DE8901798U1 - Filter, insbes. für ein Fahrzeug - Google Patents

Filter, insbes. für ein Fahrzeug

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Description

1&idiagr;:&ngr;&iacgr;&Iacgr;&ngr;·:":0
28,267/70-Rl.
Helsa-Werke Helmut Sandler GmbH & Co. KG., 8586
Filter, insbes. für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Filter insbes. für die Reinigung der einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs zugeführten Luft, nit einer Partikelfilterlage und einer zick-zack-förmig gefalteten Adsorberfilterlage, wobei die Partikelfilterlage und die Adsorberfilterlage in Strömungerichtung der Luft hintereinander angeordnet sind.
Ein derartiges Filter ist bspw. aus der EP 045 516 Bl bekannt. Dort sind mehrere in Gaeströmungsriohtung aufeinanderfolgende Lagen eines gasdurchlässigen Trägermaterials vorgesehen, in oder auf dem Sorbentien angeordnet sind. Das Trägermaterial ist jeweils mit mindestens zwei unmittelbar oder mittelbar aufeinanderfolgenden Lagen zusammenhängend ausgebildet und weist deshalb eine Länge auf, die mindestens gleich der Länge zweier Lagen ist. Das Trägermaterial weist mindestens zwei Längenabachnitt« auf, in oder auf denen jeweils verschiedene Sorbentien angeordnet sind. Bei diesem bekannten Filter ist die
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der zick-zack-fönnig gefalteten Adsorberfilterlage in Strömungsrichtung der zu filternden Luft vorgeschaltete Partikelfilterlage einlagig ebenflächig ausgebildet. Die Paltabschnitte der zick-zack-förmig gefalteten Adsorberfilterlage sind zur Strömungsrichtung der zu filternden Luft senkrecht ausgerichtet, so dass sich durch die relativ dicke Partikelfilterlage und durch die zur Anzahl der Faltabschnitte der Adsorberfilterlage proportionale Gesamtdicke der Adsorberfilterlage ein relativ dickes Filter ergibt, um gewünschte Filtereigenschaften realisieren zu können.
Die DE 32 12 289 Al beschreibt eip Filter zum Reinigen der Luft für nach aussen abgeschlossene Räume, insbes. für Fahrzeuge, das in einem Filtergehäuse durch einen Deckel verschliessbare öffnungen zum Herausnehmen der durch Halterungen eingespannten Schwebstoff- und Gasfilter besitzt. Dort ist ein Schwebstoffilter und ein kombiniertes Schwebstoff-Gasfilter gleicher Abmessungen wahlweise durch die gleiche Einschuböffnung eingesetzt und in gleiche Halterungen &Idigr; eingespannt. Dieses bekannte Filter weist ein zick-zack-lärmig gefaltetes Partikelfilter und gegebenenfalls ein in p Strömungsrichtung der zu filternden Luft nachgeschaltetee ' plattenförmig«« Gasfilter auf. Auch dieses Filter muss zur Erzielung gewÜRBchter Filtereigenechaften eine bestimmte Mindeetgesamtdicke aufweisen.
Aue der EP 084 143 Al ist ein Verfahren zur Herstellung einer Filtermatte bekannt, bei dem thermisch erweichbare Fasern allein oder in Abmischung mit nicht erweichbaren Fasern zu einem Vlies vereint werden, das bei einem Flächengewicht von bis 200 g/m1 einen Druckabfall von 1 bis 3 mm Wassersäule aufweist, gemessen bei einer Luftgeschwindigkeit von 2 m/sek. Das vlies wird auf ein thermiaoh erweiahbaros Gitter mit diskret verteilten, konvex ausgebildeten Bereichen aufgelegt,
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die iioh um wenigsten« 0,3 mm über leine Oberfläche erheben. Dae Gitter weist einen flohmelapunkt von SO0C oder mehr unterhalb des Schmelzpunktes der thermisch erweichbaren Fasern auf. Das so erhaltene Mehrschichtgebilde wird aus der Richtung des Vlieses auf eine Temperatur erwärmt, die mindestens 200C oberhalb des Schmelzpunktes des Gitters, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der thermisch erweichbaren Fasern liegt. Zur gegenseitigen Verbindung wird eine Verpressung vorgenommen. Auf diese Weise ergibt sich eine Filtermatte aus einem Vliesstoff und einem punktuell aufgeschmolzenen Gitter, wobei eich eine Filtermatter guter mechanischer Stabilität mit einem relativ geringen Druckabfall ergibt.
Die BP 100 907 Bl beschreibt ein Luftreinigungsgerät bzw. ein flexibles Flächenfilter mit einer luftdurchlässigen Trägerschicht aus einem textlien Flächengebilde, das heterophile Fasern enthält, die zwei koaxial angeordnete Komponenten aufweisen, von denen die aussere bei erhöhter Temperatur weich und klebrig wird ohne zu schmelzen, so dass Adsorberpartikel daran fixiert werden können. Dort ist ausgeführt, dass Flächenfilter den Vorteil haben, dass sie sich in einfacher Weise an die jeweiligen Erfordernisse anpassen lassen. Eine grosse nutzbare Filterfläche ist durch ziehharmonikaähnliche Zick-zack-Faltung oder durch Anordnung in Form runder Wickel erzielbar. Bei diesem Filter handelt es sich um ein bspw. mit Aktivkohlekörnern versehenes Adsorberfliter IM die Lebensdauer hochwertiger Adsorbentien, die bekanntlich sehr aufwendig und teuer sind, und damit die Kosten für die Luftreinigung zu senken, wird dort vorgeschlagen, dem Filter mit dem hochwertigen Adsorbens ein ebenfalls als Flächenfilter ausgebildetes und mit einem handelsüblichen preiswerten Adsorbens versehenes Filter vorzuschalten, das nicht gasförmige Luftverunreinigungen mechanisch abscheiden, aber auch gasformige leicht adsorbierbare Stoffe adsorbiert. Dort wird
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demnach din mit einem preiswerten Adsorbens versehenes Filter vorgeschaltet. Die Partikelfilterlage weist also ebenfalls Adsorberpartikel auf, ohne diese eur Partikelfilterung eigentlich zu benötigen.
Ein Flächenfilter aus einem luftdurchlässigen textlien Trägermaterial und darauf mit einem Kleber in gleichmässiger Verteilung fixierten Äktivköhlötöilchen einss Durchmessers vor. 0,1 bis 1 mm ist aus der EP 118 618 Dl bekannt. Der Kleber ist mittels einer Schablone als punkt- oder linienförmiges Muster einer Höhe von 0,05 bis 0,5 mm und eines Durchmessers bzw. einer Breite von 0,2 bis 1 mm aufgedruckt, wobei das Muster nur 30 bis 70 % der Oberfläche des Trägermaterials bedeckt. Der Kleber ist ein lösungsmittelfreies Polyurethan, ein selbstvernetzendes Acrylat oder ein Schmelzkleber.Bei diesem Flächenfilter handelt es sich demnach insbes. vim ein Adsorberfilter.
Das DE-6M 86 17 256 beschreibt ein Schwebstoffilter zur Gasreinigung, das in Separator-Fadentechnik mit zusätzlichen StäbilisiöEüngsäbstandshaltsfädsn hergestellt ist= Auf der Reinluft- bzw. Abströmseite des zick-zack-förmig vorgefalteten Schwebstoffilterpapiers sind zwischen den Faltenabstandahaltefäden ein oder mehrere Stabilisierungsabstandshaltefäden auf das Schwebstoffilterpapier aufgetragen, deren Querschnitt halb so gross ist, wie der der schnurartigen, einen kreisrunden Querschnitt besitzenden Faltenabstandshaltefäden. Bei dieser bekannten Filtereinrichtung handelt es sich nur um ein Partikelfilter. Adsorbereigenschaften weist dieses Schwebstoffilter nicht auf.
Ein Innenraumluftfilter für Kraftfahrzeuge ist aus dem DE-Ot 87 00 521 bekannt. Dieses Innenraumluftfilter umfasst einen im
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wesentlichen luftundurchlässigen Rahmen, sowie an den offenen Seiten de* Rahmens angeordnete luftdurchlässige Seitenteile. Das filterbett dieses Filters enthält Kunststoffaeermaterial. Der Filterrahmen ist an seinem Aussenumfang mit einem Dichtungeabschnitt versehen, der mit einem Dichtungebereich des Gehäuseeabschnittes zusammenwirkt. Das Filterbett weist eine Selektivität für Strassenstaub auf, wobei mindestens zwei voneinander versshieden« Bereiche unterschiedliche Einzelselektivitäten besitzen. Bei diesem Innenraumluftfilter handelt es eich um ein Kombinationsfilter aus mehreren plattenförmigen Lagern, bei denen es sich um eine partikelfilternde Lage und um mindestens eine Adsorberlage handeln kann. Die einzelnen Lagen sind jedoch einfach ebenflächig über- bzw hintereinander angeordnet, so dass zur Erzielung ausreichender Filtereigenschaften eine bestimmte Mindestgesamtdicke des Filters nicht unterschritten werden kann. Das bedingt jedoch einen bestimmten Mindestströmungswiderstand und somit einen nicht zu unterschreitenden Druckabfall durch das Filter hindurch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich gute Partikelfiltereigenschaften und gleichzeitig gute Adsorptionseigenschaften ergeben, wobei der Druckabfall durch das Filter hindurch vergleichsweise gering ist, und das sich an einen in einem Fahrzeug gegebenen Raum problemlos anpassen lässt.
Diese Aufgäbe wi£d erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Partikelfilterlage flächig unmittelbar neben der Adsorberfilterlage angeordnet und mit der Adsorberfilterlage gemeinsam derart zick-zack-förmig zusammengefaltet ist, dass die Faltabschnitt der Adsorberf ilterlage und der Partikelfilterlage in der Luftströmungsrichtung liegen und
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ineinandergreifen. Durch die gemeinsame aiok-ssäök-fönnige Faltung der Partikelfilterlage und der Adeorberfliterlage ergibt sieh ein Filter,bei dem der Druckabfall dureh dae Filter hindurch bei guten Partikelfiltereigenachaften und guten Adsorptionseigenschaften relativ gering ist.
Die Partikelfilterlage kann ein Elektretfiltermaterial aufweisen. Durch das Elektretfiltermaterial ist es in vorteilhafter Weise möglich, Feinstpartikel sowie partikelgebundene Schadstoffe bis in die Grössenordnung von 0,1 &mgr;&igr;&eegr; abzuscheiden. Derartig kleine Feinetpartikel bzw. partikelgebundene Schadstoffe wurden in der Anfangsphase der Partikelabscheidung von ungeladenen Partikelfiltern durchgelassen. Durch die Anwendung eines Elektretfiltexmaterials für die Partikfclfilterlage wird demzufolge die der Partikelfilterlage in Strömungsrichtung der zu filternden Luft nachgeschaltete Adsorberfilterlage vor einer Verschmutzung durch die genannten Feinstpartikel bzw. partikelgebundenen Schadstoffe geschützt,so dass eine Reduzierung der aktiven Oberfläche der Adsorberfilterlage verhindert wird.
Das Elektretfiltermaterial kann Polysulfon-, Fluorcarbo/.-, Polyvinylchlorid-, Polycarbonat-, Polyester-, Polyethylen- und/oder Polypropylenmikrofasern aufweisen. Ein solches Elektretfiltermaterial besitzt eine ausgezeichnete Standzeit.
Die elektrostatische Aufladung der Mikrofasern des Elektrötfiltermaterials kann sowohl bei der Vliesherstellung als auch nachträglich vorgenommen werden.
Die Partikelfilterlage weist vorzugsweise mindestens zwei Lagen aus Elektretfiltermaterial auf, zwischen welchen ein plastisch verformbares Versteifungselement angeordnet sein kann, wobei
die Elektretmateriallagen und das Versteifungselement einen Verbund bilden. Ein solcher Verbund ist einfach handhabbar, was sich auf die Herstellungskosten eines solchen Filters positiv auswirkt. Durch das Versteifungselement, das selbstverständlich luftdurchlässig sein muss, ergibt sich eine Partikelfilterlage guter Formbeständigkeit und Standfestigkeit, wobei sich diese verbesserte Standfestigkeit auf die Standfestigkeit des gesamten Filters, d.h. des die Partikelfilterlage und die Adsorberfilterlage aufweisenden Filters auswirkt. Das ist nicht nur für die Herstellung, d.h. für die Konfektionierung des Filters von Vorteil, sondern auch beim Einsatz desselben in einem Fahrzeug.
Das Versteifungeelement kann als Gitter aus. Kunststoffmaterial \ ausgebildet sein. Als vorteilhaft hat sich für das \
Kunststoff gitter Polypropylen erwiesen. ·.]
Bei dem Blektretfiltermaterial kann es sich um ein Elektretvliee handein, dessen Flächengewicht vorzugsweise zwischen 20 und SOO g/mm2 liegt, seine Dicke beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 mm.
Die Adeorberf ilterlage. kann einen luftdurchlässigen dünnen Trägerkörper aufweisen, an und/oder in dem Adeorberpartikel , mittels eines Bindemittels fixiert sind. Vorzugsweise beeteht der Trägerkörper der Adeorberfilterlage aus einem Spinnvlies aus einem synthetieehen Faeermaterial. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen,wenn der Trägerkörper der Adsorberfilterlage au· einem Polyester- und/oder Glasfaservlies beeteht. Zur Fixierung der Adeorberpartikel am Trägerkörper der Adsorberfilterlage dienen ale Bindemittel vorzugsweise eelbetveraetstende Polymerdiepereionen wie Polyurethane oder Polyacrylate, ©der thermoplastisch* Kunststoffe wie Polyester odar Polyamid.
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Als erfindungswesentlich ist der dünne luftdurchlässige Trägerkörper der Adsorberfilterlage anzusehen, weil es erst aufgrund dieses dünnen Trägerkörpers möglich ist, eine Plissierung des Verbundes aus der Partikelfilterlage und der Adsorberfilterlage vorzunehmen. Die Plissierung der beiden zuletzt genannten Lagen erfolgt mittels an sich bekannter Standardverfahren durch Druck- und Temperaturanwendung. Die Plissierung bewirkt in besonders vorteilhafter Weise eine Flächenvergrösserung bzw. eine Reduktion der Anströmgeschwindigkeit der schad- und geruchstoffbeladenen Luft und damit eine vorteilhafte Erhöhung der Filterleistung.
Die Adeorberpartikel können aus Aktivkohle und/oder aus synthetischen Polymeradsorbern, aktivierten Resinen oder Zeolithen mit einer Partikelgrösse zwischen 0,05 und 2 mm bestehen. Vorzugsweise weisen die Partikel eine Grosse zwischen 0,1 und 1 mm auf. Die beidseitige Belegung des Trägerkörpers der Adsorberfilterlage mit Aktivkohle und/oder mit synthetischem Ionenaustauschermaterial der zuletzt beschriebenen Art hat den Sinn, pro Flächeneinheit der Adsorberf ilterlage eine auereichende Menge Adsorberpartikel unterbringen zu können, wobei etwaige Fehleteilen auf der einen Seite der Adsorberf ilterlage durch Adsorberpartikel auf der gegenüberliegenden zweiten Seite abgedeckt werden.
Ale vorteilhaft hat es eich erwiesen, wenn am Umfangerand des Filtere ein Rahmenelemant vorgesehen ist. Das Rahmenelement kann aus Kunststoff und/oder aue Metall bestehen, wodurch die gemeinsam eng zusammengefaltete Partikelfilterlage und Adsorber£ilterlage fixiert sind. Dadurch ergibt sieh ein kompaktes, einfach zu handhabendes Gebilde/ das zeitsparend in einen dafür vorgesehenen Kanal bzw. Raum eines Fahrzeugs abdichtend einbaubar ist. Das Rahnanelenant kann aus einer
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Kunststoff-Giessmasse, einer Kunststoff-Spritzgiessmasse, einem Kunststoffschaummaterial bzw. aus Mets.ll sein. Als Metall kommt bspw. Aluminium zur Anwendung. Desgleichen sind z.B. metallversteifte Kunststoff-Rahmenelemente möglich. Vorzugsweise besteht das Rahmenelement aus $£n@r geschäumten Kunststoffmasse.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aas der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemassen Filters. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht des Filters von vorne,., Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie H-II in Fig.l,
und
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Fig. 3 eine stark vergrösserte Darstellung des Details III in Fig.2.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Filter 10 mit einer Partikelfilterlage 12 und einer Adsorberfliterlage 14/ wobei die Partikelfilterlage 12 und die Adsorberfilterlage 14 flächig unmittelbar nebeneinander angeordnet und gemeinsam zick-zackförmig zusammengefaltet sind, so dass die ffaltabschnitte 16 der Partikelfilterlage 12 und die Faltabschnitte 18 der Adsorberfilterlage 14 ineinandergreifen (eh. Fig. 2). Am ürofangsrand 20 dee Filtere 10 let ein Rahmenelement 22 vorgesehen/ das aus einer geechäumten Kunststoffmasse besteht, und das zur Fixierung der gemeinsam zusammengefalteten Pafftikelfilterlage 12 und Adeorberfllterlage 14 vorgesehen ist. Das RahiMnelement 22 weiat» eine konische Aue senf lache 24 auf, tun zwischen dem filter 10 und der (nicht gezeichneten) Wandung
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eines Einbauraumes eine Abdichtung herzustellen. Die Luftströmungsrichtung der zu filternden Luft ist in Fig. 2 durch den Pfeil 26 angedeutet.
Fig. 3 zeigt in einem vergrösserten Haßstab abschnittweise die Adsorberfilterlage 14 und die Partikelfilterlage 12. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Partikelfilterlage 12 zwei Lagen 28 aufweist, zwischen denen ein plastisch verformbares Versteifungselement 30 angeordnet ist. Das Versteifungselement 30 besteht aus einem plastisch verformbaren Kunststoffmaterial und ist als luftdurchlässiges Gitter ausgebildet. Die beiden Lagen 28 der Partikelfilterlage 12 bestehen aus einem Elektretfiltermaterial vorzugsweise aus Polycarbonate und/oder Polypropylen-Mikrofasern.
Die Adsorberfilterlage 14 reist einen luftdurchlässigen dünnen Trägerkörpere 32 auf, an dem Adsorberpartikel 34 mittels eines Bindemittels fixieret sind. Der Trägerkörper besteht vorzugsweise aus einem Spinnvlies aus synthetischem Fasermaterial. Bei den Adsorberpartikeln 34 handelt eo sich um Aktivkohlepartikel und/oder um Partikel aus einem synthetischen Ionenaustauschermaterial. Die Aktivkohlepartikel können in an eich bekannter Weise mit einer Beschichtung versehen sein.
Die benachbarten zick-zack-förmig verlaufenden Faltabschnitte weisen voneinander einen Abstand auf, der gröesenordnungsmäesig in Abhängigkeit von den zur Anwendung gelangenden Materialien bis zu 2 cm oder mehr betragen kann. Dadurch ergibt eich ei.i Filter mit einem relativ geringem Druckabfall und gleichzeitig guten Filtereigenschaften.
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Claims (13)

28,267/70-Rl Helea-Werke Helmut Sandler GmbH & Co. KG., Gefree&bgr; Ansprüche t
1. Filter, insbes. für die Reinigung der einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs zugeführten Luft, mit einer
Partikelfilterlage (12) und einer zick-zack-förmig
gefalteten Adsorberfilterlage (14) wobei die
Färtikelfilterlage und die Adsorberfilterlage (14) in
Strömungsrichtung der Luft (26) hintereinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikelfilterlage (12) flächig unmittelbar
neben der Adsorberfilterlage (14) angeordnet und mit der
Adsorberfilterlage (14) gemeinsam derart zick-zack-förnug zusammengefaltet ist, dass die Faltabschnitte (18) der
Adsorberfilterlage (14) und die Faltabschnitte (16) der
Partikelfilterlage (12) in der Luftströmungsrichtung (26) liegen und ineinandergreifen.
2. Filter nach Anspruch 1, :
dadurch gekennzeichnet,
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daea die Partikelfilterlage (12) ein Elektretfiltermaterial aufweist.
3. Filter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Elektretfiltermaterial Polysulfon-, Fluorcarbon-, Polyvinylchlorid-, Polycarbonat-, Polyester-, Polyethylen= und/oder Polypsonylan-Mikrofasern aufweist.
4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilterlage (12) zwei Lagen (28) aus Elektretfiltermaterial aufweist, zwischen welchen ein plastisch verformbares Versteifungselement (30) angeordnet ist, wobei die beiden Elektretmateriallagen (28) und das Versteifungselement (30) einen Verbund bilden.
5. Filter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (30) als Gitter aus Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
6. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektretfiltermaterial ein Flächengewicht zwischen 20 und 500 g/m2 und eine Dicke zwischen 0,1 und 10 mm aufweist.
7. Filter insbes. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorberfilterlage (14) einen luftdurchlässigen
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dünnen Tragexkörper (32) aufweist/ an/oder in dem Adsorbeirpartikel (34) mittels einee Bindemittels fixiert sind.
8. Filter nach Anspruch T1
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkörper (32) der Adsorberfilterlage (14) sus sinssi Spinnvlies aus eines* evntriietiechen Fasermaterial besteht.
9. Filter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkörper (30) der Adsorberfilterlage (14) aus einem Polyester- und/oder Glasfaservlies besteht
10. Filter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung der Adsorberpartikel (34) als Bindemittel selbstvernetzende Polymer-Dispersionen oder thermoplastische Kunststoffe dienen.
11. Filter nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Adsorberpartikel (34) aus Aktivkohle und/oder aus synthetischen Polymeradsorbern, aktivierten Resinen oder Zeolithen mit einer Partikelgrösse zwischen 0,05 und 2 mm bestehen.
12. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ümfangsrand (20) des Filters (10) ein Rahmenelement (22) vorgesehen ist.
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13. Filter naah Anepruah 12, dadurch gekennzeichnet, dass da· Rahmenelement (22) aue Kunstatöff und/oder Metall besteht, durch welche die gemeinsam zusammengefaltete Partikelfilterlage (12) und Adsorberfilterlage (14) fixiert sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5505852A (en) * 1992-03-04 1996-04-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Filter element for the filtration of fluids
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