過濾器結(jié)構(gòu)、部件、組件和方法
【專利說明】過濾器結(jié)構(gòu)、部件、組件和方法
[0001]本申請為2013年11月18日提交的PCT國際專利申請。
相關(guān)申請的交叉引用
[0002]上述申請包括(帶編輯和增加部分)申請日為2013年3月15日的USSN13/833, 002和申請日為2012年11月19日的USSN61/728, 091的公開內(nèi)容。USSN13/833, 002和USSN61/728，091的全部公開內(nèi)容在此被援引加入本文。以適當(dāng)?shù)某潭纫骍SSN13/833, 002和USSN61/728, 091的每一個的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及過濾器組件。具體的說，本發(fā)明涉及可用作過濾器組件例如空氣(氣體)濾清器組件中維修件的過濾器濾芯和特征。在某些特定的示例中，過濾器濾芯包括端蓋或端部件結(jié)構(gòu)，其包括不可移去地固定就位在端部件上并且通常模制就位在端部件上的預(yù)成型的密封件；端部件上具有徑向密封支撐。
【背景技術(shù)】
[0004]已知多種過濾器組件，其中可維修的過濾器濾芯設(shè)置在過濾器外殼內(nèi)。術(shù)語“可維修的”在本文中表示過濾器濾芯是安裝在外殼中的維修部件，并且在所涉及的設(shè)備的整個使用壽命期間，過濾器濾芯在不同的時間可被取出并整修或更換。所述組件的示例包括，例如，用于過濾內(nèi)燃機的發(fā)動機進氣的空氣濾清器組件。所述組件被用在例如交通工具和其它設(shè)備上。
[0005]可維修的過濾器濾芯上設(shè)置有外殼密封結(jié)構(gòu)。外殼密封結(jié)構(gòu)是當(dāng)可維修的過濾器濾芯被安裝以供使用時與外殼的適當(dāng)部分形成可釋放的密封的結(jié)構(gòu)。
[0006]一般，尋求過濾器濾芯上關(guān)于端蓋構(gòu)造和/或外殼密封結(jié)構(gòu)的改進。本文披露了組件的改進的結(jié)構(gòu)和工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種過濾器濾芯。過濾器濾芯可被設(shè)置為例如氣體(空氣)過濾器濾芯，盡管原理可應(yīng)用于其它應(yīng)用中。
[0008]在通常的應(yīng)用中，過濾器濾芯包括過濾介質(zhì)包。通常，介質(zhì)包被設(shè)置成環(huán)繞并限定開口的過濾器內(nèi)部，盡管替換例是可行的。所述介質(zhì)包通常在第一和第二介質(zhì)包端部之間延伸。介質(zhì)包可包括褶狀介質(zhì)，但替換例是可行的。
[0009]濾芯包括端部件或端蓋，具有從其穿過的中央氣流孔。端部件通常被模制到位在介質(zhì)包的一端。通常的端部件包括端蓋部分和密封支撐部分。端蓋部分和密封支撐部分通常彼此形成一體，例如，由可模制的材料模制而成。密封支撐部分一般背離介質(zhì)包伸出。在一些應(yīng)用中，密封支撐限定密封支撐壁，所述密封支撐壁在背離端蓋部分延伸時徑向傾斜(即，朝著或背離中央軸)，以限定密封凹入部。
[0010]外殼密封件被固定在開口的端部件上，例如在密封凹入部內(nèi)(當(dāng)存在密封凹入部時)并被設(shè)置成當(dāng)過濾器濾芯被安裝以供使用時與外殼部件形成可釋放的徑向的密封。
[0011]本發(fā)明還涉及優(yōu)選的密封結(jié)構(gòu)、制造和組裝的方法、以及相關(guān)的濾芯特征和過濾器組件。
[0012]由下文顯而易見，并沒有特別要求過濾器濾芯、結(jié)構(gòu)/特征或部件；或過濾器組件、結(jié)構(gòu)/特征或部件包括所有的特征細節(jié)并涵蓋本文所表征的所有技術(shù)的應(yīng)用，以便獲得本發(fā)明的一些益處。也就是說，沒有要求過濾器濾芯或部件被設(shè)置成要獲得通過本文所披露的技術(shù)可實現(xiàn)的所有可能的益處，以便與本文的一般教導(dǎo)相符。
【附圖說明】
[0013]本申請的圖1-19也可見于申請日為2013年3月15日的USSN13/833，002，該文獻在此被援引加入本文。
[0014]圖1是本發(fā)明的過濾器濾芯的示意性開口端透視圖。
[0015]圖2是圖1所示的過濾器濾芯的示意性閉合端透視圖。
[0016]圖3是過濾器組件的示意性透視圖，所述過濾器組件包括可取出地設(shè)置在其中的本發(fā)明的過濾器濾芯。
[0017]圖4是圖3的過濾器組件的示意性剖視圖。
[0018]圖5是圖3和圖4所示的組件的一部分的放大局部示意性剖視圖。
[0019]圖6是圖1和圖2所示的濾芯的示意性側(cè)視圖。
[0020]圖7是圖1、2和6所示的過濾器濾芯的示意性開口端視圖。
[0021]圖8是圖1、2、6和7所示的過濾器濾芯的示意性閉合端視圖。
[0022]圖9是大體沿著圖8的線9-9剖開的過濾器濾芯的示意性剖視圖。
[0023]圖10是圖9所選定標(biāo)識部分的放大局部示意圖。
[0024]圖11是大體沿著圖8的線11-11剖開的過濾器濾芯的示意性剖視圖。
[0025]圖12是圖11的標(biāo)識部分的放大局部示意圖。
[0026]圖13是根據(jù)用于構(gòu)造圖1的濾芯的工藝形成密封件的步驟的示意性剖視圖。
[0027]圖14是示意性透視圖，示出了從圖13所示的模具取出模制的密封件(作為預(yù)型件)的步驟。
[0028]圖15是根據(jù)本發(fā)明原理形成包括密封件和端部件部件的示例過濾器濾芯的一部分的步驟的示意性局部剖視圖。
[0029]圖16是根據(jù)本發(fā)明在過濾器濾芯上形成閉合的端部件的步驟的示意性局部剖視圖。
[0030]圖17是示意性透視分解圖，示出了涉及用于形成本發(fā)明的過濾器濾芯的結(jié)構(gòu)、部件和方法的特征/結(jié)構(gòu)。
[0031]圖18是本發(fā)明的另一過濾器濾芯的示意性閉合端透視圖。
[0032]圖19是形成圖18的過濾器濾芯的步驟的示意性局部剖視圖。
[0033]圖20-46并未出現(xiàn)在申請日為2013年3月14日的USSN13/833，002和/或在先的申請日為2012年11月19日的美國臨時申請USSN61/728，091的優(yōu)先權(quán)文獻中。
[0034]圖20是空氣濾清器組件的示意性放大剖視圖，所述空氣濾清器組件包括本發(fā)明的過濾器濾芯，具有徑向向外的密封示出接合外殼部分。
[0035]圖21是根據(jù)本文所述示例的過濾器濾芯的示意性局部放大剖視圖，但是利用其上的徑向向外的密封實施。
[0036]圖22是根據(jù)本發(fā)明另一可替換示例的過濾器濾芯的示意性開口端透視圖。
[0037]圖23是示意性透視分解圖，示出了涉及用于更多形成圖22的過濾器濾芯的結(jié)構(gòu)、部件和方法的特征。
[0038]圖24是在圖22的過濾器濾芯上形成閉合的端部件的步驟的示意性局部剖視圖。
[0039]圖25是形成圖22的示例過濾器濾芯的一部分的步驟的示意性局部剖視圖，包括根據(jù)本發(fā)明原理的密封件(預(yù)型件)和開口的端部件部件。
[0040]圖26是形成根據(jù)本文所述工藝的密封件或預(yù)型件的步驟的示意性剖視圖，用于構(gòu)造圖22的濾芯。
[0041]圖27是圖22的過濾器濾芯的示意性剖視圖。
[0042]圖28是圖27的標(biāo)識部分的示意性局部放大剖視圖。
[0043]圖29是圖22的過濾器濾芯的示意性開口端平面圖。
[0044]圖30是圖22的過濾器濾芯的示意性側(cè)視圖。
[0045]圖31是大體按照圖22的過濾器濾芯安裝在空氣濾清器組件中的示意性剖視圖；應(yīng)當(dāng)指出，在圖31中，示出的過濾器濾芯沒有某些選定的結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)，以強調(diào)某些點。
[0046]圖31A是圖31的選定部分的局部放大示意圖。
[0047]圖32是可與圖22的濾芯一起使用的空氣濾清器組件的示意性透視圖。
[0048]圖33是圖22的過濾器濾芯的示意性閉合端透視圖。
[0049]圖34是根據(jù)本發(fā)明的另一示例的過濾器濾芯的示意性開口端透視圖。
[0050]圖35是示意性透視分解圖，示出了涉及用于形成圖34的過濾器濾芯的結(jié)構(gòu)、部件和方法的特征。
[0051]圖36是形成圖34的過濾器濾芯的閉合端部件的步驟的示意性局部放大剖視圖。
[0052]圖37是在形成圖34的過濾器濾芯的過程中，形成其上具有密封件或預(yù)型件的開口端部件的步驟的示意性局部剖視圖。
[0053]圖38是用于圖37的工藝以形成圖34的過濾器濾芯的形成密封件/預(yù)型件的步驟的局部放大示意性剖視圖。
[0054]圖39是圖34的過濾器濾芯的示意性剖視圖。
[0055]圖40是圖39的標(biāo)識部分的局部放大示意圖。
[0056]圖41是圖34的過濾器濾芯的示意性開口端平面圖。
[0057]圖42是圖34的過濾器濾芯的示意性側(cè)視圖。
[0058]圖43是圖34的過濾器濾芯安裝在空氣濾清器組件以供使用的示意性剖視圖。
[0059]圖44是圖43的標(biāo)識部分的局部放大示意性剖視圖。
[0060]圖45是與圖34的濾芯一起使用的空氣濾清器外殼的示意性透視圖。
[0061]圖46是圖34的過濾器濾芯的示意性閉合端透視圖。
【具體實施方式】
1.示例過濾器濾芯和過濾器組件，圖1-12
[0062]參見圖1的附圖標(biāo)記1，總體表示包含本發(fā)明特征的示例過濾器濾芯。所示的過濾器濾芯I被設(shè)置為氣體過濾器濾芯，例如會被用于過濾空氣；盡管本文所述的技術(shù)可應(yīng)用于多種可替換的構(gòu)造。一般，過濾器濾芯I包括過濾介質(zhì)2m或介質(zhì)包2，在過濾作業(yè)期間待過濾的氣體(空氣)穿過過濾介質(zhì)或介質(zhì)包。
[0063]所示的具體過濾器濾芯I包括介質(zhì)包2，所述介質(zhì)包2包括在第一和第二介質(zhì)端部3、4之間延伸的介質(zhì)2m。在示例中，介質(zhì)包2被設(shè)置成圍繞開口的過濾器內(nèi)部5和中央軸X延伸。這對于本文所述的技術(shù)的應(yīng)用來說是典型的，盡管替換例是可行的。所示的具體介質(zhì)包結(jié)構(gòu)大體是圓柱形，不過可替換的形狀是可行的，包括具有非圓形截面的形狀和/或在端部3、4(或4、3)之間的延伸部在截面尺寸上成錐形逐漸縮小的形狀。
[0064]本文中，術(shù)語“介質(zhì)包”表示過濾器濾芯中的介質(zhì)結(jié)構(gòu)。術(shù)語“介質(zhì)包”包括介質(zhì)定義并且可包括其它的材料或結(jié)構(gòu)；例如，介質(zhì)包可包括內(nèi)襯或外襯或兩者，如下文所討論的。
[0065]所述的技術(shù)當(dāng)應(yīng)用于介質(zhì)包2或至少介質(zhì)包的一部分是褶皺(即包括褶狀介質(zhì))的情況時尤其有利。不過，所述技術(shù)可應(yīng)用于可替換的應(yīng)用中。
[0066]所示的具體過濾器濾芯I被設(shè)置成用于在過濾期間具有“外向內(nèi)”流動。這意味著在過濾過程中載流流體在從介質(zhì)包2的外周2x向內(nèi)周2i通過時待過濾的載流流體(即，通常氣體或空氣)被過濾。不過，當(dāng)濾芯I被設(shè)置成用于在過濾期間以另一方向流動時也可應(yīng)用所述技術(shù)。
[0067]所示的濾芯I被設(shè)置成其中介質(zhì)包2在第一和第二端部件8、9之間延伸。第一端部件8位于介質(zhì)包2的第一端3上，并且一般包括“開口的端部件”，即端部件8中具有中央開口 10，在使用過程中流體(通常氣體或空氣)穿過所述中央開口。對于所示的具體“外向內(nèi)流動”組件，中央孔10是出口孔，以便已過濾的流體(通常氣體或空氣)離開濾芯內(nèi)部5。
[0068]在通常的應(yīng)用中，使介質(zhì)2m環(huán)繞開口的內(nèi)部2i，第二端部件9位于介質(zhì)包2的第二端4上并且阻止流體(通常空氣或氣體)從其穿過；即，第二端部件是閉合的端部件。不過，本文所述的技術(shù)可應(yīng)用于不同的應(yīng)用，例如，端部件9開口或者通過其它結(jié)構(gòu)閉合的應(yīng)用。
[0069]仍參見圖1，所示的具體濾芯I包括介質(zhì)包2，所述介質(zhì)包2包括可選的內(nèi)部介質(zhì)支撐或襯墊12，介質(zhì)包2中的介質(zhì)2m圍繞支撐或襯墊而設(shè)置?？蛇x的內(nèi)部介質(zhì)支撐12提供多種功能，包括:支撐介質(zhì)2m抵制由于在過濾期間空氣或氣體壓抵外部2x而造成徑向向內(nèi)的倒塌；在制造和組裝過程中保持介質(zhì)2m處于希望的結(jié)構(gòu)；和，在制造、組裝操作和/或使用過程中，沿著介質(zhì)包端部3、4之間的延伸方向(即，沿軸X的方向)向濾芯2提供軸向強度。
[0070]對于可選的襯墊12可采用多種材料。所示的示例襯墊12包括金屬網(wǎng)襯墊。不過，可替換地，可采用有孔的金屬管，和/或可采用各種塑料襯墊結(jié)構(gòu)。在一些情況，濾芯I可設(shè)置有不包括內(nèi)襯的介質(zhì)包，盡管在許多情況通常會使用內(nèi)襯。在一些情況，當(dāng)濾芯中沒有設(shè)置內(nèi)襯時，如果需要的話，可通過已設(shè)置在外殼(濾芯I被安裝在外殼中以供使用)中的襯墊結(jié)構(gòu)向介質(zhì)2m提供支撐。例如，所述支撐可通過支撐結(jié)構(gòu)提供，所述支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成外殼的一部分(或連接至外殼)，或通過構(gòu)成設(shè)置在內(nèi)部的二次或安全過濾器或其它結(jié)構(gòu)的一部分的支撐結(jié)構(gòu)提供支撐。
[0071]所示的濾芯I示出具有示意性示出的介質(zhì)包2和介質(zhì)2m，S卩，單獨表面細節(jié)和輪廓未示出。此外，沒有指出介質(zhì)2m或介質(zhì)包2是否包括環(huán)繞介質(zhì)的外襯。在一些應(yīng)用中，對于外向內(nèi)流動，不會使用所述外襯。不過，本文所述的技術(shù)可應(yīng)用于其中設(shè)置有外襯的濾芯。在使用時外襯可包括例如金屬網(wǎng)、有孔的金屬、或塑料結(jié)構(gòu)。通常，當(dāng)介質(zhì)2m是褶皺的，類似于內(nèi)襯，外襯會鄰近外褶皺頂端延伸。
[0072]可使用多種介質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括褶狀介質(zhì)結(jié)構(gòu)。介質(zhì)可設(shè)置有褶皺頂端折疊以支撐介質(zhì)褶皺間隔，例如，如同廣泛使用在空氣過濾中的和例如可在由本發(fā)明的所有人Bloomington, MN 的 Donaldson Company, Inc.的標(biāo)有“PleatLoc”商標(biāo)的介質(zhì)包找到。介質(zhì)2m可設(shè)置有一個或多個粘合劑密封邊(珠滴)，沿著內(nèi)褶皺頂端和外褶皺頂端的一個或兩者延伸，以利于褶皺間隔，這同樣根據(jù)通常廣泛使用的技術(shù)。
[0073]仍參見圖1，濾芯I上包括外殼密封結(jié)構(gòu)15。外殼密封結(jié)構(gòu)15包括(外殼密封)彈性并通?？蓧嚎s的部件16，所述部件16被設(shè)置成用于一旦可操作地安裝濾芯I以供使用時可與過濾器組件的一部分可釋放地接合。本文中“彈性”和“可釋放的密封接合” 一起及其變體表示外殼密封件16包括合適的彈性材料，在濾芯I被安裝時其會與外殼部件接合形成密封，并在濾芯I移除與接合的外殼部件的相互作用時會從密封接合釋放。通常，所選擇的彈性材料會是可壓縮的材料，即，當(dāng)材料被推就位時可在尺寸上壓縮。可釋放的密封接合通常會是在由維修提供者提供的手力作用(安裝或移除)下可被接合/解除接合的類型。此外，通?？舍尫诺拿芊饨雍蠒恰皼]有夾具”或“無夾具”的，即，在不使用夾具或其它需要擰緊或調(diào)節(jié)就位的結(jié)構(gòu)的情況下會被接合/解除接合。
[0074]所示的具體(密封)彈性件16被設(shè)置成在使用時與外殼部件形成徑向密封(或徑向定向的密封)。本文中的術(shù)語“徑向密封”及其變體是指通過定向為大體朝向或背離由密封件16環(huán)繞的中央軸X的密封力而建立的密封。在這種情況，中央軸X還相當(dāng)于濾芯I的中央軸X，介質(zhì)2被設(shè)置成環(huán)繞中央軸X，并且中央軸X還相當(dāng)于孔10的中央軸X。
[0075]所示的具體外殼密封件16被設(shè)置成在與外殼部件接合后形成“徑向向內(nèi)”的密封，即，接合環(huán)繞外殼部件的密封件的密封。盡管這對于根據(jù)本發(fā)明的許多應(yīng)用來說是典型的，但所述的技術(shù)可應(yīng)用于當(dāng)密封結(jié)構(gòu)16被設(shè)置成在使用時與外殼部件形成向外的密封的情況，即，通過密封件被外殼部件環(huán)繞與外殼部件接合的密封。
[0076]所示的具體外殼密封件16大體限定圍繞中央軸X的圓形型式。盡管這對于許多應(yīng)用來說是典型的，但替換例是可行的。替換例可包括例如橢圓密封形狀或者還有其它可替換的幾何結(jié)構(gòu)。
[0077]密封件16可采用多種材料。通常，密封件可由較軟的(與端蓋8的剩余部分相比)、可壓縮的部件例如泡沫聚合物(在與外殼結(jié)構(gòu)接合后壓縮/偏轉(zhuǎn))形成。通常的外殼密封件16會由tpe(熱塑性彈性體)材料形成，所述材料提供的“成型(as-molded)”密度為不大于 281bs./cu.ft.(0.32g/cc)并經(jīng)常不大于 151bs./cu.ft.(0.24g/cc)，例如，101bs./cu.ft.-151bs./cu.ft.(0.16g/cc_0.24g/cc)和 / 或其模制后的硬度(邵氏A, Shore A)不大于20，通常不大于18并經(jīng)常在10-18的范圍內(nèi)，包括端點值。例如，可用的材料包括泡沫聚氨酯，例如披露于US8，226，786的那些材料，該文獻在此被援引加入本文，盡管替換例是可能的。
[0078]通常的外殼密封結(jié)構(gòu)16包括模制件，所述模制件在被結(jié)合入濾芯I之前被預(yù)成型，并且在結(jié)合后不能輕易地從濾芯I移去而不損壞密封件16或濾芯I的其它部分。換句話說，通常的外殼密封件16是以不可拆卸(不可移除)的方式固定到濾芯I的其余部分的預(yù)成型部件(或預(yù)型件)。因此，當(dāng)濾芯I被取出和更換時，密封件16也是如此。
[0079]由于密封件16通常由可壓縮/彈性的材料形成，通常希望提供具有(徑向)密封支撐的密封結(jié)構(gòu)15。濾芯I包括所述密封支撐，在附圖標(biāo)記20處表示。密封支撐20是相對剛性的(與密封件16相比)結(jié)構(gòu)，對徑向密封件16提供結(jié)構(gòu)性徑向支撐，以確保密封件16的整體性并提供當(dāng)密封件16與外殼密封結(jié)構(gòu)徑向接合時密封件16徑向壓抵的結(jié)構(gòu)。換句話說，當(dāng)安裝濾芯I時，密封件16在其密封抵靠的外殼部件和密封支撐件之間變得徑向受壓。由于所示的密封結(jié)構(gòu)15是徑向向內(nèi)定向的密封，密封支撐(件)20被設(shè)置成環(huán)繞密封件16。(如果密封件16被設(shè)置成形成徑向向外定向的密封，密封支撐(件)會包括由密封件環(huán)繞的結(jié)構(gòu)。)通過下文進一步的描述會理解，所示的具體密封支撐20優(yōu)選包括一旦被設(shè)置在濾芯I上，在不損壞密封支撐(件)和/或濾芯的其余部分的情況下也不能從濾芯I移除的結(jié)構(gòu)。此外，對于所示的示例，密封支撐件20包括端蓋或端部件的一體部分或部分，連同端蓋部分21，在下文進行討論。
[0080]通常，與外殼部件形成密封的端蓋8的僅有部分是被設(shè)置成形成徑向密封的密封件16。也就是說，優(yōu)選地，在安裝濾芯I時，除了密封件16，端蓋8上再沒有部分或材料被設(shè)置成與外殼部件形成任何類型的密封。盡管替換例是可能的，僅具有一個密封件16(如所表征的)的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。
[0081]盡管替換例是可能的，通常密封支撐件20是繞中央軸X延伸的連續(xù)的實心部件。本文中的“連續(xù)的”表示，優(yōu)選密封支撐件20中不具有任何間隙(在支撐密封件16的部分中，即密封件16壓抵的部分)，盡管可以容納間隙。本文中的“實心”表示，優(yōu)選密封件20不具有從中穿過的任何孔(在支撐密封件16的部分中，即安裝后密封件壓抵的部分)，盡管孔可被容納。
[0082]仍參見圖1，應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)如圖所示密封支撐件20被設(shè)置成圍繞密封件16時，密封支撐件20保護密封件16免于在操作和運輸過程中受損。一般，使相對剛性的結(jié)構(gòu)件鄰近密封件16有利于此。
[0083]從下文結(jié)合圖3-5的討論會理解，通常，當(dāng)濾芯I被安裝在過濾器組件中以供使用時，其中設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)15的濾芯I的第一端被壓抵外殼的端壁。優(yōu)選該接合具有彈性，以便在設(shè)備操作過程中例如在引起振動、溫度波動和/或震動的情況下穩(wěn)定支撐濾芯I。為此，濾芯I包括設(shè)置在端部件8上的軸向緩沖結(jié)構(gòu)25 (圖1)，位于比端部件8的任何部分距離介質(zhì)端4、和端部件9和/或介質(zhì)包端部3軸向更遠的位置。所示的示例緩沖結(jié)構(gòu)25與形成密封件16的彈性的可壓縮部件成一體并包括相同的材料。所示的具體緩沖結(jié)構(gòu)25 (圖1)軸向伸過密封支撐20的端部20x，并包括多個被凹入部25r分隔開的間隔的突出部分25p，盡管替換的形狀是可行的。所示的緩沖結(jié)構(gòu)25的具體結(jié)構(gòu)在下文進一步討論。
[0084]在圖2中，提供了大體朝向端部件9的濾芯I的透視圖。盡管替換例是可能的，在所示的示例中，端部件9可被看作包括閉合的端部件；即，沒有孔穿過端部件9