包括改進的密封結構的濾芯式過濾器和方法

2023-05-04 08:40:06

專利名稱：包括改進的密封結構的濾芯式過濾器和方法
技術領域：
本發明總的涉及一種流體過濾器，特別是，本發明涉及一種採用了改進的密封結構的過濾器。
背景各種過濾器已被廣泛地應用於包括液壓系統和發動機潤滑系統的各種場合。這些過濾器組件通常包括一個圓柱形過濾元件，其安裝在一個一端裝有一導流端板(baffle)或連接板的殼體內，導流端板一般是通過螺紋接頭把該過濾器組件連接於一個過濾器頭(filter head)。導流端板上的一個中央開孔和幾個周圍開孔直接通往過濾器尤其是過濾元件(濾芯)。流體可以是從內向外流(正向流動)，也可以是從外向內流(反向流動)。一個環形墊片作為導流端板與殼體之間的密封件。
多少年來，已經出現了各種型式和設計結構的過濾器。每一種設計結構都改進了這些過濾器的某一方面。但是，各種過濾器仍然需要不斷地改進。
揭示的概要本發明的一個方面是提供一種流體過濾器組件。這種流體過濾器組件包括一個有一個封閉端和一個開口端的殼體；一個可操作地定向安裝在殼體內的過濾元件；一個安裝成可草作地蓋住殼體的開口端的導流端板，該導流端板包括加工出至少一個密封環槽的一個第一軸向端面；一個定向安裝在第一密封環槽內的密封圈，該密封圈形成殼體與導流端板之間的密封件。
本發明的其它方面是提供這種型式的流體過濾器的製造、安裝和使用方法。
附圖簡要說明

圖1是的按照本發明的原理構造的過濾器組件的示意圖；圖2是沿著圖1中的線「2-2」剖取的過濾器組件的剖視圖，過濾器組件包括一定向安裝在殼體內的過濾元件；圖3是圖2的剖視圖的一部分的放大圖；圖4是用在圖1-3的過濾器組件裡的導流端板的立體圖；圖5是採用圖1-3的過濾器組件的一個系統的側視圖；以及圖6是一個已有技術的過濾器組件的一部分的放大剖視圖。
詳細說明A.整個部件；應用的系統首先參照圖1，其示出了一個流體過濾器組件10。該過濾器組件10特別適用於過濾例如油類的液體，例如用在液壓傳動系統和其它液壓系統中。過濾器組件10包括一個可操作地定向安裝在一個殼體14內的濾芯或稱過濾元件12。過濾器組件10可操作地安裝於一個過濾器頭16，典型的是用過濾器組件10上的內螺紋把它螺紋連接於過濾器頭16。
過濾器組件10被用在過濾系統18中。過濾系統18包括一個用於供給髒流體的供應管路，其通過過濾器頭16的進口22把流體供給過濾器組件10。流體進入過濾元件12並被其過濾或淨化。被淨化了的流體進入過濾器頭內並通過出口24經管路26流走。
現在參照圖5，過濾器組件10的一種應用是用於除去車輛28上用的液壓流體中的顆粒狀物質。圖5中，車輛28表示為一臺拖拉機。拖拉機的一個例子是農業用拖拉機，它具有液壓傳動系統和液壓系統，這兩個系統都需要用過濾器。液壓系統可以用於包括抬起和放下諸如犁等農具的各種用途。液壓系統還可用於抬起和放下諸如推土鏟、挖鬥、反鏟和刮泥板等泥土搬運設備。過濾器組件10的另一些應用場合包括其它農用設備、建築設備、木材堆放機、裝載機、越野車輛、高速公路貨運卡車、汽車、工業機械以及其它需要過濾流體的設備。此外，過濾器組件10可用於除去各種不同流體中的異物。液態流體的例子包括其它液壓流體、發動機潤滑油、柴油、汽油、發動機冷卻液、自動化傳動用流體等等。
B.圖6的已有的過濾器組件的某些問題現在來看圖6，其示出了一個已有技術的過濾器組件200的一部分。在過濾器組件200中，有一個裝在殼體204內的過濾元件202。該過濾元件202包括裝滿在端帽208裡的過濾介質206。端帽208具有一個開口210，其圍住導流端板212的一部分。導流端板212橫跨地固定於殼體204的開口端。導流端板212的邊緣214構成了導流端板212與殼體204之間的機械互鎖(mechanical interlock)。邊緣214形成導流端板212的外圓周表面和外周邊。因此，邊緣214是一個環形外表面。邊緣214具有一個環槽216，密封圈218裝在該環槽216內，形成導流端板212與殼體204之間的密封220。殼體204具有向內的折邊222，其結合於導流端板212的頂面的外圈224，把導流端板212和殼體204牢固地鎖在一起。
已有技術的過濾器組件200可能產生某些問題。例如，導流端板212是模鑄的。然後在鑄件上加工出螺紋而形成導流端板212的內徑表面228上的螺紋226。沿著邊緣214的外徑表面加工成光潔表面而除去澆口和冒口，並且加工出環槽216。
由於環槽216的深度和環槽216沿著外周邊緣214的位置，應該用諸如Loctite(「樂泰」，系美國一家公司的一種密封膠的商標名稱)的物質對導流端板212進行真空浸滲，以密封暴露於機械加工表面的微孔。放在環槽216裡的密封圈218通常是用車削加工製成的。密封圈218具有雙倒角和潤滑性，這使得可把導流端板212壓進殼體204的開口端。如果潤滑性不足，可能會造成密封圈218滾轉或者密封圈218安裝不正確，這都會造成一個不良的產品。
在安裝了密封圈218和把過濾元件202裝到導流端板212上之後，把整個部件(過濾元件202和導流端板212)壓進殼體204，並且用單邊折縫法(single fold seammethod)形成折邊222。如果原意還可以塗漆，而後把模製的O形端面密封圈230放入導流端板212的頂面上的端面密封環槽內。
C.圖1-5的改進的過濾器組件圖1-5所示的過濾器組件10是為解決已有技術的過濾器組件200的問題而設計的。例如，已經公認的是，如果把密封環槽216從外圓周邊緣214移到頂面(端面)224上，那麼密封圈將是位於鑄造在導流端板的端面上而不是機械加工在其外圓周表面上的環槽內。這樣可以節省機械加工時間，可以避免微孔暴露的問題，因而不必浸滲「樂泰」之類的材料。此外，在圖1-5的過濾器組件中密封圈不需要有雙面倒角，這也可以節省成本。而且，在製造新的過濾器組件10時，可以用折邊工藝壓縮密封圈而不必把它壓入殼體。在已有技術的過濾器組件200中，把帶有密封圈218的導流端板212壓進徑向邊緣214需要用很大的力，密封圈218還可能被翻卷，這可能使密封圈掉下碎屑而需要返工。下面將討論改進的過濾器組件10的詳細情況。
現在參照圖2，過濾器組件10包括可操作地定向安裝在殼體14裡的過濾元件12。過濾器殼體14的內部容積被設計為可將過濾元件12裝在其內。過濾器殼體14一般具有開口的第一端34和封閉的第二端36。
較佳的是，殼體14通常是一個有足夠剛性的薄壁結構，能承受通常的過濾過程中經受的壓力。通常，殼體14是金屬、塑料或其它適當材料的，如果是金屬的，其一般是用衝壓或拉伸工藝成形。
過濾元件12裝在內部容積32內。過濾元件12包括過濾材料38，其用於濾出被過濾流體中的諸如顆粒等汙物。過濾材料38從第一端帽40裝到第二端帽42並填滿其間。過濾材料38圍成一個開著的內部容積44。典型地，過濾材料38是纖維素、紙張、無紡材料、合成材料之類的材料。可以對過濾材料38進行處理或塗覆以提高其過濾能力。
在所示的這一例子中，過濾材料38包括過濾介質46，其一般是皺褶的多孔性材料，例如紙張。有許多孔的管狀內套48可以包括在過濾元件12內。內套48被上下延伸的過濾材料46包圍著，並且通常是延伸於第一與第二端帽40，42之間。第一端帽40是開口的，它有開口50。開口50接納、外接並包圍導流端板52的一部分。導流端板52橫跨地固定於殼體14的開口端。第二端帽42是封閉的，其橫著過濾材料38的端部21延伸並將其蓋住，使得不可能從過濾元件12的端部54以下進入開著的內部容積44。
導流端板52把來自過濾器組件10的被過濾了的流體輸送出去，並且起到防止未被過濾的流體旁通繞過過濾材料38的隔板的作用。導流端板52的外周邊緣56具有其外圓周壁面58。外圓周壁面58也是導流端板52的外徑表面。導流端板52還有軸向端面60、62，它們分別對應於頂端面64和底端面66。頂端面64對應於頂面68。頂面68一般是處在垂直於外圓周壁面58的平面內。
導流端板52具有一個中央轂，尤其是一個軸向延伸的中央轂70，它由多個徑向腹板或稱肋板72連接於大致為環形的外圈板74。中央轂70具有一個中心孔76，其延伸穿過導流端板52並終止於過濾元件12特別是內套48的內部。各肋板72和中央轂70與外圈板74之間的流體通路允許流體從中流過並流進過濾器殼體14的內部容積32。
設置在中央轂70的內表面的螺紋80用於把過濾器組件10連接於過濾器頭16(見圖1)。較佳的是，中央轂70延伸到肋板72以下並進入過濾元件12的上端。
在圖2所示的實施例中，過濾元件12通過直接連接或者通過其第一端帽40「緊箍在」中央轂70的頸部82上而固定於導流端板52。過濾器組件的這種裝配方法在這裡引用的被共同轉讓的美國專利6,345,721中有比較詳盡的說明。
應該注意到導流端板52具有一段光滑的連續的無間斷的圓周表面56作為其外圓周壁面58。外圓周壁面58上沒有任何用於安裝密封圈的環槽或任何其它座面，而是在導流端板52的端面68上加工出一個環槽84。從圖4可見，環槽84是一個從頂面64向下凹的連續的環形溝槽，形成了用於接納密封圈88的座面86(見圖2和3)。在一個實施例中，密封圈88可以是一個O形密封圈。但密封圈88最好是車削加工的密封圈89。密封圈88被壓在導流端板52與殼體14之間而形成兩者之間的密封92(見圖3)。在圖2和3中，可以看到殼體14是怎樣沿著邊緣56和外圓周壁面58連續不間斷地結合於導流端板52，然後又向內成直角地折彎而覆蓋導流端板52的軸向端面60的至少一部分。殼體14的折彎部分94壓在密封圈88上以形成密封92。折彎部分94有一圈向內的端面108(見圖3)。該端面108到沿徑向向內有一個第二環槽96的壁面110有一個間距(下面將說明)。環槽84的外壁面上有多個均勻分布的突起部87(見圖4)。突起部87有助於在進行折彎密縫(把殼體向內彎)之前把密封圈88保持在位。
通過把密封環槽84設置在導流端板52的端面68上而不是沿著外周56設置，密封圈88就坐落在鑄造進導流端板52的端面68的座面86上，而不是坐落在加工在其外周表面的環槽內(如圖6所示的已有技術那樣)。因此，可以節省機械加工時間，避免微孔暴露，免除用「樂泰」材料進行浸滲的步驟。而且，是通過折彎密縫工藝把殼體14向內彎而形成壓在導流端板52的端面60上的折彎部分94，來壓縮密封圈88。這可免除把密封圈218壓進環槽216的額外步驟(見圖6)。
在把過濾器組件10連接於過濾器頭16之前，把另一個密封圈安裝在導流端板52上。具體地說，導流端板52具有形成第二個座面98的第二個環槽96，可將另一個密封圈(未示)放入該環槽內。這個密封圈形成過濾器組件10與過濾器頭16之間的密封。
D.方法在使用中，過濾器組件10按下述工作在正向流動的使用中，使被過濾流體從進口22進入過濾器頭16。從那裡，流體流過導流端板52上的流動通路78而進入殼體14的內部容積32。從那裡，流體被迫流過過濾介質46而進入開著的內部容積44。由於具有形成在過濾元件12與導流端板52的頸部82之間的密封102，流體不能繞過過濾介質而旁通流出。導流端板52與殼體14之間的密封92可防止流體向外洩漏。被過濾了的流體從開著的內部容積44流經由導流端板52的開口76的內部形成的流動通路81。然後，被過濾了的流體流出過濾器組件流經過濾器頭16而通過出口24流出。
在使用一段時間之後，過濾介質46將被濾出的汙物堵塞。被堵塞的過濾介質的阻力會增大。這時，應該更換過濾器組件10。為此，可以通過擰開過濾器組件10與過濾器頭16之間的螺紋把過濾器組件10從過濾器頭16上拆下來。這將放開過濾器頭16與導流端板52的第二個環槽96之間的密封。把用過的過濾器組件10廢棄，換上一個新的過濾器組件10。把新的過濾器組件10擰到過濾器頭16上，隨後可重新開始過濾。為了裝配過濾器組件10，設置了導流端板52。過濾元件12是通過提供筒狀的過濾介質46、內套48，並把過濾介質46的兩端緊密地塞進第一和第二端帽40、42而製成的。較佳的是，在把過濾介質46塞進第一端帽40之前，端帽40是靠在中央轂70的臺肩104上。在端帽42內塗上粘結材料106，而後把過濾介質46的下端插入端帽42內。接著，在端帽40內塗上粘結材料106，而後把過濾介質46的上端插入端帽40內。粘結材料106與端帽40和42、過濾介質46以及中央轂70的臺肩104接觸並把它們粘結起來。隨後，把過濾器殼體14套在已經裝配成一體的過濾元件12和導流端板52上。然後，把殼體14的上邊緣折彎到端面60上形成折彎部分94，並壓縮折彎部分94與導流端板52之間的密封圈88，從而形成兩者之間的密封92。
權利要求
1.一種流體過濾器(10)包括一個有封閉端(36)和開口端(34)的殼體(14)；一個可操作地定向安裝在所述殼體(14)內的過濾元件(12)；一個可操作地安裝成蓋住所述殼體(14)的開口端(34)的導流端板(52)，所述導流端板(52)包括一個第一軸向端面(68)和圍繞著所述第一軸向端面(68)的外圓周壁面(58)，這種流體過濾器的特徵在於(a)所述外圓周壁面(58)上沒有環槽；(b)所述第一軸向端面(68)上加工出至少一個第一密封環槽(84)；(c)一個密封圈(88)定向安裝在所述第一密封環槽(84)裡；(i)所述密封圈(88)形成所述殼體(14)與所述導流端板(52)之間的密封(92)。
2.如權利要求1所述的流體過濾器(10)，其特徵在於(a)所述殼體(14)包括外周壁和向內折彎部分(94)；(i)所述外周壁包圍所述過濾元件(12)；(ii)所述折彎部分(94)垂直於所述外周壁；(A)所述密封(92)是位於所述折彎部分(94)與所述導流端板(52)之間。
3.如權利要求2所述的流體過濾器(10)，其特徵在於(a)所述折彎部分(94)形成一圈徑向向內的端面(108)，所述端面(108)到所述第一軸向端面(68)的圓周壁面(110)有一段間距。
4.如前面任一權利要求所述的流體過濾器(10)，其特徵在於(a)所述過濾元件(12)包括封閉的第一端帽(42)、開著的第二端帽(40)以及延伸於所述第一與第二端帽(42，40)之間並且兩端分別固定於所述兩端帽(42，40)之一的褶疊的過濾介質(46)；(i)所述延伸的褶疊的過濾介質(46)圍成一個一端開著的過濾器內部容積(44)。
5.如權利要求4所述的流體過濾器(10)，其特徵在於(a)所述導流端板(52)包括一個有中心通孔(76)的中央轂(70)，所述中央轂(70)延伸穿過所述開著的第二端帽(40)而伸進所述開著的過濾器內部容積(44)。
6.如權利要求5所述的流體過濾器(10)，其特徵在於(a)所述導流端板(52)還包括多個從所述中央轂(70)向外伸的徑向肋板(72)。
7.一種用於構造一種流體過濾器(10)的方法，這種方法包括提供一個有封閉端(36)和開口端(34)的殼體(14)；把一個過濾元件(12)和一個導流端板(52)從所述開口端(34)插進所述殼體(14)而安裝在其內，這種方法的特徵在於(a)所述導流端板(52)包括一個安裝在其端面(68)上的一個環槽(84)裡的密封圈(88)；以及(b)把所述殼體(14)的開口端的一部分(94)向內折彎而壓在所述密封圈(88)上，以形成所述殼體(14)與所述導流端板(52)之間的密封(92)。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於(a)在把過濾元件和導流端板安裝進殼體的所述步驟之前，把密封圈(88)定向裝入所述導流端板(52)的端面(68)上的環槽(84)裡。
9.一種用於安裝一種過濾器組件的方法包括(a)把過濾器組件(10)以螺紋擰到一個過濾器頭(16)上，把過濾器頭(16)安裝在一個設備(28)的流體系統(18)裡並與之流體連通，所述過濾器組件(10)包括一個按照權利要求1-6中之任一權利要求的流體過濾器。
全文摘要
一種流體過濾器組件(10)包括一個具有封閉端和開口端的殼體(14)；一個可操作地定向安裝在殼體(14)內的過濾元件(12)；一個可操作地安裝成蓋住殼體的開口端的導流端板(52)，該導流端板(52)包括第一軸向端面(68)和圍繞著第一軸向端面的外圓周壁面(58)，該外圓周壁面(58)是沒有環槽的，該第一軸向端面(68)上加工出至少一個第一密封環槽(84)；一個安裝在密封環槽(84)裡的密封圈(88)，該密封圈(88)形成殼體(14)與導流端板(52)之間的密封。此外，說明了這種型式的過濾器組件的製造、安裝和使用方法。
文檔編號B01D27/08GK1655859SQ03812344
公開日2005年8月17日 申請日期2003年4月14日 優先權日2002年4月26日
發明者R·F·杜雷 申請人:唐納森公司