CN1326592C - 包括改进的密封结构的滤芯式过滤器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种流体过滤器组件(10)包括：一个具有封闭端和开口端的壳体(14)；一个可操作地定向安装在壳体(14)内的过滤元件(12)；一个可操作地安装成盖住壳体的开口端的导流端板(52)，该导流端板(52)包括第一轴向端面(68)和围绕着第一轴向端面的外圆周壁面(58)，该外圆周壁面(58)是没有环槽的，该第一轴向端面(68)上加工出至少一个第一密封环槽(84)；一个安装在密封环槽(84)里的密封圈(88)，该密封圈(88)形成壳体(14)与导流端板(52)之间的密封。此外，说明了这种型式的过滤器组件的制造、安装和使用方法。

Description

包括改进的密封结构的滤芯式过滤器和方法
本专利申请是于2003年4月14日以名为Donaldson Company的一家美国本土公司的名义作为PCT国际专利申请提交的，指定了除美国之外的所有国家，并要求对2002年4月26日提交、申请号为10/132,982的美国专利申请的优先权。
技术领域
本发明总的涉及一种流体过滤器，特别是，本发明涉及一种采用了改进的密封结构的过滤器。
背景技术
各种过滤器已被广泛地应用于包括液压系统和发动机润滑系统的各种场合。这些过滤器组件通常包括一个圆柱形过滤元件，其安装在一个一端装有一导流端板(baffle)或连接板的壳体内，导流端板一般是通过螺纹接头把该过滤器组件连接于一个过滤器头(filter head)。导流端板上的一个中央开孔和几个周围开孔直接通往过滤器尤其是过滤元件(滤芯)。流体可以是从内向外流(正向流动)，也可以是从外向内流(反向流动)。一个环形垫片作为导流端板与壳体之间的密封件。
多少年来，已经出现了各种型式和设计结构的过滤器。每一种设计结构都改进了这些过滤器的某一方面。但是，各种过滤器仍然需要不断地改进。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种流体过滤器组件。这种流体过滤器组件包括：一个有一个封闭端和一个开口端的壳体；一个可操作地定向安装在壳体内的过滤元件；一个安装成可草作地盖住壳体的开口端的导流端板，该导流端板包括加工出至少一个密封环槽的一个第一轴向端面；一个定向安装在第一密封环槽内的密封圈，该密封圈形成壳体与导流端板之间的密封件。
本发明的其它方面是提供这种型式的流体过滤器的制造、安装和使用方法。
本发明提供了一种流体过滤器，包括：一个具有封闭端和开口端的壳体；一个可操作地定向安装在壳体内的过滤元件；一个可操作地安装成盖住壳体的开口端的模铸的导流端板，导流端板包括一个顶端表面和围绕着顶端表面的外圆周壁面，这种流体过滤器的特征在于：(a)外圆周壁面是连续不间断的且其上没有环槽，也没有任何用于保持密封圈的安装座面；(b)顶端表面上加工出至少一个第一密封环槽；(i)第一密封环槽是凹进顶端表面而形成座面的一个连续的环槽；(ii)座面是铸造凹进顶端表面而形成的；(c)一个密封圈定向安装在第一密封环槽里的座面上；(i)密封圈形成壳体与导流端板之间的密封。
较佳的是，(a)壳体包括外周壁和向内折弯部分；(i)外周壁包围过滤元件；(ii)折弯部分垂直于外周壁；(A)密封是位于折弯部分与导流端板之间。
较佳的是，(a)折弯部分形成一圈向内的端面，端面到具有一个第二环槽的壁面有一段间距。
较佳的是，(a)过滤元件包括封闭的第一端帽、开着的第二端帽以及延伸于第一与第二端帽之间并且两端分别固定于两端帽之一的褶叠的过滤介质；(i)延伸的褶叠的过滤介质围成一个一端开着的过滤器内部容积。
较佳的是，(a)导流端板包括一个有中心通孔的中央毂，中央毂延伸穿过开着的第二端帽而伸进开着的过滤器内部容积。
较佳的是，(a)导流端板还包括多个从中央毂向外伸的径向肋板。
本发明还提供了一种用于构造上述流体过滤器的方法，这种方法包括：提供一个有封闭端和开口端的壳体；把一个过滤元件和一个模铸的导流端板从开口端插进壳体而安装在其内，这种方法的特征在于：(a)导流端板包括：(i)一个安装在导流端板的顶端表面上的密封圈，顶端表面限定了一个从顶端表面铸造凹进的连续的环槽，以形成一个用于保持密封圈的座面；以及(ii)一个有连续不断的圆周的外圆周壁面，该壁面上没有环槽，也没有任何用于保持密封圈的座面；(b)把壳体的开口端的一部分向内折弯而压在密封圈上，以形成壳体与导流端板之间的密封。
较佳的是，(a)在把过滤元件和导流端板安装进壳体的步骤之前，把密封圈定向装入导流端板的顶端表面上的环槽里。
较佳的是，(a)把壳体的一部分折弯的步骤包括把壳体的这一部分折弯成垂直于壳体的圆周表面而压在环槽里的密封圈，并且也压在导流端板的轴向端面的一部分上。
本发明还提供了一种用于安装一种过滤器组件的方法，包括：(a)把过滤器组件以螺纹拧到一个过滤器头上，把过滤器头安装在一个设备的流体系统里并与之流体连通，过滤器组件包括一个上述的流体过滤器。
附图说明
图1是的按照本发明的原理构造的过滤器组件的示意图；
图2是沿着图1中的线“2-2”剖取的过滤器组件的剖视图，过滤器组件包括一定向安装在壳体内的过滤元件；
图3是图2的剖视图的一部分的放大图；
图4是用在图1-3的过滤器组件里的导流端板的立体图；
图5是采用图1-3的过滤器组件的一个系统的侧视图；以及
图6是一个已有技术的过滤器组件的一部分的放大剖视图。
具体实施方式
A. 整个部件；应用的系统
首先参照图1，其示出了一个流体过滤器组件10。该过滤器组件10特别适用于过滤例如油类的液体，例如用在液压传动系统和其它液压系统中。过滤器组件10包括一个可操作地定向安装在一个壳体14内的滤芯或称过滤元件12。过滤器组件10可操作地安装于一个过滤器头16，典型的是用过滤器组件10上的内螺纹把它螺纹连接于过滤器头16。
过滤器组件10被用在过滤系统18中。过滤系统18包括一个用于供给脏流体的供应管路，其通过过滤器头16的进口22把流体供给过滤器组件10。流体进入过滤元件12并被其过滤或净化。被净化了的流体进入过滤器头内并通过出口24经管路26流走。
现在参照图5，过滤器组件10的一种应用是用于除去车辆28上用的液压流体中的颗粒状物质。图5中，车辆28表示为一台拖拉机。拖拉机的一个例子是农业用拖拉机，它具有液压传动系统和液压系统，这两个系统都需要用过滤器。液压系统可以用于包括抬起和放下诸如犁等农具的各种用途。液压系统还可用于抬起和放下诸如推土铲、挖斗、反铲和刮泥板等泥土搬运设备。过滤器组件10的另一些应用场合包括其它农用设备、建筑设备、木材堆放机、装载机、越野车辆、高速公路货运卡车、汽车、工业机械以及其它需要过滤流体的设备。此外，过滤器组件10可用于除去各种不同流体中的异物。液态流体的例子包括其它液压流体、发动机润滑油、柴油、汽油、发动机冷却液、自动化传动用流体等等。
B.图6的已有的过滤器组件的某些问题
现在来看图6，其示出了一个已有技术的过滤器组件200的一部分。在过滤器组件200中，有一个装在壳体204内的过滤元件202。该过滤元件202包括装满在端帽208里的过滤介质206。端帽208具有一个开口210，其围住导流端板212的一部分。导流端板212横跨地固定于壳体204的开口端。导流端板212的边缘214构成了导流端板212与壳体204之间的机械互锁(mechanical interlock)。边缘214形成导流端板212的外圆周表面和外周边。因此，边缘214是一个环形外表面。边缘214具有一个环槽216，密封圈218装在该环槽216内，形成导流端板212与壳体204之间的密封220。壳体204具有向内的折边222，其结合于导流端板212的顶面的外圈224，把导流端板212和壳体204牢固地锁在一起。
已有技术的过滤器组件200可能产生某些问题。例如，导流端板212是模铸的。然后在铸件上加工出螺纹而形成导流端板212的内径表面228上的螺纹226。沿着边缘214的外径表面加工成光洁表面而除去浇口和冒口，并且加工出环槽216。
由于环槽216的深度和环槽216沿着外周边缘214的位置，应该用诸如Loctite(“乐泰”，系美国一家公司的一种密封胶的商标名称)的物质对导流端板212进行真空浸渗，以密封暴露于机械加工表面的微孔。放在环槽216里的密封圈218通常是用车削加工制成的。密封圈218具有双倒角和润滑性，这使得可把导流端板212压进壳体204的开口端。如果润滑性不足，可能会造成密封圈218滚转或者密封圈218安装不正确，这都会造成一个不良的产品。
在安装了密封圈218和把过滤元件202装到导流端板212上之后，把整个部件(过滤元件202和导流端板212)压进壳体204，并且用单边折缝法(single fold seammethod)形成折边222。如果原意还可以涂漆，而后把模制的O形端面密封圈230放入导流端板212的顶面上的端面密封环槽内。
C.图1-5的改进的过滤器组件
图1-5所示的过滤器组件10是为解决已有技术的过滤器组件200的问题而设计的。例如，已经公认的是，如果把密封环槽216从外圆周边缘214移到顶面(端面)224上，那么密封圈将是位于铸造在导流端板的端面上而不是机械加工在其外圆周表面上的环槽内。这样可以节省机械加工时间，可以避免微孔暴露的问题，因而不必浸渗“乐泰”之类的材料。此外，在图1-5的过滤器组件中密封圈不需要有双面倒角，这也可以节省成本。而且，在制造新的过滤器组件10时，可以用折边工艺压缩密封圈而不必把它压入壳体。在已有技术的过滤器组件200中，把带有密封圈218的导流端板212压进径向边缘214需要用很大的力，密封圈218还可能被翻卷，这可能使密封圈掉下碎屑而需要返工。下面将讨论改进的过滤器组件10的详细情况。
现在参照图2，过滤器组件10包括可操作地定向安装在壳体14里的过滤元件12。过滤器壳体14的内部容积被设计为可将过滤元件12装在其内。过滤器壳体14一般具有开口的第一端34和封闭的第二端36。
较佳的是，壳体14通常是一个有足够刚性的薄壁结构，能承受通常的过滤过程中经受的压力。通常，壳体14是金属、塑料或其它适当材料的，如果是金属的，其一般是用冲压或拉伸工艺成形。
过滤元件12装在内部容积32内。过滤元件12包括过滤材料38，其用于滤出被过滤流体中的诸如颗粒等污物。过滤材料38从第一端帽40装到第二端帽42并填满其间。过滤材料38围成一个开着的内部容积44。典型地，过滤材料38是纤维素、纸张、无纺材料、合成材料之类的材料。可以对过滤材料38进行处理或涂覆以提高其过滤能力。
在所示的这一例子中，过滤材料38包括过滤介质46，其一般是皱褶的多孔性材料，例如纸张。有许多孔的管状内套48可以包括在过滤元件12内。内套48被上下延伸的过滤介质46包围着，并且通常是延伸于第一与第二端帽40，42之间。第一端帽40是开口的，它有开口50。开口50接纳、外接并包围导流端板52的一部分。导流端板52横跨地固定于壳体14的开口端。第二端帽42是封闭的，其横着过滤材料38的端部21延伸并将其盖住，使得不可能从过滤元件12的端部54以下进入开着的内部容积44。
导流端板52把来自过滤器组件10的被过滤了的流体输送出去，并且起到防止未被过滤的流体旁通绕过过滤材料38的隔板的作用。导流端板52的外周边缘56具有其外圆周壁面58。外圆周壁面58也是导流端板52的外径表面。导流端板52还有轴向端面60、62，它们分别对应于顶端表面64和底端面66。顶端表面64对应于顶面68。顶面68一般是处在垂直于外圆周壁面58的平面内。
导流端板52具有一个中央毂，尤其是一个轴向延伸的中央毂70，它由多个径向腹板或称肋板72连接于大致为环形的外圈板74。中央毂70具有一个中心孔76，其延伸穿过导流端板52并终止于过滤元件12特别是内套48的内部。各肋板72和中央毂70与外圈板74之间的流体通路允许流体从中流过并流进过滤器壳体14的内部容积32。
设置在中央毂70的内表面的螺纹80用于把过滤器组件10连接于过滤器头16(见图1)。较佳的是，中央毂70延伸到肋板72以下并进入过滤元件12的上端。
在图2所示的实施例中，过滤元件12通过直接连接或者通过其第一端帽40“紧箍在”中央毂70的颈部82上而固定于导流端板52。过滤器组件的这种装配方法在这里引用的被共同转让的美国专利6,345,721中有比较详尽的说明。
应该注意到：导流端板52具有一段光滑的连续的无间断的圆周表面56作为其外圆周壁面58。外圆周壁面58上没有任何用于安装密封圈的环槽或任何其它座面，而是在导流端板52的端面68上加工出一个环槽84。从图4可见，环槽84是一个从顶端表面64向下凹的连续的环形沟槽，形成了用于接纳密封圈88的座面86(见图2和3)。在一个实施例中，密封圈88可以是一个O形密封圈。但密封圈88最好是车削加工的密封圈89。密封圈88被压在导流端板52与壳体14之间而形成两者之间的密封92(见图3)。在图2和3中，可以看到壳体14是怎样沿着边缘56和外圆周壁面58连续不间断地结合于导流端板52，然后又向内成直角地折弯而覆盖导流端板52的轴向端面60的至少一部分。壳体14的折弯部分94压在密封圈88上以形成密封92。折弯部分94有一圈向内的端面108(见图3)。该端面108到沿径向向内有一个第二环槽96的壁面110有一个间距(下面将说明)。环槽84的外壁面上有多个均匀分布的突起部87(见图4)。突起部87有助于在进行折弯密缝(把壳体向内弯)之前把密封圈88保持在位。
通过把密封环槽84设置在导流端板52的端面68上而不是沿着外周56设置，密封圈88就坐落在铸造进导流端板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环槽内(如图6所示的已有技术那样)。因此，可以节省机械加工时间，避免微孔暴露，免除用“乐泰”材料进行浸渗的步骤。而且，是通过折弯密缝工艺把壳体14向内弯而形成压在导流端板52的端面60上的折弯部分94，来压缩密封圈88。这可免除把密封圈218压进环槽216的额外步骤(见图6)。
在把过滤器组件10连接于过滤器头16之前，把另一个密封圈安装在导流端板52上。具体地说，导流端板52具有形成第二个座面98的第二个环槽96，可将另一个密封圈(未示)放入该环槽内。这个密封圈形成过滤器组件10与过滤器头16之间的密封。
D.方法
在使用中，过滤器组件10按下述工作：在正向流动的使用中，使被过滤流体从进口22进入过滤器头16。从那里，流体流过导流端板52上的流动通路78而进入壳体14的内部容积32。从那里，流体被迫流过过滤介质46而进入开着的内部容积44。由于具有形成在过滤元件12与导流端板52的颈部82之间的密封102，流体不能绕过过滤介质而旁通流出。导流端板52与壳体14之间的密封92可防止流体向外泄漏。被过滤了的流体从开着的内部容积44流经由导流端板52的开口76的内部形成的流动通路81。然后，被过滤了的流体流出过滤器组件流经过滤器头16而通过出口24流出。
在使用一段时间之后，过滤介质46将被滤出的污物堵塞。被堵塞的过滤介质的阻力会增大。这时，应该更换过滤器组件10。为此，可以通过拧开过滤器组件10与过滤器头16之间的螺纹把过滤器组件10从过滤器头16上拆下来。这将放开过滤器头16与导流端板52的第二个环槽96之间的密封。把用过的过滤器组件10废弃，换上一个新的过滤器组件10。把新的过滤器组件10拧到过滤器头16上，随后可重新开始过滤。为了装配过滤器组件10，设置了导流端板52。过滤元件12是通过提供筒状的过滤介质46、内套48，并把过滤介质46的两端紧密地塞进第一和第二端帽40、42而制成的。较佳的是，在把过滤介质46塞进第一端帽40之前，端帽40是靠在中央毂70的台肩104上。在端帽42内涂上粘结材料106，而后把过滤介质46的下端插入端帽42内。接着，在端帽40内涂上粘结材料106，而后把过滤介质46的上端插入端帽40内。粘结材料106与端帽40和42、过滤介质46以及中央毂70的台肩104接触并把它们粘结起来。随后，把过滤器壳体14套在已经装配成一体的过滤元件12和导流端板52上。然后，把壳体14的上边缘折弯到端面60上形成折弯部分94，并压缩折弯部分94与导流端板52之间的密封圈88，从而形成两者之间的密封92。

Claims (10)

1.一种流体过滤器(10)包括：一个具有封闭端(36)和开口端(34)的壳体(14)；一个可操作地定向安装在所述壳体(14)内的过滤元件(12)；一个可操作地安装成盖住所述壳体(14)的开口端(34)的模铸的导流端板(52)，所述导流端板(52)包括一个顶端表面(64)和围绕着所述顶端表面(64)的外圆周壁面(58)，这种流体过滤器的特征在于：
(a)所述外圆周壁面(58)是连续不间断的且其上没有环槽，也没有任何用于保持密封圈的安装座面；
(b)所述顶端表面(64)上加工出至少一个第一密封环槽(84)；
(i)所述第一密封环槽(84)是凹进所述顶端表面(64)而形成座面
(86)的一个连续的环槽；
(ii)所述座面(86)是铸造凹进所述顶端表面(64)而形成的；
(c)一个密封圈(88)定向安装在所述第一密封环槽(84)里的所述座面(86)上；
(i)所述密封圈(88)形成所述壳体(14)与所述导流端板(52)之间的密封(92)。
2.如权利要求1所述的流体过滤器(10)，其特征在于：
(a)所述壳体(14)包括外周壁和向内折弯部分(94)；
(i)所述外周壁包围所述过滤元件(12)；
(ii)所述折弯部分(94)垂直于所述外周壁；
(A)所述密封(92)是位于所述折弯部分(94)与所述导流端板(52)之间。
3.如权利要求2所述的流体过滤器(10)，其特征在于：
(a)所述导流端板(52)包括一具有一个第二环槽的壁面(110)；
(b)所述折弯部分(94)形成一圈向内的端面(108)，所述端面(108)到所述壁面(110)有一段间距。
4.如权利要求1-3中任一项所述的流体过滤器(10)，其特征在于：
(a)所述过滤元件(12)包括封闭的第一端帽(42)、开着的第二端帽(40)以及延伸于所述第一与第二端帽(42，40)之间并且两端分别固定于所述两端帽(42，40)之一的褶叠的过滤介质(46)；
(i)所述延伸的褶叠的过滤介质(46)围成一个一端开着的过滤器内部容积(44)。
5.如权利要求4所述的流体过滤器(10)，其特征在于：
(a)所述导流端板(52)包括一个有中心通孔(76)的中央毂(70)，所述中央毂(70)延伸穿过所述开着的第二端帽(40)而伸进所述开着的过滤器内部容积(44)。
6.如权利要求5所述的流体过滤器(10)，其特征在于：
(a)所述导流端板(52)还包括多个从所述中央毂(70)向外伸的径向肋板(72)。
7.一种用于构造权利要求1-6中任一项所述的流体过滤器(10)的方法，这种方法包括提供一个有封闭端(36)和开口端(34)的壳体(14)；把一个过滤元件(12)和一个模铸的导流端板(52)从所述开口端(34)插进所述壳体(14)而安装在其内，这种方法的特征在于：
(a)所述导流端板(52)包括：
(i)一个安装在所述导流端板(52)的顶端表面(64)上的密封圈(88)，所述顶端表面(64)限定了一个从顶端表面(64)铸造凹进的连续的环槽，以形成一个用于保持所述密封圈的座面(86)；以及
(ii)一个有连续不断的圆周的外圆周壁面(58)，该壁面上没有环槽，也没有任何用于保持密封圈的座面；
(b)把所述壳体(14)的开口端的一部分(94)向内折弯而压在所述密封圈(88)上，以形成所述壳体(14)与所述导流端板(52)之间的密封(92)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
(a)在把过滤元件和导流端板安装进壳体的所述步骤之前，把密封圈(88)定向装入所述导流端板(52)的顶端表面(64)上的环槽(84)里。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
(a)所述把所述壳体的一部分折弯的步骤包括把所述壳体的这一部分折弯成垂直于所述壳体的圆周表面而压在所述环槽(84)里的所述密封圈(88)，并且也压在所述导流端板(52)的轴向端面(60)的一部分上。
10.一种用于安装一种过滤器组件的方法包括：
(a)把过滤器组件(10)以螺纹拧到一个过滤器头(16)上，把过滤器头(16)安装在一个设备(28)的流体系统(18)里并与之流体连通，所述过滤器组件(10)包括一个按照权利要求1-6中之任一权利要求的流体过滤器。
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