KR101501796B1 - 필터 엘리먼트 및 필터 시스템 - Google Patents

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만 운트 훔멜 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 지그-재그 방식으로 접혀지며 동심 형상으로 설계되는 필터 매체(10)로 구성되는 필터 엘리먼트에 관한 것이다. 제1, 2 단부 플레이트(11, 12)는 매체의 단부측에 배치되어 있다. 제2 단부 플레이트(12)는 동심 개구뿐만 아니라 제1 환형 비드(14), 및 제2 환형 비드(15), 및 상기 환형 비드들 사이에 배치되는 밀봉 홈(16)을 구비한다. 강화 플레이트(17)가 필터 매체와 링 비딩들(14, 15)사이의 영역에 배치된다. 환형 비드(14, 15)의 외측 단부면(18, 19)은 필터 엘리먼트 하우징의 홈(20, 21)에 의해서 지지되며, 홈은 반경 방향으로 연장된다.

Description

필터 엘리먼트 및 필터 시스템{FILTER ELEMENT AND FILTER SYSTEM}
본 발명은, 특히 내연 기관의 흡입 공기(intake air)를 위한 필터 엘리먼트 및 필터 시스템에 관한 것이다.
미국 특허 공보 US 4,720,292는 하기의 특징을 갖는 공기 필터를 개시한다: 축 방향 출구 개구 및 제거가능한 커버에 의해서 밀폐될 수 있는 대체로 개방된 제2 단부를 구비하는 하우징. 하우징의 주위에는 공기 입구 개구가 배치되어 있다. 하우징에는, 내부 지지 튜브를 구비하는 대체로 원통형의 필터 엘리먼트, 및 외부 지지 튜브를 구비하는 필터가 존재하며, 필터 엘리먼트는 하우징에 동축으로 배치된다. 하우징에 대한 필터 엘리먼트의 밀봉 작용은, 대체로 원통형이며 반경 방향 내향으로 배향되는 표면을 갖고 출구 부품의 내측 영역에 대해서 밀려지는 환형 단부 플레이트에 의해서 구현된다.
공기 필터의 필터 인서트(filter insert)가 특정한 작동 시간 후에 교체되는 것은 잘 알려져 있다. 먼지량에 의존하여, 공기 필터의 사용 수명은 수 일에서(건설 기계) 수 개월까지일 수 있다.
전술한 미국 특허에 개시된 필터 인서트 뿐만 아니라 종래에 사용된 다른 필터 인서트들도 재료들의 조합으로 구성되며, 특히 지지 튜브를 위해서 시트 스틸(sheet steel) 또는 플라스틱 재료가 사용된다. 필터 매체(filter medium)는 종이 또는 플라스틱 부직포(plastic nonwoven fabric)이다. 단부 플레이트는, 예를 들면 연성 엘라스토머(elastomer)와 같은 플라스틱 재료로 구성된다.
특히, 필터 엘리먼트의 빈번한 교체의 경우에, 하우징에서의 필터 엘리먼트의 신뢰성있고 프로세스 세이프(process-safe)한 밀봉 작용은 중요하다. 상기 밀봉 작용은 내열성(temperature-resistant) 및 내진성(vibration-resistant)이어야 한다. 강한 진동이나 충격에 노출된 시설 또는 장치에서도, 필터 엘리먼트의 밀봉 작용이 보장되어야 한다. 그러나, 동시에, 상기 필터 엘리먼트 자체는 가능하다면 문제없이 열적으로 처리될 수 있도록 금속성 부재를 갖지 않아야만 한다.
따라서, 본 발명은 높은 여과 특성 및 비 여과된 매체의 영역과 여과된 매체의 영역 사이의 신뢰성있는 밀봉 작용을 갖는 필터 엘리먼트 및 필터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적은 독립항의 특징에 의해서 달성된다.
본 발명의 결정적인 장점은, 2개의 환형 비드-형상(bead-shaped) 배치 및 중간에 위치된 밀봉 홈(sealing groove)을 구비하는 필터 엘리먼트의 밀봉부의 구성에 의해서, 하우징에서의 필터 엘리먼트의, 한편으로는 높은 밀봉 작용이, 그리고 다른 한편으로는 우수한 지지 작용이 제공되는 것이 보장된다는 점에 있다. 특히 진동을 받는 부재의 밀봉 작용을 위해서 플라스틱 재료를 사용하는 경우에, 극한의 온도 변동의 경우에도 신뢰성 있게 기능하는 설계가 요구된다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 밀봉부를 지지하는 제2 단부 플레이트는 폴리우레탄(polyurethane)으로 구성된다. 물론, 예를 들면 인-몰드(in-mold) 조립 사출 성형 공정에 의해서 연성 엘라스토머의 또는 수개의 구성 부품의 제2 단부 플레이트를 제조하는 가능성이 또한 존재하며, 밀봉부를 형성하는 구성 부품은 엘라스토머로 구성되고, 필터 매체에 대한 연결부를 형성하는 구성 부품은 열가소성 재료(thermoplastic material)이다. 후자는 필터 매체에 용접되거나 접착될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시 형태에서는, 제2 단부 플레이트 내에 배치되는 천공부를 갖는 강화 플레이트(reinforcement plate) 또는 강화 링이 제공되는 것이 제안된다. 이러한 천공부는, 필터 엘리먼트를 제조하는 동안 제2 단부 플레이트를 이루는 폴리우레탄의 침투를 가능하게 하며, 이러한 방식으로 필터 매체와 밀봉 컨투어(sealing contour) 및 강화 플레이트 사이의 밀접한, 포지티브-로킹 연결부(positive-locking connection)를 생성시킨다.
추가적인 실시 형태에 따르면, 강화 플레이트는 환형 표면 또는 원통형 환형 벽을 갖고 폴리우레탄 폼(foam)을 지나서 연장되는 영역에 제공된다. 그것은 필터 매체의 접힌 부분(주름부)을 따라 즉, 필터 엘리먼트의 축 방향을 따라 외향으로 연장되고, 예를 들면 필터 엘리먼트의 전체 길이의 0 내지 30%의 영역을 따라 연장되며, 따라서 부적절한 취급의 경우 또는, 예를 들면 먼지를 털어서 떨어트리거나 필터 엘리먼트를 손으로 청소할 때 상기 접힌 부분(주름부)을 보호한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 밀봉 단부 플레이트인 제2 단부 플레이트 맞은편에 위치하는 제1 단부 플레이트가 또한 폴리우레탄 폼으로 구성될 수 있으며, 필터 엘리먼트의 내부를 밀봉하는 열가소성 재료로 구성되는 밀폐 부재(closure member)를 구비할 수 있다.
단부 플레이트는 또한 틱소트로픽 적용 방법(thixotropic application method)에 의해서 제조될 수 있다. 이것은 틱소트로픽 재료의 계량된 적용을 의미하며, 동시에 밀봉 구조는 추가적인 몰딩 없이 형성된다.
본 발명은, 또한 필터 엘리먼트를 구비한 필터 시스템에 관한 것이다. 이러한 필터 시스템은 특히 내연 기관의 흡입 공기의 여과를 위해 기능하며, 필터 엘리먼트를 수용하기 위한 커버 및 하우징으로 구성된다. 유리하게는, 필터 시스템은 밀봉 작용 영역에서 필터 엘리먼트의 밀봉 컨투어와 소통하는 2개의 환형 홈을 구비한다.
추가적인 실시 형태에 따르면, 하우징의 입구 영역에 사이클론(cyclone) 선행 분리기 또는 로터리 유동 분리기(rotary flow separator)가 구비된다. 그것은 매체에 회전 운동을 부여하는 안내 구조(guiding geometry)로 구성된다. 이 회전에 의해서, 먼지는 하우징 벽의 영역에 집중되며, 먼지 출구에 의해서 적절한 위치에서 제거된다.
본 발명의 추가적인 실시 형태에 따르면, 필터 시스템의 내부에 위치하는 2차 부재(secondary element)가 제공된다. 2차 부재는 필터 엘리먼트의 교체시 필터 시스템의 출구의 밀폐를 유지시키는 역할을 하며, 따라서 필터 엘리먼트가 청소되거나 교환되는 동안 어떠한 먼지도 이 영역에 침투할 수 없도록 하는 역할을 한다. 바람직한 실시 형태에서, 상기 2차 부재는 나사 연결에 의해서 하우징에 연결되고, 하우징에 대한 밀봉부를 구비한다.
이러한 특징 및 추가적인 특징이 단지 청구항 뿐만 아니라 또한 도면의 설명 및 도면에 의해서도 획득될 수 있다.
본 발명은, 높은 여과 특성, 및 비 여과된 매체의 영역과 여과된 매체의 영역 사이의 신뢰성있는 밀봉 작용을 갖는 필터 엘리먼트 및 필터 시스템을 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명은 이하에서 일 실시 형태의 도움으로 더욱 상세하게 설명될 것이다. 일 실시 형태는 다음의 도면으로 도시된다:
도 1은 필터 시스템의 단면도를 도시하며,
도 1a는 도 1의 원으로 표시된 부분의 확대 단면도를 도시하며,
도 2는 필터 하우징의 밀봉 영역의 상세도를 도시한다.
도 1에 따른 필터 시스템은, 대체로 동심으로 구성되며 입구(28)를 구비하는 하우징(26)으로 구성된다. 상기 필터 시스템은 내연 기관의 흡입 공기의 여과를 수행한다. 입구(28)를 통해서, 정화될 공기가 화살표(38)를 따라서 공급되며, 사이클론 선행 분리기(34)를 따라서 유동하고, 회전 유동(rotary flow)이 주어진다. 이 회전 유동의 결과로서, 공기에 함유된 유동 입자들이 하우징 벽에 도달하고, 이 곳으로부터 적절한 밸브에 의해서 밀폐될 수 있는 먼지 출구(35)를 통해서 외부로 운반된다.
하우징(26)에 중간 섹션(37)이 배치된다. 후자는 또한 동심으로 구성되며, 영역(40)에서 예를 들면 용접에 의해서 하우징에 커플링된다. 중간 섹션(37)에 커버(27)가 존재한다. 후자는 클램핑 밀폐부 또는 다른 적절한 밀폐 시스템에 의해서 중간 섹션에 탈거가능하게 연결된다. 따라서 커버, 중간 섹션, 및 하우징은 함께, 정화된 공기를 배출하기 위한 출구(29)를 구비하는 밀폐된 시스템을 제공한다.
완비된 시스템 내부에는 필터 엘리먼트(39)가 존재한다. 후자는 지그재그형으로 접힌(zigzag-folded) 필터 매체(10)로 구성되고, 동심 형상을 갖는다. 필터 엘리먼트(39)의 단부면은 제1, 2 단부 플레이트(11, 12)를 구비한다. 하나의 제2 단부 플레이트(12)가 동심의 개구(13)를 갖는 반면에, 다른 제1 단부 플레이트(11)는 개방하거나 밀폐할 수 있는 밀폐 수단으로서 밀폐 부재(24)를 구비한다. 커버(27)에서 소켓에 의해 밀폐되는 동심 개구를 갖는 추가적인 단부 플레이트를 구비하는 것도 또한 가능하다. 정화될 공기는 화살표(41)를 따라서 필터 엘리먼트를 통해서 유동하며, 정화된 공기는 화살표(42)를 따라서 출구(29)를 통해서 내연 기관(미도시)으로 유동된다. 필터 엘리먼트는, 제2 단부 플레이트(12) 상에 배치되는 제1 환형 비드(bead)(14) 및 제2 환형 비드(bead)(15)를 구비한다. 그들 사이에 밀봉 홈(16)(도 1a 참조)이 존재한다.
제2 단부 플레이트(12) 내부에 천공부(22)를 갖는 강화 플레이트(17)가 제공된다. 외측 영역의, 즉 밀봉 복합체 영역 외측의 강화 플레이트는, 환형 표면(23)을 더 구비한다. 그것은 조립 또는 두드려서 먼지를 떨어뜨리거나 또는 손으로 다른 조작을 하는 동안에 필터 매체 또는 부재를 보호하는 역할을 한다.
제1 환형 비드(14) 뿐만 아니라 제2 환형 비드(15)도 리브(20, 21)에 인접하며, 따라서 하우징 내의 필터 엘리먼트의 축 방향 위치를 한정한다.
이러한 실시예에 한정되지 않는 대안적인 실시 형태에서는, 필터 엘리먼트의 위치는 리브(20, 21)에 인접함 없이 환형 홈(31, 32)에서의 제1, 2 환형 비드(14, 15)의 체결에 의해서 한정될 수 있다. 대안적으로, 추가적인 축 방향 및/또는 반경 방향 고정을 위해서 다른 포인트가 사용될 수 있다.
상기 리브는 도 2에 상세하게 도시되어 있다: 그들은 소위 이중 리브(double ribs)이며, 즉 환형 홈(31)의 홈 바닥 및 환형 홈(32)의 바닥에 배치되는 2개의 이웃 리브들(20a, 20b, 20c)이 배치되며, 예를 들면, 3 내지 6 mm의 높이를 갖는다.
2개의 환형 홈 사이에 위치하는 밀봉 스테이(33)(sealing stay)는 그것의 플랭크(flank)에 밀봉 영역을 가지며; 여기서, 제2 단부 플레이트(12)는 그것의 밀봉 홈(16)으로 밀봉한다. 이런 방식으로, 이들 2 개의 플랭크(flank)에 의한 이중 밀봉 원리(double sealing principle)가 제공된다. 밀봉 홈(16)은 밀봉 스테이(33)보다 약간 더 깊어서, 이러한 영역에서 어떤 축 방향 공차가 가능하다. 이미 언급한 바와 같이, 제2 단부 플레이트는 폴리우레탄 폼(foam)으로 구성되거나 또는 또 다른 엘라스토머로 구성되어서, 그것의 경도가 한편으로는 제2 단부 플레이트가 필요로 하는 밀봉력을 제공할 수 있으며 다른 한편으로는 그것이 필터 하우징에서의 필터 엘리먼트의 우수한 포지셔닝(positioning) 작용을 보장하도록 선택된다. 2 개의 플랭크 밀봉 작용 및 리브(20, 21)에 대한 제1, 2 환형 비드(14, 15)의 지지 때문에, 필터 엘리먼트의 교체를 위해서 상대적으로 최소의 장착 힘 및 최소의 해제 힘이 필요해진다.
이러한 실시예에 한정되지 않는 대안적인 실시 형태에서는, 밀봉 스테이(33)는 그것의 축 방향 단부에 추가적인 밀봉 비드를, 예를 들면 밀봉 스테이(33)에서 연장되고 하우징의 내부로 축 방향으로 배향되는 환형 구조체를 구비한다. 이러한 방식으로, 추가적인 축 방향 밀봉 작용이 - 필터 하우징 내로의 필터 엘리먼트의 삽입시 가압력에 대한 큰 영향을 주지 않고 달성될 수 있다. 이것은, 예를 들면 밀봉 스테이(33)에 비해서 얇은 밀봉 비드에 의해서 실현될 수 있다.
제1 단부 플레이트(11)에는 지지 노즈(support nose)(43, 44)가 제공된다. 그들은 커버(27) 상에 지지되며, 이러한 방식으로 제2 단부 플레이트(12)의 방향으로의 만족스러운 축 방향 힘, 및 따라서 신뢰성있는 밀봉 작용을 보장한다. 제1 단부 플레이트(11)에 밀폐 부재(24)가 끼워 넣어진다. 이것은 여과된 공기 챔버로부터 원(raw)공기챔버를 분할한다. 내부(25)를 둘러싸는 2차 부재(36)가 필터 엘리먼트 내부에 존재한다. 정화된 공기는 통상적으로 부직포 커버(45)를 구비하는 2차 부재를 통해서 유동한다. 부직포 커버는 열가소성의 또는 금속성의 기부 부재(46)에 부착된다. 2차 부재(36)는 나사부(47)에 의해서 출구(29)의 출구 소켓(23a)에 부착되며, 동시에 이러한 영역의 O-링(O-ring)(48)에 의해서 밀봉된다.
하우징(26)에는 내벽(49)이 제공된다. 이 내벽은 환형 표면(23)에 대해서 최소의 공간을 갖는다. 내벽에는 도 3에 따른 클램핑 부재(50)가 제공된다.
이 클램핑 부재는, 여러 장소에서 형성되며 필터 엘리먼트의 장착 공간 내로 돌출하는 스프링 스틸(spring steel)로 구성된다. 형성된 장소는 도 1에 도시되며, 도면 부호 51로 식별된다. 필터 엘리먼트의 삽입시, 상기 형성된 위치는 외향으로 힘을 받고, 필터 엘리먼트의 센터링(중심에 오도록 맞춤)을 위한 기능을 한다. 환형 표면(23)이 없는 필터 엘리먼트가 하우징 내로 삽입되면, 필터 엘리먼트를 중앙에 놓는 것이 불가능하다. 이러한 경우에, 어쩌면 필터 엘리먼트 또는 필터 매체가 손상될 지도 모른다. 따라서, 상기 클램핑 부재는 잘못된 또는 결함있는 필터 엘리먼트의 실수의 장착에 대한 보호물로서 기능한다.
10 : 필터 매체
11 : 제1 단부 플레이트
12 : 제2 단부 플레이트
13 : 개구
14 : 제1 환형 비드
15 : 제2 환형 비드
16 : 밀봉 홈
17 : 강화 플레이트
18 : 외측 단부면
19 : 외측 단부면
20, 20a, 20b, 20c : 리브
21 : 리브
22 : 천공
23 : 환형 표면
24 : 밀폐 부재
25 : 내부
26 : 하우징
27 : 커버
28 : 입구
29 : 출구
31 : 환형 홈
32 : 환형 홈
33 : 밀봉 스테이
34 : 사이클론 선행 분리기
35 : 먼지 출구
36 : 2차 부재
37 : 중간 섹션
38 : 화살표
39 : 필터 엘리먼트
40 : 영역
41 : 화살표
42 : 화살표
43 : 지지 노즈
44 : 지지 노즈
45 : 부직포 커버
46 : 기부 부재
47 : 나사부
48 : O-링
49 : 내벽
50 : 클램핑 부재
51 : 클램핑 부재 형성 장소

Claims (13)

  1. 동심 형상의 지그재그 형상으로 접힌 필터 매체(10), 단부면에 배치되며 개방되거나 밀폐될 수 있는 밀폐 수단이 구비된 제1 단부 플레이트(11) 및 반대편 단부면에 배치되는 제2 단부 플레이트(12)로 구성되며, 제2 단부 플레이트(12)는 동심 개구(13)를 구비하며 필터 매체의 주름부 주위에서 원형 링-형상으로 연장되고, 하우징에 교체 가능하게 장착되는 필터 엘리먼트에 있어서,
    제2 단부 플레이트(12)는 하우징에 장착되고 축 방향 외향으로 연장되는 제1 환형 비드(14) 및 제1 환형 비드(14)로부터 이격되는 제2 환형 비드(15)를 구비하고,
    2개의 제1, 2 환형 비드(14, 15)는 밀봉 홈(16)을 둘러싸며,
    제1, 2 환형 비드(14, 15)는 필터 엘리먼트를 수용하는 하우징의 반경 방향으로 연장되는 리브(20, 21)에 지지되는 외측 단부면(18, 19)을 구비한 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    필터 매체와 제1, 2 환형 비드 사이의 영역의 제2 단부 플레이트(12)는 강화 플레이트(17) 또는 강화 링을 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  4. 제1항에 있어서,
    제2 단부 플레이트(12)는 폴리우레탄 폼 또는 엘라스토머로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  5. 제4항에 있어서,
    강화 플레이트(17)는 제2 단부 플레이트(12) 내에 배치되고, 강화 플레이트는 장착 중에 제2 단부 플레이트를 이루는 폴리우레탄 폼의 유동을 가능하게 하는 천공부(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  6. 제3항에 있어서,
    강화 플레이트는 필터 엘리먼트의 축 방향을 따라 외향으로 연장되는 환형 표면(23)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 단부 플레이트(11)는 폴리우레탄 폼으로 구성되며, 상기 밀폐 수단은 제1 단부 플레이트(11)의 영역에 필터 엘리먼트(10)의 내부 공간(25)을 밀봉하는 동심으로 배치되는 밀폐 부재(24)인 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1, 2 단부 플레이트(11, 12)에는 홈-이중 비드 밀봉 시스템이 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  9. 제1항에 따른 필터 엘리먼트를 구비한 필터 시스템은:
    - 동심으로 구성되는 하우징(26);
    - 하우징(26)을 밀폐시키며 동심으로 구성되는 커버(27);
    - 매체를 필터에 공급하기 위해서 하우징 및 커버중 적어도 하나에 배치되는 입구(28)를 포함하며;
    여과된 매체를 배출하기 위한 출구(29)가 하우징(26)에 동심으로 제공되며;
    출구(29) 영역의 하우징 상에 밀봉 컨투어가 제1, 2 환형 비드(14, 15)와 밀봉 홈(16)에 매칭되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    밀봉 컨투어는 2 개의 동심으로 연장되는 환형 홈(31, 32) 및 2개의 환형 홈 사이에 배치되는 밀봉 스테이(33)로 구성되며, 환형 홈은 홈 바닥에 리브(20, 21)를 구비하며, 밀봉 스테이(33)는 필터 엘리먼트의 밀봉 홈(16)보다 작은 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    입구(28)의 영역에는 사이클론 선행 분리기(34)가 제공되며, 하우징(26) 또는 커버(27) 상에는 먼지 출구(35)가 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    필터 엘리먼트(10)의 내부에 부직포 커버(45)가 부착된 기부 부재(46)를 구비한 2차 부재(36)가 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    2차 부재(36)는 나사부(47)에 의해서 하우징(26)의 출구 소켓(23a)에 연결되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
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