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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Rundfilterelement, insbesondere zur Gasfiltration, beispielsweise für einen Luftfilter, wobei das Rundfilterelement einen Filtermediumkörper aufweist, der einen radial umschlossenen, innenliegenden Strömungsraum besitzt und an mindestens einer Stirnseite Träger einer Endscheibe ist. Am Filtermediumkörper befindet sich ein Stützkörper zur Erhöhung der Stabilität.
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Stand der Technik
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In
DE 10 2011 011 595 A1 wird ein Filterelement zur Luftfiltration beschrieben, das einen ringförmig umlaufenden Filtermediumkörper mit längsgestreckter Querschnittsform aufweist, wobei an der Außenseite des Filtermediumkörpers Kunststoff-Verstärkungsstreben in Achsrichtung und in Umfangsrichtung zur Erhöhung der Stabilität angeordnet sind. Der ringförmig umlaufende Filtermediumkörper schließt einen innenliegenden Strömungsraum ein, in den das zu reinigende Rohfluid axial eingeführt wird. Anschließend wird der Filtermediumkörper radial von innen nach außen von dem Fluid durchströmt. An beiden axialen Stirnseiten des Filtermediumkörpers befinden sich Endscheiben, wobei eine erste Endscheibe nur das Filtermaterial des Filtermediumkörpers abdeckt und eine zentrale Ausnehmung für das Einleiten des Fluids in den innenliegenden Strömungsraum besitzt, wohingegen die gegenüberliegende Endscheibe geschlossen ausgebildet ist.
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In
DE 81 33 548 U1 wird ein Filterelement zur Filtration von Fluiden beschrieben, dessen Filtermediumkörper hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei an einer Stirnseite des Filtermediumkörpers eine geschlossene Endscheibe liegt. Um sicherzustellen, dass die Endscheibe dicht mit dem Filtermediumkörper verbunden ist, ist in die aus Kunststoff bestehende Endscheibe ein Metallring integriert, der während der Herstellung durch hochfrequente Schwingungen über die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials der Endscheibe hinaus aufgeheizt wird. Durch die Erwärmung wird der Kunststoff der Endscheibe thermoplastisch verformt und verteilt sich über die abzudichtende Stirnseite des Filtermediumkörpers.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Endscheibe an der Stirnseite eines Filtermediumkörpers eines Rundfilterelementes sicher zu befestigen.
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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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Der Erfindung liegt zusätzlich oder alternativ die Aufgabe zugrunde, kostengünstig und prozesssicher für den Brandfall Merkmale eines Filterelementes erkennbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Rundfilterelement wird vorzugsweise zur Gasfiltration eingesetzt, beispielsweise für einen Luftfilter, insbesondere im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Das Filterelement weist einen ringförmig geschlossenen Filtermediumkörper mit einem innenliegenden Strömungsraum auf, wobei die Wandung des Filtermediumkörpers bezogen auf die Längsachse von Rundfilterelement und Filtermediumkörper in Radialrichtung von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Der innenliegende Strömungsraum wird von der Innenwand des Filtermediumkörpers begrenzt. Der Filtermediumkörper wird vorzugsweise radial von innen nach außen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt, so dass die Innenwand des Filtermediumkörpers die Rohseite und die Außenwand die Reinseite bildet. Es kommt aber auch eine Durchströmung des Filtermediumkörpers in Gegenrichtung, also radial von außen nach innen in Betracht.
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Der Filtermediumkörper kann hohlzylindrisch oder konisch ausgebildet sein. In Betracht kommen des Weiteren Filtermediumkörper mit einer längsgestreckten Querschnittsform, die beispielsweise oval oder ovalisiert ausgebildet ist oder halbkreisförmige Schmalseiten und parallele Längsseiten oder halbkreisförmige Schmalseiten und konvex oder konkav gekrümmte Längsseiten besitzt. Auch bei einem Filtermediumkörper mit längsgestreckter Querschnittsform sind sowohl Ausführungen möglich, bei denen über die axiale Länge die Querschnittsgeometrie und die Querschnittsfläche gleich bleiben als auch Ausführungen, bei denen sich die Querschnittsform verjüngt, so dass zwar vorzugsweise die Querschnittsgeometrie gleich bleibt, jedoch die Querschnittsfläche abnimmt.
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An zumindest einer axialen Stirnseite, vorzugsweise an beiden, axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Filtermediumkörpers ist eine Endscheibe angeordnet. Sofern nur eine einzige Endscheibe vorhanden ist, ist diese bevorzugt geschlossen ausgebildet und dichtet sowohl die Stirnseite des Filtermediumkörpers als auch den innenliegenden Strömungsraum axial ab. Im Fall von zwei axial gegenüberliegenden Endscheiben kann eine Endscheibe geschlossen und die gegenüberliegende Endscheibe offen ausgebildet sein, wobei die offen ausgebildete Endscheibe die Stirnseite des Filtermediumkörpers axial abdichtet, jedoch eine mit dem innenliegenden Strömungsraum verbundene Öffnung aufweist, über die das Fluid axial hindurchströmen kann.
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Eine Endscheibe, vorzugsweise die geschlossen ausgebildete Endscheibe, ggf. zusätzlich oder alternativ die offene Endscheibe, umschließt teilweise oder vollständig ein feuerfestes Sicherungselement, das zugleich von einem Stützkörper getragen oder abgestützt ist, der am Filtermediumkörper angeordnet ist und dem Filtermediumkörper eine erhöhte Stabilität verleiht. Der Stützkörper ist insbesondere als ein Stützgerüst mit Kunststoffstreben ausgebildet, die sich beispielsweise in Achsrichtung und in Umfangsrichtung erstrecken und eine Gitterstruktur bilden können. Der Stützkörper ist vorzugsweise an der Außenseite des Filtermediumkörpers angeordnet. Ggf. kommt auch eine Anordnung an der Innenseite des Filtermediumkörpers in Betracht.
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Der Stützkörper ist vorteilhafterweise korbförmig ausgebildet und weist einen Abschnitt an der Stirnseite des Filtermediumkörpers auf, der bevorzugt sowohl die Stirnfläche des Filtermediumkörpers als auch die Stirnseite des innenliegenden Strömungsraums überdeckt, ohne jedoch Strömungsdichtigkeit herzustellen, die vielmehr über die Endscheibe erreicht wird.
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Der Stützkörper, insbesondere der Abschnitt an der Stirnseite des Filtermediumkörpers, ist Träger des feuerfesten Sicherungselementes, das teilweise oder vollständig von dem Material der Endscheibe umschlossen ist. Das Sicherungselement weist einen signifikant höheren Schmelzpunkt als das Material der Endscheibe auf, so dass das Sicherungselement auch bei einer starken Erwärmung, beispielsweise bei einem Feuer, erhalten bleibt und nicht zerstört wird. Dies ermöglicht es, das Sicherungselement mit herstellerseitigen Informationen über das Rundfilterelement zu versehen, beispielsweise über den Zeitpunkt der Herstellung, den Herstellungsort, den Hersteller selbst, Materialangaben und dergleichen. Das feuerfeste Sicherungselement bleibt auch im Fall eines Feuers erhalten, so dass nachträglich die Herkunft des Rundfilterelements festgestellt werden kann. Das Sicherungselement kann aus Metall(blech), beispielsweise Stahl(blech), gebildet sein oder ein Metallgehäuse, beispielsweise aus Stahl, aufweisen.
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Das Sicherungselement hat außerdem eine tragende und stabilisierende Funktion für die Endscheibe, die üblicherweise aus einem weicheren Material besteht, vorzugsweise aus Polyurethan, insbesondere ein geschäumtes Polyurethan. Über das Sicherungselement wird eine zusätzliche, stützende Verbindung zwischen der Endscheibe und dem Stützkörper geschaffen. Kräfte, die von außen auf die Endscheibe wirken, oder auch Druckkräfte im innenliegenden Strömungsraum bzw. Differenzdruckkräfte zwischen Strömungsraum und Umgebung werden über die Endscheibe und das Sicherungselement auf den Stützkörper übertragen, insbesondere in Achsrichtung, ggf. zusätzlich oder alternativ in Umfangsrichtung und/oder in Radialrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Sicherungselement kraft- oder formschlüssig am Stützkörper gehalten. Ein Kraftschluss kommt beispielsweise dadurch zustande, dass der Stützkörper in eine Aufnahmetasche eingesetzt und innerhalb der Aufnahmetasche kraftschlüssig festgeklemmt ist, beispielsweise mithilfe einer oder mehrerer Haltezungen, die an der Aufnahmetasche den Stützkörper festklemmen. Die Aufnahmetasche ist vorzugsweise einteilig mit dem Stützkörper ausgebildet. Auch die Haltezunge bzw. die Haltezungen können einteilig mit dem Stützkörper ausgeführt sein. Die Aufnahmetasche wird beispielsweise von Längs- und Querstreben am Stützkörper gebildet, ebenso die Haltezungen.
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Eine formschlüssige Aufnahme des Sicherungselementes am Stützkörper wird beispielsweise über einen Rastschluss erreicht, zum Beispiel durch Einclipsen des Sicherungselementes am Stützkörper. Der Rastschluss wird über eine Rastverbindung von Rastelementen am Stützkörper und am Sicherungselement erreicht.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Sicherungselement als eine ebene Sicherungsplatte ausgebildet. Es kann ausreichend sein, die Sicherungsplatte verhältnismäßig klein auszubilden, so dass die Sicherungsplatte eine kleinere Grundfläche als die Endscheibe aufweist und vorteilhafterweise auch eine kleinere Grundfläche als die Stirnseite des innenliegenden Strömungsraums benachbart zur Endscheibe aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Sicherungsplatte orthogonal zur Ebene der Endscheibe ausgerichtet, so dass die Ebene der Sicherungsplatte parallel zur Längsachse des Rundfilterelements liegt. Die Abstützung der Endscheibe über die Sicherungsplatte erfolgt vorzugsweise in der Ebene der Sicherungsplatte, ggf. auch quer zur Ebene der Sicherungsplatte. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass die Sicherungsplatte nur einen geringen Raum innerhalb der Endscheibe beansprucht.
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Es kann ausreichend sein, dass die Größe des Sicherungselementes so bemessen ist, dass bei zumindest annähernd mittiger Anordnung in der Endscheibe das Sicherungselement mit radialem Abstand zur Umfangsseite der Endscheibe angeordnet ist und vorteilhafterweise auch mit radialem Abstand zur Öffnung des innenliegenden Strömungsraums innerhalb des Filtermediumkörpers an dessen Stirnseite.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Endscheibe am Stützkörper angegossen oder angeschäumt, wobei das Material der Endscheibe das Sicherungselement teilweise oder ggf. vollständig umschließt. Mit dem Herstellungsprozess des Angießens oder Anschäumens wird das Sicherungselement von dem Material der Endscheibe teilweise oder vollständig umschlossen. Hierbei wird eine feste Verbindung zwischen dem Sicherungselement und der Endscheibe sowie vorteilhafterweise auch zwischen der Endscheibe und dem Stützkörper hergestellt, der teilweise von dem Material der Endscheibe umschlossen wird.
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Es kann ggf. zweckmäßig sein, in das Sicherungselement Hinterschneidungen oder Öffnungen einzubringen, die von dem Material der Endscheibe ausgefüllt werden, wodurch eine besonders feste Verbindung zwischen Endscheibe und Sicherungselement geschaffen wird.
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Als Material für die Endscheibe wird beispielsweise ein Polyurethan, insbesondere ein geschäumtes Polyurethan verwendet.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse und einem im Filtergehäuse aufgenommenen, vorbeschriebenen Rundfilterelement.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines vorbeschriebenen Rundfilterelementes. Bei dem Herstellungsverfahren wird in einem ersten Schritt das Sicherungselement mit dem Stützkörper verbunden. Anschließend wird in einem zweiten Schritt die Endscheibe an den Stützkörper angegossen oder angeschäumt, wobei das Sicherungselement während des Angießens bzw. Anschäumens teilweise oder vollständig von dem Material der Endscheibe umschlossen wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass auch der Stützkörper bzw. ein Abschnitt des Stützkörpers, insbesondere Streben des Stützkörpers, während des Angießens bzw. Anschäumens von dem Material der Endscheibe teilweise oder vollständig umschlossen werden. Insgesamt ergibt sich hierdurch eine feste Verbindung zwischen der Endscheibe und dem Stützkörper sowie zwischen der Endscheibe und dem Sicherungselement. Zugleich ist das Sicherungselement fest mit dem Stützkörper verbunden. Wird beispielsweise das Sicherungselement in eine Aufnahmetasche im Stützkörper eingesetzt und anschließend die Endscheibe angeschäumt oder angegossen, so ist ein Herausfallen des Sicherungselementes aus der Aufnahmetasche aufgrund der Verbindung des Sicherungselementes mit dem Material der Endscheibe ausgeschlossen.
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In einer vorteilhaften Ausführung wird noch vor dem Angießen bzw. Anschäumen mit dem Material der Endscheibe das Sicherungselement mit dem Stützkörper verbunden. Diese Verbindung erfolgt in einer form- oder kraftschlüssigen Weise wie vorbeschrieben beispielsweise dadurch, dass das Sicherungselement in einer Aufnahmetasche im Stützkörper festgeklemmt oder über eine Rastverbindung rast- bzw. formschlüssig mit dem Stützkörper verbunden wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Verbindung zwischen dem Sicherungselement und dem Stützkörper dadurch geschaffen, dass bereits während des Herstellungsverfahrens des Stützkörpers im Spritzgießverfahren das Sicherungselement zumindest teilweise von dem Material des Stützkörpers umspritzt wird. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Sicherungselement bei der Herstellung des Stützkörpers in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und von dem Material des Stützkörpers umspritzt wird.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Rundfilterelementes mit längsgestreckter Querschnittsform, mit einem Filtermediumkörper und einem an der Außenseite des Filtermediumkörpers angeordneten Stützkörper und mit jeweils einer Endscheibe an den Stirnseiten des Filtermediumkörpers,
- 2 das Rundfilterelement aus 1 in einer Schnittdarstellung quer zur Längserstreckung,
- 3 der Stützkörper des Rundfilterelementes in Seitenansicht,
- 4 der Stützkörper in perspektivischer Ansicht,
- 5 das Detail V aus 4 des Stützkörpers, mit einer Aufnahmetasche und einem in die Aufnahmetasche eingesteckten Sicherungselement in Form einer ebenen Sicherungsplatte,
- 6 einen Schnitt durch die Aufnahmetasche mit dem Sicherungselement,
- 7 eine Schnittdarstellung durch eine Endscheibe mit dem Sicherungselement, das vom Material der Endscheibe umschlossen ist,
- 8 einen Schnitt durch den Randbereich des Stützkörpers mit einem eingesetzten Dichtring.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 und 2 ist ein Rundfilterelement 1 dargestellt, das beispielsweise zur Luftfiltration im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Das Rundfilterelement 1 umfasst einen ringförmig umlaufenden Filtermediumkörper 2 mit langgestreckter Querschnittsform, an dessen Außenseite ein Kunststoff-Stützkörper 3 mit Längs- und Querstreben zur Stützung und Stabilitätsverbesserung des Filtermediumkörpers 2 angeordnet ist. Ein Abschnitt des Stützkörpers 3 erstreckt sich auch entlang einer Stirnseite des Filtermediumkörpers 2. Der Filtermediumkörper 2 weist einen innenliegenden, radial von den Wandungen des Filtermediumkörpers umschlossenen Strömungsraum 4 zur Aufnahme von Rohfluid auf, welches axial - bezogen auf die Längsachse 6 - über eine Strömungsöffnung 5 an der Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 in den Strömungsraum 4 eingeführt wird. Anschließend strömt das Fluid radial durch die Wandungen des Filtermediumkörpers 2 nach außen. Dementsprechend bildet die Innenseite der Wandung des Filtermediumkörpers 2 die Rohseite und die Außenseite die Reinseite.
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Der Filtermediumkörper 2 weist in Achsrichtung eine sich verjüngende Querschnittsgeometrie auf. Beide Stirnseiten des Filtermediumkörpers 2 sind von jeweils einer Endscheibe 7, 8 abgedeckt, wobei die erste Endscheibe 7, die sich an der Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 mit größerer Querschnittsfläche befindet, die Strömungsöffnung 5 aufweist, welche sich über die Querschnittsfläche des innenliegenden Strömungsraums 4 erstreckt. Die gegenüberliegende, zweite Endscheibe 8, die an der schmaleren Querschnittsfläche des Filtermediumkörpers 2 angeordnet ist, ist dagegen durchgehend und ohne Strömungsöffnung ausgebildet. Beide Endscheiben 7, 8 decken die jeweilige Stirnseite des Filtermediumkörpers vollständig und strömungsdicht ab.
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Die Endscheiben 7, 8 können durch Angießen oder Anschäumen hergestellt und direkt mit dem Filtermediumkörper 2 verbunden werden. Die Endscheiben 7, 8 bestehen beispielsweise aus einem Polyurethanmaterial, das schaum- bzw. gießfähig ist. Die Endscheiben 7, 8 sind nicht nur mit dem Filtermaterial des Filtermediumkörpers 2 verbunden, sondern zusätzlich auch mit dem Stützkörper 3. Insbesondere die geschlossen ausgebildete Endscheibe 8 ist mit einem Abschnitt des Stützgerüsts 3 verbunden, der sich an der axialen Stirnseite des Strömungsraums 4 befindet. Hierdurch wird der Endscheibe 8, die geschlossen ausgebildet ist, eine zusätzliche Stabilität verliehen.
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Mit Bezug auf 2 bis 7 wird ein Sicherungselement 9 beschrieben, das in einer Aufnahmetasche 10 aufgenommen ist, welche Bestandteil des Stützkörpers 3 ist. Wie insbesondere der vergrößerten Darstellung in 5 zu entnehmen ist, ist die Aufnahmetasche 10 von Streben gebildet, die Teil des Stützkörpers 3 sind. Mehrere dieser Streben bilden Haltezungen 11 (5, 6), die das in die Aufnahmetasche 10 eingesetzte Sicherungselement 9 kraftschlüssig festklemmen. Das Sicherungselement 9, das in Form einer Sicherungsplatte ausgebildet ist und aus einem feuerfesten Material wie z.B. Metall oder Kermaik besteht, ist bis zum Erreichen des Bodens der Aufnahmetasche 10 eingesetzt, der einen Anschlag für das Sicherungselement 9 bildet.
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Das Sicherungselement 9 ist gemäß 2 und 7 vollständig vom Material der geschlossenen Endscheibe 8 umhüllt, so dass das Sicherungselement 9 vollständig in der Endscheibe 8 aufgenommen und von außen nicht sichtbar ist. Das Sicherungselement 9 hat zum einen die Funktion, dass die Stabilität im Bereich der Endscheibe 8 verbessert wird, da über das Sicherungselement 9 auf die Endscheibe 8 wirkende Kräfte auf den Stützkörper 3 übertragen werden. Zum andern können herstellungsspezifische Informationen auf dem Sicherungselement 9 abgebildet werden, die auch nach einem Brand aufgrund des feuerfesten Materials des Sicherungselementes 9 erhalten bleiben. Dies ermöglicht es beispielsweise nach einem Unglücksfall, die korrekte Verwendung des Rundfilterelements im Fahrzeug nachzuweisen. Das Sicherungselement 9 kann somit als Identifikationselement für das im Fahrzeug verwendete Filterelement oder dessen Merkmale (Herkunft, Materialeigenschaften, Produktionsdatum usw.) verwendet werden.
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Die Aufnahmetasche 10 befindet sich, wie 2 bis 4 zu entnehmen ist, mittig an der Stirnseite bzw. dem Boden des Stützkörpers 3, der insgesamt einen Korb bildet zur Aufnahme des Filtermediumkörpers 2. Das plattenförmige Sicherungselement 9 liegt in einer Ebene, die parallel zur Längsachse 6 des Rundfilterelementes 1 verläuft. Somit erstreckt sich die Ebene des plattenförmigen Sicherungselementes 9 auch orthogonal zur Ebene der geschlossen ausgeführten Endscheibe 8, welche das Sicherungselement 9 aufnimmt.
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Zur Herstellung wird zunächst in einem ersten Schritt das Sicherungselement 9 in die Aufnahmetasche 10 des Stützkörpers 3 eingesteckt. Die Einstecktiefe wird von dem Boden der Aufnahmetasche 10 bestimmt. Mit dem Einstecken erzeugen die Haltezungen 11 der Aufnahmetasche 10 eine auf das Sicherungselement 9 wirkende Klemmkraft, mit der das Sicherungselement 9 sicher in der Aufnahmetasche 10 gehalten ist.
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In einem folgenden Schritt wird die geschlossene Endscheibe 8 an den Filtermediumkörper 2 und den Stützkörper 3 angegossen bzw. angeschäumt. Hierbei gelangt das noch nicht ausgehärtete Material der Endscheibe in Kontakt mit der Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 sowie mit dem Stützkörper 3. Nach dem Aushärten ist das Material der Endscheibe 8 fest mit dem Filtermediumkörper 2 und dem Stützkörper 3 verbunden und dichtet die Stirnseite des Filtermediumkörpers 2 ab. Zugleich ist das Sicherungselement 9 im Material der Endscheibe 8 aufgenommen und wird insbesondere vollständig von dem Material der Endscheibe umschlossen.
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In 8, die eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie VIII-VIII aus 3 zeigt, ist ein Dichtring 12 zu sehen, der umlaufend in eine entsprechende Nut eingesetzt ist, die im Stützkörper 3 gebildet ist. Die Nut mit dem Dichtring 12 befindet sich benachbart zur offenen Stirnseite des korbförmigen Stützkörpers 3 und dient im eingebauten Zustand des Filterelementes 1 in einem aufnehmenden Filtergehäuse zur strömungsdichten Separierung der Roh- von der Reinseite.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011011595 A1 [0002]
- DE 8133548 U1 [0003]
