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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein fluidführendes Gehäuse, insbesondere gas-, öl-, kraftstoff- oder wasserführendes Gehäuse, einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrisch betriebenen Heizeinrichtung zum Erwärmen von Fluid in dem Gehäuse.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 102 56 444 A1 ist eine Kraftstofffilteranordnung mit einem integrierten Brennstoffheizer zu entnehmen mit einem Gehäuse mit einer ringförmigen Außenoberfläche und einem darin angeordnetem Kraftstofffilter. Ein Heizelement ist zwischen der ringförmigen Außenoberfläche des Filteranordnungsgehäuses und dem Kraftstofffilter angeordnet.
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Die
US 6 020 578 A offenbart ein elektrisches Heizelement, welches bahn- oder mattenförmig gestaltet sein kann mit einem in einem Gewebe angeordneten netzförmig ausgebildeten Leiter und einer Trägerkomponente, wobei der Draht.
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Der
US 2 922 867 A ist eine leitende Oberflächenabdeckung zu entnehmen mit einem elektrischen Heizelement auf einer isolierenden flexiblen Kunststoffoberfläche.
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Aus der
DE 10 2009 058 159 A1 ist eine Filtereinrichtung für Fluide, insbesondere für Kraftstoffe einer Brennkraftmaschine, bekannt. Die Filtereinrichtung weist eine elektrische Heizung zum Erwärmen von Fluid, das zur Filtrierung durch die Filtereinrichtung strömt, auf. Ein Filterelement ist in einem Filtergehäuse angeordnet. Die Heizung weist mindestens eine Heizbahn auf, welche das Filterelement wenigstens teilweise umgibt. Die Heizbahn ist auf einer Trägerfolie angeordnet. Die Trägerfolie ist, von dem Fluid anströmbar, mit einem formstabilen Rahmen verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fluidführendes Gehäuse der eingangs genannten Art auszugestalten, bei dem die Heizeinrichtung zum Erwärmen des Fluids möglichst einfach und robust aufgebaut ist. Die Heizeinrichtung soll ferner das Fluid in dem Gehäuse effizient und zuverlässig erwärmen. Im Übrigen soll die Heizeinrichtung mit möglichst wenigen Bauteilen realisierbar sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens eine Wand des Gehäuses mit einem elektrisch heizenden Textil versehen ist.
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Erfindungsgemäß weist die Heizeinrichtung ein elektrisch heizendes Textil auf. Das elektrisch heizende Textil ist mit einer Stromquelle, vorzugsweise der Stromversorgung der Brennkraftmaschine oder des Kraftfahrzeugs, verbunden. Vorteilhafterweise kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, mit der die Stromzufuhr im heizenden Textil und damit die Heizleistung gesteuert, vorzugsweise geregelt, werden kann. Das elektrisch heizende Textil besteht aus Fasern oder Garnen. Zumindest ein Teil der Fasern oder Garne ist elektrisch leitfähig. Das Textil kann einfach vorzugsweise durch Weben oder Stricken realisiert sein. Das Textil kann auch mittels anderer Textiltechnologien realisiert sein, insbesondere mittels Sticken, Wirken oder Rascheln. Ein Textil kann einfach geformt werden. Es kann so flexibel an, in oder auf der Wand des Gehäuses angeordnet werden. Das Textil kann einfach an die Form der Wand angepasst werden. Es kann insbesondere einfach an die Wand angeschmiegt werden. So können unterschiedliche, auch komplex geformte Wände mit dem Textil versehen werden. Das Textil kann von der Wand des Gehäuses getragen werden. So ist kein zusätzliches Trägerelement, insbesondere auch kein zusätzlicher formstabiler Rahmen wie bei der aus der Stand der Technik bekannten Filtereinrichtung, erforderlich. Das Textil kann auch in einer Weise mit der Wand verbunden sein, dass es diese zusätzlich stabilisieren kann. Durch das Einbinden einer textilen Struktur in, an oder auf die Wand des Gehäuses kann deren Steifigkeit und Festigkeit verbessert werden. Die Tragefunktion des Gehäuses kann durch das Textil verbessert werden. Zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen wie Rippen oder Sicken sind so nicht erforderlich. Für das Gehäuse, insbesondere die Wand, das mit dem Textil versehen ist, kann so ein einfacheres, kostengünstigeres und verstärktes Matrixmaterial verwendet werden. Ferner kann das Textil bei einer Gewalteinwirkung auf das Gehäuse, insbesondere bei einem Unfall, einfach verhindern, dass dieses so bricht, dass Fluid austritt. Dies ist insbesondere bei einer Verwendung bei Kraftstofffiltern im Kraftfahrzeugbereich von großem Vorteil, da dort aus Sicherheitsgründen erhöhte Anforderungen an die Bruchsicherheit des Gehäuses gestellt werden.
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Das Textil kann derart im Gehäuse angeordnet sein, dass es direkten Kontakt mit dem Fluid hat und dieses unmittelbar erwärmen kann. Vorteilhafterweise kann es von dem Fluid angeströmt oder umströmt werden. Es kann auch so angeordnet sein, dass es von dem Fluid durchströmt wird. In diesem Fall kann das Textil zusätzlich eine Filtrationsfunktion zur Entfernung von Partikeln aus dem Fluid und/oder eine Koaleszenzfunktion zur Abscheidung von Wasser aus dem Fluid, insbesondere Kraftstoff oder Öl, erfüllen. Das Textil kann aber auch in der Wand angeordnet und vollständig eingebettet sein. Das Textil kann dann mittelbar über die Wand des Gehäuses das Fluid temperieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann das elektrisch heizende Textil ein Gewebe oder Gestrick mit elektrisch leitenden Fasern, insbesondere Garnen, sein. Über die elektrisch leitenden Fasern kann das Textil mittels der Stromquelle auf die erforderliche Temperatur gebracht werden. Ein Gewebe oder ein Gestrick kann einfach mit herkömmlichen Textilverarbeitungsmethoden realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann das Gewebe oder Gestrick elektrisch nicht leitende Fasern, insbesondere Garne, aufweisen. Die elektrisch nicht leitenden Fasern, insbesondere Garne, können einfach mit den elektrisch leitenden Fasern, insbesondere Garnen, verwoben oder verstrickt sein. Je nach Anforderung an das Textil kann das Mischungsverhältnis zwischen elektrisch leitenden Fasern und elektrisch nicht leitenden Fasern und/oder deren Verteilung variiert werden. Durch die Mischung von elektrisch leitenden Fasern und elektrisch nicht leitenden Fasern können die Eigenschaften der beiden Faserarten jeweils, vorzugsweise unabhängig voneinander, optimiert werden und miteinander kombiniert werden. Vorteilhafterweise können die elektrisch nicht leitenden Fasern andere mechanische Eigenschaften insbesondere in Bezug auf Festigkeit und/oder Elastizität aufweisen als die elektrisch leitenden Fasern.
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Ferner kann vorteilhafterweise das elektrisch heizende Textil elastisch sein. Das elastische Textil kann Verformungen des Gehäuses, insbesondere aufgrund von Vibrationen und/oder Temperaturänderungen, ausgleichen. Ein elastisches Textil kann unter einer mechanischen Vorspannung mit der Wand verbunden sein. So können die mechanischen Eigenschaften des Gehäuses weiter verbessert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das elektrisch heizende Textil auf einer einem Innenraum des Gehäuses zugewandten Seite der wenigstens einen Wand angeordnet sein. So kann das zu erwärmenden Fluid das elektrisch heizende Textil direkt anströmen. Die Wärmeübertragung zwischen dem Textil und dem Fluid kann so verbessert werden. Dies kann sich positiv auf die Energiebilanz beim Betreiben der Heizeinrichtung auswirken. Das Textil kann vorteilhafterweise auf der Oberfläche der Wand angeordnet sein. So kann es einfach auch nachträglich in einem bestehenden Gehäuse montiert werden. Bei einer flächigen Befestigung an der Wand kann die stabilisierende Wirkung des Textils verbessert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das elektrisch heizende Textil in die wenigstens eine Wand des Gehäuses integriert. Auf diese Weise kann die Stabilität der Verbindung zwischen dem Textil und der Wand verbessert werden. Das Textil kann vorteilhafterweise vollständig in der Wand integriert sein. Auf diese Weise kann das Textil in der Wand geschützt sein. Ferner kann die Stützfunktion des Textils verbessert werden. Das Textil kann vorteilhafterweise auch nur mit einer Seite in die Wand integriert sein. So kann die dem Innenraum zugewandte freie Seite des Textils vom Fluid angeströmt werden und so direkt mit dem Fluid in Kontakt stehen. Dies kann die Wärmeübertragung verbessern.
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Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Wand aus Kunststoff und das elektrisch heizende Textil ist in der wenigstens einen Wand wenigstens teilweise eingebettet. Das elektrisch heizende Textil ist in der Wand umspritzt oder eingeformt. Das Textil wird einfach bei der Herstellung des Kunststoffgehäuses mit Kunststoff umspritzt oder das Textil wird bei einem Blasformprozess zur Herstellung des Gehäuses in die Wand integriert. Das Textil kann so einfach mit der Wand verbunden und in dieser eingebettet werden. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Verbindung des Textils mit der Wand ist nicht erforderlich. Mit dem Kunststoff der Wand und dem Textil kann eine Art Kompositstruktur aufgebaut werden. Dies kann sich positiv auf die Stabilität der Wand, deren Tragfähigkeit und Steifigkeit auswirken.
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Alternativ kann vorteilhafterweise das elektrisch heizende Textil auf einer Oberfläche der wenigstens einen Wand des Gehäuses angeordnet, insbesondere aufgeklebt, sein. So kann das Textil einfach auf der Oberfläche der wenigstens einen Wand, auch nachträglich, angeordnet werden. Durch Kleben kann eine stabile, auch flächige Verbindung zwischen dem Textil und der Wand realisiert werden. Das Textil kann so auch mit einer Wand verbunden werden, in die das Textil, insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen, nicht eingebettet werden kann. So kann das Textil insbesondere auch mit Keramikgehäusen oder Metallgehäusen verbunden werden. Bei einer Verwendung des Textils in Verbindung mit einem Metallgehäuse können vorteilhafterweise elektrisch leitende Elemente des Textils gegen das Metall des Gehäuses elektrisch isoliert sein.
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Erfindungsgemäß ist das fluidführende Gehäuse Teil einer Ölwanne oder einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung. Dies kann insbesondere bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen in kalter Umgebung von Vorteil sein. Bei der Verwendung des Textils bei einer Ölwanne kann das in der Ölwanne enthaltene Öl mit dem Textil effizient erwärmt werden, so dass die Viskosität verringert wird. Durch die Erwärmung der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung kann das Kurbelgehäusegas einfach temperiert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der erfindungsgemäße und nicht erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch:
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1 einen Halbschnitt eines nicht erfindungsgemäßen Kraftstofffilters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Heizeinrichtung zur Erwärmung des Kraftstoffs;
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2 eine isometrische Darstellung einer Ölwanne einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Heizeinrichtung zur Erwärmung des Motoröls.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehener, nicht erfindungsgemäßer Kraftstofffilter für flüssigen Kraftstoff einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Kraftstofffilter 10 ist in hier nicht weiter interessierender Weise in einer nicht gezeigten Kraftstoffzuleitung der Brennkraftmaschine angeordnet.
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Der Kraftstofffilter 10 umfasst ein Filtergehäuse 12 mit einem zylindrischen Topf 14, welcher mit einem Deckel 16 verschlossen ist. Der Topf 14 ist aus Kunststoff. Er ist über eine flüssigkeitsdichte Bördelverbindung mit dem Deckel 16 verbunden. Der Topf 14 verfügt über eine geschlossene zylindrische Umfangswand 18, welche im unteren Bereich in einen Topfboden 20 übergeht. In dem Deckel 16 ist ein Auslassstutzen 22 für den gefilterten Kraftstoff vorgesehen, der mit einem Innenraum 23 eines Filterelements 24 des Kraftstofffilters 10 verbunden ist. Bei dem dargestellten Filterelement 24 handelt es sich um ein Rundfilterelement. Der Innenraum 23 des Filterelements 24 bildet dessen Reinseite.
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Das Filterelement 24 ist in einem Innenraum 26 derart angeordnet, dass es einen Einlassstutzen 28 für den filtrierten Kraftstoff dichtend von dem Auslassstutzen 22 trennt. Der Einlassstutzen 28 befindet sich ebenfalls im Deckel 16. Der Einlassstutzen 28 ist mit einem das Filterelement 24 radial außen umgebenden rohseitigen Ringraum 30 verbunden. Das Filterelement 24 wird vom Kraftstoff vom Ringraum 30, radial außen, zum Innenraum 23, radial innen, in der 1 angedeutet durch einen Pfeil 31, durchströmt.
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Auf den dem Innenraum 26 des Filterelements 24 zugewandten Innenseiten der Umfangswand 18 und des Topfbodens 20 ist flächig geschlossen ein elektrisch heizendes Textil 32 einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 33 versehenen Heizeinrichtung angeordnet. Das Textil 32 ist einseitig in dem Kunststoff der Umfangswand 18 und des Topfbodens 20 eingebettet. Die dem Innenraum 26 zugewandte freie Oberfläche des Textils 32 kann so direkt von dem zu filtrierenden Kraftstoff angeströmt werden und diesen erwärmen. Der Kraftstoff wird auf diese Weise erwärmt, bevor er das Filterelement 24 durchströmt. Somit wird die Fließfähigkeit des Kraftstoffs verbessert und ein Differenzdruck zwischen der Rohseite und der Reinseite des Filterelements 24 verringert.
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Das elektrisch heizende Textil 32 ist ein Mischgewebe aus elektrisch leitenden Garnen und elektrisch nicht leitenden Garnen. Das Textil 32 ist für sich alleine, vor der Verbindung mit dem Topf 14, formbar. Außerdem ist das Textil 32 vor der Verbindung mit dem Topf 14 elastisch dehnbar.
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Das Textil 32 ist über Stromversorgungsleitungen 34 und über eine hier nicht weiter interessierende, nicht gezeigte Steuereinheit mit einer Stromquelle 36 verbunden. Die Stromversorgungsleitungen 34 führen in hier nicht weiter interessierender Weise durch den Deckel 16 hindurch. Bei der Stromquelle 36 handelt es sich um das Bordnetz des Kraftfahrzeugs. Die Steuereinheit gehört zum Thermomanagement der Brennkraftmaschine. Sie kann zusätzlich mit entsprechenden Temperatursensoren verbunden sein, welche sich im oder am Kraftstofffilter 10 befinden können. Mit der Steuereinheit kann der Versorgungsstrom für das Textil 32 und damit dessen Heizleistung geregelt werden. Mit dem Textil 32 kann eine Heizflächenleistung von beispielsweise bis etwa 1250 Watt/m2 oder mehr eingebracht werden.
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Zur Herstellung des Kraftstofffilters 10 werden der Topf 14 und der Deckel 16 separat gefertigt. Der Topf 14 wird aus Kunststoff nach einem Spritzgussverfahren hergestellt. Das Textil 32 wird hierzu in eine entsprechende Form platziert. Anschließend wird der geschmolzene Kunststoff in die Form eingebracht. Der Kunststoff dringt dabei partiell in das Textil 32 ein. Das Textil 32 wird auf der dem Innenraum 26 zugewandten Seite der Umfangswand 18 und des Topfbodens 20 einseitig umspritzt und flächig eingebettet. Nach Aushärten des Kunststoffs ist das Textil 32 mit einer Seite fest in der Innenseite des Topfes 14 integriert. Das Textil 32 stabilisiert den Topf 14. Es verleiht dem Topf 14 eine zusätzliche Steifigkeit. So verhindert das Textil 32 beispielsweise bei einer Gewalteinwirkung auf den Topf 14, beispielsweise bei einem Unfall, dass dieser in einer Weise bricht, dass Kraftstoff austreten kann.
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In der 2 ist eine Ölwanne 112 für Motoröl einer ansonsten nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die Ölwanne 112 ist aus Kunststoff. Auf einer einem Innenraum 126 zugewandten Seite eines Bodens 120 der Ölwanne 112 ist ein elektrisch heizendes Textil 132 einer elektrischen Heizeinrichtung 133 angeordnet, welches im Wesentlichen dem elektrisch heizenden Textil 32 des Kraftstofffilters 10 aus der 1 entspricht. Das Textil 132 ist wie dort einseitig in der Oberfläche des Bodens 120 eingebettet. Es steht auf der dem Innenraum 126 zugewandten Seite mit dem dort befindlichen Motoröl in direktem Wärmekontakt. Das Motoröl kann so einfach und effizient mittels dem Textil 132 erwärmt werden.
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Das Textil 132 ist analog zu dem Textil 32 des Kraftstofffilters 10 aus der 1 über Stromversorgungsleitungen 134 und einer nicht gezeigten Steuereinheit mit der Stromquelle 136 des Bordnetzes der Brennkraftmaschine verbunden.
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Die Herstellung der Ölwanne 112 und die Verbindung mit dem Textil 132 erfolgt analog zur Herstellung des Topfes 14 des Kraftstofffilters 10 aus der 1 nach einem Spritzgussverfahren. Das Textil 132 wird am Boden 120 der Ölwanne 112 einseitig mit Kunststoff umspritzt und eingebettet. Nach Aushärten des Kunststoffs bildet das Textil 132 eine zusätzliche mechanische Verstärkung des Bodens 120 der Ölwanne 112 in Art einer Kompositstruktur.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Kraftstofffilters 10 und einer Ölwanne 110 sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine Ölwanne 110 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Bauteilen einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden, welche ein fluidführendes Gehäuse aufweisen. Anstelle von Kraftstoff oder Öl kann das fluidführende Gehäuse auch Gas, beispielsweise Luft, oder Wasser führen. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo Fluid in einem fluidführenden Gehäuse erwärmt werden soll. Sie kann auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik, beispielsweise bei Industriemotoren, eingesetzt werden.
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Bei dem Kraftstofffilter 10 kann anstelle des runden Filterelements 24 auch ein andersförmiges Filterelement, beispielsweise mit einer ovalen oder eckigen Grundfläche, oder ein Flachfilterelement verwendet werden.
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Das elektrisch heizende Textil 32; 132 kann statt als Gewebe auch mittels andersartigen Textiltechnologie realisiert sein, insbesondere mittels Stricken, Sticken, Wirken oder Rascheln. Das elektrisch heizende Textil 32; 132 kann auch ausschließlich aus elektrisch leitenden Garnen bestehen. Anstelle von Garnen können auch lediglich Fasern eingesetzt werden.
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Das Textil 32; 132 kann statt elastisch auch unelastisch sein. Es kann auch nur in bestimmte Richtungen elastisch sein.
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Das Textil 32; 132 kann statt in einer Oberfläche der Umfangswand 18, des Topfbodens 20 oder des Bodens 120 auch vollständig in die jeweilige Wand integriert, beispielsweise vollständig umspritzt, sein. Die Erwärmung des Fluids kann dann mittelbar über den Kunststoff der Umfangswand 18, des Topfbodens 20 und/oder des Bodens 120 erfolgen.
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Das Textil 32; 132 kann statt in die Umfangswand 18, den Topfboden 20 und den Boden 120 integriert, beispielweise eingegossen oder mittels eines Blasformverfahrens eingeformt, auch aufgeklebt oder in anderer Weise mittels einer oberflächlichen Verbindung mit der Umfangswand 18, dem Topfboden 20 und dem Boden 120 verbunden sein.
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Statt nach einem Spritzgussverfahren können der Topf 14 oder die Ölwanne 114 auch nach einem Blasformverfahren hergestellt werden und das Textil 32; 132 kann entsprechend in den Kunststoff eingebettet werden.
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Der Topf 14 und die Ölwanne 112 können auch separat ohne das Textil 32; 132 vorgefertigt werden. Das Textil 32; 132 kann auf die entsprechende Oberfläche des vorgefertigten Topfes 14 oder der vorgefertigten Ölwanne 112 aufgelegt und mit weiterem Kunststoff umspritzt oder in anderer Weise, beispielsweise mittels kleben, mit dem Topf 14 bzw. der Ölwanne 112 verbunden werden.
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Der Topf 14 oder die Ölwanne 112 kann statt aus Kunststoff auch aus einem andersartigen Material, beispielsweise Metall oder Keramik oder einem Materialmix, sein.
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Die Stromquelle 36; 136 kann auch eine vom Bordnetz getrennte oder trennbare Stromquelle sein.
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Die Heizeinrichtung 33; 133 kann beispielsweise eine eigene Steuereinheit aufweisen und kann beispielsweise über eine trennbare Verbindung auch nachträglich mit dem Bordnetz verbunden werden.
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Bei dem Kraftstofffilter 10 können Stromversorgungsleitungen 34 statt durch den Deckel 16 auch durch den Topf 14 hindurchführen.
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Das Textil 32 kann bei dem Kraftstofffilter 10 auch lediglich an der Umfangswand 18 oder lediglich am Topfboden 20 angeordnet sein. Stall umfangsmäßig geschlossen kann das Textil 32 auch nur abschnittsweise an der Umfangswand 18 und/oder dem Topfboden 20 angeordnet sein.
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Das Textil 32 kann mit der entsprechenden Umfangswand 18, dem Topfboden 20 auch als eine Art Kompositstruktur aufgebaut sein.
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Statt am Boden 120 der Ölwanne 112 kann das Textil 132 auch an Wänden der Ölwanne 112 angeordnet sein. Das Textil 132 kann flächig geschlossen oder nur abschnittsweise sowohl am Boden 120 als auch an den Seitenwänden der Ölwanne 112 angeordnet sein.