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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigfiltereinrichtung für eine gefriergefährdete Flüssigkeit mit einem Filtergehäuse und einem darin angeordneten Ringfilterelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
US 7,481,319 B2 ist eine gattungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung für eine gefriergefährdete Flüssigkeit bekannt, mit einem Filtergehäuse sowie einem darin angeordneten Ringfilterelement, das eine Rohseite von einer Reinseite trennt. Um eine Volumenänderung beim Gefrieren ausgleichen zu können, ist ein deformierbares Expansionselement vorgesehen.
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Aus der
US 2014/0158607 A1 ist eine weitere gattungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung für eine gefriergefährdete Flüssigkeit bekannt, mit einem in einem Filtergehäuse angeordneten Ringfilterelement. Auch bei dieser Flüssigfiltereinrichtung sind Deformationselemente zur Aufnahme eines beim Gefrieren der zu filternden Flüssigkeit erforderlichen Ausgleichsvolumens.
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Aus der
US 2013/0126416 A1 ist wiederum eine gattungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung mit einem in einem Filtergehäuse angeordneten Ringfilterelement bekannt, wobei zusätzlich zumindest ein Membranelement vorgesehen ist, welches eine gefrierbedingte Volumenzunahme ausgleichen kann.
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Aus der
DE 10 2012 003 156 B4 ist eine Filterkartusche für eine gefriergefährdete Flüssigkeit bekannt. Diese weist zumindest eine Filterwand und zumindest eine Stützwand auf, welche mit der Filterwand einen Innenraum bildet und wobei zumindest eine Stützwand zumindest einen steifen Wandabschnitt und zumindest einen flexiblen Wandabschnitt aufweist. Über den flexiblen Wandabschnitt ist dabei auch eine gefrierbedingte Volumenzunahme ausgleichbar.
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Generell besteht bei Flüssigfiltereinrichtungen, die gefriergefährdete Flüssigkeiten filtern, wie bspw. Wasser oder Harnstoff (Urea), stets die Gefahr, dass die bei einem Gefrieren der Flüssigkeit auftretende Volumenzunahme Beschädigungen der Flüssigfiltereinrichtung hervorruft. Hierzu ist es bekannt, druckdeformierbare Deformationselemente zu verwenden.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Flüssigfiltereinrichtungen ist jedoch, dass die Deformationselemente nicht nur chemisch stabil gegenüber den zu filternden Medium, sondern auch stabil gegen mögliche Eiskristalle sein müssen. Hierdurch ist es erforderlich, für jede Art an zu filternder Flüssigkeit die jeweilige Eignung der Deformationselemente zu ermitteln, was einen nicht zu unterschätzenden Aufwand bedeutet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Flüssigkeitsfiltereinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Flüssigfiltereinrichtung für eine gefriergefährdete Flüssigkeit, wie bspw. Wasser oder Harnstoff, eine Luftkammereinrichtung vorzusehen, die stets, d. h. unabhängig von einem Betriebs- oder Ruhezustand, ein entsprechendes Luftvolumen zur Verfügung stellt, welches als Ausgleichsvolumen für die gefriergefährdete Flüssigkeit beim Gefrieren genutzt werden kann. Die erfindungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung weist dabei ein Filtergehäuse sowie ein darin angeordnetes Ringfilterelement auf, das eine Rohseite von einer Reinseite trennt. In dem Filtergehäusedeckel ist vorzugsweise ein Auslassstutzen für gereinigte Flüssigkeit angeordnet, wobei oberhalb des Ringfilterelements die zuvor beschriebene Luftkammereinrichtung angeordnet ist, welche mit der Reinseite kommunizierend verbunden und derart ausgebildet ist, dass sie bei einem Befüllen der Flüssigfiltereinrichtung, im Betrieb sowie bei einem Entleeren der Luftkammereinrichtung stets zumindest teilweise mit Luft gefüllt ist und dadurch ein Ausgleichsvolumen für die gefriergefährdete Flüssigkeit bereit stellt. Durch die erfindungsgemäße Luftkammereinrichtung kann somit auf die bislang aus dem Stand der Technik bekannten Deformationselemente gänzlich verzichtet werden, wodurch eine Anpassung hinsichtlich der chemischen oder physikalischen Stabilität der einzelnen Deformationselemente an die jeweils zu filternde Flüssigkeit entfallen kann. Durch die erfindungsgemäße Luftkammereinrichtung kann auch unabhängig vom Betriebszustand der Flüssigfiltereinrichtung stets gewährleistet werden, dass eine bei einem Gefrieren auftretende Volumenzunahme auftretendes Ausgleichsvolumen bereit gestellt werden kann, sodass die Flüssigfiltereinrichtung in sämtlichen Betriebszuständen frostsicher ist.
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Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftkammereinrichtung weist diese einen unteren Radialkragen, einen oberen Radialkragen sowie einen die beiden Radialkragen radial innen verbindenden Innenring auf. In dieser Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Luftkammereinrichtung somit eine nach außen offene Ringnut auf, die mit der Reinseite der Flüssigfiltereinrichtung kommuniziert und welche aufgrund ihrer geometrischen Ausführungsform stets ein gewisses Luftvolumen umschließt und damit ein vollständiges Füllen des Filtergehäuses bzw. der Luftkammereinrichtung der Flüssigfiltereinrichtung mit der gefriergefährdeten Flüssigkeit ausschließt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind zwischen dem unteren Radialkragen und dem oberen Radialkragen Radialstege angeordnet, die radial innen an den Innenring oder eine Innenwand anschließen und welche kreisringsegmentartige Luftkammern sowohl nach radial innen als auch in Umfangsrichtung begrenzen. Derartige Radialstege haben den großen Vorteil, dass unabhängig von einer Einbaulage der Flüssigfiltereinrichtung, d. h. auch bei einer Schrägstellung derselben, stets einzelne Luftkammern vorhanden sind, die beim Befüllen, im Betrieb und beim Entleeren der Flüssigfiltereinrichtung zumindest teilweise mit Luft befüllt sind und dadurch das für die beim Gefrieren auftretende Volumenzunahme erforderliche Ausgleichsvolumen zur Verfügung stellen können.
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Zweckmäßig weist die Luftkammereinrichtung einen Außenring auf, der die Luftkammern nach außen begrenzt. Hierdurch werden die einzelnen kreisringsegmentartigen Luftkammern auch nach außen begrenzt, wobei selbstverständlich die einzelnen Radialstege, der Außenring und/oder der Innenring und/oder der untere Radialkragen Öffnungen, insbesondere labyrinthartige Durchgangsöffnungen, aufweisen können, die ein Komprimieren der in den Luftkammern vorhandenen Luft beim Gefrieren der Flüssigkeit durch ein Eindringen von Flüssigkeit erlauben und dadurch den gewünschten Ausgleichseffekt bereit stellen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die erfindungsgemäße Luftkammereinrichtung den unteren Radialkragen, den oberen Radialkragen sowie den die beiden Radialkragen Radialinnen verbindenden Innenring bzw. die Innenwand auf, wobei der untere Radialkragen einen größeren Radius aufweist als der obere Radialkragen. Der Auslassstutzen ist dabei zentral und axial vom Filtergehäusedeckel abstehend angeordnet, wobei der untere Radialkragen den Innenring radial nach innen überragt und zugleich eine zentrale Öffnung aufweist, durch die der Auslassstutzen zumindest teilweise hindurch tritt, wobei zwischen der Öffnung und dem Auslassstutzen ein Ringspalt angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, über den Ringspalt vorbei an dem Auslassstutzen Flüssigkeit zu leiten, die die Luft in der Luftkammereinrichtung komprimiert aber nicht komplett verdrängt. Insbesondere ist es dabei möglich, ein Gefrieren der Flüssigkeit und ein Ausdehnen der gefrorenen Flüssigkeit in die Luftkammereinrichtung zu erlauben und dadurch Frostschäden zu vermeiden.
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Zweckmäßig ist die Luftkammereinrichtung in diesem Fall als einstückiges Bauteil ausgebildet. Besonders bevorzugt ist hierbei die Ausbildung der Luftkammereinrichtung als einstückiges Kunststoffspritzgussbauteil, wodurch nicht nur eine qualitativ hochwertige, sondern auch kostengünstige Fertigung ermöglicht wird.
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Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Luftkammereinrichtung eine untere Scheibe sowie einen damit zusammenwirkenden Deckel auf, der eine obere geschlossene Deckelkappe, eine ringförmige Innenwand, eine ringförmige Außenwand sowie Radialstege aufweist. In dieser Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung einen radialen Auslassstutzen am Filtergehäusedeckel auf, da die obere Deckelkappe des Deckels der Luftkammereinrichtung geschlossen ist. Die ringförmige Innenwand und die Deckelplatte begrenzen dabei eine zentrale Luftkammer. Zusammen mit der unteren Scheibe begrenzt somit der Deckel die einzelnen Luftkammern, wobei in der Scheibe Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, die die Luftkammern mit der Reinseite verbinden und ein Ausdehnen der gefrorenen Flüssigkeit in die Luftkammer bei gleichzeitigem Komprimieren der darin enthaltenen Luft ermöglichen. Auch hierdurch kann eine erfindungsgemäße Luftkammereinrichtung geschaffen werden, die unabhängig vom jeweiligen Betriebs- oder Ruhezustand der Flüssigfiltereinrichtung ein gewisses Luftvolumen begrenzt und dadurch ein Ausgleichsvolumen für den Frostfall bereitstellen kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind der Deckel und die Scheibe jeweils als einstückige Bauteile, insbesondere als einstückige Kunststoffspritzgussbauteile, ausgebildet, durch eine nicht nur qualitativ hochwertige, sondern auch kostengünstige Fertigung möglich ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Flüssigfiltereinrichtung als Wasserfilter oder als Harnstofffilter (Ureafilter) ausgebildet. Besonders wasseraufweisende Flüssigkeiten sind im Betrieb, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, frostgefährdet und müssen demzufolge entweder vor Frost geschützt werden oder aber es muss die jeweilige Flüssigfiltereinrichtung derart ausgebildet sein, dass diese die beim Gefrieren auftretenden Volumenzunahmen ertragen kann. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Luftkammereinrichtung problemlos möglich.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung mit einer Luftkammereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Detaildarstellung einer weiteren möglichen Luftkammereinrichtung,
- 3 eine Schrägansicht von oben auf die gemäß den 1 und 2 gezeigte Luftkammereinrichtung,
- 4 eine Innenansicht in einen Deckel der Luftkammereinrichtung nach 2,
- 5 eine Schrägansicht von unten auf die untere Scheibe der Luftkammereinrichtung gemäß der 2,
- 6 eine Schrägansicht von oben auf die untere Scheibe der Luftkammereinrichtung gemäß der 2,
- 7 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung mit einer weiteren Ausführungsform der Luftkammereinrichtung,
- 8 eine Luftkammereinrichtung wie in 7, jedoch mit zusätzlichen Radialstegen,
- 9 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftkammereinrichtung mit einem Außenring,
- 10 eine Schnittdarstellung durch die gemäß der 9 dargestellte Luftkammereinrichtung.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung 1 für eine gefriergefährdete Flüssigkeit 2, bspw. Wasser oder Harnstoff, ein Filtergehäuse 3 sowie ein darin angeordnetes Ringfilterelement 4 auf, das eine Rohseite 5 von einer Reinseite 6 trennt. In einem Filtergehäusedeckel 7 des Filtergehäuses 3 ist ein Auslassstutzen 8 für gereinigte Flüssigkeit 2 angeordnet. Oberhalb des Ringfilterelements 4 ist darüber hinaus eine mit der Reinseite 6 kommunizierend verbundene Luftkammereinrichtung 9 (vgl. auch die 2 bis 10) angeordnet, die derart ausgebildet ist, dass bei einem Befüllen der Flüssigfiltereinrichtung 1, im Betrieb sowie bei einem Entleeren der Flüssigfiltereinrichtung 1 die Luftkammereinrichtung 9 stets zumindest teilweise mit Luft 10 gefüllt ist und dadurch ein Ausgleichsvolumen für die sich beim Gefrieren ausdehnende Flüssigkeit 2 bildet. Im Vergleich zu bisher aus dem Stand der Technik hierfür eingesetzten Deformationselementen, ist es mit der erfindungsgemäßen Luftkammereinrichtung 9 nicht mehr erforderlich, Deformationselemente bereitstellen zu müssen, die an die jeweiligen chemischen Eigenschaften der verwendeten bzw. zu filternde Flüssigkeit 2 angepasst sein müssen.
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Betrachtet man die erfindungsgemäße Luftkammereinrichtung 9 gemäß den 1 bis 6, so kann man erkennen, dass diese eine untere Scheibe 11, sowie einen damit zusammenwirkenden Deckel 12 aufweist. Der Deckel 12 weist dabei eine obere und geschlossene Deckelkappe 13, eine ringförmige Innenwand 14, eine ringförmige Außenwand 15 sowie Radialstege 16 auf. Die ringförmige Innenwand 14 sowie die Deckelplatte 13 begrenzen dabei eine zentrale Luftkammer 17, während die Außenwand 15, die Radialstege 16, die Innenwand 14 sowie die Deckelkappe 13 ringsegmentförmige Luftkammern 18 begrenzen (vgl. auch die 2 und 4).
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Die untere Scheibe 11 besitzt dabei Durchgangsöffnungen 19 (vgl. insbesondere auch die 1, 2 sowie 5 und 6), die die Luftkammern 18 und die zentrale Luftkammer 17 mit der Reinseite 6 kommunizierend verbinden. Zwischen den einzelnen Luftkammern 18 und/oder zwischen einer Luftkammer 18 und der Reinseite 6 können darüber hinaus Öffnungen 20, insbesondere labyrinthartige Öffnungen 20', vorgesehen sein, durch welche Luft 10 in die einzelnen Kammern 18 gelangen kann. Zugleich kann bei einem Gefrieren der Flüssigkeit 2 diese über die Öffnungen 20, 20' in die Luftkammern 18 gelangen und die dort befindliche Luft 10 komprimieren, wodurch der für die Frostsicherheit erforderliche Volumenausgleich geschaffen werden kann.
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Alles in allem ist es mit der erfindungsgemäßen Luftkammereinrichtung 9 möglich, ein Ausgleichsvolumen bereit zu stellen, welches im Falle des Gefrierens der Flüssigkeit 2 komprimiert werden kann und dadurch ein Ausgleichsvolumen schafft, durch welches insbesondere frostbedingte Sprengkräfte zumindest reduziert, vorzugsweise sogar ausgeschlossen werden können.
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Der Deckel 12 und die untere Scheibe 11 können dabei jeweils als einstückige Bauteile, insbesondere als einstückige Kunststoffspritzgussbauteile, ausgebildet und dadurch nicht nur kostengünstig, sondern auch qualitativ hochwertig hergestellt werden.
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Betrachtet man die untere Scheibe 11 gemäß den 1, 2, sowie 5 und 6 weiter, so kann man erkennen, dass in dieser auch noch randseitige und sich in Umfangsrichtung erstreckende Öffnungen 20" vorgesehen sind, durch welche die gereinigte Flüssigkeit 2 durch die untere Scheibe 11 treten und dem Auslassstutzen 8 im Filtergehäusedeckel 7 zugeleitet werden kann. Des Weiteren kann man in der Scheibe 11 gebogene Positionierstege 27 erkennen, die eine einfache Montage des Deckels 12 an der unteren Scheibe 11 ermöglichen.
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Betrachtet man nun die Luftkammereinrichtung 9 gemäß den 7 und 8, so kann man erkennen, dass diese einen unteren Radialkragen 21, einen oberen Radialkragen 22 sowie einen die beiden Radialkragen 21, 22, radial innen verbindenden Innenring 23 bzw. eine Innenwand 14 aufweist. Der untere Radialkragen 21 besitzt dabei einen größeren Radius als der obere Radialkragen 22 und ist dadurch in der Lage, zwischen dem Filtergehäusedeckel 7 und einem Filtergehäusetopf 24 dichtend eingeklemmt zu werden. Bei den Darstellungen der erfindungsgemäßen Luftkammereinrichtung 9 gemäß den 7 bis 10, ist das jeweils im Filtergehäuse 3 angeordnete Ringfilterelement 4 nicht eingezeichnet.
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Betrachtet man die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigfiltereinrichtung 1 gemäß den 7 und 9 weiter, so kann man erkennen, dass der Auslassstutzen 8 zentral und axial vom Filtergehäusedeckel 7 abstehend angeordnet ist und zugleich der untere Radialkragen 21 der Luftkammereinrichtung 9 den Innenring 23 radial nach innen ragt. Der untere Radialkragen 21 besitzt darüber hinaus eine zentrale Öffnung 25, durch die der Auslassstutzen 8 zumindest teilweise hindurchragt, wobei zwischen der zentralen Öffnung 25 und dem Auslassstutzen 8 ein Ringspalt 26 angeordnet ist, durch welchen Flüssigkeit 2 hindurchtreten kann.
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Gemäß der in 7 gezeigten Luftkammereinrichtung 9, weist diese keine Radialstege 16 auf, während derartige Radialstege 16 bei den Luftkammereinrichtungen 9 gemäß den 8 bis 10 vorgesehen sind und die einzelnen Luftkammern 18 in Umfangsrichtung voneinander trennen. Sowohl der Luftkammereinrichtung 9 ist der 7 als auch den in den 8 bis 10 gezeigten Luftkammereinrichtungen 9 ist dabei gemein, dass diese Luftkammern 18 bereitstellen, in welchen Luft 10 sowohl beim Befüllen der erfindungsgemäßen Flüssigfiltereinrichtung 1, als auch beim Betrieb und beim Entleeren derselben als Ausgleichsvolumen vorgehalten werden kann.
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Bei den in den 9 und 10 gezeigten Luftkammereinrichtungen 9, weisen diese zusätzlich noch eine Außenwand 15 auf, die die Luftkammern 18 nach außen begrenzen. Zwischen den einzelnen Luftkammern 18 und/oder zwischen einer Luftkammer 18 und der Reinseite 6 sind dabei ebenfalls Öffnungen 20, insbesondere labyrinthartige Öffnungen 20' vorgesehen, die ein Durchtreten von Flüssigkeit im Gefrierfall und damit ein Komprimieren der in den Luftkammern 8 gespeicherten Luft 10 ermöglichen.
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Die gemäß den 7 und 8 gezeigte Luftkammereinrichtung 9 kann dabei als einstückiges Bauteil, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet sein, wodurch selbstverständlich alternativ auch eine einteilige, d. h. zusammengebaute Ausführungsform denkbar ist, wie diese gemäß den 9 und 10 dargestellt ist.
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Sämtlichen erfindungsgemäßen Luftkammereinrichtungen 9 ist dabei jedoch gemein, dass diese ein Ausgleichsvolumen an Luft 10 bereitstellen, welches im Falle des Gefrierens der Flüssigkeit 2 komprimiert werden kann und dadurch die Frostsicherheit der erfindungsgemäßen Flüssigfiltereinrichtung 1 herstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7481319 B2 [0002]
- US 2014/0158607 A1 [0003]
- US 2013/0126416 A1 [0004]
- DE 102012003156 B4 [0005]
