CN112118899B - 具有轻质构造的次级过滤器元件的流体过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于过滤流体、具体地空气的流体过滤器（10），该流体过滤器包括：过滤器壳体（12），其具有中央支撑管（22），该中央支撑管在过滤器壳体（12）内沿着过滤器壳体（12）的纵向轴线（16）延伸；以及初级过滤器元件（24），其以可更换方式布置在过滤器壳体（12）内部。存在定位在过滤器壳体（12）内部的次级过滤器元件（26），该次级过滤器元件在初级过滤器元件（24）的更换期间用作安全元件。次级过滤器元件（26）的第一端部分和过滤器壳体（12）之间的密封部分地或仅由次级过滤器元件（26）的过滤器介质（28）实现。次级过滤器元件的第一端部分可接合在过滤器壳体（12）的凹槽形保持结构中。本发明还涉及一种用于这样的流体过滤器（10）的次级过滤器元件（26）。

Description

具有轻质构造的次级过滤器元件的流体过滤器
技术领域
本发明涉及一种用于过滤流体、具体地空气的流体过滤器，该流体过滤器具有轻质构造的次级过滤器元件。
背景技术
DE 10 2015 004 965 A1公开了一种流体过滤器，其可被用于过滤空气并且其包括具有一体式中央支撑管的过滤器壳体。中央支撑管在过滤器壳体内沿着过滤器壳体的纵向轴线延伸。已知的流体过滤器具有：初级过滤器元件，其以可更换方式布置在过滤器壳体内部；以及辅助或次级过滤器元件，其被至少部分地定位在初级过滤器元件内部。两个过滤器元件相对于过滤器壳体的纵向轴线同轴地布置，使得待过滤的流体能够沿从外部到内部的径向方向相继地流过初级过滤器元件的过滤器介质且随后流过次级过滤器元件。次级过滤器元件具有过滤器介质，该过滤器介质沿径向向内方向由中央支撑管直接支撑。在次级过滤器元件的自由端部分中的一个处的过滤器介质直接接合在过滤器壳体的凹槽形保持结构中。次级过滤器元件具有端盘，该端盘被卡扣配合到中央支撑管。当次级过滤器元件安装到保持结构时，过滤器介质可能容易损坏，使得在更换初级过滤器元件期间存在污垢颗粒进入流体过滤器的清洁侧中的风险。这可能导致损坏其他部件，诸如机动车辆的燃烧发动机或流体地连接到燃烧发动机的流体泵。此外，由于次级过滤器元件和过滤器壳体的制造公差，不可避免地限制了接合抵靠保持结构的凹槽侧部（flank）中的一个的过滤器介质的密封邻接。
本发明的目的是提供一种流体过滤器，其具有初级过滤器元件和次级过滤器元件，所述次级过滤器元件能够以成本有效的方式制造并且可更安全地安装以提供次级过滤器元件相对于过滤器壳体的可靠密封。
发明内容
根据本发明的流体过滤器具有如权利要求1中给出的特征。在权利要求13中给出了根据本发明的次级过滤器元件。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。
在根据本发明的流体过滤器中，流体过滤器的次级过滤器元件用于保护过滤器元件的清洁侧，以防在流体过滤器的维护工作期间（具体地当更换初级过滤器元件时）不期望的颗粒物质的进入。通常，位于过滤器壳体内部的污垢颗粒和其他污染物可变得松散并进入过滤器壳体的清洁侧。当重新启动流体过滤器时，颗粒物质将否则使被定位在流体过滤器下游的机器或部件（例如，汽车或卡车的燃烧发动机、高压（喷射）泵等）处于损坏的风险中。次级过滤器元件包括具有安装环的支撑结构，该安装环定位在次级过滤器元件的第一端部分处，并且过滤器介质以不可拆卸的方式固定到该安装环。次级过滤器元件的第一端部分和过滤器壳体之间的密封部分地或仅由次级过滤器元件的过滤器介质实现。由于安装环，过滤器介质恰好在过滤器元件的端部分处被加强，该过滤器介质将密封地邻接抵靠过滤器壳体。由此能够极大地促进次级过滤器元件的安装，并且进一步降低了过滤器介质损坏的风险。结果，能够更加可靠地保护流体过滤器的清洁侧以防污垢颗粒的不希望的进入。
次级过滤器元件的支撑结构具有端盘。安装环和端盘优选地通过轴向支柱连接到彼此。由此，次级过滤器元件的过滤器介质能够被进一步加强，使得进一步减小过滤器介质的不希望的变形或破裂的风险，具体地当将过滤器元件安装在过滤器壳体内部时。在这种情况下，过滤器介质可由高度柔性且成本相当低的材料形成。有利地，不提供横向支撑以最小化次级过滤器元件的材料使用和制造成本。
根据本发明，替代地，安装环和端盘能够仅通过第二过滤器元件的过滤器介质互相连接。借此，能够进一步使材料使用最小化。不用说，次级过滤器元件的过滤器介质然后需要具有相当坚硬的和（沿轴向方向的）自支撑性质。这可通过过滤器介质的织物整理来实现。例如，可将过滤器介质部分地嵌入树脂材料中。而且，在过滤器介质中可存在提供的金属或其他纤维，所述金属或其他纤维具有足够的抗弯曲性。
根据本发明，可将次级过滤器元件的过滤器介质胶合、缝合和/或焊接到支撑结构。
在次级过滤器元件和过滤器壳体之间的密封，可存在设置的可弹性变形的（具体地弹性体的）密封环，该密封环在安装环的区域中围绕次级过滤器元件的过滤器介质，并且该密封环优选地沿径向方向密封地邻接抵靠过滤器壳体的密封表面。密封环可由橡胶或合适的弹性体制成。
次级过滤器元件可被卡扣配合到过滤器壳体，具体地被卡扣配合到其中央支撑管，以确保次级过滤器元件在过滤器壳体内的恰当安置。由此能够防止在使用期间或在维护工作期间次级过滤器元件的不希望的变位。
根据本发明的优选实施例，过滤器壳体具有凹槽形保持结构，其中过滤器元件的第一端部分接合到所述保持结构内。凹槽形保持结构优选地沿轴向方向朝向凹槽基部（底部）渐缩。这允许将第二过滤器元件容易地安装在凹槽内部的密封位置中。此外，次级过滤器元件的第一端部分能够以径向压配合的方式被保持在所述保持结构中。就此而言，在未加载状态（即，未安装状态）下，过滤器介质和安装环优选地具有比凹槽形保持结构的最小径向净宽度更大的径向厚度。这允许在次级过滤器元件的第一端部分和过滤器壳体之间的足够的径向密封。
为了进一步增强过滤器介质的密封能力，可在次级过滤器元件的端部分处将所述过滤器介质对折（double）。为此，优选地，用过滤器介质的自由端部段将过滤器介质简单地向后折叠。借此，过滤器介质的更多材料能够通过其径向压缩而被紧压，并且这确保了过滤器介质的改善的密封能力。显然，这也可有助于补偿支撑环以及保持结构的尺寸公差。
根据本发明的另一优选实施例，次级过滤器元件的过滤器介质包括纤维材料、具体地无纺材料，或由纤维材料、具体地无纺材料组成。这些材料可以以低成本获得并且具有合适的平均孔径。
相比于初级过滤器元件的过滤器介质，该过滤器介质可具有更大的平均孔径，因为这足以保护更下游的集合（aggregate）免受损坏。就此而言，第二过滤器元件的过滤器介质优选地被设计、结构化和适配成用于从流体过滤出粗颗粒物质，具体地直径超过0.1毫米的颗粒物质。
关于在壳体内部以成本有效且容易的方式安装次级过滤器元件，次级过滤器元件能够被卡扣配合到过滤器壳体。借此，次级过滤器元件也可相对于过滤器壳体以及主过滤器元件被定位在预先限定的安装位置中。此外，能够可靠地防止次级过滤器元件从其在前述凹槽形保持结构中的密封座部（sealing seat）不利地变位的风险。
根据本发明，中央支撑管优选地具有外直径，该外直径沿轴向方向朝向中央支撑管的自由端渐缩。借此，可更加容易地将次级过滤器元件螺纹连接在中央支撑管上而不损坏次级过滤器元件的支撑结构和/或过滤器介质。
过滤器壳体可优选地包括过滤杯（bowl），该过滤杯具有第一开口以及用于闭合该开口的盖，其中，中央支撑管被模制到壳体盖或者安装、具体地卡扣配合、胶合或焊接在壳体盖上。这允许容易且成本有效地更换主过滤器元件。此外，支撑管能够由更厚且高度耐用的材料制成，该材料具有超过主过滤器元件的预期寿命很多倍的长预期寿命。
次级过滤器元件的支撑结构优选地由树脂（诸如，热塑性塑料或热固性塑料）制成。
过滤器容器可具有第二开口，其定位成与第一开口相对；以及覆盖物，其可释放地附接到过滤器容器以便闭合第二开口。这可进一步促进主过滤器元件的更换，具体地如果过滤器安装在受约束或难以到达的空间中。
根据本发明的次级过滤器元件由于其轻质且简单的构造而以成本有效的方式制造，并且能够容易且安全地安装在过滤器壳体中。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1图示了具有过滤器壳体的流体过滤器，其中主过滤器元件和辅过滤器元件安置在过滤器壳体中，该辅过滤器元件用作安全元件，通过该辅过滤器元件能够在维护工作期间防止污垢颗粒潜在有害地进入到流体过滤器的清洁侧上；
图2在根据图1的流体过滤器的各零件的局部分解图中图示了该流体过滤器；
图3在根据图1的流体过滤器的各零件的另一局部分解图中图示了该流体过滤器；
图4示出了根据图1的流体过滤器的次级过滤器元件的横截面图；
图5示出了根据图1的流体过滤器的细节截面图；
图6以局部截面图示出了流体过滤器的替代性实施例。
具体实施方式
参考图1至图3，示出了根据本发明的流体过滤器10，并且该流体过滤器10可例如用作用于燃烧发动机（具体地诸如卡车或推土机等的多用途车辆）的进气口的空气过滤器。在图1中，流体过滤器10被示为处于其部分组装状态，而图2和图3示出了流体过滤器10的分解图。流体过滤器10包括多部分式过滤器壳体12，该过滤器壳体12具有沿着过滤器壳体12的纵向轴线16延伸的过滤器容器14，该过滤器容器14仅部分地显示在图1中。存在设置在该过滤器容器14的一端处的壳体盖18，该壳体盖18用于闭合过滤器容器14的开口20。壳体盖18被可拆卸地锁定并固定以防在过滤器容器14上松动，这可例如通过壳体盖18和过滤器容器14的卡扣配合、相互螺纹接合或者通过单独的紧固器件（诸如，螺钉等）来实现。过滤器壳体12（此处为壳体盖18）设置有中央支撑管22。中央支撑管22优选地被模制在壳体盖18上，使得能够以成本有效的方式将壳体盖18和支撑管22制造为一件式注塑模制零件。因此，中央支撑管22是过滤器壳体12的一体部分，且因而被设计为长寿命零件。
流体过滤器10包括主或初级过滤器元件24以及辅或次级过滤器元件26，它们每一个均被放置在过滤器壳体12内部以便过滤流体中包含的颗粒物质（具体地污垢颗粒）。初级过滤器元件24和次级过滤器元件26两者均为基本圆筒形设计并且包括过滤器介质28，该过滤器介质28围绕相应的过滤器元件24、26的纵向轴线30、32以圆形方式布置。初级过滤器元件的过滤器介质28可以是Z字形的打褶过滤器介质28，以由此增加初级过滤器元件24的功能性过滤表面。次级过滤器元件26的过滤器介质28优选地包括无纺材料或由无纺材料组成。需要注意的是，次级过滤器介质的过滤器介质相比于初级过滤器元件26的过滤器介质28具有更大的孔径。待过滤的流体沿从外部到内部的径向方向相继地流过初级过滤器元件24和次级过滤器元件26。因此，在流体视图中，次级过滤器元件相对于初级过滤器元件24布置在下游。流体过滤器的清洁流体侧被命名为34。初级过滤器元件24和次级过滤器元件26每一个均设置有端盘36，并且该端盘36沿轴向方向覆盖过滤器介质28。端盘36由树脂材料形成，并且其中相应的过滤器介质被胶合或焊接到端盘36或嵌入相应的端盘36的材料中。初级过滤器元件24具有穿孔或网格状设计的一体式中央管38，该中央管38沿径向方向将初级过滤器元件24的过滤器介质28支撑在初级过滤器元件的内部上，并且该中央管38在图1和图3中最佳地看出。
过滤器元件24、26中的每一者均具有中央凹部，该中央凹部在附图中大体被标示为40。次级过滤器元件26的中央凹部40被设计、结构化和尺寸确定为使得可将次级过滤器元件26直接螺纹连接（即，滑动）在过滤器壳体12的中央支撑管22上。中央支撑管22具有朝向其自由端渐缩的横截面。初级过滤器元件24的中央凹部40被设计、结构化和尺寸确定为使得当将初级过滤器元件24安装在过滤器壳体12内部时可将初级过滤器元件24滑动到次级过滤器元件26上。在如图1中所示的流体过滤器10的组装状态下，中央支撑管22、初级过滤器元件24和次级过滤器元件26相对于过滤器壳体12的纵向轴线16同轴地布置。次级过滤器元件沿径向方向在其内部上由过滤器壳体12的中央支撑管22支撑。
在流体过滤器10的使用期间，初级过滤器元件24会堵塞，从而导致流体过滤器10处的压差的增大。因此，需要以一定的间隔更换初级过滤器元件以维持足够的过滤功能。当更换初级过滤器元件24时，次级过滤器元件26优选地保持在其在过滤器壳体12内部的安装位置中，由此用作备用或安全过滤器元件以防止污垢颗粒进入流体过滤器10的清洁侧34中，从而保护流体地连接到其的集合（具体地燃烧发动机）免受与其相关联的潜在损坏。
由于由过滤器壳体提供的中央支撑管22，次级过滤器元件26能够由相当的细丝构造制成，并且只有很少的材料使用。
图4在裁剪的示图中示出次级过滤器元件26。次级过滤器元件26具有极简的支撑结构42，该支撑结构42沿径向方向定位在过滤器介质的内部上。支撑结构包括安装环44、端盘36，并且安装环和端盘仅通过多个轴向支柱46彼此相互连接。换句话说，不存在使轴向支柱相互连接的另外的横向支柱。过滤器介质28周向地附接（具体地胶合）到支撑结构42的安装环44以及端盘36。借助于支撑结构42，次级过滤器元件26的过滤器介质28被充分地稳定，以便将次级过滤器元件26安装在流体过滤器壳体12的中央支撑管22上（图1）并维持过滤器介质28的预定的轴向延伸。
存在设置在支撑结构42的安装环44上的卡入式舌片48，这些卡入式舌片48用于将次级过滤器元件26可拆卸地连接到过滤器壳体，优选地可拆卸地连接到其中央支撑管22。卡入式舌片48设置有第一倾斜表面50和第二倾斜表面52，使得卡入式舌片可容易地滑动到其在过滤器壳体12上的锁定位置中并且在必要时沿轴向方向从所述锁定位置移除出（图1）。期望次级过滤器元件26的密封邻接抵靠过滤器壳体12，以便防止被污染的流体到流体过滤器10的清洁侧的旁通支路（图1）。在图1至图4中所示的实施例中，通过密封环54来实现次级过滤器元件的密封座部，该密封环54在其第一端部分56的区域中围绕次级过滤器元件26的过滤器介质28，并且该密封环54与由过滤器壳体（具体地其壳体盖18）提供的对应的密封表面呈密封接触。密封环54优选地由橡胶或另一种橡胶-可弹性变形的材料（具体地弹性体）制成，以确保足够的密封能力。密封环54可形成为简单的O形环，或替代地，可具有不同的横截面形状。
在图5中，示出了流体过滤器10的细节截取图（cutout），其在图1中被标示为“Z”。卡入式舌片48中的每一个均接合在壳体盖18的环形肩部58后方，该环形肩部58沿径向内部方向朝向过滤器壳体12的纵向轴线16突出。密封环54沿径向方向邻接抵靠过滤器介质18和壳体盖18的密封表面60。
图6示出了流体过滤器10的另一实施例的详细视图，其中在没有单独的密封元件的情况下，实现了次级过滤器元件26的第一端部分65在过滤器壳体12中的密封座部。次级过滤器元件26的第一端部分56接合在壳体盖的保持结构62中，该保持结构62被设计为径向凹槽。径向凹槽被设计、尺寸确定和结构化使得过滤器介质28沿径向方向在过滤器壳体12的径向内安装环和径向外密封表面之间被压缩。由于过滤器介质28以径向接触的方式压抵密封表面60，因此过滤器介质28自身用作密封元件。需要注意的是，凹槽形保持结构62沿轴向方向渐缩以促进次级过滤器元件26的插入。过滤器介质28和安装环优选地在未加载状态下（即，在次级过滤器元件的未安装状态下）具有径向厚度64，该径向厚度64超过保持结构62的最小径向宽度66以允许补偿典型的制造公差以及由此提供足够的密封效果。

Claims (13)

1.一种用于过滤流体、具体地空气的流体过滤器(10)，所述流体过滤器包括：
-过滤器壳体(12)，其具有一体式中央支撑管(22)，所述一体式中央支撑管在所述过滤器壳体(12)内沿着所述过滤器壳体(12)的纵向轴线(16)延伸；
-初级过滤器元件(24)，其以可更换方式布置在所述过滤器壳体(12)内部，以及
-次级过滤器元件(26)，其被至少部分地定位在主过滤器元件(24)内部，并且其沿径向向内方向由所述中央支撑管(22)支撑，其中，所述次级过滤器元件(26)包括支撑结构(42)以及以环形方式围绕所述支撑结构(42)布置的过滤器介质(28)，所述支撑结构(42)包括安装环(44)，所述安装环被定位在所述次级过滤器元件(26)的第一端部分(56)处，所述过滤器介质(28)以不可拆卸的方式固定到所述安装环，并且其中，所述次级过滤器元件(26)的第一端部分(56)和所述过滤器壳体(12)之间的密封部分地或仅由所述次级过滤器元件(26)的过滤器介质(28)实现，其中，所述次级过滤器元件(26)的支撑结构具有端盘(36)，其中，所述安装环(44)和所述端盘(36)通过轴向支柱(46)连接到彼此，所述次级过滤器元件(26)被卡扣配合到所述过滤器壳体(12)，存在设置在支撑结构(42)的安装环(44)上的卡入式舌片(48)，这些卡入式舌片(48)用于将次级过滤器元件(26)可拆卸地连接到过滤器壳体。
2.根据权利要求1所述的流体过滤器，其特征在于，存在设置的可弹性变形的密封环(54)，所述密封环在所述安装环(44)的区域中围绕所述次级过滤器元件(26)的所述过滤器介质(28)，并且所述密封环沿径向方向密封地邻接抵靠所述过滤器壳体(12)的密封表面(60)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述次级过滤器元件(26)被卡扣配合到所述过滤器壳体(12)的中央支撑管(22)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述过滤器壳体(12)具有凹槽形保持结构(62)，其中所述次级过滤器元件(26)的第一端部分(56)接合在所述保持结构(62)中。
5.根据权利要求3所述的流体过滤器，其特征在于，所述凹槽形保持结构沿轴向方向渐缩，使得所述次级过滤器元件(26)的第一端部分(56)以径向压配合的方式被保持在所述保持结构(62)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述过滤器介质(28)在所述次级过滤器元件(26)的第一端部分(56)处被对折，具体地被向后折叠。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述中央支撑管(22)具有横截面，所述横截面沿轴向方向朝向所述中央支撑管的自由端渐缩。
8.根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述次级过滤器元件(26)的过滤器介质(28)包括纤维材料、具体地无纺材料，或由纤维材料、具体地无纺材料制成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述第二过滤器元件(26)的过滤器介质(28)具有相比于所述初级过滤器元件(24)的过滤器介质(28)的更大的平均孔径。
10.根据权利要求9所述的流体过滤器，其特征在于，所述次级过滤器元件(26)的过滤器介质(28)被设计、结构化和适配成用于从流体中过滤出粗颗粒物质，具体地具有超过0.1毫米的直径的粗颗粒物质。
11.根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述过滤器壳体包括过滤器容器(14)，所述过滤器容器(14)具有第一开口20以及用于闭合所述第一开口(20)的盖，其中，所述中央支撑管(22)被模制到壳体盖(18)或者安装、具体地被卡扣配合、胶合或焊接在所述壳体盖(18)上。
12.根据权利要求4和11所述的流体过滤器，其特征在于，所述凹槽形保持结构(62)设置在所述壳体盖(18)上。
13.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的流体过滤器(10)的次级过滤器元件(26)。
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