BRPI0707562A2 - elemento de filtro com tampa de extremidade direcionadora de fluxo - Google Patents

Abstract

ELEMENTO DE FILTRO COM TAMPA DE EXTREMIDADE DIRECIONADORA DE FLUXO. É divulgado um elemento de filtro (16) que inclui um anel de meio de filtração (54) que circunscreve um eixo geométrico central, e primeira e segunda tampas de extremidade (60, 62). A primeira tampa de extremidade (60) inclui i) uma parte de corpo anular (66) que define uma abertura central (68) em torno do eixo geométrico central ligada de forma vedada na primeira extremidade do anel de meio (54), ii) um anel de vedação anular (80) com uma parte de vedação anular periférica resiliente (82) e iii) escoras de suporte axial (98) em torno da periferia da parte de corpo (66). As escoras (98) suportam o anel de vedação (80) em um local espaçado da parte de corpo (66), e definem aberturas de fluxo radial (92) entre escoras adjacentes (90). Um ou mais elementos de fluxo não radial (94a, 94b) se estendem de cada escora (90) ao longo da superfície externa (72) da parte de corpo anular (66) para direcionar fluxo de uma maneira espiral ou helicoidal, em que, então, o fluxo passa por meio das aberturas de fluxo (92) e para baixo ao longo da superfície externa do meio (54) de uma maneira na forma de turbilhão.

Description

"ELEMENTO DE FILTRO COM TAMPA DE EXTREMIDADE DIRECIONADORA DEFLUXO"

A presente invenção diz respeito a elementos de filtro para fluidos e, mais particu-larmente, a elementos de filtro substituíveis para fluidos hidráulicos e óleos lubrificantes queproporcionam separação eficiente de partículas e de outros contaminantes de uma correntede fluido.

São bem conhecidos elementos de filtro substituíveis que podem ser localizadosem um estojo ou alojamento e que separam contaminantes de uma corrente de fluido. Umtal elemento é mostrado na especificação de patente US-A-6.187.191 de Koivula, que mos-tra e descreve um conjunto de filtro, particularmente, para óleo lubrificante e aplicações hi-dráulicas, que tem um estojo em forma de copo que confina um elemento substituível, e quepode ser "rotacionado" em uma junta rosqueada de uma montagem do dispositivo. O estojoinclui um tubo de suporte perfurado central anexado em uma extensão de um rebaixo deproduzido por estampagem profunda na extremidade fechada do estojo e que se projeta nadireção da extremidade aberta. O elemento tem uma forma cilíndrica com meio de filtro a-propriado, e uma primeira tampa de extremidade anular em uma extremidade (inferior) que érecebida por cima do tubo de suporte central e sela o mesmo. O anel de articulação suportaa extremidade do estojo aberta e tem aberturas de fluxo para a corrente de fluido que chega.O elemento tem uma tampa de extremidade anular na outra extremidade (superior), com umflange de extremidade com uma borda anular externa que é recebida entre a abertura doestojo e o anel de articulação, e fornece uma vedação entre eles. Um colar central é recebi-do de forma vedada nesta tampa de extremidade e tem um interior rosqueado para habilitarque o elemento seja rotacionado sobre uma pá rosqueada da montagem do dispositivo.

As aberturas de fluxo radial na tampa de extremidade superior permitem que o flui-do flua por meio do flange até a periferia externa do elemento, onde, então, o fluido passapara baixo entre o elemento e o estojo. Então, o fluido passa radialmente para dentro atra-vés do meio e do tubo de suporte perfurado e, então, axialmente para cima e para fora pormeio do colar até a montagem do dispositivo. Quando o elemento fica gasto, o estojo podeser facilmente desparafusado da montagem do dispositivo, o anel de articulação pode serremovido do estojo, e o elemento de filtro pode ser removido e substituído. Então, os com-ponentes são remontados e rotacionados de volta na montagem do dispositivo.

O conjunto de filtro de Koivula fornece um filtro simples que é hermeticamente ve-dado na montagem do dispositivo e fornece uma notificação instantânea (um vazamentovisível) se um estojo for substituído sem um elemento instalado.

Embora o filtro Koivula tenha muitas vantagens em relação aos desenhos anterio-res, as aberturas de fluxo radial no flange da tampa de extremidade superior direcionam ofluxo para baixo, basicamente, na direção axial ao longo da superfície externa do elemento.Isto tende fazer com que os contaminantes se aglomerem na região superior do elemento, ea fazer com que a pressão caia através dele, embora a parte inferior do elemento seja relati-vamente sem obstrução. Esta distribuição não uniforme de fluido e contaminantes pode le-var a pior desempenho e menor vida útil do elemento.

Portanto, acredita-se que há uma demanda por um melhor elemento de filtro substi-tuível para tais aplicações que têm menor queda de pressão inicial e maior capacidade deretenção de contaminante, sem reparo ou modificação significativos do sistema de filtro.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um elemento de filtroque compreende: um anel de meio de filtragem que circunscreve um eixo geométrico centrale com primeira e segunda extremidades, primeira e segunda tampas de extremidade nasrespectivas primeira e segunda extremidades do anel de meio, a primeira tampa de extremi-dade incluindo i) uma parte de corpo anular que define uma abertura central em torno doeixo geométrico central, e ligado de forma vedada na primeira extremidade do anel de meio,ii) um anel de vedação anular com uma parte de vedação resiliente periférica anular e iii)escoras de suporte axial espaçadas em torno da periferia da parte de corpo, se estendendoentre a parte de corpo e o anel de vedação, e suportando o anel de vedação em um localespaçado da parte de corpo, as escoras de suporte definindo aberturas de fluxo radial entreescoras adjacentes, e um elemento de fluxo não radial se estendendo de cada estaca aolongo de uma superfície externa da parte de corpo anular até a abertura central para definirrotas de fluxo não radiais ao longo da superfície externa da parte de corpo em comunicaçãofluídica com as aberturas de fluxo, em que os elementos de fluxo direcionam o fluxo recebi-do em oposição à parte de corpo anular da primeira tampa de extremidade para fora atravésda primeira tampa de extremidade e por meio das aberturas de fluxo de uma maneira nãoradial.

A presente invenção fornece um elemento de filtro inédito e exclusivo que tem mai-or capacidade de retenção de contaminante e que pode ser usado em tais aplicações semreparo ou modificação em relação ao sistema de fluido. O elemento de filtro da presenteinvenção tem uma estrutura de tampa de extremidade na sua extremidade superior que fazcom que o fluido passe de maneira helicoidal ou espiral através da superfície externa datampa de extremidade, e para fora por meio das aberturas de fluxo radial. Então o fluidopassa para baixo, de uma maneira em forma de turbilhão, ao longo da periferia externa doelemento, entre o elemento e o estojo, para uma distribuição melhor e uniforme do fluido edos contaminantes ao longo da extensão externa do meio. A presente invenção é particu-larmente usada para remover partículas e outros contaminantes de um fluido hidráulico oude uma corrente de óleo lubrificante, entretanto, percebe-se que a presente invenção é usa-da para uma variedade de líquidos e outros fluidos em muitas aplicações.

O elemento de filtro da presente invenção inclui um anel de meio de filtração quecircunscreve um eixo geométrico central, e primeira e segunda tampas de extremidade naextremidade oposta do anel de meio. A primeira tampa de extremidade (superior) inclui i)uma parte de corpo anular que define uma abertura central em torno do eixo geométricocentral, ligada de forma vedada na primeira extremidade do anel de meio e com uma veda-ção interna para vedar contra um poste da cabeça do filtro, ii) um anel de vedação anularcom uma parte de vedação resiliente periférica anular para vedar contra o estojo e a cabeçado filtro e entre eles e iii) escoras de suporte axial em torno da periferia externa da parte decorpo. As escoras de suporte suportam o anel de vedação em um local axialmente espaça-do da parte de corpo e definem aberturas de fluxo radial entre escoras adjacentes. Pelo me-nos um, e preferivelmente um par de elementos de fluxo não radiais estendem-se de cadaescora ao longo de uma superfície externa da parte de corpo anular até um flange anularque limita a abertura central. Os elementos de fluxo direcionam o fluxo recebido em oposi-ção à parte de corpo anular da primeira tampa de extremidade de uma maneira espiral ouhelicoidal para fora por meio das aberturas de fluxo, após o que então o fluxo passa ao Ion-go da superfície exterior do elemento de uma maneira em forma de turbilhão (por exemplo,espiral ou helicoidal).

A invenção é diagramaticamente ilustrada a título de exemplo nos desenhos ane-xos, nos quais:

a Figura 1 é uma vista lateral seccional transversal de um conjunto de filtro constru-ido de acordo com a presente invenção;

a Figura 2 é uma vista lateral seccional transversal do conjunto de filtro da figura 1,mostrada em vista explodida parcial;

a Figura 3 é uma vista lateral em elevação do elemento de filtro para o conjunto dafigura 1;

a Figura 4 é uma vista de extremidade de topo do elemento de filtro da figura 3; e

a Figura 5 é uma vista seccional transversal ampliada de uma parte do elemento dafigura 2.

Em relação aos desenhos e, inicialmente, às figuras 1 e 2, um conjunto de filtroconstruído de acordo com a presente invenção é indicado no geral por 10. Como percebe-se, o conjunto de filtro pode ser usado para uma variedade de aplicações de filtração, e a-credita-se que seja particularmente útil para filtrar fluidos hidráulicos e óleos lubrificantes.

O conjunto de filtro 10 inclui uma cabeça do filtro, ou outro dispositivo de monta-gem, indicado no geral por 12, um estojo ou alojamento 14 que pode ser anexado na cabe-ça, e um elemento de filtro substituível 16 localizado e encerrado no estojo e na cabeça.

A cabeça 12 é formada por um material forte e rígido apropriado para a aplicação,tal como metal, e inclui um corpo 18 com passagens de entrada e de saída 20, 22. Tipica-mente, é fornecido um conjunto de válvula, indicado no geral por 26, para regular o fluxoentre as passagens 20 e 22. Normalmente, o conjunto de válvula 26 é fechado, mas se abrepara permitir o fluxo entre as passagens de entrada e de saída quando a pressão do fluidoatravés do elemento aumenta acima de um nível pré-determinado, indicando um elementode filtro obstruído. Um colar anular externo 28 fica axialmente pendente da periferia do corpo18 e inclui uma parte rosqueada externa 29. Um poste ou pá anular interno 32, conectadode forma fluídica na passagem de saída 22, fica axialmente pendente para baixo ao longodo eixo geométrico central do corpo da cabeça. O poste 32 tem uma superfície anular exter-na lisa e contínua.

O estojo 14 do conjunto de filtro também é formado por um material forte e rígido,tal como metal, e inclui um invólucro externo 36 que se estende axialmente, um anel ouflange anular ampliado 38 na extremidade superior (aberta) com uma parte interna rosquea-da 40 para encaixar as roscas 29 da cabeça, e uma tampa de extremidade 44 que fecha aextremidade inferior oposta do invólucro. Um poste anular sólido central 48 é fornecido coma tampa de extremidade 44, suportando um tubo de suporte perfurado 50 central alongadoque se estende axialmente no estojo. O tubo perfurado 50 se estende centralmente no esto-jo até uma extremidade distai, preferivelmente, ligeiramente abaixo da extremidade distaiinferior do poste da cabeça 32. O anel 38 e a tampa de extremidade 44 são formados inte-grais com o invólucro 36, tais como por soldagem ou brasagem, ou podem ser formados demaneira unitária, em uma peça. O poste 48 e o tubo 50 podem ser suportados e fixados umno outro e na tampa de extremidade 44 da mesma maneira.

O elemento de filtro 16 do conjunto circunscreve o eixo geométrico central e incluium anel do meio de filtração 54 de um material apropriado para a aplicação em particular.Em uma modalidade, o meio compreende um meio de microvidro, disponível por HydraulicFiltration Division de Parker-Hannifin Corporation. O meio em tal modalidade é formado empregas que estendem-se axialmente, e inclui uma embalagem em rede externa de poliésterou de náilon. Um filete de adesivo fica localizado em torno dos picos externos das pregaspara ligar a embalagem externa no material do meio. Entretanto, percebe-se que o meiopode ser de outros tipos de material de meio e pode ter outras estruturas e funções apropri-adas para a aplicação em particular.

O anel de meio 54 do elemento tem primeira e segunda extremidades, e primeira esegunda tampas de extremidade 60, 62 afixadas nas extremidades opostas do anel de meiousando adesivo ou composto de envasamento apropriados (como em 63). As tampas deextremidade também são formadas por um material forte e rígido apropriado, tais como plás-tico ou náilon, e como mostrado nas figuras 3-5, a primeira tampa de extremidade (superior)60 inclui uma parte de corpo anular em forma de U (em seção transversal) 66 que defineuma abertura central 68 em torno do eixo geométrico central, e ligada de forma vedada naprimeira extremidade (superior) do anel de meio. A parte de corpo 66 da tampa de extremi-dade tem uma superfície substancialmente chata superior ou externa 69 ao longo da maiorparte da parte de corpo, uma saia anular externa 70 que limita o diâmetro externo que seestende em uma cura distância para baixo ao longo da superfície externa do elemento, euma saia anular interna 71 que limita o diâmetro interno que se estende em uma curta dis-tância para baixo ao longo da superfície interna do elemento. Um flange anular 74 se projetapara cima e para fora a partir da superfície superior 69 da parte de corpo, limitando a abertu-ra central 68. O flange 74 suporta uma vedação interna anular 76, que vai ao longo de umasuperfície radialmente interna do flange. A vedação 76 é formada por material resiliente,preferivelmente, elastomérico, e é ligada no flange por dispositivo apropriado, tais como poradesivo, ligação por fusão, moldagem integral, etc. A vedação 76 é dimensionada para ve-dar contra o poste cilíndrico 32 da cabeça do filtro (mostrada na figura 1).

Um anel de vedação anular 80 com um elemento de vedação anular periférico resi-liente (preferivelmente, elastomérico) 82 é axialmente suportado separado da parte de corpo66, e tem um diâmetro ligeiramente maior do que a parte de corpo. Preferivelmente, o ele-mento de vedação 82 circunda ou abrange a margem do anel de vedação externo 80 e élocalizado para vedar contra o estojo 14 e a cabeça do filtro 18 e entre eles (como mostradona figura 1).

O anel de vedação 80 é suportado em relação à parte de corpo 66 por uma série deelementos de suporte ou escoras axiais, como em 90, que são localizados em torno da peri-feria da parte de corpo, alinhado com a saia externa 70. As escoras 90 suportam o anel devedação em um local axialmente espaçado da parte de corpo e define aberturas de fluxoradial 92 entre escoras adjacentes. Cada uma das escoras 90 compreende um pequenosegmento de parede e se estende em uma pequena distância arqueada em torno da perife-ria da tampa de extremidade, e se projeta basicamente de maneira axial entre a parte decorpo e o anel de vedação, embora elas também possam ter um ligeiro afunilamento parafora, dependendo das dimensões e da localização do anel de vedação. As escoras são i-gualmente espaçadas em torno da periferia da parte de corpo 66. Entretanto, o número e oslocais das escoras podem variar, dependendo do fluxo de fluido desejado e do suporte exi-gido para o anel de vedação.

Um dispositivo de fluxo é fornecido ao longo da superfície superior 72 da parte decorpo anular 66 para direcionar fluido de uma maneira espiral ou helicoidal através da super-fície. Para este fim, pelo menos um, e preferivelmente um par de elementos de filtro nãoradiais substancialmente paralelos, como em 94a e 94b, se estendem de cada escora 90 aolongo da superfície externa 69 da parte de corpo anular 66 até o flange anular interno 74que limita a abertura central 68. Os elementos de fluxo 94a, 94b redirecionam o fluxo axial-mente recebido em oposição à parte de corpo anular em uma direção radialmente para forapor meio das aberturas de fluxo 92 de uma maneira na forma de turbilhão. Cada um doselementos de fluxo é ilustrado como elementos relativamente chatos tipo lâmina igualmenteespaçados uns dos outros, fixados ao longo de uma borda da superfície superior 69 e para-lelos em relação ao eixo geométrico central do elemento, isto é, perpendicular à superfíciesuperior 69 da parte de corpo. Preferivelmente, os pares de elemento de fluxo são igualmen-te espaçados dos pares adjacentes em torno da superfície da tampa de extremidade. Oselementos de fluxo adjacentes 94a, 94b são ligeiramente espaçados um do outro e têm umaforma de cunha, isto é, eles afunilam de uma extremidade superior anexada na escora 90até uma extremidade inferior anexada no flange anular central 74. Os pares do elemento defluxo definem rotas de fluxo não radiais ao longo da superfície externa da tampa de extremi-dade, o que faz com que o fluido passe para fora de uma maneira espiral ou helicoidal. Emum sentido mais amplo, cada um dos elementos de fluxo pode ter qualquer tipo de geome-tria (nervuras, quilhas, canais, etc.) na tampa de extremidade superior que faz com que ofluxo seja direcionado de uma maneira não radial através da superfície da parte de corpo epara fora por meio das aberturas de fluxo para que, então, o fluxo seja direcionado para bai-xo ao longo do exterior do elemento de uma maneira não axial (por exemplo, em forma deturbilhão). Os elementos de fluxo podem se estender somente em uma curta distância radi-almente ao longo da superfície superior, ou podem ainda ser formados na íntegra, ou subs-tancialmente na íntegra, na área das aberturas de fluxo (por exemplo, as aberturas de fluxopodem ser anguladas ou inclinadas em uma direção circunferencial para ocasionar fluxo deuma maneira espiral ou helicoidal para baixo em torno da periferia do elemento).

Preferivelmente, a tampa de extremidade superior 60, incluindo a parte de corpo 66,o anel de vedação 80, as escoras 90 e o flange anular central 64, é formada como uma peçaintegral e, preferivelmente, como uma única peça unitária que usa técnicas apropriadas co-nhecidas na tecnologia, tal como modelagem. Então, as vedações são anexadas na tampade extremidade depois de sua formação inicial e depois de a tampa de extremidade ser liga-da na extremidade do meio.

Novamente, em relação à figura 1, a segunda tampa de extremidade (inferior) 60para o elemento de filtro também tem uma configuração em forma de U em seção transver-sal e inclui uma parte de corpo anular 98 que define uma abertura circular 100 em torno doeixo geométrico central, ligada de forma vedada na segunda extremidade do anel de meio.A tampa de extremidade 60 conduz uma vedação interna resiliente (preferivelmente, elas-tomérica) 102 para vedar contra a superfície externa do poste cilíndrico 48 da tampa de ex-tremidade 44. A vedação 102 é capturada em uma ranhura radial formada entre uma super-fície interna da parte de corpo 98 e uma superfície externa do elemento anular interno 104,que forma uma saia e se estende axialmente para cima em uma curta distância ao longo dasuperfície interna do meio. Uma saia anular externa 106 também se estende em uma curtadistância para cima ao longo da superfície externa do elemento.Quando o elemento for instalado no estojo 14 e a cabeça 18 for anexada (comomostrado, por exemplo, na figura 1), o fluido que entra na passagem de entrada 20 flui parabaixo e axialmente em oposição à superfície superior 69 da tampa de extremidade superior60. Os elementos de fluxo 94a, 94b direcionam o fluido de uma maneira espiral ou helicoidalpara fora ao longo da superfície da tampa de extremidade e por meio das aberturas de fluxoradial 92 entre as escoras 90. Então, o fluido passa para baixo de uma maneira em forma deturbilhão (espiral ou helicoidal) ao longo da periferia externa do elemento, entre o elementoe o estojo. Esta configuração de fluxo não axial resulta em uma distribuição do fluido e doscontaminantes melhor e mais uniforme ao longo do meio. Então, o fluido passa radialmentepara através do meio, onde as partículas e outros contaminantes são removidos. Então, ofluido "limpo" passa por meio do tubo perfurado 50, então, desloca-se para cima e axialmen-te para fora por meio do poste central 32 e da passagem de saída 22 na cabeça do filtro atéo sistema de fluido. Novamente, o elemento de filtro da presente invenção é particularmenteútil para remover partículas e outros contaminantes de uma corrente de fluido hidráulico oude óleo lubrificante. Entretanto, percebe-se que a presente invenção é usada para uma vari-edade de líquidos e de outros fluidos em muitas aplicações.

Quando, eventualmente, o elemento fica obstruído e a pressão através do elementoaumenta acima de um nível limite pré-estabelecido, o conjunto de válvula 26 abre para per-mitir que a corrente do fluido desvie do elemento. Quando o elemento precisar ser substituí-do, o estojo é desparafusado e removido da cabeça, e o elemento de filtro é facilmente a-cessado e removido e substituído. Então, os componentes podem ser remontados para usocontínuo.

Claims (8)

1. Elemento de filtro (16) compreendendo um anel de meio de filtração (54) que cir-cunscreve um eixo geométrico central e com primeira e segunda extremidades, primeira esegunda tampas de extremidade (60, 62) respectivamente anexadas nas primeira e segun-da extremidades do anel de meio, a primeira tampa de extremidade (60) incluindo i) umaparte de corpo anular (66) que define uma abertura central (68) em torno do eixo geométricocentral e ligada de forma vedada na primeira extremidade do anel de meio e ii) um anel devedação anular (80) com uma parte de vedação anular periférica resiliente (82),CARACTERIZADO pelo fato de que escoras de suporte (98) são espaçadas em torno daperiferia da parte de corpo (66) e se estendem entre a parte de corpo (66) e o anel de veda-ção (80) e suportam o anel de vedação (80) em um local espaçado da parte de corpo (66),as escoras de suporte (90) definindo aberturas de fluxo radial (92) entre escoras adjacentes,pelo menos um elemento de fluxo não radial (94a, 94b) se estendendo de cada escora (90)ao longo de uma superfície externa (72) da parte de corpo anular (66) até a abertura central(68) para definir rotas de fluxo não radial ao longo da superfície externa (72) da parte decorpo (66) em comunicação fluídica com as aberturas de fluxo (92), em que os elementos defluxo (94a, 94b) direcionam o fluxo recebido em oposição à parte de corpo anular (66) daprimeira tampa de extremidade (60) para fora através da primeira tampa de extremidade(60) e por meio das aberturas de fluxo (92) de uma maneira não radial.

2. Elemento de filtro (16), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelofato de que uma primeira vedação resiliente (76) limita para dentro a abertura central (68) naparte de corpo anular (66) da primeira tampa de extremidade (60), e uma segunda vedaçãoresiliente (82) limita para fora a periferia do anel de vedação (80).

3. Elemento de filtro (16), de acordo com as reivindicações 1 ou 2,CARACTERIZADO pelo fato de que um par de elementos de fluxo não radial paralelos (94a,94b) se projeta para dentro de cada escora (90) até a abertura central (68) na parte de corpoanular (66).

4. Elemento de filtro (16), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelofato de que cada um dos elementos de fluxo (94a, 94b) compreende segmentos chatos emforma de cunha orientados paralelos em relação ao eixo geométrico central, e que se afuni-lam axialmente de uma extremidade ampliada conectada em uma respectiva escora (90) atéuma extremidade estreita que circunda a abertura central (68) na parte de corpo anular (66)da primeira tampa de extremidade (60).

5. Elemento de filtro (16), de acordo com as reivindicações 3 ou 4,CARACTERIZADO pelo fato de que inclui adicionalmente um flange anular (74) que limita aabertura central (68) na primeira tampa de extremidade (60) e que se projeta axialmentepara fora, para longe dali, e cada um dos elementos de fluxo (94a, 94b) se projeta de umaextremidade conectada até uma respectiva escora (90) na periferia da parte de corpo anular(66) até uma outra extremidade conectada no flange anular (74).

6. Elemento de filtro (16), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelofato de que os elementos de fluxo não radial (94a, 94b) são formados em uma peça comuma respectiva escora (90), com a parte de corpo anular (66) e com o flange anular (74).

7. Elemento de filtro (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3-6,CARACTERIZADO pelo fato de que cada um dos elementos de fluxo (94a, 94b) tem umaconfiguração espiral ou helicoidal através da superfície externa (74) da parte de corpo anular(66) e direciona o fluxo recebido em oposição à parte de corpo anular (66) de uma maneiraem forma de turbilhão através da primeira tampa de extremidade (60).

8. Elemento de filtro (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7,CARACTERIZADO pelo fato de que cada um das escoras (90) inclui um segmento de pare-de chato imperfurado que se estende de forma arqueada ao longo de uma parte da primeiratampa de extremidade (60).