CN1615172A - 介质体、采用波纹介质体板的过滤件、波纹板及其制造方法 - Google Patents

介质体、采用波纹介质体板的过滤件、波纹板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种可用在直通流动过滤元件中的有锥形波纹槽的波纹板。这种波纹板可以通过让平板通过一对有锥形齿并互相啮合的波纹辊来制造。制造可用的波纹辊的方法包括在辊子的两端面和两端面之间的延伸部分加工出锥形齿的方法。波纹板可以用许多种介质体来制成，所用的介质体应有在加工方向上的伸展性。把波纹板制成为过滤元件(例如空气滤器的过滤元件)的方法包括把同种介质体的平板贴合于波纹板，然后将形成的过滤介质体卷绕成过滤元件，包括在贴合和卷绕过程中，施加密封剂以封闭选定的波纹槽的端部。

Description

介质体、采用波纹介质体板的过滤件、波纹板及制造方法
                           技术领域
本发明总地涉及波纹板、波纹板的制造方法和采用波纹板的过滤元件。特别是，本发明涉及具有锥形波纹槽的波纹板、用于制造这种波纹板的方法和设备、利用这种波纹板制造过滤元件(例如空气滤器的过滤元件)的方法以及制成的过滤元件。
                           技术背景
空气流中往往挟带着颗粒状物质。在许多情况中，需要从空气流中除去某些或全部颗粒状物质。例如，进入机动车辆的发动机或发电设备的空气流，进入燃气轮机系统的燃气流以及进入各种燃烧炉的空气流都常常含有颗粒状物质。同样，进入发动机润滑系统或液压系统的液体流也往往挟带颗粒状物质。如果颗粒状物质进入相关各种机构的内部工作部分，可能严重损坏设备。因此，对于这些系统，应该在发动机、涡轮机、炉子或其它相关设备的上游除去空气或液体中的颗粒状物质。迄今，已经开发出了各种各样的用于除去颗粒状物质的空气滤器、流体滤器以及液体滤器装置。但是一般地说，还是需要寻求不断的改进。
                           发明概述
一种具有锥形波纹槽的波纹板可用在许多应用场合，包括直通流动过滤元件。
可以通过令平板从一对有锥形齿的互相啮合的波纹辊之间通过来制成波纹板。制造波纹辊的方法包括用于在辊子的两端和两端之间的辊子全长上加工出锥形的齿。
波纹板可以用各种材料的介质体来制造。最好是，所用的介质体在加工流程方向上有某些伸展性。
把波纹板成形为过滤元件的方法包括通过把平板贴合于波纹板而制成过滤介质体，然后把过滤介质体卷绕成过滤元件，典型地，在贴合和卷绕过程中施加密封剂封闭选择的波纹槽的端部。
                           附图简要说明
图1是可以按照本发明的原理构造的、用具有波纹槽的过滤介质体制成的过滤元件的示意性立体图。
图2是可以按照本发明的原理构造的、用具有波纹槽的过滤介质体制成的另一过滤元件的示意性立体图。
图3是制造可用于图1和2的过滤元件的过滤介质体的一种途经的立体示意图。
图4是可用于成形图3所示的过滤介质体的示例性波纹板的一部分的示意性剖面图。
图5是图4所示的波纹板的另一端的示意性剖面图。
图6是图4和5中所示的波纹板的俯视平面图。
图7是用于成形图4-6所示的波纹板的波纹辊的一个实施例的正视图。
图8是图7所示的波纹辊的一端的端视图。
图9是图7所示的波纹辊的与图8所示的相反的那一端的端视图。
图10是图7-9的波纹辊上的齿的端面的放大示意图，这个端面就是图8所示的那个端面。
图11是图7-9的波纹辊上的某些齿的端面的放大视图，这个端面就是图9所示的那个端面。
图12是图7所示的的波纹辊的一部分的放大视图。
图13是图12所示的波纹辊的一部分的放大视图。
图14是图12所示的波纹辊的另一部分的放大视图。
图15是可以制造图7-14用的波纹辊的电火花线切割机的示意性侧视图。
图16是用于把一张平板压制成波纹板并将这个波纹板贴合于一张平板而制成过滤介质体的生产过程的示意图。
图17是用于把图16中制成的过滤介质体成形为过滤元件的生产过程的示意图。
图18-20是表示加工出图7-14的波纹辊的齿的方法的示意图。
                            详细说明
I.有关滤器设计的某些原理
采用适应直通流动的有波纹槽的过滤介质体的过滤元件是已知的。美国专利6,190,432、5,820,646以及1997年11月6日公布的PCT出版物WO97/40918中给出了这种型式的过滤元件的几个例子。这些专利和出版物这里都将被引用。在这些型式的过滤元件中，过滤介质体的波纹薄板或称波纹板被贴合于平的薄板或板而构成波纹基材。在许多情况中，将波纹基材盘卷或卷绕成所需要的过滤元件形状。每一单个波纹或称波纹槽有一个端口开着而另一个端口封闭。被过滤流体进入过滤元件的各波纹槽中选择为端口开着的波纹槽。流体不能直接从它进入的波纹槽流出，因为那个波纹槽的下游端是封闭的。为了从过滤元件的下游端流出，流体必须横向地透过介质体(或者平板或者波纹板)，以便进入下游端开着的那些波纹槽。
图1中以标号20表示出过滤元件的一个例子，它采用贴合于平板的波纹板形成过滤介质体21并卷成过滤元件20。在图1所说的例子中，过滤元件20包括两个互相相反的通流端面22，24，并且在这一例子中它们是平行的。在其它结构形状中，端面22或24可能不是处在单一平面内，例如它可以是圆锥形的。美国外观设计专利399,944、428,128以及396,098中示出了圆锥形过滤元件的例子，这些图样这里都将被引用。流通端面22是示意表示的，仅有一部分示出了波纹槽的端部25，但是应该理解：整个过滤元件端面22都是波纹槽端部。在使用中，被过滤流体从上游端面(本例中是22)流进并从下游端面(本例中是24)流出。总的来看，流体是在同一方向上从上游端面22流进从下游端面24流出，因此，这种过滤元件被称为“直通流动”滤器。从图1可以看到，这一特定的过滤元件20是圆的，因为它有圆的横截面。在将过滤元件20用在空气滤清器系统中时，可以通过在其上加装适当的垫片或其它型式的密封件使过滤元件20适应安装的需要。示出的一个示例性的密封垫片26固定于过滤元件20的外圆表面27。所示的密封垫片26包括泡沫聚氨酯并通过垫片26压紧于壳体而形成与壳体的密封。美国专利6,190,432和2001年6月6日提交并与本专利共同被转让的、申请号为09/875,844的美国专利申请描述了可用的密封垫片的例子。这些文件这里都将被引用。
图2示出了另一个示例性的过滤元件30，它采用贴合于平板的波纹板形成过滤介质体31并卷成过滤元件30。与图1所示的过滤元件20一样，过滤元件30具有适应于直通气体流的两个互相相反的流通端面32，34。与图1的实施例一样，这一实施例也示意表示了流通端面32，仅以一部分示出了波纹槽端部33，但是应该理解：整个过滤元件端面32都是波纹槽端部33。图2实施例的过滤元件30是长圆形的。具体地说，这一特定的过滤元件30的横截面形状具有两个平行的侧面36，38和把它们连接起来的两个圆弧部分40，42。过滤元件30可以包括适当的密封件或垫片，并且在所示的例子中，包括这里被引用的美国专利6,190,432中所示的那种型式的密封件35。这种密封件35包括模制在一个骨架上并且紧固于过滤元件30的聚氨酯。通过密封件35压紧于壳体而形成与壳体的密封。在过滤元件20和30中都有一根芯棒44和46，介质体21和22分别卷绕在其上。在许多实施例中，过滤元件20和30可以是无芯棒的。所谓“无芯棒，即过滤元件的中心没有供过滤介质体21，31卷在其上的心轴、管子、棒子或其它类似零件。
在许多滤器系统中，已经发现：需要增大上游端的开口波纹槽室并相应减小上游端的封闭波纹槽室。还已发现：需要增大下游端的开口波纹槽室并相应减小下游端的封闭波纹槽室。通过以这一方式布置开口的和封闭的波纹槽室，与标准的直波纹槽滤器设计结构相比，可以降低由过滤介质体产生的流动阻力。通过采用从上游端到下游端的宽度方向有锥度的波纹槽，可以达到这一所希望的效果。换言之，形成波纹槽的槽路沿着宽度方向尺寸是变化的。例如，在用于过滤元件的波纹板上，波纹槽的尺寸从一端到另一端是变化的。然后在将波纹板卷成过滤元件时，以其波纹槽的窄端封闭了而其波纹槽的宽端开着的那一端作为上游端。被共同转让的1997年11月6日公布的PCT出版物WO97/40918中描述了锥形波纹槽的一个例子，这一出版物这里将被引用。所谓“增大开口波纹槽室”的意思是增大开口波纹槽的横截面面积，此处横截面面积是定义为波纹下面的垂直于空气流方向的面积；所谓“减小封闭波纹槽室”的意思是减小封闭的波纹槽的横截面面积，此处横截面面积是定义为波纹下面的垂直于空气流方向的面积。
滤器设计中的某些已知变量包括进入空气流量、初始流动阻力、初始过滤效率、平均或总的工作流动阻力、总效率以及滤器使用寿命。下面将简要讨论这些因素中的每一个。
众所周知，在内燃机中，进入发动机的需要空气量是发动机尺度，亦即排量以及最高全负荷或称额定负荷的函数。众所周知，空气滤清器的总效率一般是在使用过程中进入空气滤清器的、并被空气滤清器截留住的、可滤出固体颗粒的量的一个反映。在滤器初始投入使用时，其初始效率是可以测量的。初始效率常常是由发动机制造厂或配套设备制造厂规定。众所周知，空气滤清器的流动阻力是其在使用中其进出口两端的压力差。已知的影响流动阻力的因素包括：空气所通过的过滤介质体、口气流动经过的管道尺寸以及空气流过空气滤清器进入发动机的过程中空气所碰到的或绕过的某些结构。空气滤清器的典型的使用寿命是它在系统中工作到流动阻力增大到限制值之前的那段时间。
一般地说，众所周知，为了开发满足上面讨论的各种技术要求的系统，空气滤清器设计中所关心的某些主要变量包括：过滤介质体类型、几何参数、效率、空气滤清器形状和结构、过滤元件的尺寸。下面将一一简要讨论这些因素。
例如，常用的纤维素纤维介质体或纤维素/合成纤维混合物介质体一般是作为阻挡介质体(barrier media)使用。这类介质体的作用是通过表面负荷，也就是在空气通过介质体时介质体的表面起阻挡作用，防止颗粒状物质从其通过。使用时间一长，介质体的表面上就会积累成灰尘餅，而降低介质体的效率。纤维结构的多孔性通常是决定效率尤其是初始效率的一个因素。时间一长，灰尘餅就会影响效率。一般地说，这类介质体通常是以其通透性来定义或规定。
在某些应用场合，可能需要用“精细的纤维”处理介质体，例如用直径尺寸为5微米或更小的纤维，甚至在某些情况中，用亚微米的纤维。2001年5月31日提交且被共同转让、申请号为09/87,590的美国专利申请中介绍了可用的精细纤维，这里将被引用之。可以用各种方法把精细纤维施加到介质体上。例如美国专利5,423,829的说明书第32列第48-60行描述了一些这种办法。特别是，美国专利3,878,014、3,676,242、3,841,953以及3,849,241中也描述了这类方法，这些专利这里都将被引用之。也可以用以前由Donaldson公司以ULTRA-WEB名称作为行业秘密实践过的、把精细的聚合物纤维分布在常规介质体上的方法。对于波纹板的结构形状和用于制造波纹板的方法，怎样制造精细纤维和用什么样的具体方法施加精细纤维，目前没有特别的倾向。同样，对于制成的过滤元件和用于制造这种过滤元件的方法，怎样制造精细纤维和用什么样的具体方法施加精细纤维，目前也没有特别的倾向。施加的精细纤维的量是一个应根据需要的过滤效率选择的问题。
关于具体的几何形状，迄今通常采用具有皱褶表面的圆柱形，已经发现：在某些情况中希望用如上所述的波纹槽结构。在皱褶的系统中，太多的皱褶过分紧密地皱在一起，由于皱褶的集拢到一起和塌扁，可能缩短滤器的寿命。例如在皱褶变湿了时，它们容易塌扁而使流动阻力增大。用波纹槽结构，例如用把波纹板贴合于平的板再卷成过滤元件的形式，可以为进来的空气流提供均一的形状。这种均一的形状有利于结构的可靠性，即使变湿了也不容易塌扁。一般地说，波纹槽介质体结构的参数包括：波纹形状、波纹长度、波纹密度(每英寸板长内的波纹数)、波纹深度、以及制成的过滤元件的形状(例如圆形过滤元件的直径)。选择介质体几何参数应考虑的一个主要因素是任一给定的应用场合或情况所要求的介质体总表面积。
空气滤清器的形状和结构往往是影响空气流冲撞和通过介质体的方式的因素，也是影响介质体两侧的机械设备对流动阻力的影响程度的因素，还是影响被过滤的空气被介质体上游的预置滤清器预过滤程度的因素。
在采用波纹槽的介质体滤器时，给定上述所有这些已知因素，滤器设计者可以决定用在有波纹槽的滤器结构中的波纹板的每一端(上游端和下游端)的所需形状。所需的端部形状将取决于所需的波纹密度，而且在要利用锥形波纹槽的优点时还应考虑所需的锥度以及所需的长度。滤器设计者可以考虑进入空气量、效率、流动阻力、所期望的滤器寿命、空气滤清器的形状，等等。一旦选定了这些变量，除其它方面之外，本发明关心的就是用于生产所需要的波纹板的装置和方法以及然后怎样用制成的波纹板制造所需要的过滤元件。
II.可用的锥形波纹槽的例子
现在参照图3，其中以标号50示出了可用在滤器结构中的波纹板或称“波纹状过滤介质体结构”的一个例子。“波纹状过滤介质体结构”可以指的是波纹板50本身或图1和2所示那种型式的过滤元件。波纹板50包括许多呈交替的波峰54和波谷56形式的波纹52。从图3可以看到，波纹板50具有第一端58和相反的第二端60。一般地说，波纹52至少部分地延伸于第一端58与第二端60之间。在某些情况中，根据所希望的滤器特性，可以对波纹52的两端进行挤压或压扁。在进行这样的挤压或压扁时，最好是每一端边缘处的变形不超过波纹52全长的10％，典型的不超过8％。所谓“挤压或压扁”的意思是使之从标准的波纹形状产生挤压、压扁、折叠或其它变形。压扁或挤压的端部的例子包括Yamada等人的美国专利5,562,825中所示的形状以及共同被转让的1997年11月6日公布的PCT出版物WO97/40918中所示的形状，这些文件这里都将被引用之。这里所用的术语“波纹端部”或“波纹槽端部”是指在开始进行任何类型的变形加工之前波纹槽端部的正常形状。换言之，“波纹端部”或“波纹槽端部”不包括也不是指波纹槽的被进行了任何挤压、压扁或其它变形的部分。在图3所示的特定波纹板中，波纹52延伸于第一端58与第二端60之间的整个长度。在其它的结构中，波纹52可能不是延伸于端部58和60之间的全长。没有被变形(未被挤压或压扁)的波纹槽的端部由标号48和49定义。在所示的例子中，波纹槽端部48、49和端部边缘58、62是一样的。
还是参照图3，呈交替的波峰54和波谷56形式的波纹52形成许多槽路或称波纹槽62。在所示的例子中，波纹槽62是锥形的。所谓“锥形的”，其意思是波纹的宽度(形成波纹槽的两个相邻壁之间的距离)不是恒定的，在所示的例子中在两个相邻的波峰54之间的每个波谷56的宽度从第一端58到第二端60逐渐减小。相应地，相邻两个波谷56之间的波峰54的宽度从第一端58到第二端60逐渐增大。图3-6中很明显，锥度的大部分是在形成波纹槽62的相邻两壁之间，而波纹槽的槽底62保持为没有锥度。下面将会解释，最好是波纹槽62的高度沿着波纹槽的整个长度基本上恒定且均一，只是因允差等而有很小的差异。
图3也表示出波纹板是贴合于平板或称面板。所谓“平板”，其意思是在单一平面内连续而没有任何明显的折叠、突脊或波纹。在图3的实施例中示出了上下两个面板64a和64b，面板64a是贴在波纹板50的下面，而面板64b是贴在其顶面上。在许多典型的构造中，波纹板50是贴合于底面板64a并且卷绕成底面板64a贴靠于波纹板50的顶面。应该理解：在许多实施例中，面板64a和64b是同样的板64。在图1和2中可以看到，面板64是过滤元件20、30的外板。还有，在图1和2中可以看见，面板64是夹在波纹板50的各层之间。在图1和2的过滤元件20和30中过滤元件20、30只有一张面板64和一张波纹板50，它们贴合在一起并卷绕成一个卷。其结果，波纹板50的底面和顶面都与面板64贴合或贴靠。
在图3所示的例子中，第一端边缘58处的波峰54与面板64之间的开口65被用一种密封剂55u封闭(形成上游密封(upstream seal)57)，而第一端边缘58处的波谷56与面板64b之间的开口67保持开着且无任何障碍。同样，在第二端边缘60处，波峰54与面板64之间的开口68用密封剂55d封闭(形成下游密封(downstream seal)59)，而波谷56与面板64a之间的开口69保持开着。
观看图3，可以理解用波纹板50制成过滤介质体66的一般工作原理。一般地说，被过滤流体从第一端边缘58处的开口67(进口波纹槽62)进入过滤介质体66，如图中的箭头61所示。流体不能进入波峰54与面板64a之间的波纹槽62，因为它们的开口65由密封剂55u封闭了(虽然，还能看到图3中的密封剂55u到边缘58还有一个很短的距离，所以还能有一点点流体进入波峰54与面板64a之间的波纹槽62，直到被密封剂55u挡住)。流体沿着进口波纹槽62行进，但是它不能从其进入的同一波纹槽62流出，因为那些波纹槽62的端部沿着第二端边缘60处被密封剂55d封闭了(即，面板64b与波峰54之间的部分68沿着第二端边缘60处被封闭了)。这样，流体被迫沿横向透过波纹槽50的壁和面板64而进入第二端边缘处开口69开着的出口波纹槽62，这如箭头63所示。在所示的例子中，出口波纹槽62就是在第二端边缘60处波谷56与面板64a之间的开口69保持开着的那些波纹槽。流体在透过波纹槽50的壁和面板64之后，其中的颗粒状物质部分地被滤出了。
锥形波纹槽的横截面形状从波纹槽端部48到波纹槽端部49是变化的。一般地说，波纹槽62的端部的横截面形状应至少部分地根据前面第I节所述的各个因素来选择。参见图4，其中以标号70表示出波纹板50之一例的放大视图，它是面朝图6中的边缘71观看波纹板70的。为了说明的目的，假设图4表示的是波纹板70制成过滤元件时的上游端边缘。应该理解：图6中的边缘71或73都可作为上游端边缘或下游端边缘。如果波纹板70上具有精细纤维，一般把精细纤维放在上游侧较佳(这将在下面的第IV节中讨论)。应该理解：可以用术语“第一”和“第二”代替“上游”和“下游”来称呼边缘71和73以及对应的波峰和波谷端。
一般地说，已经发现：选择几何形状的诸因素之一是基于这样一个原则，就是在给定系统其它约束的情况下上游的开口端要开得工程上合理的大，以及上游的封闭端要工程上合理的小。这里，所谓“开大上游端”，其意思是增大波纹槽端部的横截面面积，此处横截面面积是波纹下面的垂直于流体流动方向的面积。在图4中，可以看见波纹72包括上游波峰74(亦即波峰端74)和比它窄的上游波谷76(亦即波谷端76)，它们形成波纹槽75。假设希望上游波谷76与面板64之间的面积很小，那么上游波谷76的几何形状，在许多情况中，可以根据诸如介质体的特性和波纹辊的性质等因素来确定。如果上游波谷76太窄太尖，那么，对于某些介质体配方，介质体将容易断裂。还有，如果上游波谷76太窄，用于压出上游波谷76的波纹辊的齿可能容易断。一旦上游波谷76的几何参数确定了，就可以选择波纹密度和锥形的角度了。一般地说，在确定上游波峰的最终形状中这些因素是有用的。
图5表示的是波纹板70的与图4所示的相反的那一端，假设在波纹板70卷成过滤元件时，这一端是下游边缘73。这样，为了说明，图4表示出上游波峰端74和上游波谷端76，在这一特定的图中它们是与边缘73一致的；图5表示出下游波峰端74和下游波谷端76，在图5所示的特定实施例中它们是与边缘71一致的。波峰延伸部分74e(图6)延伸于上游波峰74与下游波峰74之间。类似地，波谷延伸部分76e(图6)延伸于上游波谷76与下游波谷76之间。通过比较图4和图5，可以认识到：为波纹板70形成的所需波纹槽形状是对称的。在实际应用中，由于介质体的性质和其它这类变量，实际形成的波纹槽形状可能稍有一些不对称。在图4和5中，介质体的厚度由断面线表示。应该理解：在各较佳实施例中，下游波峰74和上游波谷76有同样的尺寸和几何形状，下游波谷76和上游波峰74有同样的尺寸和几何形状。
可以采用许多种不同的波纹槽形状，这也是取决于前面第I节中讨论的某些因素。可用的上游波峰74的几何形状的一个例子示于图4，它包括在一对侧壁80、82之间的圆弧形峰顶78。可以看到，波峰74的峰顶78没有尖端或尖角，而是圆滑的。别的且不说，这有利于防止用在波纹板70中的介质体的断裂。被共同转让的1997年11月6日公布的PCT出版物WO97/40918也揭示了一种圆顶锥形波纹槽(例如圆底的U形)。在图4所示的这一波纹槽中，在波纹槽的一端圆弧形峰顶78的半径至少是0.02英寸，不宜超过0.05英寸，而且在许多情况中，这一半径是在0.024和0.045英寸之间。在许多情况中，圆弧形峰顶78的半径是在0.03-0.04英寸范围内。在所示的例子中，侧壁80和82互相间有一个角度。这个角度84定义了波纹板70的两端边缘之一处的每一波纹72的锥度。一般地说，希望角度84尽可能小并要针对介质体性质和波纹辊耐久性等因素来选择。角度84有助于定义下游波峰74的曲线之下的面积，在给定介质体性质和波纹辊性能等其它因素情况下，希望这一面积为最小。例如在所示的波纹槽75中，角度84不超过20°，并且至少为2°。用于示例性波纹槽75的可用角度84是5-15°，尤其是约8-12°。上游波峰74有高度86，它是峰顶78的顶点和相邻的波谷76的谷底88的顶点之间的距离。与下游波峰74的其它几何特点一样，高度86也应根据包括介质体特性、波纹辊特性以及第I节中讨论的滤器设计因素等许多因素来选择。在图4所示的特定例子中，上游波峰74的高度86至少是0.05英寸，不宜超过0.5英寸，典型的是0.10-0.25英寸，例如是约0.15-0.20英寸。相邻的两个上游波峰的峰顶78之间的距离以标号90表示。与上游波峰74的其它几何参数一样，这一距离90也将取决于第I节中讨论的所需滤器特性、介质体特性以及波纹辊特性。距离90代表着波纹板70的两端之一处相邻两个上游波峰74之间的间距。在所示的这一特定例子中，距离90至少是0.2英寸，不宜超过0.5英寸，典型的是0.25-0.4英寸，例如是约0.32-0.35英寸。距离91是在端部73处两个侧壁80和82之间的距离。这一距离从端部73到端部71逐渐减小。在所示的例子中，距离91至少是0.1英寸，不宜超过0.5英寸，典型的是0.15-0.3英寸，例如是约0.21-0.24英寸。
现在来参照图5讨论下游波峰74的几何参数。一般地说，和上面的讨论一样，也是希望下游波峰74下面的面积尽可能大，以便由过滤元件引起的流动阻力为最小。每一下游波峰74有一个圆的峰顶88。所谓“圆的”，是指没有尖端和尖角而是有一个确定的半径。在图5所示的例子中，圆的峰顶88的半径至少是0.25英寸，不宜超过0.4英寸，典型的是0.275-0.35英寸，例如是约0.28-0.32英寸。每一下游波峰74也有侧壁80、82，这两个侧壁同时也是波纹板70的另一端73处的上游波峰74的侧壁。侧壁80、82延伸于波纹板70的全长，侧壁80和82之间的距离90从图4所示的边缘73到图5所示的边缘71逐渐减小。在边缘71处，侧壁80和82分别由圆弧部分92和94连接于峰顶88。一般地说，为了使下游波峰74是圆滑的，侧壁80，82之间最好有圆弧部分92和94作为圆滑的过渡。在图5所示的特定例子中，圆弧92和94的半径相等，且至少是0.05英寸，不宜超过0.15英寸，典型的是0.06-0.1英寸，例如是约0.07-0.09英寸。在所示的例子中，较佳的下游波峰74的高度96等于上游波峰74的高度86。这样之所以为较佳是因为制造方法简便。在所示的例子中，在波纹槽62的全长上高度86、96是一致的，所以在上游波峰74、下游波峰74和波峰延伸部分74e处高度86、96是相同的。下游波峰74有间距或称距离98，在所示的例子中，距离98至少是0.01英寸，不宜超过0.1英寸，典型的是0.02-0.09英寸，例如是0.04-0.07英寸。距离98类似于图4中的91。下游波峰74的峰顶88有一个位于圆弧部分92和94之间的几乎是平的部分101，在所示的例子中，这一部分的近似宽度至少是0.05英寸，不宜超过0.25英寸，典型的是0.07-0.15英寸，例如是0.08-0.12英寸。
在所示的例子中，通过比较图4和5可以看出，上游波峰74(图4)的横截面积比下游波峰74(图5)的小。的确，上游波峰74下面的横截面积不超过下游波峰74的横截面积的75％。在所示的例子中，上游波峰74的这一面积应至少是下游波峰74的这一面积的20％，例如是25-50％。
由于示例性的波纹板70是对称的，应该理解：下游波谷76(图5)的几何形状与上述上游波峰74(图4)的几何形状是相同的。同样，上游波谷76(图4)的几何形状与上述下游波峰74(图4)的几何形状是相同的。波谷76的谷深尺寸对应于上述波峰高度86、96的尺寸。在所示的例子中，在上游波谷76、下游波谷76以及波谷延伸部分76e处谷深86、96是一致的。
图6是波纹板70的俯视平面图。在所示的例子中，在边缘71和73之间波纹槽75是圆滑的。波纹槽75的两个侧壁80和82之间的距离93在边缘71和73之间逐渐变化而形成了波纹槽75的锥度。在所示的例子中，在边缘71处侧壁80和82之间的距离93的尺寸与上面对距离98给出的尺寸相同。在边缘73处距离93的尺寸与对距离91给出的尺寸相同。在所示的例子中，波纹槽75的锥角α小于5°，典型的是小于3°，最小是0.1°，例如是0.25-2°以及例如是0.3-0.8°。边缘73处的距离93大于边缘71处的距离93，两者之比至少是2∶1，不宜大于12∶1，典型的是3∶1-7∶1，例如是5∶1
III.示例性的制造方法
制造波纹板70的的一种方法包括让一张平板从一对啮合的波纹辊之间通过，每个辊子上具有许多从一端到另一端有锥度的齿，两个辊子上的齿的锥度方向是相反的。图7-14示出了一个可用于制造波纹板70的波纹辊。为了制造波纹板70，在这一示例性的过程中，有一对用于把介质体平板114成形为所示的波纹板70的波纹辊110、112。图16表示出介质体平板114正在被在波纹辊110和112之间滚压出波纹。为了说明，图7-14中仅示出了一个波纹辊110。应该理解：辊子112与辊子110完全相同，只是辊子110上有几个环槽130而辊子112上没有这些环槽，这一点下文将进一步解释。在图16所示的波纹成形过程中，辊子110和112安装成一个辊子上的锥形齿116啮合于另一个上的锥形齿槽118。
在这一示例性实施例中，辊子110是圆柱形辊子，它有互相相反的两端120和122、几何中心124以及通过几何中心124的纵轴线126(也见图8)。在所示的例子中，辊子110的外表面具有许多沿径向向外的齿116。每个齿116具有与之相邻的齿槽118。沿径向向外的齿116和齿槽118沿着辊子110的圆周均匀分布。
齿116和齿槽118的几何形状构造成能够滚压出图4-6所示的示例性波纹72。在图7-14中，可以看出：一般地说，在波纹辊的相反两端120、122之间齿116的宽度是逐渐变化的而成为锥形的齿。辊子110或112(或两者)可以是沿着其长度不连续的，就是说，齿116和齿槽118不必从端头120到端头122是连续的，也能压出所需的波纹72。为了滚压出所需的波纹72仅需要具有以一定间隔存在的足够的齿116和齿槽118。不管辊子是连续的还是不连续的，横跨辊子的被加工介质体平板应该是连续的。
这一对较佳的波纹辊110、112中之一包括波纹板剥离结构，用于就在介质体板114被压出波纹之后把它剥离于波纹辊110。在所示的例子中，剥离结构128包括至少一个垂直于纵轴线126的因而也垂直于齿116的纵向的环槽130。环槽130是上面所说辊子110、112的不连续性之一例。设置在辊子110上的环槽130与一个指状件相互配合，调解介质体114与辊子110之间的关系(图16)。指状件与环槽130的协作可以把介质体板114当它在两个辊子110与112之间被压出波纹之后立刻剥离于辊子110。可取的是，环槽130延伸于辊子110的整个圆周。环槽130的可用尺寸包括宽度至少是0.05英寸，不宜超过0.15英寸，典型的是0.07-0.12英寸，在所示的这一个中是0.09-0.1英寸。在所示的例子中，环槽的深度至少是0.25英寸，不宜超过1英寸，典型的是0.3-0.7英寸，所示的这一个中是0.45-0.55英寸。
已经发现：为了把压出波纹的介质体板114平整地剥离于辊子110，在辊子110上设置不只一个环槽130是有好处的。为此，增设了分别邻近端头120、122的至少两端环槽131、132。在中间的环槽130与两端的环槽131、132之间分别再增设至少一个环槽可能更好。当然，如果环槽太多，它将会干扰波纹成形过程而使得压制不出所需的波纹板70。因此，各环槽130的宽度之和不应超过辊子110的长度(两个端面120与122之间的距离)的20％。在许多情况中，这一比例应不超过10％。在所示的这一特定实施例中，各环槽130的宽度之和不超过辊子110的长度的7％。在所示的例子中，在环槽131与132之间有环槽133、134和135。一种较佳的布置是各环槽131-135均匀分布，相邻两个环槽的间距至少是0.5英寸，不宜超过2英寸，典型的是1.25-1.75英寸，在这一特定例子中是1.5英寸。环槽131、132到端面120、122的距离至少是0.1英寸，不宜超过1英寸，典型的是0.25-0.75英寸，在所示的这一个中是0.4-0.6英寸。辊子112上不必设置环槽，因为不需要把成形的波纹板114a立刻剥离于辊子112。只需安装在上方的辊子(在本例中是辊子110)需要具有用于剥离波纹板114a的各环槽130。在辊子112上，齿116和齿槽118是沿着其全长连续的。
图中所示的波纹辊110是可用于生产示例性波纹板70的示例性波纹辊。照此，齿116和齿槽118的几何形状类似于波峰74和波谷76的几何形状。但是为了容纳介质体板114的厚度，它们的几何尺寸不完全相同。齿116包括对应于端面120的窄端和对应于端面122的宽端。图10是端面120的一部分的放大视图，它对应于齿116的窄端。图10中，为了表示得清楚，齿116的宽端省略了。图10所示的齿116的窄端有圆头齿顶138。齿顶138的圆头半径至少是0.01英寸，不宜超过0.07英寸，典型的是0.02-0.03英寸，例如是0.024英寸。齿116的两个侧面140和142由圆头138连接起来。两个侧面140和142之间有一个角度144。为了生产波纹板70，这个角度144应至少是1°，不宜超过25°，典型的是5-15°，例如是9°。相邻两个齿116之间的齿槽118具有槽底146，它容纳或称接纳对方辊子110或112上的齿116而把将被成形为所需波纹板70的介质体板夹在一个辊子110(或112)的齿116的齿顶138与另一个辊子112(或110)的槽底146之间。侧面140，142与槽底146之间以圆角部分148圆弧过渡。对于所示的示例性波纹辊110，圆角148的半径至少是0.05英寸，不宜超过0.1英寸，典型的是0.075-0.09英寸，例如是0.084英寸。齿116的在齿顶138与槽底146之间的高度139至少是0.05英寸，不宜超过0.25英寸，典型的是0.1-0.2英寸，例如是0.183英寸。相邻两个齿116的节距至少是0.15英寸，不宜超过0.6英寸，典型的是0.25-0.5英寸，例如是0.3-0.4英寸。
图11表示出齿116的宽端。宽端对应于波纹辊110的端面122。同样，齿116的宽端的几何尺寸应选择为能压制出所需的波纹板，在本例中，就是上述波纹板70。下面提供示例性的几何尺寸。
图11中，齿116具有齿顶158、侧面140，142、齿高160以及节距162。齿顶158有一个顶面部分164，其两端分别以圆角166、168吻接于侧面140，142。顶面部分164几乎是平的，但也有微小的弧度，其半径至少是0.1英寸，不宜超过0.5英寸，典型的是0.2-0.4英寸，例如是0.29-0.31英寸。顶面部分164的长度170约为0.04英寸，不宜超过0.25英寸，典型的是0.07-0.15英寸，例如是0.08-0.12英寸。圆角166，168的半径至少是0.05英寸，不宜超过0.1英寸，典型的是0.07-0.08英寸，例如是0.074英寸。为了制造方法简便，齿高160应该和齿高150相同。节距162至少是0.15英寸，不宜超过0.6英寸，典型的是0.25-0.5英寸，例如是0.3-0.4英寸。齿槽118的侧面140和142之间有一个角度172，对于所示的特定波纹辊110，角度172应至少是2°，不宜超过20°，典型的是5-15°，例如是10°。齿116的宽端有齿槽圆底174，如图11所示，其半径至少是0.01英寸，不宜超过0.08英寸，典型的是0.03-0.06英寸，例如是0.045英寸。
所示的较佳的特定波纹辊110的总尺度可根据所希望的制造过程来选择。对于所示的这一个，波纹辊110的直径至少是5英寸，不宜超过20英寸，典型的是7-15英寸，例如是9-10英寸。并且，对于这一特定的波纹辊110，齿116的数目至少是80，不宜超过115，典型的是85-90，所示的是92。在各实施例中，齿槽118的数目等于齿116的数目。辊子110的总长度至少部分地取决于所需的波纹板70的波纹槽75的长度。在所示的例子中，辊子110的长度定义于端面120与端面122之间，这一长度至少是4英寸，不宜超过10英寸，典型的是5-8英寸，在所示的这一个中是7-7.1英寸。辊子110，112可以用耐久性好、强度高、可靠性好的材料例如不锈钢制造，其硬度应至少为洛氏硬度Rc42。
现在参照图12-14。图12表示出波纹辊110的两端120、122之间的局部放大视图。齿116和齿槽118的锥度在图12中被表示得很清楚。齿116的宽度从端面120到端面122逐渐增大，而齿槽118的宽度从端面120到端面122逐渐减小。参照图13，相邻两个齿116之间的距离用尺寸176表示。尺寸176还可见之于图14。比较图13和14，可以看到：端面120处的距离176大于端面122处的距离176。在这一具体例子中，齿116的纵向锥角小于2°，至少应为0.1°，典型的是0.25-1°，例如是0.6-0.8°。端面120处的距离176至少是端面112处的距离176的两倍，典型的是3-6倍，例如是5倍。在所示的例子中，端面120处的距离176至少是0.08英寸，不宜超过0.6英寸，典型的是0.1-0.4英寸，例如是0.2-0.3英寸。端面122处的距离176至少是0.008英寸，不宜超过0.12英寸，典型的是0.05-0.1英寸，例如是0.03-0.08英寸。
从图7-14，可以认识到：齿116和齿槽118具有可以滚压出波纹板50上的所需锥形波纹槽62的圆滑外廓。已经发现：采用一定的制造方法来制造波纹辊110，可以加工出延伸于辊子110的全长的圆滑的齿116和齿槽118。用于制造示例性波纹辊110的一种较佳的方法是采用以标号“180”示意表示于图15的电火花线切割机以及下述的技术方法。
图15示意表示出可用的电火花线切割机(EDM)之一例。一般地说，该电火花切削加工是一种通过放电(电火花)去掉不需要的材料而加工出所需零件形状的方法，其基本原理是让电极接近工件而与工件之间产生电火花，并且重复地这样进行。这通常是在介电液体中而不是在空气中进行。标号“180”所示的电火花线切割机用金属丝作为电极，它绕过上下导轮，拉直得就像手工锯锯条那样。金属丝从一个线轴上拉出来穿过工件，在加工过程中它被腐蚀而直径慢慢减小。在图15所示的电火花线切割机180中，可以看见金属丝电极182是拉出于一个金属丝卷盘184。上导轮186可用于改变金属丝电极182的方向。另外，还有上导向件188和下导向件189都用于引导金属丝电极182的方向。工件192装夹在工作台194上。通常可以控制工作台沿X和Y方向的移动。工件192被浸在介电液体浴槽内。在电火花线切割机180的工作中，金属丝电极182由计算机或其它数控装置控制而从卷盘184供出。金属丝电极182穿过上导向件188而到达工件192并与之形成加工间隙，用一个电源沿着金属丝电极182与工件192之间的间隙产生的切割线施加脉冲电压，以进行电火花加工。金属丝电极182的用过的部分从下导向件190拉出，然后收集在箱子198内。为了把工件192加工出所需的形状，金属丝电极182和工件192都是可运动的。
为了制成所需的波纹辊110，应提供齿116和齿槽118在端面120，122处的端面几何尺寸。为了加工出端面120和122之间的圆滑的齿和齿槽表面，金属丝电极182的上、下端对工件192的纵向中心线保持均一的距离。所谓“金属丝电极182的上、下端”，是指金属丝电极182的、与用于加工出齿116和齿槽118的工件192的顶端和底端对应的部分，而工件192的顶端和底端对应于波纹辊的端面120、122。参见图18，换言之，为了制成波纹辊110给工件192确定一条纵向中心线300，该中心线对应于图7中辊子的纵向中心线126。可取的是，工件192是圆柱形的。在加工过程中，始终保持金属丝电极182的、用于加工端面120的端部302到工件192的纵向中心线300的径向距离与金属丝电极182的、用于加工端面122的端部304到工件192的纵向中心线300的径向距离相等。这一径向距离随着齿和齿槽的加工深度是改变的，但金属丝电极182的两端306、308到工件192的纵向中心线的径向距离应始终保持相等。由于端面120处齿116的型面不同于端面122处齿116的型面，为了金属丝电极182的两端对工件192的纵向中心线具有相等的距离，必须沿着金属丝电极182的长度改变这种加工工具的速度。这样，波纹辊110、112的齿就是保持切割线的端点到用于制造波纹辊110、112的工件192的纵向中心线具有相等的径向距离的结果。换一种说法，波纹辊110、112的齿116是借助“端面齿切割限定(end point tooth cutting definition)”来加工出来，这里，术语“端面齿切割限定义”的意思是：保持金属丝电极182的加工端面120的端部302到工件192的纵向中心线300的径向距离与金属丝电极182的加工端面122的端部304到工件192的纵向中心线300的径向距离相等。也就是，保持切割线的两个端点对工件192的纵向中心线的径向距离相等。
图19表示出观察用金属丝电极182进行这种加工的另一种方式，它表述如下：(1)金属丝电极182具有对应于齿116和齿槽118的端面120、122的第一和第二端302、304；(2)金属丝电极182具有在其两端之间的中点310；(3)在朝向端面120的方向，在金属丝电极182上找一个至其中点的距离为给定距离d的给定点p，相应地，沿朝端头122的方向在金属丝电极182上找一个至其中点的距离为给定距离d的给定点p′；以及，(4)在金属丝电极182加工齿116(或齿槽118)时，始终保持金属丝电极182上的p点和p′点对工件192的纵向中心线的径向距离313和315相等。这样，就有沿着由金属丝电极182形成的切割线312的对称性。对于在朝第一端120方向金属丝电极182上至其中点距离为第一距离的任一给定点，在朝向第二端122方向在金属丝电极182上都有一个至其中点距离为第一距离的对应点，应保持这两个对应点到用于加工出齿116和齿槽118进而制成波纹辊110、112的工件192的纵向中心线的径向距离相等。换句话说，波纹辊110、112的齿116是借助“切割线中点限定”来加工，这里，术语“切割线中点限定”的意思是：对于在朝辊子的第一端方向切割线上至其中点距离为第一距离的任一给定点，以及对于在朝辊子的第二端方向在切割线上至其中点距离为第一距离的一个对应点，应保持这两个对应点到用于加工成波纹辊的工件的纵向中心线的径向距离相等。
图20表示出观察这种加工的另一种方式，它不是参照金属丝电极182的中点，而是参照齿116(或齿槽118)的中点。所谓“齿116的中点”是指端面120与端面122之间的中点。假设有一个通过齿116(或齿槽118)的中点限定了一个通过工件192并且垂直于工件192的纵向中心线300的平面314。在朝端面120的方向，在金属丝电极182上设定一个至这一平面的距离为一个给定距离d的q点，以及在朝端面122的方向，在金属丝电极182上设定一个至这一平面的距离为一个给定距离d的q′点，使金属丝电极182上的q点和q′点到工件192的纵向中心线的径向距离318和320相等。这样，就有沿着由金属丝电极182形成的切割线相对于通过齿116的中点的平面的对称性。对于在朝第一端120方向在金属丝电极182上到这一平面的距离为第一距离的任一给定点，在朝第二端122方向在金属丝电极182上都有一个到这一平面的距离为第一距离的对应点，并且应使这两个对应点到用于加工出齿116进而制成波纹辊110、112的工件192的纵向中心线的距离相等。换一种说法，波纹辊110、112的齿116是借助“齿中点限定”来加工。这里，术语“齿中点限定”的意思是：在朝辊子的第一端方向在切割线上至通过齿的中点的一个平面的距离为第一距离的任一给定点，以及在朝辊子的第二端方向在切割线上至通过齿的中点的一个平面距离为第一距离的一个对应点，保持切割线对用于加工成波纹辊的工件的纵向中心线的径向距离相等。
在图18-20的每个图中，应该理解：切割线的方向可以转入和转出图面，但是始终保持相对于纵向中心线300不歪斜。所谓“不歪斜”的意思是：切割线312的一端302至工件192的纵向中心线300的距离与切割线312的另一端304至工件192的纵向中心线300的距离相等。
应该理解：由于有各种加工偏差等，在上面对应于图18-20的每一种表述中，在说到“从一个给定点到工件192的纵向中心线300的径向距离等于从另一给定点到中心线300的径向距离”时，以及说到这种表述的变换说法时，不是必须精确地相等而是应该粗略地相等，因为有允差和加工偏差等的缘故。在已有技术的系统中，沿着金属丝电极182的长度切割速度保持恒定。在那样的系统中，由于齿116的宽端和窄端的横截面形状不同，在把在朝一端的方向在金属丝电极182上到其中点的距离为第一距离的任一给定点与在朝另一端的方向在金属丝电极182上到其中点的距离为第一距离的那一点比较时，金属丝电极182到工件中心线的距离是不同的。如本文所述，较佳的波纹辊110不是依靠保持恒定的金属丝速度来制成，而是依靠对通过金属丝电极182的中点和齿116的中点的对称平面两侧的对应点到工件纵向中心线的径向距离的控制来制成。在切割过程中的任一时刻，可以将在朝一端的方向在金属丝电极182上到其中点的距离为第一距离的任一给定点与在朝另一端的方向在金属丝电极182上到其中点的距离为第一距离的那一点比较，这两个给定点到工件192的中心线的距离应时时刻刻相等。随着齿116的切割成形，这一距离将改变，但是要变就同时变。
IV用于生产波纹板和波纹过滤介质体的示例性方法
现在参照图16，其中总地以标号“200”示意地表示出一个示例性的用于成形波纹板70和用它制成的过滤介质体的过程。一般地说，过滤介质体平板114从卷盘202放出并绕过各个张紧辊和/或导辊204、205、206、207。介质体114的成分应根据所需的滤器特性、波纹特性以及下面第V节中将更详细地说明的其它因素来选择。在许多情况中，希望介质体的成分有某些“让性(give)”，以使其能在加工方向上伸展，以便承受波纹成形过程。对于过滤特性，可能需要用施加有精细纤维层的介质体板。
在绕过各张紧辊204-207之后，过滤介质体114的平板210通过配对的波纹板110、112之间的啮合处212。在某些较佳的加工过程200中，就在平板210进入波纹辊110、112之前将介质体114加热到足以使其中的树脂软化的温度，这有利于介质体114较好地形成并保持其波纹形状。介质体114加热到的温度取决于所选择的特定介质体和所需的介质体114的特性。在用于一种特定类型的介质体的一个示例性过程中，平板210加热到至少120°，不宜超过250°，较佳的是170-190°。平板210被辊子110和辊子112之间的配对的齿116和齿槽118压制产生机械变形而成形为所需的波纹形状。在通过啮合处212之后，由与环槽130(图7)相配合的一个指状件(未示)把成形了的波纹介质体114a剥离于辊子110。指状件从定位成邻近辊子110的一根杆子213伸出。波纹介质体114a在通过啮合处212并被剥离于辊子110之后由固定于杆子213的一个施加器(applicator)对波纹介质体114A施加一条密封材料。密封材料施加于邻近波纹介质体114a的边缘处。可用的密封材料将在第V节中给出。
接着，波纹板114a随波纹辊112一起转。随后波纹板114a与平板216相遇(平板216最终成为面板64(图3))。平板216是从卷盘218放出来并绕过几个张紧辊221、222、223。就在平板216与波纹板114a贴合之前，由一个施加器227把粘结材料226施加于平板216的邻近边缘的表面以及以不同的间隔施加于两个边缘之间，以便把波纹板114a贴合于平板216。施加器227施加至少1条、较佳的是2-6条粘性粘结剂，以便把波纹板114a粘贴于平板216。粘性粘结剂不会形成流体透不过的密封，而是只建立起波纹板114a对平板216的粘贴或固定。对波纹板114a与平板216之间形成密封剂条的边缘处施加一条密封剂，以确保在平板216贴合于波纹板114a时预定要封闭的波纹槽能够被密封剂完全封闭而没有任何孔隙。下文将会说明，用于达到粘性粘贴的粘结剂材料可能不同于用于封闭的粘结剂，这将在下面第V节中讨论。
在图16中，观察波纹辊110，112后可以看到：在图16所示的面向读者的这一边缘，从啮合处212出来的介质体114a具有图5所示的波纹板70的一般结构形状。平板216被贴合于波纹板114a的顶面，这个顶面对应于图5所示的波纹板70的顶面。在沿着波纹介质体114a的边缘施加密封材料时应沿着图16中可看见的这一边缘施加。最好是，在图16所示的特定过程中施加的密封材料将是形成下游密封59(图3)的下游密封剂55d(图3)。施加在这一区域的密封剂可充满窄的下游波谷76与平板216之间的空间。通过做好下游密封59，可以保证如果平板210和平板216上有精细纤维则波纹板114a上的精细纤维层以及平板216上的精细纤维层将是在上游侧。
在辊子214与波纹辊112之间的啮合处228，平板216和波纹介质体板114a被压合到一起，随后压合起来的板继续随着辊子112走而进入啮合处230。啮合处230对已经贴合起来的波纹板114a和平板216进一步施加压力而把它们压紧到一起。啮合处230是形成于波纹辊112与压力辊232之间。
通过啮合处230之后，从那里出来的就是制成的过滤介质体234。过滤介质体234包括由粘结剂材料粘贴起来的波纹板114a和平板216。过滤介质体234再绕过张紧辊236、237，然后卷绕到储存卷轴240上。过滤介质体234的卷轴可用于滤器制造过程，下文将给出其一例。
在某些应用场合，在过滤介质体234成形之后，在其卷绕成盘卷240之前，把过滤介质体分割成左右两半而后卷绕成两个过滤介质体盘卷。如果波纹辊110、112被调整为其长度等于所需波纹板的两个完全长度，就可以这样作。在要制成过滤介质体234的两个盘卷240时，密封材料应该施加在板的中央，以便沿着在平板216与波纹板114a之间形成的密封的中间部分把整个介质体234分割成左右两半而卷绕成两个过滤介质体盘卷。
如果需要有某种过滤特性，如上所述，平板210和216可以包括一层精细纤维。如果用精细纤维，波纹板114a贴合于平板216时应使精细纤维层构成滤器的“脏侧(dirty side)”。在图16所示的例子中，如果有精细纤维用在平板210和平板216上，平板210上的精细纤维应该是在介质体的面对机器的侧面上，而平板216上的精细纤维也应在面对机器的内侧。就是，在波纹板114a贴合于平板216时它们的精细纤维层互相面对地碰到一起。
在过滤介质体234卷成盘卷240之后，沿着一个波峰74切割过滤介质体234的端部，这可以用伺服控制的剪刀来进行。通过对这一边缘施加诸如热熔性的或其它的粘结剂等材料226以形成沿着这一边缘的密封，而建立引导端密封。这一引导端密封将是用于卷绕成过滤元件的过滤介质体234的引导端。
图17总地以“250”示意表示出一个制造过滤元件的过程。在这一示例性过程中，过滤介质体234被成形为圆的过滤元件，诸如图1所示的过滤元件20。在图17中，过滤介质体234被从盘卷240上放出并绕过张紧辊251，252。将密封材料254施加于过滤介质体234的与在生产过程200中施加了密封材料的那个边缘相反的边缘。在所示的例子中，施加密封材料254是为了建立上游密封(upstream seal)57(图3)。同样，密封材料254应该是热熔性的或其它适当的粘结剂。在施加了密封材料254之后，过滤介质体234再绕过辊子255、256，而后卷绕成所需断面形状的盘卷形状258。在所示的过程250中，盘卷258是圆的。另外，在所示的过程250中，过滤介质体234初始固定并卷绕于一根芯棒260。在盘卷258卷绕到所需尺寸(在本例中是直径)时，把过滤介质体234切断并把端头紧紧地贴合于盘卷258的外圆周。可能需要通过沿着一个波峰74切断过滤介质体234的最外端，并沿着切成的边缘施加诸如热熔性的或其它的粘结剂来形成沿着这个边缘的末端密封。在这时，可以加装所需的密封垫片或其它结构件来制成所需的过滤元件。
V.某些可用的材料
可以采用各种材料作为过滤介质体。一般地说，介质体材料应由设计者按照其意愿针对如下因素来选择：介质体的成本和使用有效性、流体的类型和过滤环境(例如是空气还是液体，是腐蚀性的还是非腐蚀性的环境)以及所期望的过滤效率。
前已指出，对于本发明的波纹成形过程，采用在加工方向上具有“伸展性”或称“让性”的介质体是较佳的，以便不仅介质体的两端而且介质体的两端边缘之间的全长上都能成形出各种波纹形状。特别是，为了介质体容易成形出具有所需特性的较佳波纹形状，较佳的介质体应具有如下性能：
(a)在形成波纹过程中沿加工方向(介质体平板的行进方向)上容易伸展出不同的量；以及
(b)能够保持成形后的波纹形状。
本文中，前已指出了特定的较佳波纹尺寸和形状。一般地说，已经发现：在加工方向的标称或平均伸长率为4.5％或更高一些的介质体用于成形这样的波纹是较佳的(这里所说的沿加工方向的标称或平均伸长率为4.5％或更高是指用拉伸试验机进行测量，测量时十字头的速度是2英寸/分钟，跨距是4英寸)。典型地，在加工方向的伸长率至少应3.5％，典型地，至少为4.0％的介质体是较佳的。更好的是，伸长率在4％和7.5％之间，平均约为5％。
在某些情况中，可能发现，100％的纤维素介质体不具有足够的在加工方向的伸长特性，而这种特性是成形本文描述的这种波纹所需要的。其原因是，尽管100％的纤维素纤维材料容易形成并保持波纹形状，但是在某些情况中，这种材料在成形为某种锥形波纹的加工过程中产生的应力可能达到屈服点。
在某些情况中，可能希望用100％合成纤维介质体，其纤维是用聚合物制成的，诸如人造丝、尼龙、聚氯乙稀、聚乙烯乙酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚酯以及这些聚合物的混合物，等等。当然可以用各种纤维的掺合物或混合物。一般地说，是需要合成材料使介质体具有足够的强度和伸长特性(在加工方向)，以及具有用于在相关过滤环境中的介质体的足够强度和完整性。所谓“合成纤维”，指的是非纤维素纤维。
这里把人造丝看作是合成纤维介质体，因为它是由纤维素纤维的再生而制成的。这样，我们在定义介质体成分时：
(a)术语“纤维素纤维”不包括人造丝；以及
(b)术语“非纤维素纤维”和“合成纤维”包括人造丝。
应该注意到：在某些情况中，可以用包括纤维素纤维和合成纤维的混合物的介质体，而且它可能是较佳的。在较佳的这种材料中，按照纤维的总重量，其中合成纤维的含量应不超过80％，至少是30％，典型的是35-75％，较佳的是45-60％。其余的重量应是纤维素纤维。
具体的介质体的选择还要部分地根据与波纹无关的某些因素。在许多情况中，认为需要施加有树脂的介质体，以利把合成纤维保持在波纹形状内。典型的树脂应该有足够的刚性以使介质体在搬运条件下保持波纹形状，然而在成形波纹之前和过程中，又要能软化到足够的程度，以允许将介质体成形出波纹。可以从下列公司得到树脂配方：Air Products and Chemicals，BASF，BayerChemical，Borden，Dow Chemical，HB Feller，National Starch，Noveon SpecialityChemicals，Parachem，Reichhold，以及Rohm & Hass。树脂应包括适用温度在-20到50°范围内的溶液或乳状液形态的聚合物或这类聚合物的混合物。认为，介质体中的树脂含量占波纹介质体的总重量的比例应至少是8％，典型的是在约15％到24％之间。较佳的树脂配方应该是其中“高延伸性树脂”的重量含量为5％-30％，高延伸性树脂是在成形波纹过程中可以伸展而不会裂开或丧失完整性的树脂。在高延伸性树脂被注成薄膜时破断延伸率高于200％，更典型的是高达300％-650％。
对于本文第II节描述的特定较佳波纹形状，希望用相当薄的介质体，在用厚度仪以1.5磅/英寸2的压力测量时，其厚度应不超过约0.02英寸，最好是在0.008-0.015英寸范围内。这样小的介质体厚度使得相当小的介质体体积能够有相当大的介质体表面面积，以及在波纹成形过程中具有很好的工艺性。这里描述的较佳介质体厚度是特为用于空气滤器而选择的。
介质体的通透性或称过滤效率也是应针对使用环境选择的问题。在本发明的波纹系统中，可用于空气过滤的介质体的通透性应至少是10英尺/分钟，典型的是15-55英尺/分钟，用于典型的使用环境的较佳介质体，通透性应在36-48英尺/分钟之间。美国专利5,672,399说明书的第20列第27-39行一般地描述了通透性试验。一般地说，要求介质体表面速度(空气)引起一个跨越作为基准的材料、介质体或复合体平板的0.50英寸水柱的流动阻力。本文所用的通透性可以通过按照ASTM(美国材料试验协会)D 737文件进行Frazier Perm试验来评定，例如用美国马里兰州Gaithersburg市Frazier精密仪器公司生产的Frazier Perm试验器或某种类似的仪器进行试验。
介质体的比重也是一个要部分地根据与波纹无关的某些因素来选择的问题。在本发明的波纹系统中，可用于过滤空气的典型介质体的比重应小于60磅/3000英尺2，典型的是48-56磅/3000英尺2。微孔尺度更是取决于与过滤功能和使用环境有关的因素，而较少地取决于实际的波纹。按照本发明的波纹系统，可用于过滤空气的介质体的微孔尺度典型的是64-80微米。典型的可用介质体在加工方向上的干态拉伸强度应是17-23磅/英寸2。试验机湿态下的破断强度应是28-68磅/英寸2。典型的可用介质体在300°F温度下1，2，3和5分钟后的湿态破断强度试验应给出0.7-0.9的破断强度比。这一比值是用从1，2，3和5分钟塑化试验记录的两个最高值的平均值去除湿态破断强度试验结果而计算所得的值。
选用的介质体的过滤效率主要是取决于使用环境。本发明的受让人Donaldson公司已经对所述波纹形状的介质体进行了应用评价。施加有精细纤维的介质体的初始过滤效率，对于0.8微米的颗粒至少是60％，目标范围是至少64％-70％。
一般地说，用于建立上游和下游密封57、59(图3)的密封材料应能提供可靠的密封而封闭波纹板114a的面朝平板216的波纹槽。密封材料应根据设备、线速度、过滤特性等进行选择。密封材料可以包括中到高粘度的热容压敏性粘结剂、热容性细颗粒、泡沫热熔性细颗粒或其它适用的密封材料，这取决于所希望的过滤特性(例如重量、可接受的孔隙漏泄量等)。可以用美国威斯康星州Wauwatosa市的Bostik Findley公司的Product H2038，或宾夕法尼亚州Ambler市的Hankel Adhisives公司，或明尼苏达州St.Paul市的HB Fuller公司等供应商的产品。密封材料可以在适宜于设备、线速度等的温度例如390-400°F下施加。施加之前可以对密封剂进行加气，例如添加氮气，使密封剂内有气泡，实体占约70％。
一般地说，用于施加粘贴条、进口端密封和出口端密封的粘结剂材料226应该能够在适当的环境中足以把平板粘贴于波纹板。粘结剂应根据设备、线速度、滤器特性等来选择。可以用包括热熔性尼龙等市场上可以买到的粘结剂。来源包括：美国威斯康星州Wauwatosa市的Bostik Findley公司、宾夕法尼亚州Ambler市的Hankel Adhisives公司、明尼苏达州St.Paul市的HB Fuller公司、新泽西州Bridgewater市的National Starch & Chemical公司的Product HYPERM34-3412。这种粘结剂可以在适宜于设备、线速度等的温度例如350-375°F下施加。
VI.波纹槽的一般定义和相对于PCT出版物WO97/40918的波纹槽定义
再来参照表示出示例性波纹板70的图4-6。已经发现，对于示例性波纹板结构形状，可以用波纹槽端部的预定几何尺寸或者根据波纹辊的定义来定义每一个体波纹槽。介质体应基本上但不是完全地符合波纹辊的定义。但是，现在还没有找到可用于波纹辊的波纹形状以及由它制成的介质体的精确的数学定义。更确切地说，已经发现：波纹板70的波纹槽可用图7-14的波纹辊的齿的端面来作出一定程度的定义，这个程度就是介质体波纹板的形状是由图7-14的波纹辊给出的。波纹辊110，112的齿116和齿槽118可以在其端面处(图10和11)作出几何的描述，但是，齿116和齿槽118的其两个端面之间的部分的几何形状不能精确地给出数学上的定义。然而，如上所述，齿116和齿槽118由用于产生形状的过程来定义。如前所述，只要给定了齿116的端面的定义，则两个端面(图10和11)之间的部分可以由以如下作法产生的表面来定义：对于在朝一端120的方向金属丝电极182上到其中点的距离(或到通过齿116的中点的一个平面的距离)为第一距离的一个给定点，以及对于在朝另一端122的方向金属丝电极182上到其中点的距离(或到通过齿116的中点的一个平面的距离)为第一距离的另一个给定点，保持这两个点对工件192的纵向中心线的径向距离相等。用于加工出端面120与122之间的齿的过程被用于提供齿的较佳的锥形形状的定义。如果所选择的介质体是例如本文所描述的介质体成分之一，成形的介质体波纹板的形状足够接近波纹辊110、112的齿116和齿槽118的形状，不仅是在端部而且是沿着波纹槽的整个长度都是足够接近，可得到优良的性能。因此可以说，为产生齿的结构形状定义的过程也就为加工出波纹板70的波纹齿端面的形状以及两端之间的整个波纹槽的形状提供了定义。
前已指出，由于投入波纹成形过程的介质体平板是有一点弹性的，所以在波纹形成之后，它不会完全对应于辊子的齿的定义。但是，只要按照定义选择较佳的材料，就能得到非常好的对应关系。介质体的成分，包括所用树脂产生的性质，应该选择为能使加工出的波纹板产品具有这样的端面面积比(endratio)，就是上游波峰74的端面面积应至少是下游波峰74的端面面积的20％，并且典型的是25％-50％。而且，波纹板产品应在成形后能保持其沿着全长的锥度。加工出的波纹板、它与平板粘贴起来形成的介质体板以及由其卷绕成的过滤元件的外观都是很引人注目的，尤其是波纹槽的端头很有吸引力。
采用锥形的波纹槽并不是新概念。前已指出，在共同转让的PCT出版物WO97/40918中已经揭示了在滤器中采用锥形波纹槽的优点。在出版物WO97/40918中绘制出了波纹槽的两端，并将其一般地表示成一端和另一端之间有锥度的圆底的波纹槽。另外，PCT出版物WO97/40918中描述道：可以用波纹辊加工出本申请中所述的锥形波纹槽。经过进一步的研究，现在已经明确：为了较佳地成批生产采用锥形波纹槽的过滤元件，可以采用本文所给出的较佳介质体成分，其中用纤维素纤维和合成纤维的混合物以及采用本文所描述的特定型式的波纹辊。

Claims (20)

1.一种可用在过滤介质体中的波纹板(50)，这种波纹板包括：
(a)一第一介质体板，它包括至少如下两者之一：
(1)合成纤维和纤维素纤维的混合物，所述混合物包括纤维重量比不超过80％的合成纤维，而其余的是纤维素纤维；以及
(2)沿加工方向的至少3.5％的平均伸长率；
(b)所述第一介质体板具有互相相反的第一和第二边缘(71，73)；所述第一介质体板包括交替的波峰(74)和波谷(76)；每一波峰具有波峰第一端面、波峰第二端面以及延伸于波峰第一端面与波峰第二端面之间的波峰延伸部分(74e)；每一波谷具有波谷第一端面、波谷第二端面以及延伸于波谷第一端面与波谷第二端面之间的波谷延伸部分(76e)；交替的波峰和波谷形成许多相间的波纹槽(75)；
(1)在相邻两个波峰(74)之间的波谷(76)的宽度从波谷第一端面到波谷第二端面逐渐减小；
(2)在相邻两个波谷(76)之间的波峰(74)的宽度从波峰第一端面到波峰第二端面逐渐增大。
2.如权利要求1所述的波纹板，其特征在于：
(a)各波纹槽的所述波谷第一端面具有波谷第一宽度，所述波谷第二端面具有波谷第二宽度；
(1)所述波谷第一宽度与所述波谷第二宽度之比至少是2∶1；以及
(b)所述波峰第一端面具有波峰第一宽度，所述波峰第二端面具有波峰第二宽度；
(1)所述波峰第二宽度与所述波峰第一宽度之比至少是2∶1。
3.如权利要求1所述的波纹板，其特征在于：
(a)各波纹槽的所述波谷第一端面具有波谷第一宽度，所述波谷第二端面具有波谷第二宽度；
(1)所述波谷第一宽度与所述波谷第二宽度之比在3∶1到7∶1范围内；以及
(b)所述波峰第一端面具有波峰第一宽度，所述波峰第二端面具有波峰第二宽度；
(1)所述波峰第二宽度与所述波峰第一宽度之比在3∶1到7∶1范围内。
4.如权利要求3所述的波纹板，其特征在于：
(a)各波纹槽的锥角在0.25°到2°范围内。
5.如权利要求1所述的波纹板，其特征在于：
(a)所述波峰第一端面定义一个第一横截面面积；
(b)所述波峰第二端面定义一个第二横截面面积；
(1)所述第一横截面面积是所述第二横截面面积的25-50％。
6.如权利要求1所述的波纹板，其特征在于：
(a)各所述波峰(74)具有倾斜的第一和第二侧壁(80，82)以及它们之间的峰顶(78)；
(1)所述波峰第一端面在所述峰顶(78)处的圆弧半径为至少0.2英寸；所述倾斜的第一与第二侧壁(80，82)之间构成一个夹角，在所述波峰第一端面处，该夹角为8-12°；
(2)所述波峰第二端面在所述峰顶(78)处的圆弧半径为至少0.25英寸；以及
(b)所述各波峰第一端面、波峰第二端面以及波峰延伸部分具有相同的0.1-0.25英寸的波峰高度(86)。
7.如权利要求6所述的波纹板，其特征在于：
(a)所述各波谷第一端面、波谷第二端面以及波谷延伸部分具有相同的等于所述波峰高度(86)的波谷深度(96)。
8.如前面任一权利要求所述的波纹板，其特征在于：
(a)所述第一介质体板包括按纤维重量计算的至少30％的合成纤维，其余的重量是纤维素纤维。
9.如权利要求1-7中之任一项所述的波纹板，其特征在于：
(a)所述第一介质体板包括按纤维重量计算的45-60％的合成纤维，其余的重量是纤维素纤维。
10.如前面任一权利要求所述的波纹板，其特征在于：
(a)所述第一介质体板包括：
(1)至少15英尺3/分钟的通透率；
(2)至少15％的树脂含量；
(3)在加工方向上4-7.5％的平均伸长率。
11.一种包括如前面任一权利要求所述的波纹板的波纹状过滤介质体结构；这种波纹状过滤介质体结构包括：
(a)一个定位成靠在所述第一介质体板(50)上的第二非波纹状过滤介质体板(64)；
(1)所述第二非波纹状过滤介质体板(64)被粘贴于所述第一介质体板(50)。
12.如权利要求11所述的波纹状过滤介质体结构，其特征在于：
(a)在邻近所述第一端边缘(71)的位置每隔一个地把波纹槽端部封闭于流体通路。
13.如权利要求11和12中之任一个所述的波纹状过滤介质体结构，其特征在于：
(a)所述第二非波纹状过滤介质体板(64)用密封剂(55u)粘贴于所述第一过滤介质体板；
(1)所述密封剂封闭所述第二非波纹状过滤介质体板(64)与所述波峰第一端面之间的区域。
14.如权利要求13所述的波纹状过滤介质体结构，其特征在于：
(a)粘贴在一起的所述第一过滤介质体板和所述第二非波纹状过滤介质体板(64)卷绕成盘卷(20，30)形状。
15.如权利要求13所述的波纹状过滤介质体结构，其特征在于：
(a)在邻近所述第一端边缘(71)的位置每隔一个地端部封闭于流体通路的波纹槽在邻近所述第二端边缘(73)的位置是开向流体通路的；以及
(b)所述波纹槽中的其余那些在邻近所述第二端边缘(73)的位置是封闭于流体通路的，而在邻近所述第一端边缘(71)的位置开向流体通路。
16.如权利要求15所述的波纹状过滤介质体结构，其特征在于，
(a)所述第二非波纹状过滤介质体板(64)与所述第二波谷端面之间的区域沿着所述第二端边缘(73)由密封剂(55d)封闭。
17.一种波纹辊结构包括：
(a)一个圆柱形辊子(110)，它有相互相反的两个端面(120，122)、一个几何中心(124)、通过该几何中心(124)的纵向轴线(126)以及许多从其径向向外指的齿(116)
(1)相邻两个齿(116)之间有一个齿槽(118)
(2)所述向外指的齿是以一种端面齿切割定义进行加工而加工出至少部分地延伸于所述圆柱形辊子的第一与第二端面(122，120)之间的交替的各齿116和齿槽118；
(3)在相邻两个齿槽(118)之间的各齿(116)的宽度从第一端面(122)到第二端面(120)逐渐减小；以及
(4)在相邻两个齿(116)之间的各齿槽(118)的宽度从第一端面(122)到第二端面(120)逐渐增大。
18.如权利要求17所述的波纹辊结构，其特征在于：
(a)所述辊子(110)包括以所述端面齿切割定义加工出来的至少80个齿，所谓端面齿切割定义的意思是：对于(1)在朝圆柱形辊子的第一端面(122)的方向切割线(312)上的、到通过所述齿的中点的一个平面的距离为第一距离(308)的任一给定点和对于(2)在朝圆柱形辊子的第二端面(120)的方向切割线(312)上的、到通过所述齿的中点的一个平面的距离为第一距离(308)的一个对应点，保持这两个点到辊子的纵轴线(126/300)的径向距离相等。
19.如权利要求17和18中之任一个所述的波纹辊结构，其特征在于：
(a)所述辊子还包括至少一个垂直于所述纵轴线(126)的波纹板剥离环槽(130)；
(b)在第二端面(120)处各齿(116)包括把两个齿侧面(140，142)连接起来的齿顶面(138)
(1)所述两个齿侧面(140，142)之间形成一个5°-15°的角度；
(c)在第一端面(122)与第二端面(120)之间各齿(116)具有一致的0.1-0.2英寸的齿高；
(d)在第二端面(120)处各齿之间具有0.25-0.5英寸的节距(152)；
(e)在第一端面(122)处各齿(116)包括把两个齿侧面(140，142)连接起来的齿顶面(158)
(1)所述第一端的齿顶面(158)包括第一圆角(168)、第二圆角(166)以及两端分别吻接于第一圆角(168)和第二圆角(166)的中间部分(164)
(2)所述第一圆角(168)是延伸于所述第一齿侧面(140)与所述中间部分(164)之间；
(3)所述第二圆角(166)是延伸于所述第二齿侧面(142)与所述中间部分(164)之间；
(4)所述中间部分(164)的长度为0.07-0.15英寸；
(5)所述第一齿侧面(140)与所述第二齿侧面(142)之间形成一个5°-15°的角度；
(f)在所述第一端面(122)处各齿(116)之间具有0.25-0.5英寸的节距(162)。
20.一种用如权利要求17-19中之任一权利要求所述的一对波纹辊制造一种波纹板的生产方法，这种生产方法包括如下步骤：
(a)让平板(114)从一对互相啮合的波纹辊(110，112)之间通过而将它压制成波纹板；每个波纹辊的齿都是锥形的，其中一个波纹辊上的锥形齿的锥度方向与另一个波纹辊上的锥形齿的锥度方向相反；
(1)所述两个波纹辊的各齿是以端面齿切割定义加工出来的。
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