過濾系統、元件結構及其方法

2023-08-03 17:16:56

專利名稱：過濾系統、元件結構及其方法
技術領域：
本發明涉及空氣過濾器系統，特別有關於供內燃機和/或空氣壓縮機系統的空氣輸入系統的空氣過濾器。在通常的應用中，空氣過濾器將連同空氣輸入系統用於諸如以下設備中越野機械〔履帶式拖拉機、自動裝卸機、滑移式轉向裝卸機、鋪管機、挖掘機、材料堆垛機、輪式挖掘機、正鏟挖土機、森林機械、軌道滑移機、滾筒式壓實機(土壤或瀝青)、氣動夯實機、瀝青鋪料機、土層穩定機、冷式刨土機、VFS拖車、輪式裝載機、套筒伸縮式堆垛機、集成工具運載車、輪式拖拉機、填土夯實機、土層夯實機、反鏟裝載機、鉸接式翻鬥車、越野卡車和拖拉機、刮土機、機動平土機、輪式滑移車〕和發電機組、農業設備(拖拉機、聯合收割機)、採礦設備(礦砂運輸機)。本發明還關係到供這些系統的空氣過濾器元件及其裝配方法和應用。
背景技本一般說，用內燃機工作的機械車輛或其它設備需要供發動機空氣輸入的過濾系統。這種空氣過濾結構通常稱為空氣過濾器，一般用來從吸入發動機的空氣中分離灰塵和其它成分。空氣過濾器通常包括一殼體和一可替換的過濾元件裝置。通常，空氣過濾器設計成其過濾元件可以被拆卸和替換。
空氣壓縮機系統通常包括兩條需要過濾的空氣線路進入發動機的輸入空氣和進入壓縮空氣貯罐的輸入空氣。空氣過濾器對這兩系統都是需要的。
通常有需要對這些系統的空氣過濾器加以改進。

發明內容
本發明揭示了一種過濾元件，它包括一圓筒形介質包，限定一中心開口容積和一縱向軸線；一第一開口端蓋，具有和中心開口容積流體互通的一中心孔；和一第二關閉端蓋，具有一中心區域，可關閉介質包中心開口容積的一端。在較佳結構中，關閉端蓋有一從其軸向向外伸出的凸出件，它處在貫穿縱向軸線的位置上。
空氣過濾器還設置一端蓋，它可具有一內側面，上面有一中心凸出件。較佳地，該中心凸出件包括外周邊為一等邊多邊形的壁，最好至少為五邊形。
本發明提供一種空氣過濾器，它包括一圓柱形過濾元件，該元件有一第一開口端蓋、一第二關閉端蓋和一延伸其間的圓柱形介質包。第一端蓋限定一內部徑向密封區域。第二關閉端蓋具有包括一圓形凹下部分的中心區域。空氣過濾器也有一個端蓋，這個端蓋上有一內側面，其上包括一中心凸出件。該凸出件的尺寸和形狀可和第二關閉端蓋的凹下部分配對嚙合，使過濾元件裝在端蓋中適於工作。
將過濾元件裝進空氣過濾器的方法最好使用這裡描述的結構。更換過濾元件的方法也最好使用這裡描述的結構。這裡提供了清潔空氣的方法。
附圖簡述

圖1是一裝在空氣輸入系統的氣流管上的空氣過濾器的側立面和局部切開的示意圖。
圖2是圖1的空氣過濾器的端面圖，但未帶氣流管和安裝託架。
圖3是圖1中描繪的空氣過濾器的側立面和局部切開的放大圖。
圖4是圖1-3中描繪的空氣過濾器中可使用的一主要過濾元件的透視圖。
圖5是圖4中描繪的過濾元件的端立面視圖。
圖6是圖4中描繪的主要過濾元件的端立面視圖，表示圖5中顯示端部的相對端。
圖7是圖4-6中描繪的主要過濾元件沿圖6的7-7線的橫剖面圖。
圖8是圖4-7中描繪的主要過濾元件端蓋上的密封件的放大剖面圖。
圖9是空氣過濾器的剖面圖，顯示可操作地安裝在空氣過濾器殼體中的主要元件和安全元件。
圖10是一局部的剖面圖，描繪殼體蓋和主要過濾元件的端部相對齊。
圖11是空氣過濾器端蓋外部的透視圖。
圖12是空氣過濾器端蓋內部的透視圖。
圖13是圖12中描繪的端蓋的頂視圖。
圖14是圖12和13中顯示的端蓋的底視圖。
圖15是圖11-14中描繪的端蓋沿圖14中切線15-15的橫剖面圖。
圖16是安全元件的透視圖。
圖17是圖16中描繪的安全元件的側視圖。
圖18是圖16中描繪的安全元件的端視圖。
圖19是圖16-18中描繪的安全元件沿圖18中切線19-19的剖面圖。
圖20是一局部橫剖面圖，顯示主要過濾元件裝入空氣過濾器時主要過濾元件和安全元件進行對齊的情況。
圖21是一局部橫剖面圖，顯示安全元件和主要過濾元件處於相互對齊的狀態。
具體實施例方式
I、空氣過濾系統-梗概通常，供諸如越野設備、農業設備、採礦設備和公路上卡車的空氣過濾系統具有至少一個裝在已安裝好的空氣過濾器殼體內的可拆卸和可替換的過濾元件。許多系統中使用兩個過濾元件，兩個都可拆卸和替換，其中第一個過濾元件用作上遊或主要過濾元件，而第二個過濾元件用作下遊的次級或安全元件。
參閱圖1，其中描繪一個典型的空氣清潔系統或組件的某些外形特徵。圖中標號1代表空氣過濾器。空氣過濾器1包括一殼體3，例如由安裝託架4安裝在合適設備的機架5上。該設備通常可能是一種車輛，諸如卡車、越野工程機械、拖拉機或相似設備；或者是固定的發電機組或空氣壓縮機。
通常的空氣過濾器1的殼體3一般由兩個主要組件或區段界定即主體8，和可拆卸的檢修蓋9。檢修蓋9供進入主體8的內部進行檢修之用。對圖1中一般型式的空氣過濾器1而言，檢修通常包括從殼體3拆卸和取下至少一個裝在內部的過濾元件，為整修或為替換。
空氣過濾器1的殼體3包括外壁11、空氣進口12和出口13。如所示較佳實施例，進口12和出口13都在主體8內。通常使用時周圍空氣或未過濾空氣經進口12進入空氣過濾器1。在空氣過濾器1中，空氣通過過濾裝置(以後詳述)獲得清除顆粒的要求等級。經過濾的空氣然後從空氣過濾器1向外通過出口13和合適的管路流向相關的發動機、壓縮機或別的系統的空氣輸入系統的進口。
所述的特定的空氣過濾器1有一圓桶形或圓筒形結構的外壁11。在這特定結構中，出口13呈軸向出口，因為它通常沿軸線15延伸並圍繞軸線15成形；軸線15是由一內裝的主要元件25界定的縱向中心軸線，如以下所述。
注意到圖1中的特定空氣過濾器1，如從圖2的端視圖所見，有些「非圓」，就是有些不夠圓。這種結構和完全圓筒形的殼體一樣為眾所周知。這裡，兩種形式都將被稱作「一般圓筒形」。
檢修蓋9通常和主體8的開口端19配合。在所示特定結構中檢修蓋9是由門閂20固定在開口端19上。
因為該特定清潔器1稍微不夠圓，需要確保端蓋9和殼體8的其餘部分正確對齊。將殼體8上的一支柱和蓋9上的一凹口20a(圖11-13)對齊可獲得正確的徑向對齊。
顯示的特定空氣過濾器1是裝在一通常為水平的結構上，即其軸線15通常在水平方向延伸(假定該設備裝在水平場地上且其機架部分5通常平行於場地延伸)。無論如何，可以認為這種型式的空氣過濾器1可用於其它取向。
參閱圖3，其中組件1的部分被切開以觀察其內部詳情。圖3中可見到主體8會同蓋9的側面部分20限定了空氣過濾器組件1的內部22。在特定空氣過濾器1的內部22中置有空氣過濾結構23，在使用時空氣經它通過。所示特定的空氣過濾結構23包括一第一或主要過濾元件25和一次級或安全過濾元件26。
如所示的特定結構，過濾元件25和26的外形是圓柱形，從而具有一圓形的外周邊。這樣，略為不夠圓的殼體不形成與過濾元件25、26對齊的理想的中心縱向進入通道。這種結構是普遍的。然而，殼體和過濾元件都具有圓形外周和同一中心縱向軸線也是普遍的。
這裡的名詞「過濾元件」或「元件」用來代表可拆卸、可替換的零件(就殼體11而言)，其中含有要讓過濾空氣通過的過濾介質，空氣的流向是(1)從進口12；(2)通過內部22；(3)到達出口13；一般由元件來完成空氣過濾(或去除塵埃)的功能。除非另外說明，名詞「元件」、「過濾器「和「過濾元件」意思是指空氣過濾器組件1中的可拆卸和替換的元件。通常和較佳地，過濾元件構成在合適的時間間隔後可以用手拆卸和去除。這將在下面詳細描述。
這裡，名詞「主要元件」和「主元件」通常被用來指一過濾元件，通過它空氣過濾器使用時大部分塵埃將被吸附其中。在有二套元件的典型系統中，主要元件在典型的裝配中設置在次級或安全元件的上遊。本文中的所謂「上遊」意思是由於使用時過濾元件的位置、空氣過濾器的結構和密封件的位置，一般，當空氣從進口12流向出口13時空氣必須先通過主要元件再通過安全或次級元件。
這裡，名詞「次級元件」或「安全元件」可互換使用，是指主要元件的下遊元件。通常，在次級或安全元件上吸附很少塵埃，除非以下原因主要元件某些部分失效或密封失效；當主要元件檢修時不經意的塵埃流入；或意外事故。
參閱圖3，如所示空氣過濾器1，主要元件25和安全元件26兩個通常外形都是圓柱形，各有一開口的圓筒形內部和一圓形外周邊(對橫截面而言)。該兩元件25、26如下地構造主要元件25安裝成環繞安全元件26。一個圓筒形的主要元件25安裝在一個圓柱形的次級元件周圍的這種通用結構已在各種設備中應用，例如，在下列專利中已有描述6,051,042，6,099,606，各在此引用以作參考。
參閱圖3，組件1包括一內部安裝環或密封環29。密封環29是出口氣流結構或出口管29a的一部分(圖1)，和出口13氣流相通。更具體地說，環29、壁部分29b、和出口凸出部分29c共同形成出口管29a，作為已過濾空氣從空氣過濾器1的排放口。
總之，如圖示的裝置1，安全元件26被裝成和安裝環29(或出口管29a)的內表面30密封，而主要元件被安裝成和安裝環29(或出口管29a)的外表面31密封。
在主要元件25和密封環29的外表面31間形成的密封件32一般被認為是「徑向的」，因為其密封力徑向地指向或遠離軸線15，即通常垂直於軸線15。那就是，密封力是徑向方向而不是軸向方向；在本文中「軸向」意思是指方向和軸線15平行。對主要元件25的特定徑向密封有時被稱為「內部的」，因為徑向密封處於主要元件25的內部。
眾所周知有多種不同形式的徑向密封系統。用於如圖1、2所示類型的空氣過濾器組件的一種最為廣泛應用的徑向密封系統是Donaldson RadialsealTM(唐納森徑向密封)系統，可從明尼蘇達州Bloomington的唐納森公司購到，並通常在以下參考資料中有所描述EP0329659和美國專利號5,547,480；這些出版物各被引用於此以作參考。Donaldson RadialsealTM系統已用於以下設備的主要元件上如越野機械和車輛、農業拖拉機、礦砂運輸機、公路卡車以及空氣壓縮機。
安全元件26也是用徑向密封件33和密封環29密封。在此例中，徑向密封件33是「外部」徑向密封件，因為它向外延伸遠離並環繞安全元件26的外側，而不是內側。這種密封件例如在美國專利6,099,606中有所描述，並引用於此以作參考。用這種徑向密封件的唐納森製造的安全元件已用於諸如越野機械、履帶車輛、輪式車輛、滾動夯實機、發電機組和礦砂運輸機等的設備。
II、與圖1和2中所示相似的系統的兩個潛在問題一、用於水平安裝的主要元件的支承件如空氣過濾器系統通常如圖1和2所描述，其軸線15通常在水平方向延伸，過濾元件25通常也是水平安裝。元件25通常由安裝環29良好支承在連接出口管13的端面31處。然而，在相反一端(圖2中未顯示)，通常沒有和該元件相密封的相似結構來支承處於水平結構中的元件。因此需要有一個支承結構。
在某些早先的徑向密封系統中，知道在這位置用一外圓筒形套筒或外殼在外部來支承該主要元件就位。這種套筒例如示於美國專利號6,051,042和5,755,842中，各被引用於此以作參考。
關於水平支承的問題，徑向密封系統和軸向密封系統有顯著差別。用軸向密封系統，一般用螺栓結構或夾子結構來向該元件施加軸向壓力，迫使元件頂住殼體的一端。這種系統如在美國專利號3,488,928中已有顯示，在此引用以作參考。通常，在裝配時這種系統不需要水平支承，因為軸向壓力使元件不能移動。在某些情況下，提供了支承結構以便於裝配時元件的正確定位或定中心。
二、安全元件的對齊一般，因為主要元件25必須裝在安全元件的外面，所以如果安全元件26未能安裝得近乎完美的軸向對齊，諸如圖1和2中所描述的這種結構的檢修可能是一個問題。在較長的安全元件26中，即元件至少10英寸(25cm)或更長時，這問題還將加重。
為了幫助安全元件對齊，已開發了一些安全元件對齊系統，例如可參見美國專利號5,800,581和3,488,928，各被引用於此以作參考。
III、主要元件參閱圖4-7，其中顯示了主要元件25。該主要元件包括側面延伸部34、開口端35和關閉端36。通常，側面延伸部34在開口和關閉端35、36之間延伸。開口端通常界定一中心孔40，圖7。
如所述實施例，主要元件25包括第一端蓋41和第二端蓋42，以及過濾介質包43延伸其間。通常，第一端蓋41界定了第一或開口端35；第二端蓋42界定了第二或關閉端36；以及介質包43界定了側面延伸部34。在通常的系統中，介質包43一般為以軸線15為中心的圓柱形。介質包43可以有多種結構，下面將敘述在某些應用中的一種較佳結構。
如裝置1所示，第一端蓋41有幾個功能。例如，當安裝元件25時，它用以界定中心出口孔40和中心密封區46以密封表面29(圖3)。還有，端蓋41和介質包43的零件固定在一起並阻止圍繞它們的空氣和灰塵洩漏。
再有，設置在端蓋41中的結構特徵能提供性能的提高。更具體地說，端蓋41包括一分段的並升高的環狀結構44，如圖6。當端蓋41是由一種如下面指出形式的較佳的柔軟可壓縮的聚氨酯製成，分段的環44在元件25的端部35處形成緩衝墊式的延伸件。這就能向殼體3的壁11(見圖1)提供一種非密封的緩衝。
在典型的較佳系統中，第一端蓋41是一單獨、整體、模壓的製品，較好用柔軟的可壓縮材料製成，最好是用可壓縮的泡沫聚氨酯。下面提供了較佳材料和特性。較佳地是，在模壓過程中提供端蓋41的結構特徵，與此同時介質包43被裝入或固定到端蓋41的製品中。下面還將敘述對該結構的一般探討。
用於某些裝置的密封區46將和其它Donaldson RadialsealTM系統的形狀和結構相似。這種結構被說明和顯示於如EP0329659、美國專利號5,547,480、6,099,606和特別是WO9942719A2中。每種這些資料的完整公告引用於此以供參考。
參閱圖8，其中顯示了可用於元件25的三級或三臺階的徑向密封結構的局部的放大剖面圖。
尤其是，徑向密封區46包括(從元件外側向內側移動)三個直徑逐級遞減的環或級37、38、39。結果是，由於逐級增加的阻力產生了壓力，使元件25在出口管29上的定位變得容易了。
徑向密封區域46被較佳地安排和構成可以至少壓縮其厚度的12％，厚度就是在未壓縮的外表面39a和介質包的內表面43a之間的距離，內表面43a通常由一內襯所界定。最好該壓縮量至少為其厚度的15％，通常為其厚度的20-33％。
再有，由於端蓋41材料的柔軟可壓縮特性(特別是在區域46內的材料)，當主要元件裝上密封環29時，在區域46內的材料被向其外表面31壓縮，通常該壓縮是由介質包43的一部分、通常是如具有以下特徵的一內襯來控制和包容的。
第二端蓋42界定了主要元件25的關閉端36。第二端蓋42還起到好幾個功能。例如，端蓋42起到將介質包43保持在一起並在關閉端36加以密封的作用。這種作用通常由第二端蓋42的外環區49完成。另外，第二端蓋42的有些部分作為提供穿過主要元件25內部50(否則內部50將是敞開的)的延伸，以關閉未過濾空氣通道的端部51。這個功能是由第二端蓋42的中心區53來完成。所謂「關閉端」意思是端蓋42阻止進出過濾器內部50，關閉端包括帶孔的端蓋，該孔例如被過濾元件帶有的結構所堵塞。
如以下說明，外環區49既可由柔軟的可壓縮材料組成，也可由硬質材料組成。較佳地，外環區49包括多個軸向從其朝外凸出的段片52，在安裝時形成與檢修蓋9不密封的配合，如圖10。
較佳的第二端蓋42具有外加功能的特徵。一個功能涉及在主要元件如圖1和2所示水平安裝時支承主要元件25的合適結構。該功能部分是由如下所述的中心凸緣55來完成。還有，較佳地是第二端蓋42有些部分起到對齊和支承安全元件26的功能。如所示的特定裝置，本功能是由安全元件的嚙合部分56所提供，將在下面說明。
如所示的特定結構，第二端蓋42是一兩個元件的端蓋，第一元件由模壓聚合物材料組成，稱作外環區49，而第二元件包括預成形結構58，它形成中心凸緣55、中心區或區域53和安全元件嚙合部分56。本文中所謂「預成形」意思是該結構58包括一堅固的部件，它預先成形成具有較佳結構，然後模壓外環區49之前、在如下所述的元件構成步驟中固定到整個主要元件上。下面將詳細說明預成形結構58。
IV、空氣過濾器應用時主要元件第二端或關閉端的支承如上所述，主要元件的特徵可在安裝使用時方便支承該元件-關閉端36，尤其如圖1和2所示處於水平位置時。有關本功能，參閱圖9-15。
首先參閱圖11-15，顯示端蓋9。該端蓋9包括外表面65和內表面66。安裝時，端蓋9的外表面65通常指向外部環境，而內表面66通常指向空氣過濾器的內部22。
參閱圖12和13，內表面66包括元件嚙合結構70。當端蓋9放到空氣過濾器1上而主要元件已經安裝，元件嚙合結構70通常被安排和構成和元件25的端部36互鎖或支承地嚙合、對接或對齊。如所示的特定結構，元件嚙合結構70包括一凸出部72，在安裝時該部凸入端蓋42的凹槽74中。在安裝或總裝時，最好凸出部72的尺寸和結構能和中心凸緣55支承地對接嚙合或對齊。(注意到在凸出部72和中心凸緣55之間不必實際接觸，如果對齊能足夠精密以確保元件25不能移動或向下搖擺不超出允許範圍，例如不大於20毫米。)可注意到，如果能僅保持少量幾個毫米的空間或更小，在安裝後短時間內，主要元件將趨向穩定，直到嚙合確實發生，通常這是由於設備運行時振動力的結果或由於使用時塵粒載荷在元件中增加重量的結果。
如所示特定較佳的裝置，中心凸緣55是圓形並限定圓形凹槽74。在較佳結構中，中心區53被介質包43圍繞，較佳地，中心凸緣55包括一環形壁57連帶凸出段57a。凸出段57a從介質包43的第二端36凸入中心敞開容積50一軸向距離，至少6毫米，通常為12-25毫米，並不大於200毫米。該凸出段57a可成角度或斜向內部50，但不大於從離介質包43的內側邊開始的某一徑向距離，從而將防止和空氣過濾器端蓋9的配合。較佳地，凸出段57a成為沿軸向向內凸出至少6毫米的一距離徑向離開介質包間隔不大於50毫米。在所示圖中的一特定件中，凸出段57a成為沿軸向向內凸出12-25毫米的一距離徑向間隔不超出1-15毫米。應予注意的是，在另一個實施例中，環形壁57的其它部分可能徑向離介質包43間隔大於50毫米。
尺寸舉例如下中心凸緣55具有直徑至少125毫米，通常為150-180毫米，不大於300毫米。凹槽74最好深度(或高度)(從凸緣162測量至平面區158)至少6毫米，通常12-25毫米，不大於200毫米。
較佳地，凸出部72的外周邊75並非圓形，其原因說明如下。最好外周邊75具有至少三個頂點79。最好外周邊75是一多面體，其尺寸與結構和圓形中心凸緣55在平均分布的頂點76處相嚙合、對接或位置上對齊。最好具有規則多面體形狀，即具有等長的直線段78和平均間隔的頂點79。更好地是多面體外周邊75具有至少五個邊而不超過十個邊，也即至少五個頂點而不超過十個頂點。圖12和13中描繪的特定凸出部72為八面形。
較佳地，凸出部72被構成為如果它不和圓形中心凸緣55對接，當空氣過濾器1總裝時，頂尖79和中心凸緣被隔開，但不大於30毫米，最好不大於15毫米。這將確保，在安裝時主要元件25不能向下搖擺太遠。
較佳地，凸出部72應連續延伸不帶間隙，因而有足夠的強度，不致使用時斷裂。然而不連續的結構還是可以使用的。還有，較佳地，凸出部72界定了一個空心凹下的內部82，它尤其為主要元件25的某些外加性能留下了接納空間。較佳地，外周邊75包括一連續壁(a)至少約0.25毫米厚，通常為0.5-5毫米厚，不大於20毫米厚；以及(b)至少10毫米高，通常為20-50毫米高，不大於100毫米高。
參閱圖9和10，很明顯，元件安裝後一旦端蓋9被安置就位，凸出部72將伸入凹槽74中。通常，任何向上的頂點，如圖9中頂點83，將支承主要元件25並防止元件25在端頭36處發生不希望有的下垂、搖動或跌落。在較佳的結構中，零件被如下構成凸出部72伸入凹槽74至少5毫米，最好為10-30毫米，不大於100毫米。圖9還顯示了安全元件26已安裝在裝置中。
從圖9和10中評估，對外環區49和周邊75的特殊結構，其優點是顯而易見的。因為較佳的外環區49是圓的，當安裝時，元件25在環29上的相對徑向(迴轉)位置相對於端蓋9的嚙合將沒有差異。這就是，不管元件25如何徑向指向，安裝時它總是和軸線15徑向對稱，至少相對於凸緣55的結構是如此。
如果殼體確實是圓的而不是稍微不夠圓，有關凸出部72和外周邊75具有一定特徵的較佳外形或結構將允許端蓋9在端頭19處徑向方位有所變化。尤其是，當凸出部72含有至少五個頂點，且平均分布，則如果端蓋9是圓的，不管端蓋9在主體8上徑向方位如何，在封閉開口端19時至少有一個頂點將方向朝上。無論如何，帶有不夠圓的結構的端蓋9相對於主體8具有一固定的外形，因此當可操作地總裝該結構時，頂點在端蓋9上可定向成確保至少有一個是指向朝上的。
有幾個原因寧可外周邊75不是圓的。首先，如果外周邊75是不是圓的，人們將不可能試圖將主要元件密封到外周邊75上，而這個密封行動正可能導致空氣過濾器1不合適的裝配。其次，非圓結構相對較堅固並能自我支持，還將會相當直接製造成適合的技術規格。
V、端蓋9的其他特徵參閱圖11和14上的端蓋9。外表面65通常包括平坦的中心區84。外表面65還包括梯級區85，它帶有模壓的角板86以作支撐。可注意到，中心區84和外周邊凸緣87的同心對齊線相偏移(圖14)。這樣，端蓋9能在某些業已存在的空氣過濾器的主體上也能對齊。
如上所述，某些其它存在的設備使用圓形殼體，在這場合下凸出部72的中心軸線可以和端蓋外周邊的中心軸線直線對齊。
參閱圖12和13。內表面66和中心區67包括從其向內凸出的壁75以及徑向延伸的加強肋68。肋68從壁75徑向延伸到外周邊凸緣87處。
VI、安全元件對齊的裝置如上所述，空氣過濾器1包括一裝置76(圖20，21)，供確保安全元件26和主要元件25合適地對齊之用。
安全元件對齊並不需要在密封環29上增加任何機構，或在殼體3上添加機構，但卻要利用元件25、26上的特點。這樣就要改造以前存在的殼體。
通常，對齊裝置76包括一凸出件/接受件裝置88，其中含有位於主要元件25上的凸出件/接受件裝置88的第一元件89，和裝在安全元件26上的凸出件/接受件裝置88的第二元件90。如所示的特定位置，主要元件25包括在端蓋42內的接受元件92；而安全元件26包括在端蓋105上的凸出件93。
參閱圖16-19，其中描繪了安全元件26。安全元件26包括第一開口端100、對面的關閉端101和側面延伸件102。如圖示的特定裝置，開口端100由第一開口端蓋104所限定；關閉端101由第二關閉端蓋105所限定；以及側面延伸件102由嵌入、並在兩端蓋104、105之間延伸的介質包106所限定。所示特定的結構還包括延伸在兩端蓋104、105之間的內襯120和外襯121。在另一種結構中，內襯120和外襯121可以省略。圖19-21中僅顯示了內襯120的局部截面。
如所示的特定實施例，開口端蓋104具有以下功能保持介質包在開口端100處密封和安裝好；在裝配時將密封區108密封到環29上(作為外部徑向密封)。對於較佳的結構，端蓋104是一整體模壓件，由柔軟的可壓縮聚合物、最好由泡沫聚氨酯組成。下面將描述較佳的部件及其特徵。
第二端蓋105也具有幾個功能。例如它牢固地圍住端101並保持介質包106密封和安裝在這一端。還有，關閉端蓋105被定向延伸到鄰近主要元件25，並在有些情況下和主要元件25對接，因而一旦主要元件25安裝完畢，安全元件26不從正在使用的空氣過濾器1的端110(見圖1)後退離開。
如所示較佳實施例，由安全元件26提供的另一功能是，它包括凸出件/接受件裝置88的一部分，該部分和主要元件25的配對件相嚙合，以保證裝配時安全元件26實現合適的軸向對齊。
更具體地說，安全元件26包括凸出件/接受件裝置88的第二元件90。如所示的特定結構，第二元件90包括凸出件93。
較佳的凸出件93被構成具有外周邊111，它具有一定程度的徑向對稱性，因此安全元件26的徑向對齊對凸出件/接受件裝置88的正確地起到其功能並非是關鍵的。所示的該特定的較佳凸出件93是一截頭圓錐形元件112，帶有錐形側壁113和端面113a。
如下所述，相對於截頭圓椎形元件112，主要元件25包括一尺寸和形狀合適的接受件92。
更具體地說，參閱圖20-21，主要元件25包括一接受件92，構造、布置和定向成用以裝配時於其中接受截頭圓錐件112。和截頭圓錐件112配對的較佳接受件92是一截頭圓錐形接受件114，包括錐形側壁115和端面116。
從圖20-21示意圖中可以了解，凸出件/接受件裝置88的作用將方便安全元件26和主要元件25之間的對齊。
圖20顯示了安全元件26和主要元件25。圖中顯示的元件25、26為安全元件26和中心軸線124並未完全對齊。作為未對齊的結果，當主要元件25沿箭頭125方向移動時，安全元件26的凸出件93和接受件92嚙合，同樣沒有完全軸向對齊。然而，當主要元件25從圖2所示的位置繼續沿箭頭125方向移動時，在表面130和131之間發生凸輪或滑動嚙合從而將元件25、26對齊。特別是，表面130和131之間的嚙合將迫使安全元件26自己改變方向或重新定向而進入對齊位置，如圖21所示。換言之，凸出件/接受件組合92/93較佳地是被定向成，當發生未對齊時，主要元件25沿其中心軸線方向的繼續移動將使安全元件26滑至正確對齊。注意到對齊終結時，如圖21，凸出件93和接受件92之間的嚙合將趨於使安全元件保留在合適的對齊位置，除非主要元件25被移開。
最好凸出件93和接受件92各有充分的圓對稱(雖然不必相同形狀)，這樣，由於凸出件/接受件組件的功能，安全元件和主要元件之間的相互徑向定位就不成問題。顯示的截頭錐形結構是較佳的但並非必需的。可以替換的形狀包括圓柱體、立方體、盒形、截頭球面體、半球體和具有三角形、五角形、八角形或其它多面體橫截面的三維結構。
截頭圓錐形凸出件93的優選尺寸提供如下從端蓋外表面107到端面113a的高度至少為5毫米，通常為10-50毫米，並不大於100毫米；基部直徑，即和端蓋表面107同一平面的最大剖面處的直徑至少為25毫米，通常為30-80毫米，並不大於150毫米；在端面113a處的直徑至少為5毫米，通常為10-30毫米，不大於80毫米。側壁113在基部直徑和端面113a之間延伸，其傾鈄角度至少為0.5度，通常為1-45度，但不大於80度。接受件92的尺寸較佳地能沒有幹擾地接受凸出件93。這樣，接受件92的尺寸可比上述尺寸大5-20％，(即高度(或深度，視具體對象而定)為11-40毫米、最大截面(開口端)的直徑為33-100毫米、以及關閉端的直徑為11-40毫米)。
VII、形成主要過濾元件的方法圖7顯示了介質包43。介質包43包括內襯151和過濾介質的圓筒形延伸部152，該延伸部152環繞內襯151。在較佳的結構中，內襯151和延伸部介質152長度相同。在圖7中，顯示了局部的內襯151。應該明白，如果使用內襯，內襯將襯砌在過濾介質152的整個內部。
在通常裝配時，過濾介質的圓筒形延伸部152被構成，然後滑到內襯151上。下一步製造步驟是介質包43和中心端蓋元件160之間相嚙合。在最後的模壓結構中，中心端蓋元件160將用於形成和限定以下結構特徵關閉端蓋42的中心區域53、中心凸緣55和接受件92。
最好中心端蓋元件160呈碗形161，帶有向外凸出的凸緣162、中心接受件92和平面區域158。在所示的特定實施例中，平面區域158相當於端蓋42的外表面部分，這部分相對於端蓋的其餘部分是最為凹下的。碗狀件161的凹下側壁163具有圓形外周邊163a(圖10)，其外徑略大於內襯151的內徑，從而在將內襯151壓在側壁163上時造成靜配合。
包括中心端蓋元件160和介質包43的組合件然後放入模具，再加入樹脂形成關閉端蓋42的其餘部分。
相對的開口端蓋41既可在關閉端蓋42之前也可在之後製成。一般，製造開口端蓋41先將介質包43的合適一端放入模具，再加樹脂形成端蓋。較佳的中心端蓋元件160將具備模壓的堅固塑料結構。
VIII、形成安全過濾元件的方法安全過濾元件26通常能按以前應用的製造工藝來製造，除了一些改變以控制凸出件/接受件裝置88的元件結構在安全元件26的關閉端101上的位置。較佳地，安全元件26的關閉端101是由模壓塑料製成，如用硬度為肖氏D30度的氨基甲酸乙酯製成。
通常的製備方法將包括裝配介質包；將第一端放入模具，加樹脂，模壓關閉端蓋；以及將第二端放入模具，加樹脂，形成開口端蓋。
至於其上具有向外部的徑向密封件的開口端蓋，如同在製造主要元件的帶有徑向密封件的第一端蓋時所用的材料類型一樣，能在凝固時成型的樹脂和合適的柔軟可壓縮的聚氨酯通常是較佳的。這種較佳的材料將在下面予以說明。
IX、較佳的介質包用於主要元件和安全元件的較佳介質包將部分根據發動機或其它設備要求的技術規格和工作效率來定。這裡，將描述一種較佳主要元件的介質包，它專門為某些型式的越野工程機械、農業機械和採礦設備要提高性能而開發。
尤其是，下列設備應用Donaldson RadialsealTM系統已有多年履帶式拖拉機、廢品處理設備、自動裝卸機、滑移轉向裝載機、鋪管機、挖掘機、材料堆垛機、正鏟挖土機、軌道滑移機、夯實機、鋪料機、土層穩定機、刨土機、聯合收割機、VFS拖車、反鏟裝載機、越野卡車和越野拖拉機、滑移車、刮土機和機動平土機。
裝在這些設備中的系統通常(1)在將安全元件和主要元件進行嚙合時，還從來沒有一種對齊裝置用來支撐或偏移安全元件達到合適的對齊，以及(2)由於限止加載到系統上塵埃的積累而限制了使用壽命。
在開發具有這裡所述特徵的較佳元件中，唐納森努力延長在這樣的設備中的元件使用壽命，且使空氣過濾器主體尺寸和結構不變；並且不尋求改變發動機的技術規格或操作。
為了獲得較長期的性能，現在提供一種新的元件結構。大體上，該介質結構包括兩個介質部分一內側的褶襉介質部分和一無紡纖維深度介質(non-woven fibrous depth media)的外部區域。
圖7顯示了一種特別有用的結構。在此結構中，主要元件具有第一開口端蓋41，由柔軟可壓縮泡沫聚氨酯組成，並附合下面提供的技術規範；按上述方法製造的第二端蓋42，還包括一複合件一中心碗狀件161，由堅固塑料模壓而成；一外部環形區域，由氨基甲酸乙酯模壓製成。介質包包括多孔的內襯151；緊接地圍繞著褶襉介質區177，具有褶襉厚度至少25毫米，通常為50-100毫米。較佳地，褶襉介質177包括紙或纖維素。可用於本處所述結構的一種形式的褶襉纖維素具有下列性質基本重量為63-71磅/3000平方英尺；厚度約為0.013英寸；氣孔尺寸約為88微米；一個波紋為0.015-0.021英寸；幹抗拉強度為12-28磅/平方英寸；溼抗拉強度為3-13磅/平方英寸；溼破裂強度為15-30psi磅/平方英寸；Frazier透氣性為50-64英尺/分鐘。較佳地，內襯由膨脹金屬製成，但也可為非金屬，如塑料。
處在褶襉介質外面的是一纖維深度介質178的圓筒形延伸件，最好是氣流法鋪置的聚酯纖維介質，其厚度在結構內為0.25-1英寸。特別是，可用具有以下性質的介質重量為4.6-5.6盎司/平方碼，透氣性為900英尺/分鐘。
在所示特定裝置中，深度介質的延伸件為一卷諸如纖維深度介質的材料，縫合以形成接縫180。也可以使用其它將市場上能買到的深度介質178固定成圓筒形結構的方法。
可以注意到，還可提供多種可替換的深度介質結構，例如多層系統、坡度系統等。無論如何，所示特殊構件，其技術規格如以下所述，當被裝入以前存在的空氣過濾器中後會有顯著的改進。在有些裝置中可能要求用狹帶子圍繞褶襉頂尖的周圍緊固或支承褶襉介質177。如用帶子，則帶子必須在外卷178放上褶襉介質之前予以捆上。
再參閱圖7，圖中顯示整個介質包43被嵌入或模壓入各端蓋41、42中。可以看到深度介質178的套筒在褶縫181處被塞進端蓋41。同樣，纖維深度介質178套筒的對面一端在褶縫182處被塞進端蓋42。圖7中顯示的裝置中，設想將整個介質包43，包括褶襉介質177和深度介質178，嵌入各端蓋41、42中成為一完整的單元，結果形成褶縫區181、182。在另一種製造方法中，只有褶襉介質177是模壓並嵌入相對的端蓋41、42中。在這替換的結構中，深度介質178然後被卷繞在已嵌入相對端蓋41、42中的褶襉介質177的最終結構上。
較佳地，分別形成密封區46、108的端蓋41和104是由模壓泡沫聚氨酯製成。例如有個製件具有以下性能抗拉強度最低為110磅/平方英寸，延伸率最低為200％，扯裂強度最低為15磅/英寸，壓縮變形在70華氏度時平均為7-14磅/平方英寸；壓縮變形在加熱到158華氏度下保持7天後從原來變形值變化+/-20％；壓縮變形在低溫-40華氏度時為最大100磅/平方英寸；壓縮永久變形在加熱到158華氏度保持22小時後為最大10％，加熱到180華氏度保持22小時為最大25％。
X、例子主要元件的一個例子有以下尺寸總體長度為至少225毫米，通常為300-385毫米；開口端蓋的內徑為至少125毫米，通常為150-255毫米；碗狀件161的內徑為至少125毫米，通常為150-180毫米；接受件92的高度為至少6毫米，通常為12-25毫米；接受件92的最外部直徑為至少25毫米，通常為37-75毫米；總體外徑為至少200毫米，通常為280-385毫米。
安全元件的一個例子有以下尺寸總體長度為至少125毫米，通常為255-385毫米；最外部直徑為至少75毫米，通常為125-200毫米；內徑為至少50毫米，通常為75-125毫米；以及凸出件93的高度為至少6毫米，通常為12-20毫米。
端蓋9的一個例子有以下尺寸最外部直徑為至少150毫米，通常為300-400毫米；深度為至少20毫米，通常為40-100毫米；多面體壁形成的外周邊75所具有的高度為端蓋總高度的20-60％，通常為30-50％，至少為5毫米，通常為10-40毫米。
權利要求
1.一種過濾元件，它包括(1)一介質包，具有相對的第一端和第二端；所述介質包限定一敞開容積；(2)一第一端蓋，位於所述介質包的所述第一端；所述第一端蓋具有和所述敞開容積流體互通的一孔；1)所述第一端蓋包括一向內定向的徑向密封區域；(3)一第二端蓋，位於所述介質包的所述第二端；所述第二端蓋有一中心區域；1)所述第二端蓋中心區域被所述的介質包圍繞；2)所述第二端蓋中心區域包括一帶凸出段的壁；i)所述凸出段從所述介質包的所述第二端凸伸入所述敞開容積；以及ii)所述凸出段從所述介質包的所述第二端凸伸入所述敞開容積一至少為6毫米的軸向距離。
2.按權利要求1的過濾元件，其特徵在於(1)沿軸向向內凸出至少6毫米的一距離，所述凸出段和所述介質包徑向間隔不超出50毫米。
3.按權利要求1和2中任何一個的過濾元件，其特徵在於(1)所述第二端蓋中心區域包括一軸向向外凸出的中心凸出件。
4.按權利要求3的過濾元件，其特徵在於(1)所述中心凸出件包括一圓形基部。
5.按權利要求3和4的任何一個的過濾元件，其特徵在於(1)所述中心凸出件包括一截頭圓錐形部。
6.按權利要求5的過濾元件，其特徵在於(1)所述第二端蓋包括一外表面部分，該部分相對於所述第二端蓋的其餘部分最為凹進；以及(2)所述截頭圓錐形部從所述最凹進的外表面部分軸向向外凸出一距離，該距離至少為5毫米並不大於100毫米。
7.按權利要求3-6中任何一個的過濾元件，其特徵在於(1)所述第二端蓋包括一兩零件的複合件，包括1)一中心預塑坯件，具有碗形，帶有i)一圓形外周壁；ii)一環形凸緣凸出件，從所述圓形外周壁徑向向外凸出；以及iii)一中心基部；所述中心基部在其中包括所述凸出件；以及2)一模壓環形部分，所述介質包和所述預塑坯件固定其上。
8.按權利要求3-7中任何一個的過濾元件，其特徵在於(1)所述介質包呈圓筒形，具有通過圓筒體中心的一縱向軸線；1)所述縱軸貫穿所述中心凸出件。
9.按權利要求1-8中任何一個的過濾元件，其特徵在於(1)所述介質包包括一褶襉介質的圓筒形延伸件。10.按權利要求1-9中任何一個的過濾元件，其特徵在於，還包括(1)延伸在所述第一和第二端蓋之間的一內襯；1)所述介質包包括圍繞所述內襯的一褶襉介質的圓筒形延伸件。
11.按權利要求9和10中任何一個的過濾元件，其特徵在於(1)所述介質包包括圍繞所述褶襉介質的圓筒形延伸件的一無紡深度介質的圓筒形延伸件。
12.一種使用按權利要求1的過濾元件的空氣過濾器，它包括(1)一空氣過濾器檢修蓋，其內側面上包括一中心凸出件；所述中心凸出件伸入所述第二端蓋中心區域至少5毫米，以支撐所述過濾元件。
13.按權利要求12的空氣過濾器，其特徵在於(1)在所述端蓋上的所述中心凸出件包括一壁，其厚度不大於20毫米，其凸出距離至少為10毫米，且不大於100毫米。
14.按權利要求13的空氣過濾器，其特徵在於(1)所述第二端蓋包括一凸出件，從所述第二端蓋中心區域軸向向外延伸，並凸入一由所述壁圍繞的容積內。
15.按權利要求12-14中任何一個的空氣過濾器，其特徵在於所述過濾元件包括一主要過濾元件；空氣過濾器還包括(1)一安全過濾元件，裝於所述主要過濾元件的內部；1)所述安全元件具有一開口端蓋、一關閉端蓋和位於其間的一過濾介質區域。
16.按權利要求15的空氣過濾器，其特徵在於(1)所述安全元件關閉端蓋包括一從其軸向延伸的凸出件；(2)所述主要過濾元件在所述第二端蓋的所述中心區域內形成一接受件；以及1)所述安全元件關閉端蓋凸出件伸入所述接受件。
17.按權利要求12的空氣過濾器，其特徵在於(1)所述檢修蓋中心凸出件有一非圓周邊。
18.按權利要求17的空氣過濾器，其特徵在於(1)所述非圓凸出件包括至少三個頂點。
19.按權利要求17和18中任何一個的空氣過濾器，其特徵在於(1)所述非圓凸出件包括一多面體。
20.一種將按權利要求1的過濾元件裝入空氣過濾器的方法，該方法包括(1)將過濾元件定向在一氣流管上，使第一端蓋的徑向密封區壓向氣流管，並在氣流管和過濾元件之間形成徑向密封；以及(2)將其內側面上帶有一中心凸出件的檢修蓋定向在過濾元件上，且這是通過使中心凸出件伸入第二端蓋中心區域至少5毫米以支承過濾元件來完成的。
21.按權利要求20的方法，其特徵在於(1)所述定向檢修蓋的步驟包括將非圓形中心凸出件伸入第二端蓋中心區域。
22.按權利要求21的方法，其特徵在於(1)所述定向檢修蓋的步驟包括將規則多面體形狀的中心凸出部伸入第二端蓋中心區域。
23.按權利要求20的方法，其特徵在於(1)所述定向過濾元件的步驟包括定向一包括從第二端蓋中心區域向外軸向延伸的一中心凸出件的過濾元件。
24.按權利要求20的方法，其特徵在於，還包括(1)在所述定向步驟之前，將一安全過濾元件裝在氣流管上；1)安全過濾元件具有一開口端蓋、一關閉端蓋和在其間的過濾介質區域；(2)所述定向步驟包括將過濾元件定向到安全過濾元件上。
25.按權利要求24的方法，其特徵在於(1)所述安裝安全元件的步驟包括安裝一安全過濾元件，該安全過濾元件具有從關閉端蓋軸向延伸的一凸出件；(2)所述定向步驟包括將過濾元件定向在安全元件上，使安全元件關閉端蓋凸出件伸入第二端蓋中心區域內的一接受件中。
全文摘要
一種過濾元件，它包括一具有中心敞開容積和一縱軸線的圓筒形介質包；一具有能中心敞開容積流體互通的中心孔的第一端蓋；和一具有能關閉介質包的中心敞開容積一端的中心區域的第二關閉端蓋。關閉端蓋上具有一從其軸向向外延伸的凸出件，位於貫穿縱軸線的位置上。用於空氣過濾器的端蓋具有一內側面，其上有一中心凸出件。較佳地，中心凸出件呈一具有至少五個側面的規則多面體的外周邊側壁。空氣過濾器包括一圓筒形過濾元件，它有第一開口端蓋、第二關閉端蓋和延伸其間的圓筒形介質包。第一端蓋限定了內部徑向密封區域。第二關閉端蓋具有一圓筒形凹下部分的中心區域。空氣過濾器還包括一端蓋，蓋上有一內側面，其上有一中心凸出件，凸出件的形狀和尺寸要在過濾元件裝入端蓋時能和第二端蓋的凹下部分配對嚙合。空氣過濾器過濾元件的安裝方法將較佳地利用本文中描述的結構。
文檔編號B01D46/52GK1486213SQ01821964
公開日2004年3月31日 申請日期2001年11月29日 優先權日2000年12月4日
發明者史蒂文·S·吉澤克, 彼得·J·默裡, J 默裡, 史蒂文 S 吉澤克 申請人:唐納森公司