CN102497914A - 具有聚氨酯端盖的多级滤芯 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种适用于多级过滤的滤芯，例如双级过滤。该滤芯具有一个由热固性材料如聚氨酯制成的端板结构，其中该外部过滤器和内部过滤器的顶端和底端至少有一个嵌入到热固性材料内。一个端板结构采用热固性材料是为了便于制造该端板结构，并且该端板结构有一个或多个密封表面的密封以与滤芯组装一起的外壳一起密封。例如，该端板的热固性材料可以从经过滤芯的每个阶段过滤的已过滤液体密封未过滤液体。

Description

具有聚氨酯端盖的多级滤芯
优先权信息
本申请正在以康明斯过滤IP公司的名义提出PCT国际专利申请，并请求主张于2009年5月21日申请的、名称为“具有聚氨酯端盖的多级滤芯”的美国专利申请第12/470,297号的优先权，这件在先申请以全文引用的方式结合于本专利申请中。
技术领域
本发明通常涉及过滤领域，尤其是指多级过滤的滤芯和具有热固性材料例如聚氨酯制成的端板的滤芯。
背景技术
在许多过滤流体的不同的技术中使用到滤芯。使用滤芯过滤流体，如空气，燃料，石油和其他液体，这是众所周知的。单个过滤介质或多个过滤介质可以构成滤芯，例如，作为一个双级(例如过滤器内的过滤器)过滤器设计是要在外部过滤介质内设有一内部过滤介质。通过宽范围的燃料界面值，过滤器内的过滤器的这种设计可以提供高效率的颗粒过滤以及燃料/水分离。这种滤芯可以包括一种或多种过滤介质和固定在过滤介质的两端的端板。
例如在双级过滤器应用中(如过滤器内的过滤器)，可以对这些已知的滤芯进行改进，如改进它们的组装和密封结构。
发明内容
一般来说，本发明所描述的滤芯是用于容纳例如双级过滤，其中滤芯具有一个由热固性材料如聚氨酯制备而成的端板结构。采用该热固性材料可以方便制造端板结构，并具有一个或多个密封面以与滤芯一起组装的外壳密封。例如，该端板结构的热固性材料可以从通过滤芯内的每个过滤阶段的已过滤液体之中密封尚未过滤液体。
在一个实施例中，滤芯包括一个外部过滤器，该外部过滤器包括一个第一过滤介质和具有一个中心轴。一个具有第二过滤介质的内部过滤器是设置在该外部过滤器的中轴线上，这样，该外部过滤器的内径和内部过滤器的外径之间形成有一空间。该内部过滤器具有一内径，该内径具有开口以供一过滤器外壳的竖管插入其中。该外部过滤器和内部过滤器的顶端均具有一个第一端板结构，并且该外部过滤器和内部过滤器的底端均具有一第二端板结构。该第二端板结构具有一个开口，该开口与形成在该外部过滤器和内部过滤器之间的空间相互连通。第一端板结构和第二端板结构两者之中至少有一个是由成形到该外部过滤器和内部过滤器之上的热固性材料制成，这样，该外部过滤器和内部过滤器的至少有一顶端和底端是嵌入到该热固性材料内。
在一个实施例中，形成一个滤芯端板结构的方法包括将热固性材料浇注到模具内。通过将该外部过滤器和内部过滤器的一端放入到热固性材料内使得该外部过滤器和内部过滤器的一端嵌入到该热固性材料内，以致于该内部过滤器设置在该外部过滤器的中轴线上，以致于在该外部过滤器的内径和内部过滤器的外径之间形成有一个空间，以致于该内部过滤器具有一个开口以供过滤器外壳的竖管插入。然后，该热固性材料和该外部过滤器及内部过滤器一起固化形成端板结构，其中该外部过滤器和内部过滤器的一个顶端和一个底端至少有一个嵌入其中。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的安装在过滤器外壳内的滤芯的剖视图。
图2是从过滤器外壳移出的滤芯的立体图。
图3是显示内部过滤器和外部过滤器的滤芯的剖视图。
图4是滤芯的顶部立体图。
图5是滤芯另一实施例的底部立体图。
图6是图5中的滤芯立体剖视图。
图7A是密封内部过滤器的端板的且具有外壳的竖管的密封结构的一个实施例。
图7B是密封内部过滤器的端板的且具有外壳的竖管的密封结构的另一个实施例。
图7C是密封内部过滤器的端板的且具有外壳的竖管的密封结构的又一个实施例。
图7D是密封内部过滤器的端板的且具有外壳的竖管的密封结构的再一个实施例。
具体实施方式
参照图1-4，图1-4显示了本发明滤芯10的一个实施例。该滤芯10被设计为安装在一过滤器外壳100内以过滤液体，例如柴油，以及从液体中分离出水。在以下描述中，该液体为燃料。然而，可意识到，本文所描述的概念可用于其他液体。在适当的情况下，本文所描述的概念也可用于去除液体中的除水以外的污染物。而且，在适当情况下，本文所描述的概念可以使用在过滤其他类型的液体的滤芯上，例如空气，油及可以受益于过滤系统的其他液体。本文也描述了该滤芯作为具有第一过滤介质和第二过滤介质的过滤器在过滤器内的设计。然而，可以理解，此概念可用于可能有两个以上的过滤介质的任何多级过滤，或者在适当情况下，单个介质过滤。
如图1-4所示，该滤芯10是属于过滤器在过滤器内的结构，其包括同轴设置的一个外部过滤器12和一个内部过滤器14。在所示的实施例中，该滤芯10设计为从外向内流动，燃料从外面进入滤芯10和向内流到该滤芯10的里面。
该外部过滤器12包括一个大致呈圆形的且围绕一个中心轴设置的第一过滤介质16。该内部过滤器14包括一个大致呈圆形的且具有内部直径的第二过滤介质18，该内部直径定义了一般开放区域。该第一过滤介质16和第二过滤介质18可由本领域的技术人员已知的各种材料制成和配置为本领域的技术人员已知的结构。例如，该第一过滤介质16和第二过滤介质18可配置为一种折叠结构，或为一种锯齿折叠结构，或为深度介质，且该第一过滤介质16和第二过滤介质18是由纸状材料或本领域已知的其他纤维材料制成。可以意识到，该外部过滤器12和内部过滤器14可与本领域已知的中心管一起构建，以进一步稳定该外部过滤器12和内部过滤器14。
如图所示，该内部过滤器14设置在该外部过滤器12内部且设置在该外部过滤器12的中轴线上，如此设置就在该外部过滤器12的内径和该内部过滤器14的外径之间形成有一个空间40。该内部过滤器14的开口区域收容一个过滤器外壳的竖管104。
进一步参考该滤芯10，在每个外部过滤器12和内部过滤器14的顶端设置有一第一端板20。在每个外部过滤器12和内部过滤器14的底端也设有一第二端板结构22，24。如图所示，该第二端板结构22，24具有一开口，该开口与该外部过滤器12和内部过滤器14之间的空间40相连通，并且该第二端板结构22，24还具有一开口42，该开口42与该内部过滤器的开放区域相连通。图示中的开口42一般是圆形的以安装在一般为圆形的竖管周围。然而，为了安装在例如椭圆形的竖管周围，该开口42可能有其他的形状例如椭圆形。
该第一端板结构20和第二端板结构22，24中至少有一个是由成形到该外部过滤器12和内部过滤器14上的热固性材料制成，以致于该外部过滤器和内部过滤器的至少有一顶端和底端是嵌入到该热固性材料内。例如，该热固性材料是聚氨酯，但也可能是其他材料，例如，但不限于环氧树脂，塑料溶胶，其他密封化合物或它们的混合物。一般来说，该热固化材料是造成固化的材料，其具有相对的柔韧性，这可以适当地用作密封面(在下面详细讨论)。
在所示的实施例中，该第一端板结构20和第二端板结构22，24都由热固性材料制成。例如，该第一端板结构20和第二端板结构22，24是由聚氨酯制成，以致于每个外部过滤器12和内部过滤器14的顶端和底端都嵌入到聚氨酯中。可以意识到，在一些实施例中，第一端板结构20和第二端板结构22，24中只有一个是由热固性材料制成的。
图1-4中进一步显示，该第一端板结构20是一个位于该外部过滤器12和内部过滤器14的顶端的单个端板。可以意识到，该第一端板结构20可以是外部过滤器12顶部的一个端板和内部过滤器14顶部的另一个端板。
如图1-3所示，该第二端板结构22，24包括一个在该外部过滤器12的底端上的端板24和在该内部过滤器14的底端上的另一个端板22。可以意识到，然而，在其他实施例中的第二端板结构可以是一个在该外部过滤器和内部过滤器的底端上的单个端板(例如图6和图7，下面将详细讨论)。
该端板24包括在外部过滤器12的外径上的外部密封表面62，且该端板22包括一个在该内部过滤器14内径上的内部密封表面60。密封表面60，62至少一个本身是热固性材料。如图1所示，例如，该外部密封表面62与一个过滤器外壳的内表面密封，例如，外壳100。该外部密封表面62使通过入口106进来的燃料与收集在机油箱102中的水保持分离。该内部密封表面60与该竖管104的外表面密封。该内部密封表面60使已经过滤的燃料与通过内部过滤器14的燃料保持分离。由于热固性材料具有相对的耐用性和柔韧性，该密封表面60，62可以为滤芯提供一个合适的密封结构以无需单独连接及组装密封件。
在一些实施例中，该内部密封表面60进一步包括成型于在该端板22上的包覆成型材料64。如图1-3所示，该包覆成型材料64是在定义了该开口42的端板22的内径上，并且部分地重叠顶面和底面的环形拐角。在需要的增加密封的情况下，可以采用这种包覆成型。仅作为一个例子，该包覆成型材料64可采用一种热塑性材料。可以意识到，该端板24可以包括在其外径上的包覆成型材料。
进一步参考图1-3，该外部过滤器12和内部过滤器14的高度不相同。例如，该内部过滤器14的底部比该外部过滤器12的底部短。一般来说，本领域的技术人员可以将该外部过滤器12和内部过滤器14修改成所需或必要的高度，以适应不同的过滤器组件外壳和过滤需要。可以意识到，该外部过滤器12和内部过滤器14可以具有从顶端到底端基本相同的高度。同样地，该内部过滤器14的底部可以比该外部过滤器12的底部长。可以意识到，该外部过滤器12和内部过滤器14的顶端可以有不同的高度。
使用时，该滤芯10安装到该过滤器外壳100内作为过滤器组件的一部分。如图所示，该过滤器外壳100被设计为用于收容该滤芯10以过滤流体。该过滤器外壳100包括一个侧壁和一个端壁，该侧壁和端壁形成了足够大的空间以将该滤芯10收容其中，该端壁形成一个围绕竖管104的封闭端。该外壳100设有一个大体上与该端壁相对的开放端，该开放端可以由一个盖子110封闭。该外壳100包括一个入口106，将要被过滤的燃料通过该入口106进入该外壳100。一出口108从该外壳100的端壁上延伸。该出口108与该竖管104是流体连通，燃料由该出口108进入到一种受保护的系统，如发动机(未显示)。可以意识到，该外壳100可能有不同于图1显示的其他结构。
进一步参考该竖管104，该竖管104固定到该端壁上且朝向该开口端和盖子110向上延伸进入该外壳100的开放空间内。在所示实施例中，该竖管104从其连接到该端壁的一端到末端一般是中空的，从而定义了一个内部流道。该流道与出口108是相互连通的以使进入竖管104的燃料从竖管104经过该出口108流到发动机。如图所示，该竖管104在该外壳100的中间。在一些实施例中，该竖管104可位于偏离中心的位置。
如图1中所示的过滤器组件的实施例，该过滤器组件的实施例还显示了一个设置在该竖管104末端的流量限制阀50。可以意识到，本文所描述的滤芯可与没有使用流量限制阀的过滤器组件一起使用。使用时，该流量限制阀控制流进该竖管104的燃料的流量。该流量限制阀是已知的，而且，如当滤芯未安装或滤芯安装不正确时，该流量限制阀是用来防止燃料流入到该竖管。当安装滤芯或安装其他设计适当的滤芯时，本发明的滤芯可被设计为与该限制阀以此方式进行相互作用，以防止该限制阀阻止燃料流入该竖管。以这种方式的运行的阀门的一个实施例被美国专利第6,884,349号和美国专利申请第11/937,700号所披露。在某些情况下，该第一端板结构(如顶部端板20)包括各种触发机构以正确地打开该流量限制阀。可以意识到，本领域的技术人员可以修改该顶部端板，以容纳该流量限制阀，如果有必要的话。
当燃料进入过滤器组件过滤时，该燃料可以包括不同的形式的水，包括自由水，例如水滴，以及乳化水。较佳地，第一过滤器介质16的设计使当燃料从外面进入过滤滤芯时自由水是最先被过滤的。该第一过滤介质16能过滤自由水而且也可凝聚大多数乳化水，且将凝聚的乳化水从燃料中分离出来。水比燃料重，其停留在该滤芯10的底部，并通过在该外部过滤器12的底部和内部过滤器14之间的空间40和开口排出。水被收集在收集区102内并可被燃料内的水传感器70监测。到该燃料被第二过滤介质18过滤时为止，大部分水已经被分离出，且在燃料进入该滤芯的中心之前，该第二过滤器介质18对燃料施行最终过滤。过滤后的燃料然后以已知的方式进入该竖管104且流向该出口108，通向下游保护组件，例如燃油泵(未显示)。
进一步参考该过滤介质16，18，该第二过滤介质18的外部一般朝向第一过滤器介质16的内部。对于外部到内部的过滤而言，该第二过滤介质18的内部定义一个清洁的或滤芯10的已过滤的燃料侧，且第一过滤介质的外侧16定义了一个脏的或未经过滤的燃料侧。在适当的情况下，本文描述的概念可应用于内到外式流动滤芯。
参考图5和图6，图5-6显示了滤芯200的另一种实施例。与图1-4中的滤芯10不同，该滤芯200具有一个第二端板结构222，该第二端板结构222是一个在外部过滤器212和内部过滤器214的底端的单个端板。进一步地，该外部过滤器212和内部过滤器214从顶端到低端的高度基本上相同。如图所示，该滤芯200也包括一个在外部过滤器212和内部过滤器214的顶端的单个端板作为第一端板结构220。
在图5和图6所示的实施例中，该第二端板结构222包括一开口242，该开口242与该内部过滤器214的开放区域以及排水孔240(例如，用于分离水)相互流体连通，且与在该外部过滤器212和该内部过滤器214之间的空间240相互流体连通。一个包覆成型密封件260设置在该第二端板结构222的内径上，该第二端板结构222定义了开口242。该包覆成型密封件与图1-4所示的包覆成型密封件结构类似。
在一些实施例中，该第二端板结构222可以是由塑料材质制成，而不是由热固性材料如聚氨酯制成。可以理解，取决于使用热固性材料的模具，该第二端板结构222可以是由热固性材料与该必要的开口240，242一起成型。
参考图7A-7D，图7A-7D显示出内密封表面的不同实施例，例如，该第二端板结构采用塑料端板(参见例如，第二端板结构222)，而不是采用热固性材料，定义了开口242的内径可被修改成具有各种支撑结构以配合不同的类型的密封结构。
图7A显示了一种密封垫片结构300，但不局限于一个O形圈密封件。该端板结构222包括一个靠近该内径的内部302和从该端板结构222延伸的支撑件304。一定位件306包括一个在与内部302大致平行的方向上延伸的支撑件312，以及一个在与支撑件304大致平行的方向延伸的法兰310。例如，通过连接法兰310和该支撑件304的外径，该定位件306可卡扣安装到该端板结构222上。在一个实施例中，为了卡扣连接，该支撑件304的外径大于该法兰310的内径。该内部302，该支撑件304的内径，及该支撑件312形成一个凹槽，以允许O形圈308保留其中。
图7B显示了另一种密封垫片结构400，但不局限于一个O形圈型密封件。该定位件406将该O形圈408定位在该第二端板结构222上。不同于图7A，该定位件408设置在该O形圈408的顶部，其中，该端板结构被修改为一个从该内径延伸的支撑法兰402。该支撑法兰402包括一个台阶区域404。该台阶区域404和该定位件406形成一个凹槽以定位该O形圈408。如图7B中的实施例所示，该定位件406和该第二端板结构222被安装在一个台阶区域410。在一些实施例中，在该过滤介质嵌入到该端板期间对该定位件406进行焊接，或通过按压将该定位件406安装到该端板上。
图7C显示了另一种密封结构500，该密封结构500是以在该第二端板结构222的内层环形法兰502之上的防尘密封环504的形式设置，在所示的实施例中，内层环形法兰502从该第二端板结构222的内径上延伸，并且，该防尘密封环504是形成于该内部环形法兰502上。该防尘密封环504是一个比较柔性的能将端板密封到竖管上的法兰。
图7D显示了另一种密封结构600作为修改后的包覆成型结构。在一些实施例中，该第二端板结构包括一个从该内径延伸的支撑件602和具有一个台阶604。在该过滤介质嵌入之前，例如通过注射模可将包覆成型材料606设置在该台阶604上。
可以意识到，所描述的任何密封结构也可由本领域的技术人员适当地应用到该第一端板结构的外表面，本领域的技术人员可以实现。
参考生产具有本发明所描述的端板结构的滤芯，一种形成端板结构的方法包括将热固性材料浇注到模具内。该模具对应于该滤芯的端板结构。通过将该外部过滤器和内部过滤器的一端放入到热固性材料内使得该外部过滤器和内部过滤器的一端嵌入到该热固性材料内。该外部过滤器和内部过滤器的设置诸如该内部过滤器设置在该外部过滤器的中轴线上，以致于在该外部过滤器的内径和内部过滤器的外径之间形成有一个空间，以致于该内部过滤器具有一个开口以供过滤器外壳的竖管插入。该加热固性材料和该外部过滤器及内部过滤器然后一起固化形成端板结构。如以上描述相一致，该外部过滤器和内部过滤器的一个顶端和一个底端至少有一个嵌入其中。
如上所述，该热固性材料可以是但并不限于聚氨酯。
在一些实施例子中，该端板结构的模具包括一个外部过滤器的底部的端板和该内部过滤器的底部的另一个端板(参见例如图1-3)。在其他的实施例中，该端板结构的模具包括每个外部过滤器和内部过滤器的底部的一个单一端板(参见例如图5和图6)。在还有其他实施例中，该端板结构的模具包括每个外部过滤器和内部过滤器的顶部的一个单一端板(参见例如图1-6)。
如上所述，该第一端板结构和第二端板结构都可由热固性材料制成。在其他的实施例中，该方法可进一步包括将热固性材料浇注到该第一端板结构或第二端板结构的另一个模具中。该外部过滤器和内部过滤器的顶部或底部的另一端是嵌入到热固性材料内。然后，该热固性材料与该外部过滤器和内部过滤器的顶部或底部的另一端一起固化，其中，该热固性材料与该外部过滤器和内部过滤器的顶部或底部的另一端嵌入热固性材料内。
其中滤芯具有一个由热固性材料如聚氨酯制备而成的端板结构。该端板结构采用该热固性材料可以方便制造该滤芯，例如通过降低模具成本，并由于热固化材料的性质提供一个更为宽松的嵌入过程。制成该端板结构的热固性材料还可以提供一个或多个密封表面以与滤芯一起组装的外壳密封。
在没有脱离本发明的精神或新颖特征的条件下，本发明可由其他形式体现。在本申请中披露的这些实施例在所有方面是作为说明性的而不是作为限制性的。本发明的范围是由附属的权利要求来主张的，而不是由上述描述来主张；在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应包含在这些权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种滤芯包括：
一个包括一第一过滤介质的外部过滤器，该外部过滤器包括一个中心轴；
一个包括一第二过滤介质的内部过滤器，该内部过滤器设置在该外部过滤器内的中心轴上，以至于在该外部过滤器的内径和内部过滤器的外径之间定义一个空间，该内部过滤器具有定义一开口的内径，该开口供一过滤器外壳上的竖管插入；
每个外部过滤器和内部过滤器的顶端都具有一第一端板结构；
每个外部过滤器和内部过滤器的底端都具有一第二端板结构，该第二端板结构具有一个开口，该开口与在该外部过滤器和内部过滤器之间的空间相互流体连通，该第二端板结构还具有一个另一开口，该另一开口与该内部过滤器的开口相互流体连通；以及
该第一端板结构和第二端板结构之中至少有一个是由成形到该外部过滤器和内部过滤器之上的热固性材料制成，以致于该外部过滤器和内部过滤器的至少有一顶端和底端是嵌入到该热固性材料内。
2.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，该热固性材料是聚氨酯。
3.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，该第一端板结构是在该外部过滤器和内部过滤器的顶端上的一个单个端板。
4.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，该第二端板结构是在该外部过滤器和内部过滤器的底端上的一个单个端板。
5.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，该第二端板结构包括一个在该外部过滤器的底端上的端板和在该内部过滤器的底端上的另一个端板。
6.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，该第二端板结构包括一个在该外部过滤器的外径上的外部密封表面和一个在该内部过滤器的内径上的内部密封表面，至少一个密封表面是由热固性材料制成。
7.如权利要求6所述的滤芯，其特征在于，该内部密封表面包括形成在该第二端板结构上的包覆成型材料。
8.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，该外部过滤器和内部过滤器从底端到顶端的高度基本相同。
9.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，该内部过滤器的底端比该外部过滤器的底端短。
10.一种形成滤芯的端板结构的方法，其包括：
将热固性材料浇注到滤芯的端板结构的模具内，
通过将该外部过滤器和内部过滤器的一端放入到热固性材料内使得该外部过滤器和内部过滤器的一端嵌入到该热固性材料内，以致于该内部过滤器设置在该外部过滤器的中轴线上，以致于在该外部过滤器的内径和内部过滤器的外径之间形成有一个空间，以致于该内部过滤器具有一个开口以供过滤器外壳的竖管插入；以及
该热固性材料和该外部过滤器及内部过滤器一起固化形成端板结构，其中该外部过滤器和内部过滤器的一个顶端和一个底端至少有一个嵌入到该热固性材料中。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该热固性材料是聚氨酯。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，端板结构的模具包括一个该外部过滤器的底端的端板和该内部过滤器的底端上的另一个端板。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该端板结构的模具包括在每个外部过滤器和内部过滤器的底端上的一个单个端板。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该端板结构的模具包括在每个外部过滤器和内部过滤器的顶端上的一个单个端板。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括将热固性材料浇注到端板结构的另一模具内，将该外部过滤器和内部过滤器的顶端或底端的另一端嵌入到热固性材料内，且将该热固性材料与该外部过滤器和内部过滤器的的顶端或底端的另一端一起固化，其中，该外部过滤器和内部过滤器的顶端或底端的另一端嵌入到该热固性材料中。
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