on the general idea to provide a method for producing such a ring filter element, wherein at least the first end plate and the pleat star are welded together by means of ultrasound.
  • ultrasonic welding a frequency of 20,000 Hz and a welding force of 200 N are used, resulting in a welding path of approx. 2.4 mm.
  • Ultrasonic welding is a particularly preferred method for joining thermoplastic Plastics, which generated by means of a generator, a high-frequency alternating current and a coaxial cable to an ultrasonic transducer, the
  • the ultrasonic welding is characterized in particular by a short welding time and a high cost-effectiveness associated therewith.
  • different materials can be connected to each other, which are only slightly heated in the welding area itself, whereby the surrounding material is not damaged.
  • Fig. 1 is a sectional view through an inventive
  • Fig. 2 is a sectional view through an inventive
  • Filter device with a ring filter element according to the invention.
  • an inventive ring filter element 1 has a pleated star, which is incorporated at the end face in a first end plate 3 and a second end plate, not shown.
  • at least the first end disk 3 is formed from a paper material which contains at least a proportion of 30% by weight of weldable components, in particular
  • Plastic components fibers, resin, other additives
  • the paper material has a content A of cellulose fibers of greater than 15% by weight and a proportion B of one
  • curable resin in particular on a phenolic resin, of greater than 20% by weight. This makes it possible to weld the first end plate 3 with the pleated star 2 of the ring filter element 1, whereby in particular a previously required bonding, associated with the additional step required for it, can be omitted.
  • the end plate 3 produced from the paper material according to the invention also has the great advantage that it also has a certain porosity in the state welded to the pleated star 2, which allows venting of an interior space 4 through the end plate 3.
  • a Filter device 5 (see Fig. 2) required ventilation pipe and its assembly completely eliminated, whereby the ring filter element 1 of the invention has a significant added benefit.
  • the pleated star 2 itself is formed from a grooved and / or cuted filter paper.
  • the end plate 3 is formed from a nearly flat filter paper.
  • the filter device 5 has, according to FIG. 2, a filter housing 6, in which the ring filter element 1 according to the invention is arranged and can be designed, for example, as a fuel filter, as an oil filter, as a drinking water filter, but also as a hydraulic filter.
  • the ring filter element 1 is produced as follows: First, the pleat star 2 is folded, in order subsequently to be welded to at least the first end plate 3 by means of ultrasound welding. In the ultrasonic welding process, a frequency of about 20,000 Hz and a welding force of about 200 Newton are used, whereby a welding distance of about 2.4 mm can be achieved.
  • the pleated star 2 itself has about 40 folds.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ringfilterelement (1) mit einem Faltenstern (2), der stirnendseitig in eine erste Endscheibe (3) und eine zweite Endscheibe eingebunden ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass zumindest die erste Endscheibe (3) aus einem Papiermaterial ausgebildet ist, wobei das Papiermaterial schweißbare Bestandteile, insbesondere Kunststoffanteile, von mindestens 30 Gew.-% aufweist. Hierdurch lässt sich eine Entlüftungsfunktion einfach und kostengünstig in die Endscheibe (3) integrieren und dieses zudem kostengünstiger herstellen.

Description

Ringfilterelement und Filtereinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ringfilterelement mit einem Faltenstern, der stirnendseitig in eine erste Endscheibe und eine zweite Endscheibe eingebunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine Filtereinrichtung mit einem solchen Ringfilterelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringfilterelements.
Aus der EP 0 559 01 1 A1 ist ein Ringfilterelement mit die Stirnseiten dicht abdichtenden, platten- oder folienförmigen Dichtmaterial bekannt. Bei dem bekannten Ringfilterelement ragt ein zumindest das Filtermaterial an einer Stirnseite dicht abdeckendes Dichtmaterial radial über das Filtermaterial hinaus, wobei dieses Material verformbar ist und auf einen innerhalb des
Ringfilterelements an dessen betreffendem Ende liegenden Stützring umklappbar ist. Über das um den Stützring umgeklappte Dichtmaterial ist das
Ringfilterelement radial gegenüber einem das Filterelement an dem betreffenden Ende aufnehmenden Aufnahmestutzen gedichtet. Durch eine radiale axial zum Dichtmaterial hin offene Ausnehmung in dem Stützring soll erreicht werden, dass der axiale Bereich des Stützringes, auf dem das Dichtmaterial zur radialen Dichtung gegenüber dem Aufnahmestutzen des Filterelements anliegt, frei von einer radialen Fixierfunktion des Stützrings bleibt. Die radiale Fixierfunktion gegenüber dem Aufnahmestutzen wird somit allein von dem radialen nicht ausgenommenen Bereich des Stützrings übernommen.
Aus der DE 1 959 542 A ist ebenfalls ein Ringfilterelement bekannt, wobei bei diesem als Endscheibe aus Papier vorgesehen ist, welche mit einem Faltenstern des Ringfilterelements verklebt ist. Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ringfilterelementen ist jedoch deren vergleichsweise teure Herstellung, insbesondere im Bereich einer Endscheibe. Das bislang dort eingesetzte Kunststoffmaterial kann zwar durch ein Vliesmaterial oder ein Papiermaterial ersetzt werden, das Vliesmaterial wird jedoch beim Schweißprozess komplett aufgeschmolzen und mit dem Faltenbalg bzw. dem Faltenstern verpresst, wodurch es stark komprimiert und verdichtet wird, was die Porosität reduziert. Bei einer aus Papiermaterial ausgebildeten Endscheibe muss diese wiederum aufwendig mit dem Faltenstern verklebt werden, was einen zusätzlichen Fertigungsschritt und damit eine Erhöhung der Herstellungskosten bedeutet.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Ringfilterelement der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere
kostengünstiger herstellen lässt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest eine Endscheibe eines an sich bekannten Ringfilterelements aus einem speziellen Papiermaterial herzustellen, welches nicht wie bislang mit einem Faltenstern des Ringfilterelements verklebt werden muss, sondern mit diesem verschweißt werden kann. Das erfindungsgemäße Ringfilterelement weist dabei den besagten Faltenstern auf, der stirnendseitig in eine erste Endscheibe und eine zweite Endscheibe eingebunden ist. Erfindungsgemäß weist nun das Papiermaterial schweißbare Bestandteile, insbesondere Kunststoffanteile, von mindestens 30 Gew.-% auf. Durch die schweißbaren Bestandteile ist es möglich, die aus dem Papiermaterial hergestellte Endscheibe mittels Ultraschallverfahren mit dem Faltenstern zu verschweißen, wodurch der bislang beim Verbinden einer Papierendscheibe mit einem Faltenstern erforderliche Klebeschritt entfallen kann. Zudem weist eine solche aus einem derartigen Papiermaterial ausgebildete Endscheibe den großen Vorteil auf, dass diese auch nach dem Verbinden mit dem Faltenstern noch eine so hohe Porosität aufweist, dass eine Entlüftung eines Innenraums des
Ringfilterelements durch die erste Endscheibe hindurch möglich ist. Hierdurch kann insbesondere auf ein bislang zur Entlüftung vorzusehendes Entlüftungsrohr verzichtet werden, was Vorteile hinsichtlich der Teilevielfalt und des
Montageaufwands und damit indirekt auch Vorteile in Bezug auf die
Herstellungskosten bietet. Generell ist eine derartige, aus dem Papiermaterial hergestellte Endscheibe auch als Filtermaterial zu betrachten, wodurch eine zusätzliche Filterfunktion von der Endscheibe erfüllt werden kann. Das
Papiermaterial für die Endscheibe gleicht im wesentlichem dem Filtermaterial des Faltensterns bzw. kann eine höhere Filterfeinheit, das heißt eine höhere
Grammatur bei gleichbleibender Dicke aufweisen. Dabei ist jedoch immer zu berücksichtigen, dass mindestens ein Anteil von 30 Gew.-% schweißbaren Bestandteilen, insbesondere Kunststoffbestandteilen (Fasern, Harz, weitere Additive) aufweist, um eine Verschweißung zu ermöglichen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung, ist zumindest die erste Endscheibe aus einem Papiermaterial ausgebildet, das einen Anteil A an Cellulosefasern von größer als 15 Gew.-% und einen Anteil B an einem aushärtbaren Harz von größer als 20 Gew.-% aufweist. Durch den Anteil B an aushärtbarem Harz ist es möglich, die aus dem Papiermaterial hergestellte Endscheibe mittels
Ultraschallverfahren mit dem Faltenstern zu verschweißen, wodurch der bislang beim Verbinden einer Papierendscheibe mit einem Faltenstern erforderliche Klebeschritt entfallen kann. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das aushärtbare Harz des Papiermaterials der ersten Endscheibe ein Phenolharz. Phenolharze sind Kunstharze (Reaktionsharze), die durch Polykondensation aus Phenolen und Aldehyden hergestellt werden. Wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung eines derartigen Phenolharzes sind insbesondere Phenol und Formaldehyd.
Zweckmäßig weist der Faltenstern ein rilliertes und/oder genocktes Filterpapier auf. Ein derartiges Filterpapier bietet dabei den großen Vorteil, dass eine
Rillierung und Nockung zu einer besseren Faltenstabilisierung führt. Für die Endscheibe darf das Filterpapier nicht genockt und nicht rilliert sein, da es ansonsten bei der Verschweißung durch die vorkomprimierten Bereiche zu möglichen Verbrennungen an den komprimierten Stellen führen kann.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Filtereinrichtung, beispielsweise ein Kraftstofffilter, ein Ölfilter oder ein
Hydraulikfilter, mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen
Ringfilterelement auszustatten. Durch die Senkung der Herstellungskosten für das Ringfilterelement können indirekt selbstverständlich auch die Kosten für die Herstellung der Filtereinrichtung gesenkt werden, wodurch sich
Wettbewerbsvorteile erzielen lassen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringfilterelements anzugeben, bei welchem zumindest die erste Endscheibe und der Faltenstern mittels Ultraschall miteinander verschweißt werden. Beim Ultraschallschweißen werden dabei eine Frequenz von 20.000 Hz und eine Schweißkraft von 200 N verwendet, die zu einem Schweißweg von ca. 2,4 mm führen. Das Ultraschallschweißen ist ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Fügen von thermoplastischen Kunststoffen, wobei mit Hilfe eines Generators ein hochfrequenter Wechselstrom erzeugt und über ein Koaxialkabel zu einem Ultraschallwandler, dem
sogenannten Konverter, übertragen wird, der daraus mit Hilfe eines
magnetostriktiven Effekts oder eines piezoelektrischen Effekts eine mechanische Ultraschallschwingung erzeugt. Diese wird dann an die Sonotrode übertragen. Die Schwingungen selbst werden unter Druck über die strukturierte, oft geriffelte Arbeitsfläche der Sonotrode auf die miteinander zu verschweißenden Werkstücke übertragen. Beim Schweißen von Kunststoffen wird die Schwingung meist vertikal zu den Fügepartnern eingeleitet, woraufhin sich diese erhitzen und beginnen zu erweichen. Das Ultraschallschweißen zeichnet sich insbesondere durch eine kurze Schweißzeit und eine damit verbundene hohe Wirtschaftlichkeit aus. Zudem lassen sich unterschiedliche Materialien miteinander verbinden, die nur im Schweißbereich selbst geringfügig erwärmt werden, wodurch das umliegende Material nicht geschädigt wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes
Ringfilterelement,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße
Filtereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Ringfilterelement.
Entsprechend den Fig. 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßes Ringfilterelement 1 einen Faltenstern auf, der stirnendseitig in eine erste Endscheibe 3 und eine nicht dargestellte zweite Endscheibe eingebunden ist. Um nun das Ringfilterelement 3 kostengünstig herstellen zu können, ist vorgesehen, dass zumindest die erste Endscheibe 3 aus einem Papiermaterial ausgebildet ist, das mindestens einen Anteil von 30 Gew.-% schweißbaren Bestandteilen, insbesondere
Kunststoffbestandteilen (Fasern, Harz, weitere Additive) aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Papiermaterial einen Anteil A an Cellulosefasern von größer als 15 Gew.-% und einen Anteil B an einem
aushärtbaren Harz, insbesondere an einem Phenolharz, von größer als 20 Gew.- % auf. Hierdurch ist es möglich, die erste Endscheibe 3 mit dem Faltenstern 2 des Ringfilterelements 1 zu verschweißen, wodurch insbesondere ein bisher erforderliches Verkleben, verbunden mit dem dafür erforderlichen zusätzlichen Arbeitsschritt, entfallen kann.
Die aus dem erfindungsgemäßen Papiermaterial hergestellte Endscheibe 3 weist darüber hinaus den großen Vorteil auf, dass sie auch im mit dem Faltenstern 2 verschweißten Zustand eine gewisse Porosität aufweist, die eine Entlüftung eines Innenraums 4 durch die Endscheibe 3 hindurch ermöglicht. Hierdurch kann insbesondere auf ein bislang zur Entlüftung bzw. zur Entgasung einer Filtereinrichtung 5 (vgl. Fig. 2) erforderliches Entlüftungsrohr sowie dessen Montage komplett entfallen, wodurch das erfindungsgemäße Ringfilterelement 1 einen erheblichen Zusatznutzen aufweist.
Der Faltenstern 2 selbst ist aus einem rillierten und/oder genockten Filterpapier ausgebildet. Die Endscheibe 3 ist aus einem nahezu ebenen Filterpapier ausgebildet. Die Filtereinrichtung 5 weist gemäß der Fig. 2 ein Filtergehäuse 6 auf, in welchem das erfindungsgemäße Ringfilterelement 1 angeordnet ist und kann beispielsweise als Kraftstofffilter, als Ölfilter, als Trinkwasserfilter, aber auch als Hydraulikfilter ausgebildet sein.
Hergestellt wird das erfindungsgemäße Ringfilterelement 1 wie folgt: Zunächst wird der Faltenstern 2 gefaltet, um anschließend mit zumindest der ersten Endscheibe 3 mittels Ultraschallschweißverfahren verschweißt zu werden. Bei dem Ultraschallschweißverfahren werden dabei eine Frequenz von ca. 20.000 Hz und eine Schweißkraft von ca. 200 Newton verwendet, wodurch ein Schweißweg von ca. 2,4 mm erreicht werden kann. Der Faltenstern 2 selbst weist ca. 40 Falten auf.
Üblicherweise erfolgte bislang eine Aushärtung des Faltensterns 2 vor dem Verbinden mit der Endscheibe 3. Anschließend wurde die PA Endscheibe mittels eines Aufplastifizierprozesses mit dem Faltenstern verbunden, was eine erhebliche Taktzeit pro Aufplastifizierung benötigt. Im vorliegenden Fall kann die Endscheibe 3 mit dem Faltenstern 2 durch einen erheblich schnelleren
Schweißprozess miteinander verbunden werden, da der Aushärtevorgang des Filterpapiers nachfolgendend und gemeinsam geschehen kann. Hierdurch wird die gesamte Taktzeit für die Herstellung reduziert, ein Aushärten sowohl des Faltensterns 2 als auch der Endscheibe 3 nunmehr gemeinsam erfolgen kann, wodurch geringe Taktzeiten möglich sind. Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Ringfilterelement 1 lässt sich dieses deutlich kostengünstiger herstellen und zudem noch eine Porosität in der Endscheibe 3 erreichen, die rein theoretisch sogar eine eigene Filterfunktion ermöglicht, auf jeden Fall aber eine Entgasung bzw. eine Entlüftung ermöglicht, wodurch auf ein bislang erforderliches Entlüftungsrohr gänzlich verzichtet werden kann, wodurch weitere Vorteile erreicht werden können.

Claims

Patentansprüche
1 . Ringfilterelement (1 ) mit einem Faltenstern (2), der stirnendseitig in eine erste Endscheibe (3) und eine zweite Endscheibe eingebunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die erste Endscheibe (3) aus einem Papiermaterial ausgebildet ist, wobei das Papiermaterial schweißbare Bestandteile, insbesondere
Kunststoffanteile, von mindestens 30 Gew.-% aufweist.
2. Ringfilterelement (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die schweißbaren Bestandteile der zumindest ersten Endscheibe (3) aus Faser, Harz und/oder einem weiteren Additiv bestehen.
3. Ringfilterelement (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die erste Endscheibe (3) aus einem Papiermaterial ausgebildet ist, wobei das Papiermaterial einen Anteil A an Cellulosefasern von größer als 15 Gew.-% und einen Anteil B an einem aushärtbaren Harz von größer als 20 Gew.- % aufweist.
4. Ringfilterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die erste Endscheibe (3) und der Faltenstern (2) fest miteinander verbunden, insbesondere mittels Ultraschall miteinander verschweißt, sind.
5. Ringfilterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Papiermaterial eine Porosität aufweist, die eine Entlüftung eines Innenraums durch die erste Endscheibe (3) erlaubt.
6. Ringfilterelement nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Endscheibe (3) am Innendurchmesser zwischen Faltenstern (2) und gehauseseitigem Innenrohr mindestens eine Dichtstelle zwischen Roh- und Reinseite aufweist oder,
- dass die Endscheibe (3) am Außendurchmesser zwischen Faltenstern (2) und Gehäusewand mindestens eine Dichtstelle zwischen der Roh- und Reinseite aufweist.
7. Ringfilterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das aushärtbare Harz ein Phenolharz ist.
8. Ringfilterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Faltenstern (2) ein rilliertes oder genocktes Filterpapier aufweist.
9. Ringfilterelement nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endscheibe (3) aus einem nahezu ebenen Filterpapier besteht.
10. Filtereinrichtung (5) mit einem Filtergehäuse (6) und einem darin
angeordneten Ringfilterelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
1 1 . Filtereinnchtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Filtereinrichtung (5) als Kraftstofffilter, als Ölfilter, als Luftfilter, als Trinkwasserfilter oder als Hydraulikfilter ausgebildet ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Ringfilterelements (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest die erste Endscheibe (3) und der Faltenstern (2) mittels Ultraschall miteinander verschweißt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Ultraschallschweißen eine Frequenz von 20.000 Hz und eine Schweißkraft von 200 N verwendet werden.
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