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Ein
Filterelement kann ein hohles zylindrisches Filterbündel beinhalten,
wobei ein Filterbündel als
jegliche Struktur, die ein Filtermedium beinhaltet, definiert werden
kann. Das Innere des Filterbündels kann
durch einen inneren Kern gestützt
werden und das Äußere des
Filterbündels
kann durch einen äußeren Käfig gestützt werden.
Ein oder beide Enden des Filterbündels
sind typischerweise an einen Verschluss, wie eine Endkappe, gebunden.
Das Ende des Filterbündels
kann an die Endkappe durch jegliche geeignete Methode gebunden sein,
die ausreichende Intaktheit des Filters gewährleistet, einschließlich das
Schmelzbinden oder die Verwendung eines Einbettungsmaterials, wie
etwa ein Epoxidharz, ein Urethan oder ein Heißschmelzkleber.
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Herkömmliche
Filterelemente sind in den US-Patenten Nr. 4,228,012 und Nr. 4,521,309
und dem europäischen
Patent Nr.
EP 0 685
251 B1 offenbart. Das US Patent Nr. 4 228 012 offenbart
ein Filterelement gestützt
auf den Flussaufwärts
und flussabwärts
gelegenen Seiten durch einen starren Kern und eine Hülle. Der
Kern hat vier axiale Vorsprünge,
die in Ausnehmungen in den Endkappen eingreifen. Das US Patent Nr.
4,521,309 offenbart ein Filterrohr, einen mit Zinnen versehenen
Kern mit Nuten und Endkappen. Die Endkappen sind durch Endkappenmaterial
mit dem Kern fest verbunden, welches im Wesentlichen vollständig die
Nuten am mit Zinnen versehenen Ende des Kerns ausfüllt. Das
europäische
Patent Nr.
EP 0 685
251 B1 offenbart ein Filterelement, einen röhrenförmigen Einsatz
und eine Matte. Die Matte versiegelt die Endfläche des Filterelements und
ragt radial nach innen über
den röhrenförmigen Einsatz
hinaus.
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Wenn
ein Filterbündel
an eine Endkappe gebunden ist, kann ein Endbereich der Endkappe
verflüssigt
werden, zB durch Erhitzen bis der Endbereich schmilzt, und das Filterbündel kann
in den geschmolzenen Bereich eingebracht werden. Alternativ kann ein
flüssiges
Einbettungsmaterial auf die Endkappe aufgebracht werden und das
Ende des Filterbündels kann
in das Einbettungsmaterial eingebracht werden. Das flüssige Bindematerial,
zB entweder der geschmolzene Bereich der Endkappe oder das Einbettungsmaterial,
verfestigt sich oder erhärtet
dann und bildet eine Verbindung zwischen dem Filterbündel und
der Endkappe.
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In
einer typischen Schmelzverbindung und/oder Einbettungsmaterialverbindung
kann das Ende des Kerns und/oder das Ende des Käfigs in das flüssige Bindematerial
gleichzeitig mit dem Ende des Filterbündels eingebracht werden. Bedauerlicherweise
verdrängen
die Enden des Kerns und/oder des Käfigs dann eine wesentliche
Menge des flüssigen Bindematerials.
Dieses verdrängte
Bindematerial kann in die Bindefläche zwischen der Endkappe und dem
Ende des Filterbündels
gezwungen werden, was in überschüssiges Bindematerial
resultiert. Das überschüssige Bindematerial
kann ungenügende Bindung
verursachen und die Intaktheit der Bindung zwischen der Endkappe
und dem Ende des Filterbündels
gefährden.
Das überschüssige Bindematerial
kann auch tief in das Ende des Filterbündels gezogen werden, wo es
das Filtermedium beschädigen oder
blind machen kann oder das Filterbündel an den Kern binden kann.
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Das
flüssige
Bindematerial, das durch das Ende des Kerns und/oder des Käfigs verdrängt wurde
kann auch auf die äußeren oder
inneren Oberflächen
des Filterelements gezwungen werden, wo es sich als Kügelchen
oder als Grate wieder verfestigen kann. Nicht nur sind diese Kügelchen
oder Grate unschön;
sie können
auch das Passen des Filterelements in ein Gehäuse und den Durchfluss von
Flüssigkeit
um und durch das Filterelement stören.
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Ein
weiteres Problem mit herkömmlichen
zylindrischen Filterelementen ist es, dass die ausgeübten Drücke auf
das Filterbündel
an der Verbindung während
der Filtration und des Rückspülens oder
des Rückblasens
die Verbindung zwischen dem Filterbündel und der Endkappe strapazieren.
Ausdehnen und Zusammenziehen des Filterbündels aufgrund von Effekten
der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit können ebenfalls die Verbindung
zwischen dem Filterbündel
und der Endkappe strapazieren. Wiederholter Druck an der Verbindung
kann verursachen, dass die Bindung versagt, was ungefilterter Flüssigkeit
erlaubt, das Filterbündel
zu umgehen und die Flüssigkeit,
die durch das Filterelement behandelt wurde, zu kontaminieren.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst ein Filterelement ein Hohlfilter, einen
Kern und eine Endkappe, wobei das Filter einen Endbereich, eine innere
Peripherie und einen Innendurchmesser aufweist, wobei der Kern einen
Endbereich aufweist und in dem Filter angeordnet ist, und wobei
die Endkappe und der Endbereich des Filters an einer Verbindung mittels
eines Bindematerials verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
der Endbereich des Kerns eine Außenwand mit einem verschmälerten Rand,
einen Außendurchmesser,
der zu dem Innendurchmesser des Filters korrespondiert, und eine
innere Oberfläche,
die einen Rücksprung
bildet, umfasst, wobei die innere Peripherie des Filters in der Nähe der Verbin dung
von der Außenwand
des Kerns gestützt
wird und verfestigtes Bindematerial in dem Rücksprung angeordnet ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung
eines Filterelements das Einführen
eines Endbereichs eines Filters in ein flüssiges Bindematerial einer
Endkappe; das Einführen
eines verschmälerten
Randes einer Außenwand
eines Endbereiches eines Kerns in das flüssige Bindematerial der Endkappe
einschließlich des
Leitens von flüssigem
Bindematerial in einen von einer inneren Oberfläche der Außenwand gebildeten Rücksprung;
das Binden des Endbereichs des Filters an die Endkappe; und das
Anordnen der Außenwand des
Kerns zum Stützen
der inneren Peripherie des Filters in der Nähe der Verbindung.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Filterelement ein Filter,
einen Käfig und
eine Endkappe, wobei das Filter einen Endbereich, eine äußere Peripherie
und einen Außendurchmesser
aufweist, wobei der Käfig
einen Endbereich aufweist und um das Filter herum angeordnet ist,
und wobei die Endkappe und der Endbereich des Filters an einer Verbindung
mittels eines Bindematerials verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
dass der Endbereich des Käfigs
eine Innenwand, eine Außenwand
und einen Rücksprung
zwischen der Innenwand und der Außenwand umfasst, wobei verfestigtes
Bindematerial in dem Rücksprung
angeordnet ist und wobei die Innenwand einen Innendurchmesser aufweist,
der zu dem Außendurchmesser
des Filters korrespondiert, und wobei die äußere Peripherie des Filters
in der Nähe
der Verbindung von der Innenwand des Käfigs gestützt wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung
eines Filters das Einführen
eines Endbereichs eines Filters in ein flüssiges Bindematerial einer
Endkappe; das Einführen
einer Innenwand eines Endbereiches eines Käfigs in das flüssige Bindematerial
der Endkappe, einschließlich
des Leitens von flüssigem
Bindematerial in einen Rücksprung
zwischen der Innenwand und einer Außenwand des Käfigs; das
Binden des Endbereiches des Filters an die Endkappe; und das Anordnen
der Innenwand des Käfigs
zum Stützen
der äußeren Peripherie
des Filters in der Nähe
der Verbindung.
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung stellen einen wesentlichen Fortschritt im Stand der
Technik dar. Ein Filterelement oder ein Verfahren, welches das Stützen der
Peripherie eines Filters durch eine Wand eines Kerns oder Käfigs nahe
der Verbindung und verfestigtes Bindematerial in einem Rücksprung vorsieht,
gewährleistet
mehrere Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik. Zum Beispiel wird, wenn das Ende eines Filterbündels und
das Ende des Käfigs und/oder
des Kerns in den geschmolzenen Bereich einer Endkappe oder eines
Ein bettungsmaterials in einer Endkappe eingebracht werden, überschüssiges Bindematerial,
das durch das Ende des Kerns verdrängt wird, weder in die Bindefläche noch
auf die inneren oder äußeren Oberflächen des
Filterelements gezwungen. Vielmehr ist das verdrängte Bindematerial in dem Rücksprung
des Kerns und/oder Käfigs
aufgenommen, was die Intaktheit der Verbindung und die Effektivität des Filterelements
verbessert.
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Zusätzlich,
da das Filterbündel
durch die Außenwand
des Kerns und/oder die Innenwand des Käfigs nahe der Verbindung gestützt wird,
wird weniger Druck auf die Verbindung zwischen dem Filterbündel und
der Endkappe aufgebracht. Daher ist die Wahrscheinlichkeit eines
Druckversagens an der Verbindung und die Gelegenheit für das Durchtreten
von unbehandelter Verfahrensflüssigkeit
durch eine defekte Verbindung und das Kontaminieren bereits behandelter
Flüssigkeit
praktisch eliminiert.
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1 ist
eine Seitenansicht eines Beispiels eines Kerns teilweise im Querschnitt.
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2 ist
eine Aufsicht des Kerns aus 1.
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang des Rücksprungs des Kerns aus 1.
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Filterelements.
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5 ist
eine Querschnittsansicht entlang eines Rücksprungs eines zweiten Beispiels
eines Kerns.
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6.
ist eine isometrische Querschnittsansicht entlang eines Rücksprungs
eines dritten Beispiels eines Kerns.
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7a und 7b sind
eine Seitenansicht und eine Aufsicht eines Beispiels eines Käfigs.
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7c ist
eine Querschnittsansicht entlang des Rücksprungs des Käfigs der 7a und 7b.
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In
manchen Ausführungsformen
der Erfindung umfasst das Filterelement einen in einem hohlen Filterbündel angeordneten
Kern und eine an das Filterbündel
gebundene Endkappe. Wie in den 1 bis 3 gezeigt,
beinhaltet der Kern 10 einen perforierten zylindrischen
Körper 11,
welcher in dem hohlen Filterbündel
angeordnet sein kann, um das Filterbündel gegen durch das Filterelement
radial nach Innen gerichtete Kräfte
während
der Filtration und dem Rückspülen oder
Rückblasen
zu stützen. Zum
Beispiel kann während
des Filtrationsvorganges Flüssigkeit
im Allgemeinen radial von außen
nach innen durch den Filter, durch die Öffnungen 12 in dem perforierten
Kern 10 zu dem inneren hohlen Abschnitt des Filters und
des Kerns 10 und dann axial zu einem Auslass an einem oder
beiden Enden des Kerns 10 fließen. Alternativ kann Verfahrensflüssigkeit
während
der Filtration im Allgemeinen radial von innen nach außen aus
dem hohle Innere, durch die Öffnungen 12 im
perforierten Kern 10 zum Filterbündel fließen.
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Der
Kernkörper
kann auf vielerlei Weise konfiguriert sein. Zum Beispiel ist der
Kernkörper
vorzugsweise zylindrisch und hat einen im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt,
aber er kann alternativ einen polygonalen Querschnitt haben. Der
Kern stützt das
Filterbündel
gegen mit Druck beaufschlagten, von außen nach innen gerichteten
Durchfluss und hindert das Element nach innen einzufallen. Als Folge
hat der Kern vorzugsweise eine ähnliche
Konfiguration wie das Filter und einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser
des Filters entspricht. Der Kernkörper kann eine ebene glatte äußere Oberfläche haben
mit Ausnahme der Öffnungen
oder die äußere Oberfläche kann
eine oder mehrere Nuten 13 oder andere Strukturen haben,
um Flüssigkeit
zu oder von den Öffnungen
zu leiten. Die Öffnungen können jegliche
Form haben. Zum Beispiel können die Öffnungen
kreisförmig
oder rechteckig geformt sein. Die Öffnungen sind ausreichend von
einander beabstandet, sodass Flüssigkeit
leicht zwischen dem Filterbündel
und dem Kern mit geringem oder keinem Druckabfall durchtreten kann.
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Zumindest
ein Ende und vorzugsweise beide Enden des Kerns 10 beinhalten
einen Rücksprung 14,
wo flüssiges
Material, wie etwa Abfall- oder Fremdmaterial, welches während dem
Binden der Endkappe an das Filterbündel gebildet wurde, eingeschlossen
werden kann. Der Rücksprung 14 kann jede
geeignete Konfiguration haben. Zum Beispiel wie in den 1 bis 3 gezeigt,
kann der Rücksprung 14 eine
Nut 15 in der Endfläche
an einem ersten Ende des Kerns 10 umfassen. Die Nut 15 kann durch
eine Außenwand 20 und
eine Innenwand 21 begrenzt sein und kann an nur einer Seite
unbegrenzt sein, zB der Endfläche
des Kerns 10. Sowohl die Außenwand als auch die Innenwand
können
die gleiche Höhe
haben oder sie können
verschiedene Höhen
haben. Zum Beispiel kann die Innenwand kürzer sein als die Außenwand.
Die Außenwand
und die Innenwand können
die gleiche Dicke haben oder die Dicken können voneinander abweichen.
Zum Beispiel kann die Dicke der Außenwand größer sein als die Dicke der
Innenwand, was eine starke Außenwand
schafft, um das Filterbündel
zu stützen.
Die Ränder
der Innen- und Außenwände können flach oder
geneigt sein und sie können
eben oder strukturiert sein. Die Außenwand ist vorzugsweise durchgehend,
während
die Innenwand durchgehend oder unterbrochen sein kann.
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Wie
in den 1 bis 3 dargestellt, haben sowohl
die Außenwand 20 als
auch die Innenwand 21 die gleiche Höhe, und die innere Oberfläche 22 der
Außenwand 20 und
die äußere Oberfläche 23 der
Innenwand 21 sind jeweils im Allgemeinen durchgehend. Ferner
kann die innere Oberfläche 22 der Außenwand 20 und/oder
die äußere Oberfläche 23 der
Innenwand 21 verjüngt
sein und eine V-förmige Nut 15 mit
einem schmalen Grund 24 am Schnittpunkt der inneren und äußern Oberflächen 22/23 begrenzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die
Außenwand 20 einen
schmalen Rand und eine verjüngte
innere Oberfläche,
die das flüssige
Material beim Einbringen ordentlich trennt und das flüssige Bindematerial
am Ende des Kerns nach innen weg von der Bindefläche zwischen der Endkappe und dem
Ende des Filterbündels
leitet. Jedoch kann die Nut jede geeignete Form haben, die dazu
in der Lage ist, das flüssige
Bindematerial aufzunehmen und zu beinhalten, wenn der Kern in das
flüssige
Bindematerial eingebracht wird. Zum Beispiel können sich die äußeren und
inneren Oberflächen
der inneren und äußeren Wände axial
parallel zueinander erstrecken, um eine im allgemeinen U-förmige Nut
mit einem relativ breiten Grund zu begrenzen.
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Der
Rücksprung
kann eine Vielzahl weiterer Merkmale beinhalten. Zum Beispiel können eine
oder mehrere Entlüftungen
mit dem Rücksprung
in Verbindung stehen und erlauben, dass Gas entweicht, wenn das
flüssige
Bindematerial in den Rücksprung fließt. Wie
zum Beispiel in den 1 bis 3 gezeigt,
erstrecken sich eine Vielzahl von Entlüftungslöchern 25 durch die
Außenwand 20 des
Kerns 10 nahe dem Grund 24 der Nut 15.
Alternativ oder zusätzlich
können
Entlüftungen
in der Innenwand oder dem Grund angeordnet sein.
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Eine
Verriegelungsanordnung mit einer oder mehreren Strukturen kann an
einem oder beiden Enden des Kerns, vorzugsweise im Rücksprung
ausgebildet sein, um bei der Verhinderung von Dreh- und/oder Axialbewegungen
des Kerns relativ zu der Endkappe und/oder dem gebundenen Filterbündel zu
helfen. Zum Beispiel können
eine oder mehrere der Innenwand, der Außenwand oder des Grundes der
Nut Oberflächenstrukturen
beinhalten, wie etwa Höcker
oder Konturmerkmale, wie etwa Vertiefungen oder Löcher, wie
etwa die Entlüftungen,
in welchen oder um welche herum das flüssige Bindematerial sich verfestigen
kann. Alternativ können
die Strukturen Vorsprünge
umfassen, wie etwa Trennwände,
die sich in den Rücksprung
erstrecken und um welchen sich das Bindematerial verfestigen kann.
Zum Beispiel können
eine oder mehrere Rippen, Fasen oder Wände von der Außenwand,
der Innenwand und/oder dem Grund in die Nut ragen. Wie in den 1 bis 3 gezeigt,
ragen mehrere Trennwände 30 von
der inneren Oberfläche 22 der
Außenwand 20 radial
nach innen. Die Trennwände 30 erstrecken sich
vorzugsweise radial vollständig über die
Nut 15 zu der Innenwand 21, können aber auch vor der Innenwand 21 aufhören. Ferner
erstrecken sich die Trennwände 30 vorzugsweise
axial vom Grund 24 den gesamten Weg oder den Großteil des
Weges bis zum Rand der Außen-
und/oder Innenwand 20, 21 und die Oberkante jeder
Trennwand 30 ist vorzugsweise verjüngt. Im Allgemeinen jedoch
sind die Vorsprünge
nicht auf eine bestimmte Form oder Orientierung beschränkt. Die
Vorsprünge
können
von der Außenwand,
der Innenwand und/oder dem Grund in einer parallelen Richtung zu/oder
in einem Winkel zu dem Radius und/oder der Achse des Kerns ragen.
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Die
Verriegelungsanordnung kann eine oder mehrere regelmäßige oder
unregelmäßige Oberflächen beinhalten,
die angeordnet sind, um verfestigtes Bindematerial zu kontaktieren,
um relative Bewegungen zwischen dem Kern und der Endkappe und/oder
dem gebundenen Filterbündel
in einer oder mehrerer Dimensionen, zB axiale oder umfangseitige (dh
in der Theta-Richtung eines zylindrischen Koordinatensystems) zu
verhindern. In vielen Ausführungsformen
kann die Verriegelungsvorrichtung einen Vorsprung oder eine Vertiefung
mit einer oder mehreren Oberflächen
umfassen, die einen wesentlichen Umfangsvorsprung haben und die
angeordnet sind, um relative Drehbewegungen zwischen dem Kern und der
Endkappe zu verhindern. Zum Beispiel beinhaltet in der Ausführungsform,
die in den 1 bis 3 dargestellt
ist, jede Trennwand 30 gegenüberliegende Oberflächen 31a, 31b,
die angeordnet sind, um im Wesentlichen einander zugewandt am Umfang
zu stehen und relative Drehbewegungen zwischen dem Kern und der
Endkappe und/oder dem gebundenen Filterbündel zu verhindern, wenn die
Oberflächen verfestigtes
Bindematerial kontaktieren.
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Zumindest
ein Ende, und vorzugsweise beide Enden, des Kerns beinhalten eine
Außenwandstruktur
die dimensioniert ist, die innere Peripherie des Filterbündels in
der Nähe
der Verbindung zwischen dem Filterbündel und der Endkappe zu stützen. Die
Außenwandstruktur
kann in einer Vielzahl von Möglichkeiten
konfiguriert sein. Wie zum Beispiel in den 1 bis 3 gezeigt,
kann die Außenwandstruktur
an einem Ende des Kerns 10 eine durchgehende Außenwandoberfläche 33 mit
einem Außendurchmesser
umfassen, der dem Innendurchmesser der inneren Peripherie des Filterbündels an dem
Ende entspricht. Eine durchgehende Außenwandoberfläche 33 ermöglicht es
dem Ende des Kerns 10 den gesamten inneren Umfang des Filterbündels in
der Nähe
der Verbindung zwischen dem Filterbündel und der Endkappe vollständig zu
stützen.
Folglich ist eine durchgehende äußere Oberfläche bevorzugt.
Jedoch können
Unterbrechungen in der Außenwandstruktur
vorgesehen sein, solange die innere Peripherie des Filterbündels in
dem Bereich der Bindung zwischen Endkappe und Filterbündel im
Wesentlichen gestützt
wird. Das Stützen
des Endes des Filterbündels
in der Nähe
der Verbindung dient dem Aufheben und/oder Verhindern übermäßigen Drucks
auf die Verbindung während
der Filtration und/oder dem Rückwaschen.
Als Folge davon ist es weniger wahrscheinlich, dass die Verbindung
zwischen dem Filterbündel
und der Endkappe versagt, was die Wahrscheinlichkeit, dass unbehandelte
Flüssigkeit
das Filterbündel
umgeht, reduziert.
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Der
Kern kann jedes ausreichend starre Material enthalten, welches mit
der zu behandelten Flüssigkeit
kompatibel ist und welches ausreichende strukturelle Integrität aufweist,
um das Filterbündel zu
stützen.
Zum Beispiel kann der Kern hergestellt sein aus einem thermoplastischen
Harz, einem Metallnetz, einem perforierten Metallblatt wie etwa
aus Stahl oder Alumi nium, einer porösen Keramik oder irgendeinem
von einer Anzahl von porösen
starren Materialien die geeignet sind, um eine Stütze für ein zylindrisches
Filterelement zu bilden. Polymermaterialien sind bevorzugt. Im Speziellen
bevorzugt ist ein Kern, der aus Polypropylen oder Polyethylen hergestellt
ist. Zusätzlich
ist der zylindrische Körper 11 des Kerns 10 vorzugsweise
perforiert und beinhaltet Öffnungen,
die die Flüssigkeit
durch den zylindrischen Körper 11 zu
und von dem hohlen Inneren des zylindrischen Körpers leiten. Jedoch kann der
zylindrische Körper
auch aus einem porösen
Material wie zB einem hohlen oder festen porösen Zylinder oder aus einem
undurchlässigen
unperforierten Material mit an einer äußeren Oberfläche gebildeten
Kanälen
gestaltet sein. Jeder dieser Kerne ist vorzugsweise angeordnet,
um nicht nur das Filterbündel
zu stützen, sondern
auch um wenig oder geringen Druckabfall für die durch das Filterelement
fließende
Flüssigkeit zu
gewährleisten.
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Der
Kern kann in einer Vielzahl von Möglichkeiten gestaltet sein.
Zum Beispiel kann der Kern spritzgegossen sein, er kann extrudiert
sein oder er kann gefräst
sein. Der Kern kann vorzugsweise eine einheitliche Einstück-Struktur
umfassen. Alternativ kann der Kern eine mehrstückige Struktur umfassen, zB
eine gegossene Zwei- oder Dreistück-Struktur
in welcher zB der zylindrische Körper
des Kerns spritzgegossen ist und ein oder zwei separat gegossene oder
gefräste
Endstücke,
die die Nuten und die durchgehende Außenwandoberfläche beinhalten sind
an die Enden des Körpers,
zB durch Schweißen oder
Binden fixiert. Statt an den Körper
fixiert zu sein können
die Endstücke
mit den Enden des Körpers
in einer Weise verbunden sein, die den Endstücken erlaubt, sich axial und/oder
drehend in Bezug auf den Körper
zu bewegen.
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Die
Form des Filterbündels
ist vorzugsweise zylindrisch und hohl. Das Filterbündel kann
in einer Vielzahl von Möglichkeiten
konfiguriert sein. Zum Beispiel kann es eine hohle oder feste Fasermasse oder
schraubenförmig
gewickelte Schichten eines Filtermediums und/oder eines Drainagemediums umfassen.
Bevorzugt jedoch ist eine hohle gefaltete Konfiguration. Ein Beispiel
einer geeigneten gefalteten Konfiguration für das Filterbündel kann
eine zylindrische Konfiguration mit einem geraden radialen Faltendesign
sein. Besonders bevorzugt ist ein gefalteter Filter mit einer übereinander
gelegten Konfiguration, wie zB in dem US-Patent Nr. 5 543 047 offenbart.
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Verschiedene
Typen von Filtermedien können
mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das in dem Filterelement
verwendete Filtermedium kann jegliches Material beinhalten, welches
in der Lage ist eine poröse
Struktur geeignet für
das Filtern von Flüssigkeiten
oder Gasen zu bilden, einschließlich
poröse
Metallmedien, poröse
Keramikmedien, poröse
Medien, die organische- und/oder anorganische Fasern enthalten,
wie etwa Kohlenstoff- und/oder
Glasfasermedien und/oder poröse
Polymermedien. Die Filtermedien können Fasermedien beinhalten,
wie etwa eine Masse von Fasern, Fasermatten, gewebte oder nicht-gewebte Faserblätter, und
Fasertiefenfilter, die durch eine Vielzahl von Möglichkeiten einschließlich Schmelzblasen,
Langsiebabscheidung oder Luftlegen von fasrigen Materialien hergestellt
sind. Zusätzlich
können
die Filtermedien eine poröse
Folie oder Membran beinhalten. Die porösen Filtermedien der vorliegenden
Erfindung sind nicht auf irgendwelche bestimmten Porengrößen oder
-strukturen beschränkt.
Mikroporöse
und ultraporöse
Medien sind bevorzugt. Zusätzlich
kann das Filtermedium ein- oder mehrere Schichten umfassen, wobei
jede Schicht die gleiche oder verschiedene Filtereigenschaften hat.
Zum Beispiel kann das Filtermedium zwei oder mehr Schichten umfassen. Eine
der Schichten, vorzugsweise eine stromaufwärts gelegene Schicht kann grober
sein als die andere Schicht und dabei als ein Vorfilter dienen.
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Das
Filterbündel
kann auch eine oder mehre zusätzliche
Schichten beinhalten, wie etwa stromaufwärts und/oder stromabwärts gelegene
Drainageschichten und eine Dämpfungsschicht.
Die stromaufwärts-
und stromabwärts
gelegenen Drainage-schichten sind jeweils auf den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen
Oberflächen
des Filtermediums angeordnet. Die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen
Drainageschichten können
aus irgendeinem Material mit geeigneten seitlichen Fließeigenschaften
hergestellt sein, das bedeutet geeignetem Widerstand gegen den Flüssigkeitsdurchfluß durch
die Schicht in einer Richtung parallel zu ihrer Oberfläche. Der
seitliche Fließwiderstand
der Drainageschicht ist vorzugsweise gering genug, dass der Druckabfall
in der Drainageschicht geringer ist als der Druckabfall durch das
Filtermedium, wobei dadurch eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit
entlang der Oberfläche
des Filtermediums gewährleistet wird.
Die Drainageschichten können
in der Form eines Netzes oder eines Siebes oder eines gewebten oder
nicht-gewebten porösen
Blatt sein.
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Die
Dämpfungsschicht
kann zwischen dem Filtermedium und einer oder beiden Drainageschichten
angeordnet sein. Die Dämpfungsschicht
hilft die Abnutzung des Filtermediums aufgrund von Reibkontakten
mit den Drainageschichten während Druckfluktuationen
des Flüssigkeitssystems,
in welchem der Filter installiert ist, zu vermeiden. Die Dämpfungsschicht
ist vorzugsweise aus einem Material, welches weicher ist als die
Drainageschichten und welches einen höheren Abnutzungswiderstand als
das Filtermedium hat, hergestellt. Ein Beispiel einer geeigneten
Dämpfungsschicht
kann ein nicht-gewebter Polymerstoff sein.
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Das
Filterelement kann ein oder mehrere Abschlüsse haben, einschließlich Endkappen,
wie etwa offene Endkappen, blinde Endkappen und Verbindungskappen,
die an das Filterbündel gebunden sind.
Die Endkappen können
aus jedem geeigneten, undurchlässigen
Material, wie einem Metall-, einem Keramik- oder einem Polymermaterial,
welches mit dem zu filternden Material kompatibel ist, gestaltet sein.
Zum Beispiel kann das Endkappenmaterial ein Metall, wie Aluminium,
rostfreier Stahl oder Carbonstahl oder ein Keramik- oder sogar ein
faserverstärktes
Produkt, wie Fiberglas verstärktes
Polypropylen, Polyamid, wie Nylon oder Polyesterharz sein. Vorzugsweise
ist die Endkappe aus einem Polymermaterial wie Polypropylen, Polyamid
(zB Nylon) oder einem Polyester hergestellt. Die Endkappe muss nicht aus
dem gleichen Material wie der Kern hergestellt sein.
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Die
Endkappen können
jede gewünschte Konfiguration,
die für
die Anforderungen des Filterbündels
und des Filterelements geeignet sind, aufweisen. Für gewöhnlich wird
zumindest eine der Endkappen mit einer Öffnung versehen sein, um den Durchfluss
von gefilterter Flüssigkeit
von oder ungefilterter Flüssigkeit
zu dem Inneren des Filterelements zu erlauben. In vielen Fällen werden
beide Endkappen Öffnungen
aufweisen, insbesondere wenn eine Vielzahl von Filterelementen an
Verbindungskappen miteinander zu verbinden sind, um ein langes rohrförmiges Element
zu bilden.
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Der
Kern, das Filterbündel
und die Endkappe können
zusammengesetzt sein, um das Filterelement in einer Vielzahl von
Möglichkeiten
zu bilden. Zum Beispiel kann das Filterbündel und der Kern angeordnet
sein, um einander zu kontaktieren, sodass zumindest in der Nähe von einem
Ende oder vorzugsweise beiden Enden die innere Peripherie des Filterbündels der
Außenwandstruktur
des Kerns eng gegenüberliegt
oder diese kontaktiert, wobei die Außenwandstruktur einen Außendurchmesser
entsprechend dem Innendurchmesser des Filterbündels hat. Die Endkappe kann
an das Filterbündel
gebunden sein, wobei das flüssige
Bindematerial in den Rücksprung
des Kerns fließt
und von diesem aufgenommen wird und/oder die Verriegelungsanordnung
kontaktiert.
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Die
innere Peripherie eines Filterbündels kann
mit dem Kern in einer Vielzahl von Möglichkeiten in Kontakt stehen.
Zum Beispiel kann das Filterbündel
so angeordnet sein, dass der Kern in den inneren hohlen Abschnitt
des Filterbündels
eingebracht wird, oder der Kern kann so angeordnet sein, dass das
Filterbündel über den
Kern stülpbar
ist. In der Nähe
eines Endes, vorzugsweise beider Enden, kontaktiert die innere Peripherie
des Filterbündels
die Außenwandstruktur
des Kerns. Die Außenwandstruktur
des Kerns und die innere Peripherie des Filterbündels kontaktieren einander,
wenn sie in tatsächlichem
physischen Kontakt stehen oder wenn sie ausreichend nahe sind, dass
der Kern das Filterbündel
stützt.
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Das
Filterbündel
kann an eine Endkappe in jeder geeigneten Weise gebunden sein, die
Flüssigkeitsumgehung
verhindert. Zum Beispiel können
die Enden des Filterelements durch ein Einbettungsmaterial, zB ein
Bindemittel wie etwa ein Kleber, ein Lösungsmittel, ein Epoxidharz,
ein Urethan oder ein Silikon, an die Endkappen gebunden sein. Als
ein weiteres Beispiel kann das Filterelement an die Endkappe durch
Schmelzbinden gebunden sein. Schmelzbinden und die Verwendung eines
Einbettungsmaterials sind die bevorzugten Verfahren, aber weniger bevorzugte
Verfahren umfassen Rotationsreibschweißen und Ultraschallschweißen.
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Beim
Schmelzbinden kann eine thermoplastische Endkappe erhitzt werden,
um eine gesamte Fläche
oder besonders bevorzugt eine Region, wie eine ringförmige Region
einer Oberfläche
einer Endkappe zu verflüssigen,
und einen erweichten oder geschmolzenen Kunststoff zu bilden. Ein
Ende des Filterbündels
und des Kerns können
in dem verflüssigten
Kunststoff der Endkappe platziert werden, wo der verflüssigte Kunststoff
in die Zwischenräume
des Filterbündels
fließt.
Wenn sich der Kunststoff verfestigt ist das Filterbündel sicher
mit der Endkappe verbunden. Ein herkömmliches Schmelzbindeverfahren
ist in dem US-Patent Nr. 3,457,339 offenbart.
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Beim
Einbetten wird ein Einbettungsmaterial auf eine Oberfläche oder
in einen Hohlraum der Endkappe platziert, wobei das Einbettungsmaterial
ein Material ist, das unter Filterbündel-Zusammenbaubedingungen
flüssig
ist, aber unter normalen Betriebsbedingungen fest und beständig ist.
Typischerweise kann dies ein Heißschmelzkleber, ein geschmolzenes
Polymer, ein Plastisol, ein Epoxidharz, ein Wachs, ein Urethan,
ein Silikon, ein flüssiges
Polymer oder Elastomer sein, welches schnell in eine feste oder
beständige
Zustand ausgehärtet
werden kann, oder ein derartig ähnliches
Material. Ein Ende des Filterbündels
und des Kerns kann in das Einbettungsmaterial auf der Endkappe platziert
werden, wo das Einbettungsmaterial in die Zwischenräume des Filterbündels fließt. Wenn
sich das Einbettungsmaterial verfestigt, zB erhärtet oder fest wird, ist das
Filterbündel
sicher mit der Endkappe verbunden und versiegelt das Ende des Filterbündels mit
der Endkappe.
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Wenn
das Ende des Filterbündels
und das Ende des Kerns in das flüssige
Bindematerial, zB in den geschmolzenen Abschnitt oder die Endkappe oder
das Einbettungsmaterial eingebracht werden, wird das flüssige durch
das Ende des Kerns verdrängte
Bindematerial vorzugsweise nicht in die Bindefläche zwischen dem Ende des Filterbündels und der
Endkappe gezwungen. Vielmehr wird das flüssige Bindematerial, welches
durch das Ende des Kerns verdrängt
wurde, in den Rücksprung
und/oder um die Verriegelungsanordnung am Ende des Kerns geleitet und
von diesem aufgenommen. Im Speziellen schneidet, teilt und trennt
der schmale Rand der Außenwand
des Kerns das flüssige
Bindematerial am Ende des Filterbündels von dem flüssigen Bindematerial
des Kerns. Die innere Oberfläche
der Außenwand,
im speziellen eine verjüngte
innere Oberfläche leitet
das flüssige
Bindematerial am Ende des Kerns von der Bindefläche zwischen dem Ende des Filterbündels und
der Endkappe weg. Daher wird das flüssige Bindematerial am Ende
des Kerns nicht in die Bindefläche
gezwungen, wo es als überschüssiges Bindematerial
die Intaktheit der Verbindung zwischen dem Filterbündel und
der Endkappe gefährden
kann. Es wird auch nicht weit in das Filterbündel hinauf oder zwischen das
Filterbündel
und den Kern gezwungen, wo es das Filtermedium beschädigen oder blind
machen kann oder den Kern direkt an das Filterbündel binden kann. Vielmehr
wird das flüssige Bindematerial
am Ende des Kerns in den Rücksprung
und/oder um die Verriegelungsanordnung am Ende des Kerns geleitet,
wo es aufgenommen wird. Gas wie etwa Luft im Rücksprung kann durch die Entlüftungen,
zB die Entlüftungslöcher entlüftet werden, wenn
das flüssige
Bindematerial in den Rücksprung fließt. Sobald
sich das flüssige
Bindematerial verfestigt hat, ist nicht nur das Filterbündel sicher
mit der Endkappe verbunden, sondern das Bindematerial, welches durch
das Kernmaterial verdrängt
wurde ist ordentlich im Rücksprung
und/oder um die Verriegelungsanordnung eingeschlossen. Durch das
Einschließen
des Bindematerials an dem Ende des Kerns verfestigt sich wenig oder
gar kein Bindematerial als Kügelchen
oder Grate an der inneren Oberfläche
der Endkappe oder der inneren Oberfläche des Körpers des Kerns.
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Wie
oben beschrieben werden die Enden des Filterbündels und des Kerns vorzugsweise gleichzeitig
in den geschmolzenen Kunststoff der Endkappe oder in das flüssige Einbettungsmaterial eingebracht.
Alternativ kann das Ende des Filterbündels und des Kerns benachbart
zur Endkappe positioniert werden und dann kann die Endkappe erhitzt werden
oder das flüssige
Einbettungsmaterial auf die Endkappe und das Filterbündel aufgebracht
werden. In einer anderen Alternative kann das Ende des Filterbündels in
den geschmolzenen Kunststoff der Endkappe oder in das flüssige Einbettungsmaterial eingebracht
werden und dann kann der Kern in das hohle Innere des Filterbündels und
in den geschmolzenen Kunststoff der Endkappe oder in das flüssige Einbettungs-material
eingebracht werden. In noch einer weiteren Alternative kann das
Ende des Filterbündels
benachbart zu der Endkappe positioniert werden, die Endkappe kann
erhitzt werden oder das flüssige
Einbettungsmaterial kann auf die Endkappe und das Filterbündel aufgebracht
werden, und dann kann der Kern in das hohle Innere des Filterbündels und
in den geschmolzenen Kunststoff der Endkappe oder in das flüssige Einbettungsmaterial
eingebracht werden. In jedem Fall wird die innere Peripherie des Filterbündels durch
den Kern in der Nähe
von zumindest einem Ende gestützt,
und das Filterbündel
wird mit der Endkappe verbunden. Jedes flüssige Bindematerial am Ende des
Kerns wird in den Rücksprung des
Kerns und/oder um die Verriegelungsanordnung fließen, wo
es aufgenommen wird, und Gas kann durch die Entlüftungslöcher entlüftet werden.
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In
der in 4 dargestellten Ausführungsform des Filterelements
wurde das flüssige
Bindematerial, welches während
der Bindung der Endkappe 41 an das Filterbündel 42 hergestellt
wurde in den Rücksprung
des Kerns 10, dh in die Nut 15, durch die Außen- und
Innenwände 20, 21 des
Kerns 10 geleitet. Entlüftungslöcher 25,
die mit der Nut 15 in Verbindung stehen, erlaubten der
Luft von der Nut 15 entlüftet zu werden, als das flüssige Material
am Ende des Kerns 10 in die Nut 15 eintrat. Als
sich Bindematerial 40 abkühlte oder erhärtete, verfestigte
es sich und wurde im Rücksprung
des Kerns 10 und um die Trennwände 30 eingeschlossen.
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Die
Größe des Rücksprungs,
zB die Höhe und/oder
Breite der Nut können
abhängig
von vielen Faktoren, einschließlich
dem Volumen des Bindematerials, welches im Rücksprung aufgenommen werden
soll, variieren. Dies wiederum hängt
zB von der verwendeten Bindetechnik ab, mit der die Endkappe mit
dem Filterbündel
verbunden wird. Beim Rotationsreibschweißen wird sehr wenig Schmelze
produziert und vieles davon wird aufgrund von Zentrifugalkraft radial
nach außen
gezwungen. Als Folge daraus kann der Rücksprung des Kerns relativ
klein bemessen sein, um das relativ geringe Materialvolumen aufzunehmen.
Beim Einbetten kann das Volumen des Einbettungsmaterials, welches
auf die Endkappe und das Filterbündel
aufgebracht wird, genau gesteuert werden. Als Folge davon kann der
Rücksprung
des Kerns mittelmäßig bemessen
sein, um ein geringes bis mittelmäßiges Volumen von Bindematerial
aufzunehmen. Beim Schmelzbinden ist das Volumen des erzeugten geschmolzenen
Kunststoffs variabler. Als Folge davon kann der Rücksprung
des Kerns relativ groß bemessen
sein, um ein potentiell großes
Volumen von Bindematerial aufzunehmen. Unabhängig von der Bindetechnik kann
der Rücksprung
für das für den Rücksprung
verfügbare
Volumen des Bindematerials überdimensioniert
sein, was dem Bindematerial erlaubt noch vollständiger innerhalb des Rücksprungs
aufgenommen zu werden. Alternativ kann der Rücksprung unterdimensioniert
sein für
das für den
Rücksprung
verfügbare
Volumen des Bindematerials, was dem Bindematerial erlaubt die Verriegelungsanordnung
vollständiger
zu kontaktieren, zB indem das Bindematerial in und durch Löcher, wie
etwa die Entlüftungen
gezwungen wird. Zum Beispiel kann das Volumen des Rücksprungs
R mal das für
den Rücksprung
verfügbare
Volumen des Bindematerials sein, wobei R eine rationale Zahl geringer
als oder gleich etwa 5 und größer als
oder gleich etwa 0,5 ist. Daher kann das Volumen des Rücksprungs
etwa 5 oder etwa 3 oder etwa 2 oder etwa 1,5 oder etwa 0,75 mal
dem Volumen des für
den Rücksprung
verfügbaren
Bindematerials sein.
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In
jeder der Ausführungsformen
der Erfindung ist zumindest ein Ende und vorzugsweise beide Enden
des Filterbündels
mit der Endkappe in einer Weise verbunden, die das Filterbündel mit
der Endkappe fixiert und im Wesentlichen versiegelt. Der Kern auf
der anderen Seite kann mit der Endkappe entweder in einer Weise
angeordnet sein, welche den Kern an die Endkappe fixiert oder in
einer Weise welche dem Kern erlaubt, sich relativ zu der Endkappe
in einer oder mehrerer Dimensionen, zB axial oder entlang des Umfangs
zu bewegen oder zu gleiten.
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Das
Ende des Kerns kann an die Endkappe zur gleichen Zeit oder zu verschiedenen
Zeitpunkten und in gleicher Weise oder in verschiedener Weise wie
das Ende des Filterbündels
an die Endkappe fixiert wird, fixiert werden. Zum Beispiel kann
der Kern aus einem Material hergestellt sein, welches gleich ist
oder welches einen geringeren Schmelzpunkt hat als jenes der Endkappe.
Das Einbringen des Endes des Kerns in den geschmolzenen Kunststoff
der Endkappe, entweder vor oder nach, aber vorzugsweise wenn das
Ende des Filterbündels
in den geschmolzenen Kunststoff eingebracht wird, kann verursachen, dass
Abschnitte des Endes des Kerns geschmolzen werden. Dünne Abschnitte
des Kerns, wie etwa dünne
Wände,
Spitzen oder andere dünne
Kernstrukturen sind insbesondere anfällig für das Schmelzen. Wenn sich
die Schmelze, einschließlich
sowohl der geschmolzenen Endkappen und der geschmolzene Kernabschnitte,
verfestigt, können
der Kern, das Filterbündel
und die Endkappe alle aneinander fixiert werden.
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Alternativ
können
der Kern und die Endkappe durch ein Einbettungsmaterial, welches
den Kern und die Endkappe verbindet aneinander fixiert werden. Wieder
kann das Ende des Kerns in das Einbettungsmaterial entweder vor
oder nach aber vorzugsweise wenn das Ende des Filterbündels in
das Einbettungsmaterial eingebracht wird, eingebracht werden. Wenn
sich das Einbettungsmaterial verfestigt, erhärtet oder in anderer Weise
fest wird, können
der Kern, das Filterbündel
und die Endkappe alle aneinander fixiert sein.
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Die
Verriegelungsanordnung, wie etwa die Trennwände 30 können die
feste Bindung zwischen der Endkappe und dem Kern unterstützen. Zum
Beispiel können
die Trennwände 30 jeweils
eine im Allgemeinen am Umfang einander zugewandte Oberfläche, vorzugsweise
ein Paar von gegenüberliegend angeordneten
umfangseitigen zugewandten Oberflächen 31a, 31b beinhalten.
Wenn das flüssige
Bindematerial am Ende des Kerns 10 in den Rücksprung fließt, fließt es entlang
der Trennwände 30,
an die gegenüberliegend
umfangseitig zugewandten Oberflächen 31a, 31b angrenzen.
Wenn sich das Bindematerial 40 verfestigt, bildet es korrespondierende
umfangseitig zugewandte Oberflächen,
die eng an die umfangseitig zugewandten Oberflächen 31a, 31b der Trennwände 30 angrenzen
oder diese kontaktieren.
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Daher
sind diese zueinanderweisenden und/oder angrenzenden Oberflächen der
Trennwände 30 und
des verfestigten Bindematerials nicht nur aneinander gebunden, sondern
sind auch angeordnet, um mechanisch jeglicher Drehbewegung der Endkappe
im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf den Kern
zu widerstehen.
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Anstelle
an der Endkappe fixiert zu sein, kann der Kern nicht an die Endkappe
gebunden sein, sondern kann an der Endkappe in einer Weise angeordnet
sein, die dem Kern erlaubt sich in Bezug auf die Endkappe in einer
oder mehreren Dimensionen zu bewegen oder zu gleiten. Dies kann
bevorzugt sein, wenn das Filterbündel
einen vom Kern verschiedenen Expansionskoeffizienten hat. Zum Beispiel
expandiert ein Nylonfiltermedium axial weit mehr aufgrund von Feuchtigkeits-
und oder Temperatureffekten als ein Polypropylenkern. Diese Ausdehnung
ist am ausgeprägtesten
in einem dicht gefalteten Filterbündel, wie etwa einem Filterbündel mit
einer übereinander
gelegten Konfiguration. Wenn das Filterbündel und der Polypropylenkern
beide an der Endkappe fixiert sind, kann sich das Nylonfiltermedium,
wenn es expandiert nach außen
wölben,
was die Verbindung zwischen der Endkappe und dem Filterbündel belastet.
Folglich ist es häufig
bevorzugt, das Filterbündel
an die Endkappen zu fixieren, aber dem Kern zu erlauben, axial in
Bezug auf eine oder beide Endkappen zu gleiten.
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Während es
bevorzugt sein kann, dem Kern zu erlauben axial in Bezug auf eine
oder beide Endkappen zu gleiten, ist es häufig wünschenswert, relative Drehbewegungen
zwischen dem Kern und den Endkappen zu verhindern. Zum Beispiel
kann eine Endkappe, oft die offene Endkappe, einen Beschlag beinhalten,
welcher das Filterelement mit dem Gehäuse mechanisch verriegelt.
Der Beschlag wird durch Erfassen der gegenüberliegenden Endkappe, oft
die blinde Endkappe, und dem Verdrehen dieser in die eine oder die
andere Richtung gedreht. Das Drehmoment wird bevorzugterweise von
der blinden Endkappe auf die offene Endkappe entlang des Kerns übertragen,
statt entlang des Filterbündels. Die Übertragung
eines Drehmoments entlang des Filterbündels kann die Verbindung an
einer oder beiden Endkappen belasten und die Intaktheit der Versiegelung
zwischen Filterbündel
und den Endkappen potentiell gefährden.
Um eine Drehmomentübertragung
entlang des Kerns zu gewährleisten,
sind der Kern und die Endkappen vorzugsweise angeordnet, um relative
Drehbewegung zwischen ihnen zu verhindern.
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Daher
kann der Kern mit einer oder beiden Endkappen angeordnet sein, um
axial zu gleiten, aber nicht entlang des Umfangs. Zum Beispiel kann der
Kern aus einem Material hergestellt sein, welches einen höheren Schmelzpunkt
hat als die Endkappe. Das Einbringen des Kerns in den geschmolzenen Kunststoff
der Endkappe schmilzt nicht irgendeinen Abschnitt des Kerns. Folglich
können,
wenn sich die Schmelze verfestigt, der Kern und die Endkappe nicht
aneinander gebunden sein. Alternativ kann der Kern aus einem Material
hergestellt sein, welches nicht mit dem Einbettungsmaterial bindet.
Das Einbringen des Kerns in das Einbettungsmaterial und das Erlauben,
dass sich das Einbettungsmaterials verfestigt, können den Kern nicht an die
Endkappe binden.
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Ferner
kann, wie in den 1 bis 3 gezeigt,
der Kern auch eine Verriegelungsanordnung mit gegenüberliegenden
umfangseitig zugewandten Oberflächen 31a, 31b,
aber keinen hinterschnittenen axial zugewandten Oberflächen beinhalten.
Nicht nur ist der Kern dann nicht an die Endkappe gebunden, sondern
die Verriegelungsanordnung verhindert auch nicht die axiale Bewegung
des Kerns in Bezug auf die Endkappe oder das Filterbündel, weil
der Verriegelungsmechanismus keine hinterschnittenen axial zugewandten
Oberflächen
hat, welche verfestigtem Bindematerial gegenüberliegen könnten und axiale Bewegung zwischen
dem Kern und der Endkappe mechanisch verhindern könnten. Folglich
ist der Kern frei axial in Bezug auf die Endkappe(n) und das Filterbündel zu
gleiten. Jedoch drehen sich der Kern und die Endkappe zusammen,
weil das verfestigte Bindematerial an die gegenüberliegend angeordneten umfangseitig
zugewandten Oberflächen 31a, 31b der
Verriegelungsanordnung anstößt, und
somit jegliche Bewegung der Endkappe oder des Filterbündels in
Bezug auf den Kern im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn
mechanisch verhindert. Das Drehmoment kann dann in geeigneter Weise
von einer Endkappe entlang des Kerns auf die gegenüberliegende
Endkappe übertragen
werden.
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In
alternativen Ausführungsformen
kann die Verriegelungsanordnung eine oder mehrere hinterschnittene
Oberflächen
mit einem wesentlichen axialen Vorsprung sowie umfangseitig zugewandte
Oberflächen
beinhalten. Zum Beispiel können,
wie in 5 gezeigt, die Trennwände 30 jeweils eine
im Allgemeinen axial zugewandte hinterschnittene Oberfläche 32 zusätzlich zu
den gegenüberliegenden
zugewandten umfangseitigen Oberflächen 31a, 31b beinhalten.
Wenn das flüssige
Bindematerial am Ende des Kerns 10 in den Rücksprung
fließt,
fließt
es auch entlang der und unter die Trennwände 30 angrenzend
an die gegenüberliegenden
umfangseitig zugewandten Oberflächen 31a, 31b und
die axial zugewandte hinterschnittene Oberfläche 32. Wenn sich das
Bindematerial verfestigt, bildet es entsprechende umfangseitig zugewandte
Oberflächen
und axial zugewandte Oberflächen,
die den umfangseitig zugewandten Oberflächen 31a, 31b und
der axial zugewandten Oberfläche 32 der
Trennwand 30 jeweils nahe gegenüberliegen oder diese kontaktieren.
Die axial zugewandten und angrenzenden Oberflächen der Trennwände 30 und
des verfestigten Bindematerials widerstehen mechanisch jeglicher
Bewegung der Endkappe weg vom Kern, während die umfangseitig zugewandten
und angrenzenden Oberflächen
jeglicher Drehbewegung der Endkappe in Bezug auf den Kern mechanisch
widerstehen.
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In
anderen alternativen Ausführungsformen kann
die Verriegelungsanordnung eine oder mehrere hinterschnittene axial
zugewandten Oberflächen aber
keine umfangseitig zugewandten Oberflächen beinhalten. Wenn der Kern
nicht an die Endkappe gebunden ist, kann die Endkappe und das Filterbündel dann
in der Lage sein sich entlang des Umfangs aber nicht axial in Bezug
auf den Kern zu bewegen. In anderen Ausführungsformen kann der Kern
keine Verriegelungsanordnung beinhalten. Wenn der Kern nicht an
die Endkappe gebunden ist, können
die Endkappe und das Filterbündel
dann frei sein sich sowohl entlang des Umfangs als auch axial in
Bezug auf den Kern zu bewegen. In noch anderen Ausführungsformen
können
die Entlüftungen
als Verriegelungsanordnung fungieren und axiale und/oder Drehbewegungen
des Kerns in Bezug auf das Filterbündel und die Endkappe beschränken. Flüssiges Überlaufmaterial
kann in die Entlüftungen
fließen
und diese komplett oder teilweise füllen. Wenn sich das Überlaufmaterial
verfestigt, kann das verfestigte Überlaufmaterial an alle axial
zugewandten Oberflächen und/oder
umfangseitig zugewandten Oberflächen der
Entlüftungen
angrenzen, und damit die axiale und Drehbewegung des Kerns relativ
zum Filterbündel und
der Endkappe beschränken.
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Obwohl
der Kern aufgebaut sein kann, um zu gleiten, zB axial in Bezug auf
eine oder beide Endkappen, sind der Kern, die Endkappe(n) und das
Filterbündel
vorzugsweise so aufgebaut, dass die Außenwandstruktur des Kerns immer
das Filterbündel an
der Verbindung stützt.
Dies kann in jeder geeigneten Weise erreicht werden. Zum Beispiel
kann das Ende des Kerns und das Ende des Filterbündels versetzt sein, sodass
sich das Ende des Kerns über
das Ende des Filterbündels
hinauserstreckt. Der Versetzabstand kann größer gestaltet sein als der
maximale Abstand, den der Kern geschätzter Weise von der Endkappe
weggleitet. Alternativ oder zusätzlich
kann die Tiefe der Verbindung (dh die Tiefe, mit der das Filterbündel in
den geschmolzenen Kunststoff oder das Einbettungsmaterial eingesetzt
wird) größer gestaltet sein
als der maximale Abstand, den der Kern geschätzter Weise von der Endkappe
weggleitet. In jedem Fall, wenn der Kern axial in Bezug auf die
Endkappe gleitet, stützt
die Außenwandstruktur
des Kerns vorzugsweise immer das Filterbündel an der Verbindung mit
der Endkappe gegen die nach innen gerichteten Kräfte der Verfahrensflüssigkeit.
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Während der
in den 1 bis 3 gezeigte Überlaufrücksprung eine durch Außen- und
Innenwände 20, 21 begrenzte
Nut 15 umfasst, kann der Überlaufrücksprung unterschiedlich konfiguriert
sein. Zum Beispiel umfasst der in 6 gezeigte Überlaufrücksprung
einen ring förmigen
Raum 16, der durch eine Außenwand 20 und einen
Grund 24 des Kerns 10 begrenzt ist. Die innere
Oberfläche 22 der
Außenwand 20,
welche sich parallel zu der Achse des Kerns erstrecken kann, hat
einen Innendurchmesser der größer ist
als der minimale Innendurchmesser des Inneren des Kerns 10,
zB der Innendurchmesser des Körpers
des Kerns. Die Innenwand jedoch ist entfernt und der Raum 16 ist
auf zwei Seiten unbegrenzt, zB an der Endfläche und radial nach innen. Sonst
können
Merkmale des Kerns 10, einschließlich die Außenwand 20 und
die Verriegelungsanordnung, mit vielen der Ausführungsformen des Kerns, die
weiter oben beschrieben wurden, identisch sein.
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Das
Verfahren für
das Anordnen des Kerns 10 von 6 an einer
Endkappe kann gleich sein mit dem Verfahren des Anordnens von jeder
der vorhergehenden Ausführungsformen
des Kerns an eine Endkappe. Jedoch wenn der Kern 10 von 6 gegen
die Endkappe angeordnet ist, zB in den geschmolzenen Kunststoff
oder das Einbettungsmaterial eingebracht ist, ist vorzugsweise eine
Aufnahmestange im Kern 10 angeordnet. Die Aufnahmestange hat
vorzugsweise einen Außendurchmesser,
der im Wesentlichen gleich ist mit dem Innendurchmesser des Kerns 10 am
offenen Rand des Grundes 24. Die Aufnahmestange kann sich
axial zu oder über
das Ende der Außenwand 20 hinaus
erstrecken und kann aus einem Material gebildet sein, welches nicht
mit der Endkappe oder dem Einbettungsmaterial bindet. Folglich verhindert
die Aufnahmestange, dass das Bindematerial radial innerhalb des
Randes des Grundes 24 fließt, und hält das Bindematerial innerhalb des
Rücksprungs.
Die Aufnahmestange kann jedoch in geeigneter Weise nachdem das Bindematerial
sich verfestigt hat, entfernt werden
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf mehrere beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben wurde, welche einen Kern beinhalten, ist sie nicht auf
diese Ausführungsformen
beschränkt. Zum
Beispiel kann das Filterelement einen Käfig beinhalten, der um das Äußere des
Filterbündels
mit oder ohne einem im Inneren des Filterbündels angeordneten Kern, angeordnet
ist. Daher kann das Filterelement eine hohle Fasereinheit umfassen,
wobei das Filterbündel
eine Vielzahl von hohlen Fasern, die sich von einem oder mehrerer
Endelemente erstrecken beinhaltet. Ein Käfig kann mit dem (den) Endelement(en)
verbunden sein und um das hohle Faserfilterbündel angeordnet sein, um die
hohlen Fasern zu schützen.
Jedoch muß das
Filterelement keinen Kern beinhalten.
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Ein
Käfig dient
dem Schutz des Filterbündels während der
Handhabung und, um das Filterbündel gegen
Kräfte
die von innen nach außen
durch das Filterelement während
der Filtration und dem Rückwaschen
oder Gegenblasen gerichtet sind, zu stützen. Der Käfig, welcher dünner sein
kann als der Kern, kann nichtsdestotrotz einen perforierten Käfigkörper und
an einem oder beiden Enden des Käfigs
eine Innenwand, eine Außenwand
und einen Rücksprung zwischen
der Innenwand und der Außenwand
beinhalten. Die Innen- und Außenwände des
Käfigs
sind jeweils analog zu den zuvor beschriebenen Außen- und
Innenwänden
des Kerns und die zuvor beschriebenen Merkmale in Bezug auf den
Kern können ebenfalls
Merkmale des Käfigs
sein, mit entsprechend umgekehrter Geometrie. Zum Beispiel beinhaltet
die Innenwand des Käfigs
eine Innenwandstruktur, die dimensioniert ist um die äußere Peripherie
des Filterbündels
in der Nähe
der Bindung zwischen dem Filterbündel
und der Endkappe zu stützen.
Die Außenwand
des Käfigs
kann eine Höhe
haben, die geringer oder gleich der Höhe der Innenwand ist. Der Rücksprung
des Käfigs
kann jede geeignete Form zwischen der Innen- und Außenwand haben,
einschließlich
einer V- oder eine U-förmige Konfiguration.
Ferner kann der Käfig
eine Verriegelungsanordnung und/oder Entlüftungen an einem oder beiden
Enden des Käfigs
vorzugsweise im Rücksprung
beinhalten. Der Käfig
kann an die Endkappe(n), wie zuvor in Bezug auf den Kern beschrieben,
gebunden sein und der Käfig
kann mit der/den Endkappe(n) mechanisch fixiert sein oder kann in
einer oder mehreren Dimensionen, wie zuvor in Bezug auf den Kern
beschrieben, gleiten. Der Käfig
kann aus jeglichen Materialien unter Verwendung jeglicher zuvor
in Bezug auf den Kern beschriebener Techniken gebildet werden. Daher
richtet sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Filterelement,
welches einen um ein hohles Filterbündel angeordneten Käfig und
eine an das Filterbündel
gebundene Endkappe umfasst.
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Ein
Beispiel eines Käfigs 60 ist
in den 4, 7a, 7b und 7c gezeigt.
Der Käfig 60 beinhaltet
einen zylindrischen perforierten Polymerkörper 61 mit Öffnungen 62.
Zumindest ein Ende und vorzugsweise beide Enden des Käfigs 60 beinhalten eine
Innenwand 63, eine Außenwand 64 und
einen Rücksprung 65 zwischen
den Innen- und Außenwänden. Die
Innenwand 63 beinhaltet eine Innenwandstruktur 70 und
die Außenwand 64 ist
vorzugsweise weniger hoch als die Innenwand 63. Der Rücksprung 65 hat
vorzugsweise eine U-förmige
Konfiguration, die zwischen der Innenwand 63, der Außenwand 64 und
einem Grund 71 begrenzt ist.
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Der
Käfig 60 umfasst
ferner eine Verriegelungsanordnung, die eine oder mehrere Rippen
oder Fasen 72 beinhaltet. Die Rippen 72 erstrecken
sich radial nach außen
von der Innenwand 70 zur Außenwand 64 und axial
von der Oberseite der Innenwand 63 zum Grund 71.
Daher hat jede Rippe gegenüberliegend
angeordnete umfangseitig zugewandte Oberflächen 73a, 73b aber
vorzugsweise keine hinterschnittene axial zugewandte Oberfläche. Die
Innenwandstruktur des Käfigs 60 umfasst
vorzugsweise eine durchgehende Innenwandfläche 74 mit einem Innendurchmesser,
der dem Außendurchmesser
der äußeren Peripherie
des Filterbündels
in der Nähe
des Endes entspricht.
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Der
Käfig,
das Filterbündel
und die Endkappe können
gemäß irgendeiner
der zuvor in Bezug auf den Kern, das Filterbündel und die Endkappe beschriebenen
Techniken zusammengesetzt sein, um ein Filterelement zu bilden.
Zum Beispiel können
der Käfig
und das Filterbündel
so angeordnet sein, dass sie einander kontaktieren, sodass die Innenwandstruktur
des Käfigs
die äußere Peripherie
des Filterbündels
zumindest im Bereich von einem Ende und vorzugsweise von beiden
Enden stützt
und/oder kontaktiert. Das Ende des Filterbündels und das Ende des Käfigs können in
das flüssige
Bindematerial eingebracht werden. Das flüssige Bindematerial, welches
durch das Ende des Käfigs
verdrängt
wird, wird nicht als überschüssiges Bindematerial
in die Bindefläche
zwischen dem Ende des Filterbündels
und der Endkappe gezwungen. Vielmehr schneidet, teilt und trennt
der schmale Rand der Innenwand des Käfigs das flüssige Bindematerial am Ende
des Filterbündels
vom flüssigen
Bindematerial am Ende des Käfigs.
Die äußere Oberfläche der
Innenwand leitet das flüssige
Bindematerial von der Bindefläche
weg und begrenzt es ordentlich im Rücksprung und/oder um die Verriegelungsanordnung.
Der Käfig
kann mit der Endkappe entweder in einer Weise angeordnet sein, welche
den Käfig
an die Endkappe fixiert oder in einer Weise, welche dem Käfig erlaubt,
sich relativ zu der Endkappe in einer oder mehrerer Dimensionen, zB
axial oder entlang des Umfangs zu bewegen oder zu gleiten. Im Speziellen
erlaubt das zumindest mechanische Fixieren des Käfigs, um die relative Drehbewegung
zwischen dem Käfig
und der Endkappe zu verhindern, dass ein Drehmoment von einer Endkappe
zur anderen über
den Käfig übertragen
wird.
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In
der Ausführungsform
des in 4 dargestellten Filterelements wurde das flüssige Bindematerial
in den Rücksprung 65 und
um die Rippen 72 geleitet. Als sich das Bindematerial 40 verfestigte, war
es im Rücksprung
begrenzt und bildete umfangseitig zugewandte Oberflächen, die
den umfangseitig zugewandten Oberflächen der Rippen 72 eng
gegenüberliegen
oder diese kontaktieren. Vorzugsweise ist die Art des Bindematerials
und des Käfigs
derart, dass der Käfig
nicht mit dem Bindematerial bindet. Die umfangseitig zugewandten
Oberflächen
des verfestigten Bindematerials und die Rippen grenzen aneinander
und widerstehen mechanisch jeglicher Drehbewegung der Endkappe im
Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf den Käfig, aber
der Käfig
ist frei axial in Bezug auf die Endkappe zu gleiten. Ein äußerer Kragenabschnitt 43 der
Endkappe 41 kann vorgesehen sein. Der Kragen 43 und
die Außenwand 64 verhindern,
dass das Bindematerial vom Käfig 60 radial
nach außen
fließt. Vorzugsweise
wird der Kragenabschnitt 43 nachdem das Bindematerial verfestigt
ist nicht entfernt und verbleibt als ein Abschnitt der Endkappe 41.
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Filterelemente,
die die Erfindung ausführen, können einen
Käfig beinhalten
aber keinen Kern oder einen Kern, aber keinen Käfig. Viele Ausführungsformen
jedoch beinhalten vorzugswei se sowohl einen Käfig als auch einen Kern. Wenn
die Innenwandstruktur des Käfigs
und die Außenwandstruktur
des Kerns das Ende (die Enden) des Filterbündels auf 360° vollständig stützen, wird
ein hocheinheitliches Bündelende
für das
flüssige
Bindematerial geschaffen. Ferner wird nichts von dem flüssige Bindematerial
am Ende des Käfigs
oder dem Ende des Kerns als überschüssiges Bindematerial
in die Bindefläche geleitet,
was die Intaktheit der Verbindung zwischen dem Ende des Filterbündels und
der Endkappe erhöht.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Hinblick auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Zum
Beispiel können
beim Binden des Endes des Filterbündels an die Endkappe Hilfsmittel
für den
Kern und/oder den Käfig
substituiert werden. In einer Ausführungsform kann ein inneres
zylindrisches Hilfsmittel in das Innere des Filterbündels eingesetzt
werden und/oder ein äußeres zylindrisches Hilfsmittel
kann entlang des Äußeren des
Filterbündels übergestülpt werden.
Das innere zylindrische Hilfsmittel kann eine Außenwandstruktur haben, die einen
schmalen Rand und einen Außendurchmesser enthalten,
der dem Innendurchmesser des Filterbündels entspricht. Das äußere zylindrische
Hilfsmittel kann eine Innenwandstruktur haben mit einem schmalen
Rand und einem Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Filterbündels entspricht.
Der schmale Rand des inneren zylindrischen Hilfsmittels, das Ende
des Filterbündels
und der schmale Rand des äußeren zylindrischen
Hilfsmittel können
in das flüssige
Bindematerial eingebracht werden, wo die schmalen Ränder des
inneren und äußeren zylindrischen
Hilfsmittel in das flüssige
Bindematerial schneiden, dieses trennen und teilen. Das flüssige Bindematerial
am Ende des inneren zylindrischen Hilfsmittels und dem Ende des äußere zylindrischen
Hilfsmittels wird daher von der Bindefläche durch die schmalen Ränder der
zylindrischen Hilfsmittel weggerichtet, was verhindert, dass überschüssiges Bindematerial
in die Bindefläche
gezwungen wird. Die zylindrischen Hilfsmittel sind vorzugsweise aus
einem Material gebildet welches nicht mit dem flüssigen Bindematerial oder mit
der Endkappe bindet. Folglich können
die zylindrischen Hilfsmittel sobald das flüssige Bindematerial sich verfestigt
hat, entfernt werden, was eine hoch intakte Bindung zwischen dem
Filterbündel
und der Endkappe hinterlässt.
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Es
versteht sich, dass alternative Ausführungsformen, Beispiele und
Modifikationen, welche immer noch durch die Erfindung umfasst würden durch
den Durchschnittsfachmann hergestellt werden können, im Speziellen im Lichte
der vorangehenden Lehren. Zum Beispiel umfasst die vorliegende Erfindung
die Kombination von einem oder mehreren Merkmalen von jeder der
zuvor beschriebenen oder dargestellten Ausführungsformen mit den Merkmalen von
anderen Ausführungsformen.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch jegliche der zuvor beschriebenen
oder dargestellten Ausführungsformen,
bei denen ein oder mehrere Merkma le der Ausführungsform modifiziert sind
oder entfernt sind. Daher sind die folgenden Ansprüche gedacht,
um jegliche alternative Ausführungsformen,
Beispiele, Modifikationen oder Äquivalente
abzudecken, welche innerhalb des Geistes und des Umfangs der Erfindung,
die durch die Ansprüche
definiert wird, beinhaltet sein können.