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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zur Filtration von Fluid,
insbesondere von Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine, mit
einer Fluidleitung, die wenigstens einen Einlassleitungsabschnitt
für zu
filterndes Fluid und wenigstens einen Auslassleitungsabschnitt für gefiltertes
Fluid aufweist, und mit wenigstens einem Filterelement, das in der
Fluidleitung derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Einlassleitungsabschnitt
dichtend von dem wenigstens einen Auslassleitungsabschnitt getrennt
ist.
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Stand der Technik
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Bei
marktbekannten Filtereinrichtungen werden aus Platzgründen Filterelemente
ohne zusätzliche
Filtergehäuse
direkt in Fluidleitungen untergebracht.
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In
diversen Anwendungsfällen
wird eine zusätzliche
Fluidzuführung,
insbesondere eine Sekundär-Fluidleitung,
benötigt,
um einem Verbraucher, insbesondere einer Brennkraftmaschine, auch
unter Ausnahmebedingungen genügend
Fluid oder auch zusätzlich
Fluid zuzuführen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung der
eingangs genannten Art auszugestalten, mit der einfach Fluid aus
mehr als einem Einlassleitungsabschnitt zugeführt und filtriert werden kann
und die möglichst
platzsparend und flexibel angeordnet werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Fluidleitung wenigstens zwei Einlassleitungsabschnitte
für zu
filterndes Fluid aufweist und das wenigstens ein Filterelement in
der Fluidleitung derart angeordnet ist, dass die wenigstens zwei
Einlassleitungsabschnitte dichtend von dem wenigstens einen Auslassleitungsabschnitt
getrennt sind.
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Erfindungsgemäß ist also
eine Fluidleitung mit mehr als einem Einlassleitungsabschnitt versehen,
aus denen die benötigte
Fluidmenge zugeführt werden
kann. Vorzugsweise können
die Einlassleitungsabschnitte einzeln bedarfsgerecht zu- oder abgeschaltet
werden, um die Fluidmenge und/oder die Fluid-Ansaugstelle zu verändern, wobei
das Fluid aus allen Einlassleitungsabschnitten mit der Filtereinrichtung
effizient filtriert wird. Bei einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
kann Bedarf an einer Zuführung
von zusätzlicher
Verbrennungsluft insbesondere dann bestehen, wenn ein Kraftfahrzeug
im Winter bei Schneefall unterwegs ist und sich der Haupt-Einlassleitungsabschnitt, über den
im Normalbetrieb Verbrennungsluft angesaugt wird, mit Schnee zusetzt.
In diesem Fall würde
der Brennkraftmaschine über
den Haupt-Einlassleitungsabschnitt nicht mehr ausreichend Luft zur
Verfügung
gestellt und sie wäre
nicht mehr oder nur noch im eingeschränkten Maße funktionsfähig. Die
benötigte
Verbrennungsluft kann erfindungsgemäß über einen zusätzlichen
Einlassleitungsabschnitt angesaugt werden, der eine vor Schnee geschützte oder
so warme Ansaugstelle besitzt, dass er sich nicht mit Schnee zusetzen
kann. Zusätzlicher
Bedarf an Verbrennungsluft kann bei einer Brennkraftmaschine auch
dann bestehen, wenn ein extremer Lastfall vorliegt, der der Brennkraftmaschine
eine im Vergleich zum Normalbetrieb größere Leistung abverlangt. Auch
dann kann der weitere Einlassleitungsabschnitt zugeschaltet werden, über den
zusätzliche
Verbrennungsluft zugeführt
werden kann. Für
diesen Fall wäre
es nicht unbedingt erforderlich die Ansaugstellen zu trennen. Die
Einlassleitungsabschnitte können
dann auch räumlich
parallel zueinander verlaufen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform kann
die Fluidleitung wenigstens abschnittsweise flexibel sein. So kann
der Verlauf der Fluidleitung einfach optimal auch an einen verwinkelten,
engen Bauraum, insbesondere einen Motorraum eines Kraftfahrzeugs,
angepasst werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Filterelement
flexibel sein, so dass auch eine Verlegung in einer bogenförmigen Fluidleitung
möglich
ist. Auf diese Weise kann in Kombination mit einer flexiblen Fluidleitung
eine vollflexible Filtereinrichtung realisiert werden, mit der sehr
schnell die Verlegung und der Verlauf der Filtereinrichtung an unterschied liche
Bauräume
angepasst werden kann. Dies ist insbesondere während eines Entwicklungsprozesses
für eine
Brennkraftmaschine von Vorteil.
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Vorteilhafterweise
kann das Filterelement schlauchförmig
sein. Schlauchförmige
Filterelemente können
radial von außen
nach innen oder radial von innen nach außen von dem zu filtrierenden
Fluid durchströmt
werden. Sie sind platzsparend und haben eine hohe Filtrationsleistung.
Außerdem
können sie
einfach und platzsparend in schlauchförmigen Fluidleitungen untergebracht
werden.
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Günstigerweise
kann das Filterelement einen Schlauch aufweisen, entlang dem über den
Umfang verteilt Falten ausgeknickt sind. Die Falten verleihen dem
Filterelement eine balgförmige
Struktur, das Filterelement kann wie bei einem Balg in der Länge gedehnt
bzw. axial gestaucht werden, ohne die Falten zu zerstören. Darüber hinaus
kann das Filterelement bezogen auf seine Längsachse auch in Radial- bzw.
Querrichtung flexibel verformt werden, ohne die Faltenstruktur zu
beeinträchtigen.
Dadurch ist es möglich,
das Filterelement beispielsweise in Form eines Knies zu biegen,
so dass die beiden axialen Stirnseiten des Filterschlauches zueinander
einen Winkel einschließen.
Möglich
ist aber auch eine Verformung beispielsweise in Form eines S, so
dass die jeweiligen Stirnseiten des Filterschlauches in zueinander
parallelen Ebenen liegen. Diese Flexibilität des Filterelements ermöglicht eine
Anpassung an unterschiedlichste geo metrische und konstruktive Einbauverhältnisse.
Trotz der Flexibilität
besitzt das Filterelement eine erhöhte Stabilität.
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Ferner
kann das Filterelement vorteilhafterweise konisch geformt sein.
So kann es strömungsgünstig und
für das
zu reinigende Fluid in Hinblick auf die Filtereffizienz und der
Fluiddurchsatz optimal in der Fluidleitung angeordnet werden.
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Um
das Fluid aus allen Einlassleitungsabschnitten mit nur einem einzigen
Filterelement filtrieren zu können,
können
bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Einlassleitungsabschnitte auf
der Rohseite des Filterelements zusammenführen. Vorteilhafterweise ist
das Filterelement auf einen maximalen Fluiddurchsatz durch alle
Einlassleitungsabschnitte ausgelegt, wie er insbesondere bei einer Brennkraftmaschine
im extremen Lastfall vorkommt.
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Bei
einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann in den Einlassleitungsabschnitten
jeweils ein Filterelement angeordnet sein und die Einlassleitungsabschnitte
können
auf den Reinseiten der Filterelemente zusammenführen. Die Filterelemente können so
optimal an die jeweiligen Einlassleitungsabschnitte, insbesondere
deren Strömungsquerschnitte,
angepasst sein, so dass Rohfluid durch alle Filterelemente gleichermaßen effizient
filtriert werden kann. Die Filterelemente können unabhängig voneinander gewartet,
insbesondere gereinigt oder ausgetauscht, werden. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn einer der Einlassleitungsab schnitte seltener
frei geschaltet wird als der andere Einlassleitungsabschnitt. Da
die Filterelemente dann unterschiedlich stark belastet und beladen
werden, können
sie auch unterschiedliche lange Serviceintervalle haben, was sich
positiv auf die Bauteil- und Servicekosten auswirkt. Die Filterelemente
können
dann je nach Bedarf auch unterschiedlich groß ausgelegt sein, was den Platzbedarf
und die Kosten reduziert.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann einer der Einlassleitungsabschnitte zu
einer Haupt-Fluidleitung gehören
und ein anderer der Einlassleitungsabschnitte kann zu einer Sekundär-Fluidleitung
gehören, über die
Sekundär-Fluid der
Haupt-Fluidleitung zugeführt
werden kann. Im Normalbetrieb kann so die Rohluft über die Haupt-Fluidleitung
zugeführt
werden. Die Sekundär-Fluidleitung
kann bei Bedarf einfach zugeschaltet werden, um Sekundär-Fluid
zusätzlich
oder bei einer unerwünschten
Reduzierung des Strömungsquerschnitts
der Haupt-Fluidleitung
zum Ausgleich von fehlendem Hauptrohfluid zuzuführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung
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 betrach ten
und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen
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1 schematisch
einen Längsschnitt
einer Filtereinrichtung zur Filtration von Verbrennungsluft einer
Brennkraftmaschine, mit einer Haupt-Fluidleitung, einer Sekundär-Fluidleitung
und einem Filterelement;
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2 schematisch
einen Längsschnitt
einer Filtereinrichtung, die zu der Filtereinrichtung aus der 1 ähnlich ist,
wobei die Haupt-Fluidleitung und die Sekundär-Fluidleitung hier jeweils
ein Filterelement aufweisen.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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In 1 ist
eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene Filtereinrichtung
zur Filtration von Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine dargestellt.
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Die
Filtereinrichtung 10 umfasst eine vollflexible insgesamt
mit dem Bezugszeichen 12 versehene Fluidleitung 12.
Die Fluidleitung 12 weist eine Haupt-Fluidleitung 12a und
eine Sekundär-Fluidleitung 12b,
die in die Haupt-Fluidleitung 12a mündet, auf. Über die Haupt-Fluidleitung 12a wird
Rohluft an einer nicht gezeigten Ansaugstelle angesaugt und nach
durch strömen
der Filtereinrichtung 10 als Reinluft der Brennkraftmaschine
zugeführt.
Im Bedarfsfall kann die Sekundär-Fluidleitung 12b der
Haupt-Fluidleitung 12a funktional
zugeschaltet werden. Über
die Sekundär-Fluidleitung 12b kann
zusätzlich
oder alternativ Rohluft von einer anderen, ebenfalls nicht gezeigten,
Ansaugstelle angesaugt werden.
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Die
Fluidleitung 12 weist einen Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a für zu filternde
Rohluft, in der 1 links, und einen Auslassleitungsabschnitt 16 für gefilterte
Reinluft rechts auf, die gleiche Strömungsquerschnitte haben, wobei
diese Strömungsquerschnitte
auch voneinander abweichen können. Die
Sekundär-Fluidleitung 12b bildet
einen Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b der
Fluidleitung 12. Der Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b hat
einen anderen, meist kleineren Strömungsquerschnitt als der Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a und
der Auslassleitungsabschnitt 16. Über die Sekundär-Fluidleitung 12b kann
der Haupt-Fluidleitung 12a Sekundär-Rohluft
zugeführt
werden. Die Strömungsrichtung
der Verbrennungsluft in den jeweiligen Leitungsabschnitten 14a, 14b und 16,
in der 1 von links nach rechts, ist durch Pfeile 18 angedeutet.
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Die
Filtereinrichtung 10 weist ein Filterelement 20 auf,
das in der Haupt-Fluidleitung 12a angeordnet
ist. Das Filterelement 20 trennt den Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a und
den Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b für zu filternde
Rohluft dichtend von dem Auslassleitungsabschnitt 16. Mit
dem Filterelement 20 wird Rohluft aus dem Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a und
aus dem Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b gefiltert.
Das Filterelement 20 ist für den maximalen Luftdurchsatz
ausgelegt, wenn sowohl über
den Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a als auch aus dem
Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b die
jeweils maximale Rohluftmenge zugeführt wird.
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Das
Filterelement 20 ist durch einen Schlauch 21 mit
Filtermedium gebildet, entlang dem über den Umfang verteilt nicht
weiter gezeigte Falten ausgeknickt sind, so dass seine Form flexibel
an den Verlauf der Fluidleitung 12 angepasst werden kann. Das
Filterelement 20 ist insgesamt konisch geformt. Seine schmale
Stirnseite zeigt strömungsgünstig in Richtung
des Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a, seine breite Stirnseite
ist dem Auslassleitungsabschnitt 16 zugewandt. Das Filterelement 20 wird
von der zu filternden Rohluft radial von außen nach innen durchströmt.
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Die
Sekundär-Fluidleitung 12b mündet auf der
Rohseite des Filterelements 20 auf Höhe des Filterelements 20 in
den Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a, so dass Sekundär-Rohluft
aus dem Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b die
Außenumfangsfläche des
Filterelements 20 direkt anströmen, sich entlang der Außenumfangsfläche verteilen
und diese durchströmen
kann.
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Die
Ansaugstelle der Sekundär-Fluidleitung 12b befindet
sich getrennt von der Ansaugstelle der Haupt-Fluidleitung 12a vorzugsweise
an einer von Umwelteinflüssen
und Verschmutzung, wie beispielsweise Schnee und Eis, geschützten Stelle.
Auf diese Weise kann über
die Sekundär-Fluidleitung 12b Sekundär-Rohluft
angesaugt werden, falls der Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a ganz
oder teilweise verstopft, beispielsweise mit Schnee oder Eis zugesetzt,
ist. In diesem Fall kann der Brennkraftmaschine die fehlende Luftmenge über die
Sekundär-Fluidleitung 12b und
das Filterelement 20 zugeführt werden. Die Ansaugstelle
der Sekundär-Fluidleitung 12b kann
beispielsweise auch so angeordnet sein, dass mit der Sekundär-Fluidleitung 12b im
Vergleich zur Ansaugstelle der Haupt-Fluidleitung 12a vorgewärmte Sekundär-Rohluft
angesaugt werden kann, so dass einer Vereisung der Sekundär-Fluidleitung 12b und
des Filterelements 20 vorgebeugt werden kann. Falls das
Filterelement 20 bereits vereist ist oder mit Schnee zugesetzt
ist, kann mit der vorgewärmten
Sekundär-Rohluft
zusätzlich
das Filterelement 20 von Schnee und/oder Eis befreit werden.
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Die
Sekundär-Fluidleitung 12b kann
auch dann zugeschaltet werden, wenn beispielsweise bei einem extremen
Lastfall die Rohluft aus dem Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a alleine
nicht ausreicht, um die Brennkraftmaschine mit der erforderlichen
Leistung zu betreiben. Dann wird die zusätzlich benötigte Rohluft über die
Sekundär-Fluidleitung 12b bereitgestellt.
Für diesen
Fall wäre
es nicht unbedingt erforderlich, dass die beiden Ansaugstellen getrennt sind.
Der Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a und die Sekundär-Fluidleitung 12b könnten dann
auch räumlich
parallel zueinander verlaufen.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in der 2, sind diejenigen Elemente,
die zu denen des ersten, in der 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiels ähnlich sind,
mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass bezüglich deren
Beschreibung auf die Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten dadurch, dass in dem Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a ein
Hauptfilterelement 20a und in dem Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b ein
Sekundär-Filterelement 20b angeordnet
ist. Das Hauptfilterelement 20a und das Sekundär-Filterelement 20b sind in
ihrer Funktion und ihrem Aufbau im Wesentlichen ähnlich zu dem Filterelement 20 aus
dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a und
der Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b führen so
auf den Reinseiten der Filterelemente 20a und 20b zusammen.
Das Hauptfilterelement 20a und das Sekundär-Filterelement 20b sind in
der Fluidleitung 12 derart angeordnet, dass der Haupt-Einlassleitungsabschnitt 14a und
der Sekundär-Einlassleitungsabschnitt 14b dichtend
von dem Auslassleitungsabschnitt 16 getrennt sind.
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Das
Hauptfilterelement 20a und das Sekundär-Filterelement 20b sind
bezüglich
der Fluidströmungsrichtung 18 entgegensetzt
zu dem Filterelement 20 aus dem ersten Ausführungsbeispiel
in der Fluidleitung 12 eingesetzt, so dass Rohluft das Hauptfilterelement 20a und
das Sekundär-Filterelement 20b jeweils
radial von Innen nach Außen
durchströmt.
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Der
Strömungsquerschnitt
des Haupt-Einlassleitungsabschnitts 14a ist anders, meist
größer als
der Strömungsquerschnitt
des Sekundär-Einlassleitungsabschnitts 14b.
Die Summe der Strömungsquerschnitte
des Haupt-Einlassleitungsabschnitts 14a und des Sekundär-Einlassleitungsabschnitts 14b entspricht
etwa dem Strömungsquerschnitt
des Auslassleitungsabschnitts 16. In anderen Ausführungsformen
kann die Summe der Strömungsquerschnitte
von Einlass- und Auslassseite abweichen.
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Das
Hauptfilterelement 20a ist für den maximalen Luftdurchsatz
des Haupt-Einlassleitungsabschnitts 14a ausgelegt. Es braucht
nicht, wie das Filterelement 20 im ersten Ausführungsbeispiel
in 1, für
den gesamten maximalen Luftdurchsatz durch den Haupt-Einlassleitungsabschnitts 14a und den
Sekundär-Einlassleitungsabschnitts 14b ausgelegt
zu sein. Entsprechend ist das Sekundär-Filterelement 20b bei
vergleichbarer Filterwirkung für
einen kleineren maximalen Luftdurchsatz ausgelegt als das Hauptfilterelement 20a.
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Das
Sekundär-Filterelement 20b und
das Hauptfilterelement 20a sind im Wartungsfall separat zugänglich und
getrennt voneinander austauschbar.
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Bei
allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
einer Filtereinrichtung 10 sind unter anderem folgende
Modifikationen möglich:
Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf eine Filtereinrichtung 10 zur Filtration von Verbrennungsluft
einer Brennkraftmaschine. Vielmehr kann sie auch zur Filtration
von andersartigen flüssigen
oder gasförmigen Fluiden,
insbesondere Öl,
Kraftstoff oder Wasser, verwendet werden.
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Statt
der Haupt-Einlassleitungsabschnitte 14a und der Sekundär-Einlassleitungsabschnitte 14b können die
Fluidleitungen 12 auch zwei oder mehr funktional gleichberechtigte,
insbesondere parallele Einlassleitungsabschnitte aufweisen.
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Es
können
auch mehr als zwei Einlassleitungsabschnitte 14a, 14b für zu filterndes
Fluid und/oder mehr als ein Auslassleitungsabschnitt 16 für gefiltertes
Fluid vorgesehen sein.
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Jedem
Filterelement 20; 20a, 20b kann jeweils
wenigstens ein weiteres Filterelement nach- oder vorgeschaltet sein.
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Die
Fluidleitungen 12 und/oder die Filterelemente 20; 20a, 20b können auch
starr oder nur abschnittsweise flexibel sein. Es kann sich auch
um Rohre handeln.
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Statt
schlauchförmig
können
die Filterelemente 20; 20a, 20b auch
andersartig, beispielsweise zylinder- oder quaderförmig, sein.
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Die
Filterelemente 20; 20a, 20b können statt konisch
geformt auch die Form von an je einer Stirnseite geschlossenen Hohlzylindern
haben.
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Die
konischen Filterelemente 20; 20a, 20b können auch
umgekehrt zur Hauptluft- und zur Sekundärfluidströmung 18 in den Fluidleitungen 12, 12a, 12b ausgerichtet
sein. So kann beim ersten Ausführungsbeispiel
die schmale Stirnseite des Filterelements 20 auch zum Auslassleitungsabschnitt 16 zeigen.
In diesem Fall muss das Filterelemente 20 stromabwärts der
Einmündung
der Sekundär-Fluidleitung 12b angeordnet
sein.
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Die
Strömungsquerschnitte
der Einlassleitungsabschnitte 14a, 14b können gleich
oder unterschiedlich sein. Die Summe der Strömungsquerschnitte der Einlassleitungsabschnitte 14a, 14b kann gleich
oder unterschiedlich zu dem Strömungsquerschnitt
des Auslassleitungsabschnitts 16 sein.