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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein faltenförmiges Filterelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
US 5,043,000 A wird ein Luftfilterelement beschrieben, das zylindrisch ausgebildet ist und über den Umfang verteilt aus mehreren Filtersegmenten besteht, wobei sich jedes Filtersegment über einen definierten Umfangswinkel erstreckt und als Faltenfilter ausgebildet ist. Im Inneren des Filterelementes ist ein axial verlaufender Hohlraum gebildet, der den gemeinsamen Reinraum für sämtliche Filtersektoren bildet. Die Falten aneinandergrenzender Filtersektoren erstrecken sich in unterschiedliche Richtungen, wobei die Filtersektoren bezüglich einer Mittelebene durch das Filterelement spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein effizient arbeitendes, faltenförmiges Filterelement auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße, faltenförmige Filterelement kann als Flüssigkeitsfilter eingesetzt werden, beispielsweise als Kraftstofffilter oder ggf. auch als Ölfilter. In Betracht kommt aber auch eine Filtration gasförmiger Fluide, beispielsweise eine Verwendung als Luftfilter.
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Das Filterelement weist mindestens zwei Faltenabschnitte auf, wobei innerhalb jedes Faltenabschnitts Falten parallel oder zumindest annähernd parallel zueinander angeordnet sind. Die Faltenabschnitte stehen winklig zueinander, so dass die Falten des ersten und des zweiten Faltenabschnittes nicht-parallel zueinander verlaufen und einen Winkel größer als 0° und kleiner als 180° zueinander einnehmen.
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Die Durchströmung jedes Faltenabschnittes erfolgt in Richtung der Falten, wobei die Stirnseiten bzw. -kanten der Falten auf der Reinseite jeweils an einen Reinraum angrenzen. Jedem Faltenabschnitt ist ein Reinraum zugeordnet, der sich entlang der Stirnseite bzw. -kante an der Reinseite des Faltenabschnittes erstreckt. Die Reinräume der Faltenabschnitte sind miteinander verbunden und bilden einen Gesamt-Reinraum zur Aufnahme des gereinigten Fluids. Da die einzelnen Reinräume miteinander strömungsverbunden sind, genügt eine Abströmöffnung für eine Ableitung des gereinigten Fluids aus sämtlichen Reinräumen.
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Auf Grund der winkligen Anordnung der Falten der Faltenabschnitte zueinander wird zumindest ein Reinraum eines ersten Faltenabschnittes von der Längsseite einer randseitigen Falte des zweiten Faltenabschnittes begrenzt. Die winklige Anordnung der Faltenabschnitte zueinander bedingt auch eine winklige Relativposition der einzelnen Reinräume zueinander.
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Die Reinräume besitzen eine Querschnittsgeometrie, die von dem Verlauf der Stirnseiten bzw. -kanten eines Faltenabschnittes an der Reinseite abhängt. Soweit die Stirnseiten der Falten eines Faltenabschnittes in einer gemeinsamen geraden Linie oder ebenen Fläche liegen, ist der zugehörige Reinraum vorteilhafterweise an der Stirnseite der Falten zumindest annähernd geradflächig ausgebildet und kann ggf. an der gegenüberliegenden Seite von der Seitenfläche der geradflächigen Randfalte des benachbarten Faltenabschnittes begrenzt sein. Je nach Relativwinkellage der Faltenabschnitte zueinander ergibt sich hierdurch ein Reinraum mit winkliger Geometrie nach Art eines Dreiecks oder Trapezes oder, bei einer 90°-Winkelanordnung der Faltenabschnitte zueinander, mit rechteckförmiger Querschnittsgeometrie.
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Sofern die Stirnseiten eines Faltenabschnittes nicht in einer gemeinsamen Linie liegen, sondern einem gekrümmten Verlauf folgen, weist auch der zugehörige Reinraum an dieser Seite einen entsprechend gekrümmten Verlauf auf. Des Weiteren kann ein Reinraum nach außen von einem Teil zur Strömungsleitung begrenzt sein, welche in geeigneter Weise mit einem oder mit beiden Faltenabschnitten verbunden ist, beispielsweise verklebt oder verschweißt ist. In Kombination mit dem gekrümmten Verlauf an den reinseitigen Stirnkanten der Falten des zugehörigen Faltenabschnittes ergibt sich für den Reinraum beispielsweise ein bohnen- bzw. nierenförmiger Querschnitt.
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Es kommen im Grundsatz verschiedene Kombinationen im Hinblick auf die Querschnittsgeometrie des Reinraums in Betracht, die von dem Verlauf der Stirnseiten der Falten des jeweils zugehörigen Faltenabschnittes einerseits und der gegenüberliegenden Wandung zumindest eines Reinraums andererseits abhängt. Soweit eine Wandung des Reinraums von einer angrenzenden Randfalte des benachbarten Faltenabschnittes gebildet wird, ist diese Wandseite geradflächig ausgebildet. Ist dagegen die den Stirnseiten gegenüberliegende Wandung von einem umgreifenden Filtermittelabschnitt oder einem Teil zur Strömungsleitung gebildet, folgt die Querschnittsgeometrie der Wandung des Reinraums an dieser Seite der entsprechenden Geometrie des randseitigen Abschnittes am Filterelement, also das Teil zur Strömungsleitung bzw. dem Filtermittel.
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Das faltenförmige Filterelement weist zumindest zwei Faltenabschnitte auf, deren Falten zueinander winklig ausgerichtet sind. In Betracht kommen aber auch Filterelemente mit mehr als zwei Faltenabschnitten, beispielsweise drei oder vier Faltenabschnitten, wobei zumindest die Falten unmittelbar aneinandergrenzender Faltenabschnitte winklig zueinander ausgerichtet sind und die Reinräume aller Faltenabschnitte miteinander verbunden sind. In jedem Fall ist es vorteilhaft, dass bezüglich einer Längsmittelachse oder einer Längsmittelebene das Filterelement nicht punkt- oder spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße faltenförmige Filterelement zeichnet sich durch eine hohe Faltendichte und eine gute Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums aus, wodurch hohe Filtrationsleistungen realisiert werden können.
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Die verschiedenen Faltenabschnitte können separat voneinander ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die aneinandergrenzenden Faltenabschnitte miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Kleben. In Betracht kommt aber auch eine einteilige Ausbildung des Filterelements, das durch eine entsprechende Faltung in einen ersten und einen zweiten Faltenabschnitt mit parallelen Falten pro Faltenabschnitt unterteilt wird. Das Filtermedium des Filterelements besteht vorzugsweise aus Papier oder Vlies.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass mindestens ein Reinraum randseitig offen ausgebildet ist. Bei der randseitig offenen Ausführung ist der Reinraum nach außen nicht von dem Filterelement begrenzt, sondern von einem Gehäuseabschnitt zur Strömungsleitung, die sich zumindest über einen Teil des Umfanges des Filterelementes erstreckt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Filterabschnitte beispielsweise, wie vorbeschrieben, einteilig aus einem gemeinsamen Filtermittel bzw. -medium hergestellt werden können, wobei die beiden randseitigen Falten der Faltenabschnitte nicht miteinander verbunden sind, sondern offen enden. Die Verbindung erfolgt dann über das Teil zur Strömungsleitung, die mit beiden randseitigen Falten verbunden ist.
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Das Teil zur Strömungsleitung kann mit mindestens einer Endscheibe verbunden sein, die an einer Stirnkante der Faltenabschnitte anliegt. Bevorzugt weist das Filterelement an seinen beiden axialen Stirnseiten jeweils eine Endscheibe auf.
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Alternativ zu einer randseitig offenen Ausführung zumindest eines Reinraums kommt auch eine umseitig geschlossene Ausführung sämtlicher Reinräume in Betracht, was beispielsweise dadurch erreicht wird, dass die einander abgewandten Randfalten der Faltenabschnitte miteinander verbunden werden, beispielsweise mittels Verkleben.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in mindestens einen Reinraum ein Stützgerüst eingesetzt. Vorteilhafterweise erstreckt sich das Stützgerüst in sämtliche Reinräume hinein und sorgt für eine Stabilisierung der Falten jedes Faltenabschnitts. Das Stützgerüst weist beispielsweise Stützrippen auf, die sich quer im Reinraum erstrecken und die Falten benachbarter Faltenabschnitte auf Abstand zueinander halten.
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Soweit mindestens ein Reinraum randseitig offen ausgebildet ist und die offene Seite von einem Teil zur Strömungsleitung geschlossen ist, ist vorteilhafterweise die Gehäuseschale mit dem in den Reinraum einragenden Stützgerüst einteilig ausgeführt. Im Bereich des Umfanges an der Außenseite des Filterelementes kann das Teil zur Strömungsleitung radial nach innen weisende Stützrippen aufweisen, die sich in einen ersten Reinraum hinein erstrecken. Einteilig mit dem Teil zur Strömungsleitung ist das Stützgerüst mit weiteren Rippen ausgebildet, die sich in den zweiten, angrenzenden Reinraum hinein erstrecken. Die Stützrippen bilden jeweils ein Stützgerüst bzw. sind Teil des Stützgerüstes.
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Es kommen sowohl runde als auch abgerundete Querschnittsgeometrien des Filterelementes sowie eckige Querschnittsgeometrien in Betracht. Bei runden Querschnittsgeometrien ist das Filterelement insgesamt beispielsweise zylindrisch ausgeführt oder weist einen elliptischen oder annähernd elliptischen Querschnitt auf. Bei eckigen Querschnittsgeometrien ist das Filterelement beispielsweise quaderförmig ausgeführt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in Explosionsdarstellung die Bauteile eines faltenförmigen Filterelementes mit einem ersten und einem zweiten Faltenabschnitt, deren Falten zueinander rechtwinklig angeordnet sind, mit einem Teil zur Strömungsleitung, welche einteilig mit einem Stützgerüst ausgebildet ist, sowie mit einer ersten Endscheibe an einer Stirnseite des Filterelementes und einer weiteren Endscheibe mit einer Abströmöffnung an der gegenüberliegenden Stirnseite,
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2 das Filterelement im teilweise zusammengebauten Zustand in perspektivischer Ansicht,
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3 eine Draufsicht auf das Filterelement mit erstem und zweitem Filterabschnitt,
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4 eine 2 entsprechende Darstellung eines Filterelementes, jedoch mit dichter gepackten Falten in jedem Faltenabschnitt,
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5 eine Draufsicht auf das Filterelement nach 4,
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6 in Explosionsdarstellung die Komponenten eines faltenförmigen Filterelementes mit rechteckförmiger Querschnittsgeometrie,
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7 in perspektivischer Ansicht das Filterelement aus 6 im montierten Zustand,
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8 eine Draufsicht auf das Filterelement gemäß 6 und 7.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Filterelementes 1 mit einem faltenförmigen Filtermittel bzw. -medium dargestellt, welches beispielsweise aus gefaltetem Papier, einem Schaum oder Vlies besteht. Das Filterelement 1 ist Bestandteil eines Filtereinsatzteils, das in ein aufnehmendes Filtergehäuse einer Filtereinrichtung eingesetzt werden kann. Das Filterelement 1 wird vorzugsweise in einem Flüssigkeitsfilter eingesetzt, insbesondere in einem Kraftstofffilter.
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Das Filterelement 1 umfasst zwei Faltenabschnitte 2 und 3, wobei jeder Faltenabschnitt 2, 3 eine Mehrzahl von zueinander parallelen Einzelfalten aufweist. Im fertig montierten Zustand (2) weist das Filterelement 1 Zylinderform auf. Das Filtermedium des Filterelementes 1 wird radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt, so dass die radial außen liegende Mantelfläche die Rohseite bildet. Die Faltenabschnitte 2 und 3 sind so zueinander ausgerichtet, dass die Falten jedes Faltenabschnittes 2, 3 in einem Winkel von 90° zueinander stehen. Die Reinseite an jedem Faltenabschnitt 2, 3 liegt an den Stirnseiten bzw. -kanten 2a, 3a der Falten, welche der radial außen liegenden Umfangsseite jedes Faltenabschnittes gegenüberliegt. Dementsprechend begrenzen die reinseitigen Stirnkanten bzw. -seiten 2a, 3a jeweils einen Reinraum 4, 5 (2, 3), in dem sich das gereinigte Fluid nach dem Durchströmen der Faltenabschnitte 2, 3 sammelt. Die Falten jedes Faltenabschnittes 2, 3 sind annähernd radial ausgerichtet, so dass die den reinseitigen Stirnkanten 2a, 3a gegenüberliegenden Stirnkanten der Falten die an der Umfangsseite des Filterelementes liegende Roh- bzw. Anströmseite bilden.
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Die Länge der Falten in jedem Faltenabschnitt ist kleiner als der Durchmesser des Filterelementes. Hierdurch ist gewährleistet, dass der erste Reinraum 4, welcher dem ersten Faltenabschnitt 2 zugeordnet ist, sich noch innerhalb einer dem runden Grundquerschnitt folgenden Einhüllenden um das Filterelement 1 befindet; es gibt zur Randseite keine Begrenzung von dem Filtermittel bzw. -medium am Reinraum 4.
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Der zweite Reinraum 5, der dem zweiten Faltenabschnitt 3 zugeordnet ist, erstreckt sich quer durch das Filterelement, wobei die Reinräume 4 und 5 ineinander übergehen. Die Falten des zweiten Faltenabschnittes 3 weisen eine Länge auf, die kleiner ist als der halbe Durchmesser des Filterelementes; zugleich ist die Erstreckung des ersten Faltenabschnittes 1 quer zu seiner Längserstreckung der Falten etwa halb so groß wie der Durchmesser, wobei die randseitige Falte im Faltenabschnitt 2 den Reinraum 5 des zweiten Faltenabschnittes 3 begrenzt. Die Stirnseiten bzw. -kanten 3a des zweiten Faltenabschnittes 3 liegen in einer gemeinsamen Ebene, so dass der Reinraum 5 eine entsprechend geradflächige Begrenzungsseite zum zweiten Faltenabschnitt 3 aufweist. Auf Grund der 90°-Ausrichtung der zwei Faltenabschnitte 2 und 3 zueinander und der den Stirnseiten 3a gegenüberliegenden Randfalte des Faltenabschnittes 2, welche an dieser Seite den Reinraum 5 begrenzt, besitzt der Reinraum 5 einen annähernd rechteckförmigen Querschnitt.
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Die Stirnseiten bzw. -kanten des ersten Faltenabschnittes 2 an der Reinseite liegen dagegen nicht in einer gemeinsamen Ebene, vielmehr bilden die Stirnseiten 2a eine gekrümmte Linie, so dass auch der Reinraum 4 innerhalb der Einhüllenden um das Filterelement 1 einen veränderlichen Querschnitt aufweist, der in Umfangsrichtung zum zweiten Reinraum 5 hin zunimmt. Die Stirnseiten 2a der Falten des ersten Faltenabschnittes 2 erstrecken sich entlang einer konvexen Linie, so dass die jeweils randseitigen Falten im Bereich ihrer Stirnseite 2a sich weniger weit zum Außenumfang hin erstrecken als die mittleren Falten.
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Wie 2 und 3 zu entnehmen, sind die beiden Faltenabschnitte 2 und 3 vorteilhafterweise einteilig aus einem gemeinsamen Filtermittel bzw. -medium ausgebildet. Möglich ist aber auch eine separate Ausführung, wobei die Faltenabschnitte 2, 3 bevorzugt miteinander verbunden werden, beispielsweise im Bereich ihrer aneinander grenzenden randseitigen Falten miteinander verklebt werden, so dass der Reinraum 5 auf der dem anderen Reinraum 4 abgewandten Seite randseitig geschlossen ist.
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Die beiden Reinräume 4 und 5 gehen ineinander über und bilden einen Gesamt-Reinraum, der etwa hakenförmig ausgebildet ist. Der Reinraum 4 ist randseitig offen ausgebildet, wobei, wie in 3 mit gestrichelter Linie eingezeichnet, ggf. auch eine randseitig geschlossene Ausführung in Betracht kommt; in diesem Fall werden die offenen Enden des Filtermediums bzw. -mittels an jedem Faltenabschnitt 2, 3 miteinander verbunden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 wird der randseitig offene Abschnitt im Bereich des Reinraums 4 von einem Teil zur Strömungsleitung 6 begrenzt, die sich über ein Winkelsegment von etwa 90° erstreckt und die offenen Enden der Falten an jedem Faltenabschnitt 2, 3 miteinander verbindet. Die offenen Enden der Falten sind beispielsweise an das Teil zur Strömungsleitung 6 angeklebt oder angeschweißt. Das Teil zur Strömungsleitung 6 begrenzt den ersten Reinraum des ersten Faltenabschnittes 2 und separiert diesen von der Umgebung. Das Teil zur Strömungsleitung 6 ist teilkreisförmig ausgeführt und ergänzt das Filterelement 1 zu einem insgesamt kreisförmigen Gesamtquerschnitt. Das Teil zur Strömungsleitung 6 ist vorteilhafterweise als Kunststoffbauteil ausgeführt.
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Einteilig mit dem Teil zur Strömungsleitung 6 ist ein Stützgerüst 7 ausgebildet, das unter einem Winkel zum Teil zur Strömungsleitung 6 angeordnet ist und in den zweiten Reinraum 5 einragt, welcher dem zweiten Faltenabschnitt 3 zugeordnet ist. Das Stützgerüst 7 weist eine geradlinige Erstreckung auf. Am Stützgerüst 7 sind Stützrippen 8 angeformt (1), die sich über die Breite des Reinraums 5 erstrecken können und im Bereich einer Seite an die Stirnseiten bzw. -kanten 3a des zweiten Faltenabschnittes 3 und an der gegenüberliegenden Seite an die Seitenfläche der randseitigen Falte des ersten Faltenabschnittes 2 angrenzen. Hierdurch wird der Reinraum 5 offen gehalten und eine Ausdehnung der Falten der Faltenabschnitte 2 bzw. 3 in den Reinraum 5 hinein verhindert. Das Stützgerüst 7 mit den Stützrippen 8 sorgt somit für eine Stabilisierung beider Faltenabschnitte 2, 3.
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Auch an der Innenseite des Teils zur Strömungsleitung 6 sind Stützrippen 9 angeformt, welche in den ersten Reinraum 4 einragen, der dem ersten Faltenabschnitt 2 zugeordnet ist. Die Stützrippen 9 folgen vorteilhafterweise dem Querschnitt des ersten Reinraumes 4, so dass die Stirnseiten bzw. -kanten 2a der Falten des ersten Faltenabschnittes 2 die Stützrippen 9 berühren und abstützen.
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Über die axiale Höhe des Filterelementes 1 verteilt sind mehrere Stützrippen 8 und 9 am Stützgerüst 7 bzw. dem Teil zur Strömungsleitung 6 angeformt. Das Stützgerüst 7 kann eine zentrale, sich in Achsrichtung erstreckende Wand aufweisen, an deren beiden Seiten sich die Stützrippen 8 erstrecken. Im Übergang der Wand des Stützgerüstes 7 zum Teil zur Strömungsleitung 6 sind Durchtrittsöffnungen 10 eingebracht, über die eine Strömungsverbindung zwischen den Reinräumen 4 und 5 gewährleistet ist.
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An einer axialen Stirnseite ist am Filterelement 1 eine erste Endscheibe 11 angeordnet, eine zweite Endscheibe 12 befindet sich an der axial gegenüberliegenden Stirnseite des Filterelementes. In die zweite Endscheibe 12 ist ein Stutzen mit einer Abströmöffnung 13 eingebracht, der sich in Höhe des Gesamt-Reinraums befindet, welcher von den beiden Reinräumen 4 und 6 gebildet wird. Über die Abströmöffnung 13 kann das gereinigte Fluid aus dem Gesamt-Reinraum abgeleitet werden.
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Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 sind die Falten in jedem Faltenabschnitt 2 und 3 parallel zueinander ausgerichtet und liegen auf Abstand zueinander, so dass zwischen benachbarten Falten ein Zwischenraum besteht. Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 ist dagegen eine dichtere Packung der Falten in den Faltenabschnitten 2 und 3 gezeigt. Gemäß den 4 und 5 liegen benachbarte Falten in den Faltenabschnitten 2 und 3 unmittelbar aneinander.
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In den 6 bis 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu den ersten Ausführungsbeispielen weist das Filterelement 1 bei den 6 bis 8 insgesamt einen quaderförmigen Gesamtquerschnitt auf. Auch die beiden Faltenabschnitte 2 und 3 des Filterelementes 1 sind jeweils quaderförmig ausgebildet.
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Im Übrigen ist der Grundaufbau analog zu den ersten Ausführungsbeispielen gehalten. Die Faltenabschnitte 2 und 3 weisen jeweils eine Mehrzahl von parallel zueinander liegenden Falten auf, wobei die Falten der beiden Faltenabschnitte 2 und 3 in einem 90°-Winkel zueinander stehen. Die beiden Reinräume 4 und 5, welche den Faltenabschnitten 2 und 3 zugeordnet sind und die sich jeweils an den Stirnseiten bzw. -kanten 2a, 3a der Faltenabschnitte 2, 3 befinden, gehen ebenfalls ineinander über und bilden insgesamt eine L-Form. Der Reinraum 5, welcher dem zweiten Faltenabschnitt 3 zugeordnet ist, weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf und wird an einer Seite von den in einer geraden Linie angeordneten Stirnseiten bzw. -kanten 3a der Falten des Faltenabschnittes 3 begrenzt und an der gegenüberliegenden Seite von der randseitigen Falte des ersten Faltenabschnittes 2. Die Stirnseiten bzw. -kanten 2a des ersten Faltenabschnittes 2 liegen nicht in einer gemeinsamen Linie, vielmehr weisen die Falten eine unterschiedliche Länge auf, wodurch sich ein gestufter Verlauf entlang der Stirnseiten 2a ergibt.
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Der erste Reinraum 4, welcher dem ersten Faltenabschnitt 2 zugeordnet ist, ist randseitig offen ausgebildet, in die offene Seite ist ein Teil zur Strömungsleitung 6 eingesetzt. Die offenen Enden der beiden Faltenabschnitte 2 und 3 werden mit dem Teil zur Strömungsleitung 6 verbunden. Im Bereich der gegenüberliegenden Enden können diese miteinander verbunden werden, um den Reinraum 5 an der dem Reinraum 4 abgewandten Seite nach außen abzuschließen.
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Einteilig mit dem Teil zur Strömungsleitung 6 ist das Stützgerüst 7 ausgebildet, das sich in den Reinraum 5 hinein erstreckt und in einem 90°-Winkel zum Teil zur Strömungsleitung 6 ausgebildet ist. Das Stützgerüst 7 umfasst eine zentrale Wandung, an der Stützrippen 8 angeformt sind, an die seitlich die Stirnkanten 3a der Falten des zweiten Faltenabschnittes 3 bzw. die randseitige Falte des ersten Faltenabschnittes 2 angrenzen. An der Innenseite des Teils zur Strömungsleitung 6 sind weitere Stützrippen 9 angeformt, die in den ersten Reinraum 4 einragen. Zwischen den Stützrippen 8 und 9 sind Durchtrittsöffnungen 10 gebildet, über die die Reinräume 4 und 5 miteinander strömungsverbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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