專利名稱：包括密封結(jié)構(gòu)的過濾元件及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可取出和可更換，即可維修的過濾元件或?yàn)V芯部件的空氣濾清器。盡管可能有其他用途，本發(fā)明所述尤其應(yīng)用于空氣濾清器，用來過濾發(fā)動(dòng)機(jī)的吸入空氣(例如用于車輛，建筑，農(nóng)業(yè)和采礦設(shè)備；以及發(fā)電系統(tǒng))。本發(fā)明特別涉及設(shè)置在可維修的過濾元件或?yàn)V芯上的密封結(jié)構(gòu)，用于此空氣濾清器。本發(fā)明還涉及組裝和使用的方法。
背景技術(shù)：
空氣流中攜帶有污染物質(zhì)。在很多場合下，需要從空氣流中過濾某些或所有污染物質(zhì)。例如，進(jìn)入機(jī)動(dòng)車輛或發(fā)電設(shè)備，建筑設(shè)備或其他設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流，進(jìn)入燃汽輪機(jī)系統(tǒng)的氣流和進(jìn)入各種燃燒爐的空氣流，攜帶有顆粒狀污染物。對這樣的系統(tǒng)來說，優(yōu)選的是將特定的污染物質(zhì)從空氣或氣體中除去(或者使其含量降低)。業(yè)已開發(fā)了多種空氣過濾裝置用于減少污染物。不過，一般，需要持續(xù)的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于空氣過濾的過濾元件或?yàn)V芯。一般，所述過濾元件或?yàn)V芯包括介質(zhì)包，它包括相對的入口端和出口端。所述介質(zhì)包形成一組入口槽紋，在所述介質(zhì)包的入口端開口，使要過濾的空氣從它里面通過，所述入口槽紋優(yōu)選在所述入口槽紋距離所述介質(zhì)包的出口端總長度10％以內(nèi)的位置閉合；和，一組出口槽紋，優(yōu)選在所述入口槽紋距離所述介質(zhì)包的入口端的總長度10％以內(nèi)的距離，對通過其內(nèi)要過濾的空氣閉合，并且在所述介質(zhì)包的出口端開口，使已過濾的空氣從其通過。所述元件或?yàn)V芯還包括靠近所述介質(zhì)包的入口端和出口端的第一端放置的預(yù)型件；和，由密封材料形成的包膠模(overmold)，具有第一部分，密封所述預(yù)型件和所述介質(zhì)包的第一端之間的接合處或接合部位，所述預(yù)型件位于該處；和，第二部分定向以形成空氣濾清器密封，在所述過濾元件(或?yàn)V芯)和空氣濾清器之間，當(dāng)所述過濾元件被安裝應(yīng)用時(shí)。在優(yōu)選的便利結(jié)構(gòu)中所述包膠模的第一和第二部分彼此構(gòu)成整體。
在某些優(yōu)選用途中，所述介質(zhì)包是卷繞的z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)；和所述包膠模包括聚氨酯泡沫。所述介質(zhì)包可以具有多種形狀和結(jié)構(gòu)。所示出的兩種例子是橢圓形形狀，例如具有跑道外周或截面形狀；和圓形外周或截面形狀。多種其他形狀是可能的。
所述預(yù)型件和包膠模的組合，形成了過濾元件的優(yōu)選的密封結(jié)構(gòu)。還提供了制備和使用的方法。另外，總體上披露了使用的結(jié)構(gòu)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一種實(shí)施方案的過濾元件的側(cè)視圖。
圖2是圖1所示過濾元件部件的俯視圖。
圖3是沿圖2中線3-3的剖視圖。
圖4是圖3所示一部分的放大局部圖。
圖5是用于圖1所示過濾元件的部件的放大透視圖。
圖6是圖5中部件沿線6-6的剖視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第二種實(shí)施方案的過濾元件的側(cè)視圖。
圖8是圖7所示元件的俯視圖。
圖9是圖8中結(jié)構(gòu)沿線9-9的剖視圖。
圖10是圖9所示部分的放大局部圖。
圖11是用于形成圖1或圖7所示結(jié)構(gòu)的密封部件的模具結(jié)構(gòu)的局部示意性剖視圖。
圖12是圖11所示模具的示意性剖視圖，示出其內(nèi)未凝固的聚合密封材料池。
圖13是圖12所示模具的示意圖，其內(nèi)放置有某些預(yù)成型的過濾元件部分。
圖14是圖13的示意圖，其內(nèi)放置有介質(zhì)部件。
圖15是圖14的示意圖，所述密封材料起泡并大體凝固。
圖16是根據(jù)圖11-15的方法在模具中的預(yù)型件和介質(zhì)包部件的示意圖。
圖17是用于圖1所示部件中的可選擇的尾端件。
圖18是圖1所示可選擇的部件的剖視圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明可用于結(jié)構(gòu)上的z-過濾介質(zhì)的局部示意性透視圖。
圖20是圖19所示介質(zhì)的一部分的示意性剖視圖。
圖21是各種波紋狀介質(zhì)定義的例子的示意圖。
圖22是根據(jù)本發(fā)明用于制造可用的介質(zhì)的方法的示意圖。
圖23是根據(jù)本發(fā)明用于結(jié)構(gòu)的介質(zhì)槽紋的可選擇端縫的示意性剖視圖。
圖24是與圖19類似的可用于圖1和圖7所示過濾元件的介質(zhì)材料的示意性透視圖，所示流向與之相反。
圖25是根據(jù)本發(fā)明使用帶有過濾器濾芯部件的空氣濾清器系統(tǒng)的示意圖。
圖26示出圖9所示過濾器濾芯的中心內(nèi)芯塞的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
I.總體說明本發(fā)明涉及可用于空氣濾清器組件的過濾元件(有時(shí)稱之為濾芯)。一般，本發(fā)明所涉及的優(yōu)選的過濾元件是這樣的，其中(a)所述元件的介質(zhì)包括第一波紋介質(zhì)片材，連接至第二介質(zhì)片材(通常為扁平介質(zhì)或接近扁平介質(zhì))，以形成單面；和(b)其中，所述單面組合或卷繞或?qū)盈B，以形成介質(zhì)結(jié)構(gòu)，它包括多個(gè)入口槽紋，所述槽紋在過濾介質(zhì)的入口端面開口并在介質(zhì)的出口面或靠近介質(zhì)出口面處閉合(通常在所述入口槽紋總長度的10％以內(nèi))；和，多個(gè)出口流通槽紋，在介質(zhì)的入口面或靠近介質(zhì)入口面處密封閉合(即，通常在入口面的出口槽紋總長度的10％以內(nèi))，并且在介質(zhì)的出口端面開口。所述介質(zhì)結(jié)構(gòu)是眾所周知的，并且披露于，例如，U.S.5,820,646；5,772,883；5,902,364；5,792,247；6,190,432和6,350,291中，上述六份美國專利的完整內(nèi)容被結(jié)合入本文。在這里，所述介質(zhì)有時(shí)候被稱作z-過濾介質(zhì)；并且，由所述介質(zhì)形成的介質(zhì)包被稱作z-過濾介質(zhì)包。所述介質(zhì)包以及本文所披露介質(zhì)包的特征是，在相對的端面間，禁止未經(jīng)過濾的空氣通過所述介質(zhì)包。
根據(jù)本發(fā)明的原理，可以使用這種介質(zhì)的多種變化形式。例如，槽紋的末端密封(槽紋密封)可以通過多種方式提供，包括通過采用密封邊(sealant bead)；針刺(darting)，折疊或其他結(jié)構(gòu)使槽紋的形狀在末端變形和/或封閉和密封所述槽紋末端；以及通過它們的組合。并非所有槽紋都需要以相同的方式密封閉合。密封的具體方法通常可以選擇，并不具體地與本文所提供的一般原理相關(guān)(除非在下面指明)，在使用時(shí)，可以在可維修的過濾元件和外殼或外殼部件之間提供密封。
另一種變量是槽紋的具體形狀?？梢詫CT申請?zhí)朩O 97/40918和PCT公開號WO 03/47722所披露的楔形槽紋和其他槽紋形狀用于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，可以并經(jīng)常被使用的是直(非楔形)槽紋。
與介質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)的另一個(gè)變量是所述介質(zhì)是以″卷繞的″結(jié)構(gòu)還是以″層疊的″結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。本文所披露的原理通?？捎糜凇寰砝@的″結(jié)構(gòu)，其原因由以下說明顯而易見。不過，某些原理可應(yīng)用于層疊的結(jié)構(gòu)。
在本文中，術(shù)語″卷繞的″及其變化形式在用于表示由z-過濾介質(zhì)形成的介質(zhì)包時(shí)，表示通過卷繞單組合片的介質(zhì)或單面而形成的介質(zhì)包，它是由固定在扁平或接近扁平的片材上的一片波紋介質(zhì)制成的(組合為單面)，以便形成所述介質(zhì)包。所述卷繞的介質(zhì)可以制成多種形狀，包括圓形或圓柱形；橢圓形，例如跑道形；正方形；或具有圓角的矩形；并且，它們甚至可以設(shè)計(jì)成圓錐形或類似結(jié)構(gòu)。這些選定的示例披露于U.S.6,350,291和申請日為2003年5月2日的美國臨時(shí)申請?zhí)?0/467,521中，以上文獻(xiàn)的完整內(nèi)容被結(jié)合入本文。
在本文中，術(shù)語″層疊的結(jié)構(gòu)″及其變化形式通常表示不是由卷繞的介質(zhì)的單組合片形成的介質(zhì)包，相反，它表示由多個(gè)介質(zhì)片或單面形成的介質(zhì)包(波紋介質(zhì)固定在扁平或接近扁平的介質(zhì)上)；所述片彼此以層疊或塊的形式固定。層疊的結(jié)構(gòu)披露于，例如U.S.5,820,646的圖3，在此被結(jié)合入本文。
一般，所述的z-過濾介質(zhì)包結(jié)構(gòu)用于可維修的過濾元件(或?yàn)V芯)，即，過濾元件(或?yàn)V芯)相對使用它的空氣濾清器而言是可取出和可更換的。一般，所述z-過濾介質(zhì)包具有密封結(jié)構(gòu)，用于在使用時(shí)與空氣濾清器部件的部分，如外殼接合。在這里，這種密封被稱作″空氣濾清器密封″或″外殼密封″，或它們的變化形式。有多種這樣的空氣濾清器密封是已知的。一種類型，涉及外面的或朝向外面的徑向密封，參見U.S.6,350,291圖5中的附圖標(biāo)記250。
可用于z-介質(zhì)包的其他類型的密封是軸向夾緊密封，例如，在U.S.6,348,085；6,368,374和美國公開號US2002/0185007 A1中有描述，在此被結(jié)合入本文；并且，朝向內(nèi)部的徑向密封，例如，參見申請日為2003年3月25日的美國臨時(shí)申請60/457,255的圖12，該文獻(xiàn)的完整內(nèi)容在此被結(jié)合入本文。
一般，z-介質(zhì)包及其制備在下面的第VII部分有更詳細(xì)的說明。
II.示例元件，圖1-6。
圖1中的附圖標(biāo)記1總體上表示根據(jù)本發(fā)明的可維修的過濾元件(有時(shí)稱之為濾芯)。所示出的過濾元件1，包括z-過濾介質(zhì)包2，具有安裝在其上的空氣濾清器密封結(jié)構(gòu)3。
同樣，在本文中，術(shù)語″空氣濾清器密封結(jié)構(gòu)″及其變化形式通常用于表示以這種方式設(shè)置在可維修的過濾元件1上的密封結(jié)構(gòu)3，當(dāng)過濾元件1安裝到空氣濾清器上使用時(shí)，密封結(jié)構(gòu)3與空氣濾清器的合適部件或部分，通常是空氣濾清器外殼，形成空氣密封。在本文中，術(shù)語″可維修的元件″用于表示相對空氣濾清器的其他部分可取出和可更換的過濾元件1。
所示出的具體的空氣濾清器密封結(jié)構(gòu)3包括外部徑向密封件。在本文中，術(shù)語″外部徑向密封件″表示與空氣濾清器部件形成密封的表面6，在使用時(shí)，是徑向向外的，而不是相對安裝在可維修的過濾元件1的部分上是徑向向內(nèi)的。本文所披露的原理可以采用其他取向和密封類型，不過，具體的密封結(jié)構(gòu)以方便，有優(yōu)勢的例子為特征。
一般，在工作過程中，空氣流過z-過濾介質(zhì)包2是通過進(jìn)入箭頭9和排出箭頭10表示的。z-過濾介質(zhì)包的特征是，通過它的空氣流通常是這樣的，進(jìn)入的流動(dòng)箭頭和排出的流動(dòng)箭頭通常是彼此平行的。就是說，空氣通過元件1所需的僅有的方向轉(zhuǎn)變是流過介質(zhì)包2的較小的方向轉(zhuǎn)變，因?yàn)闅饬鞑奂y通常是彼此平行的，并且與進(jìn)口和出口流動(dòng)的方向平行。應(yīng)當(dāng)指出的是，氣流方向與箭頭9和10所示方向相反是可能的，不過，在使用時(shí)，所示出的這種特定的氣流方向是有利的。當(dāng)以這種方式構(gòu)造和定向使用時(shí)，所述介質(zhì)包2具有入口端或流動(dòng)面15和相對的出口端或流動(dòng)面16。
對于所示出的例子來說，入口流動(dòng)面15和出口流動(dòng)面16各自是大體平面狀的，并且大體上彼此平行。盡管其他結(jié)構(gòu)是可行的，本文所披露的原理特別適用于這一應(yīng)用。
圖2是過濾元件結(jié)構(gòu)1的俯視平面圖。參見圖2，z-過濾介質(zhì)2和密封結(jié)構(gòu)3具有橢圓形外周形狀，在這種場合下，相當(dāng)于兩個(gè)類似的，相對的，彎曲的末端20，21被兩個(gè)相對的，大體上直的側(cè)邊22，23隔開。在這里，這種特定的橢圓形結(jié)構(gòu)通常被稱作″跑道″形狀。跑道形狀的z-過濾介質(zhì)包元件元件披露于現(xiàn)有技術(shù)中，例如，參見U.S.6,350,291的圖10?？梢钥闯觯景l(fā)明的很多原理都可應(yīng)用于具有其他外周形狀，例如圓形的具有介質(zhì)包的元件，正如下文所披露的。橢圓形狀的另一種變化形式是這樣的，其中，相對的側(cè)邊不是直的，而是有些彎曲的，比末端的曲率更小。另一種可能的形狀是具有兩對相對的，大體上直的側(cè)邊的形狀，所述側(cè)邊可能或者可能沒有小曲率，具有四個(gè)大體上彎曲的拐角。這種類型元件的例子披露于美國臨時(shí)申請60/457,255的圖22中，它的完整內(nèi)容被結(jié)合入本文。
在以上段落中確定的各種形狀，表明本發(fā)明的原理可應(yīng)用于多種卷繞形狀，而不是僅僅局限于在附圖中所示出的形狀。
參見圖1，過濾元件1包括可選擇的尾端件或防滑裙邊30(skid skirt)，位于介質(zhì)2的密封結(jié)構(gòu)3的相對端?？蛇x擇的尾端件或防滑裙邊30可用于在使用期間，提供元件1和外殼中結(jié)構(gòu)之間的接合，以利于安裝。所述尾端件的例子在
公開日為2003年11月20日的PCT公開號WO 03/095068的圖4和8中有圖示和描述，PCT公開號WO 03/095068的完整內(nèi)容在此被結(jié)合入本文。在下面的第V部分結(jié)合圖17和18的說明再次討論了可選擇的尾端件30。
參見圖2，密封結(jié)構(gòu)3包括剛性預(yù)型件部件或插入件35；和模制的密封部件36。在本文中，術(shù)語″預(yù)型件部件″及其變化形式表示部件35在形成模制的密封部件36之前形成，以形成密封結(jié)構(gòu)3。實(shí)際上，過濾元件1的典型的生產(chǎn)方法如下介質(zhì)包2是預(yù)成型的；部件35是預(yù)成型的；并且，將這兩部分(2，35)一起放入模具，以形成模制的密封部件36。在這里，模制的密封部件36有時(shí)候被稱作″包膠模(overmold)″，或其變化形式。其中，正如通過以下說明可以理解的，在本文中，術(shù)語″包膠?！灞硎灸Ｖ频拿芊獠考?6是在所述介質(zhì)包2和預(yù)型件35上模制的，而它本身不是預(yù)成型的。
參見圖3。圖3是沿圖2中線3-3的剖視圖。圖3所示的剖視圖是圖1中元件1的較短或較窄的維數(shù)。不過，如果所述截面是沿較長的軸，即圖2中的線Y-Y的話，可以看到類似的結(jié)構(gòu)。
圖3所示介質(zhì)包2是卷繞的介質(zhì)包。一般，介質(zhì)包2包括波紋狀介質(zhì)片材固定在表面片材上，通常是扁平或接近扁平的片材，以形成一片或單面，其以所示形式自身卷繞。因此，介質(zhì)包2包括單片波紋狀片材表面(通常是扁平或非波紋狀)片材，或單面，卷繞并構(gòu)造如圖所示。在圖2中，盡管示意性地示出介質(zhì)包2，標(biāo)明了外面的三卷。參見圖1，最外面卷的外側(cè)尾端用37表示。對于所示出的實(shí)施方案來說，尾端37是密封的，并且通過熱熔密封劑條38固定在位，盡管其他替代方案也是可行的。
仍舊參見圖3，可以看出在介質(zhì)包2中沒有示意性地示出中心板，中心間隙，中心件或中心密封。介質(zhì)包2相對這里是簡單地示意性示出?？梢允褂弥行陌?，例如，在U.S.6,348,084中有描述，在此被結(jié)合入本文?？梢允褂孟嗷ソ徊娴闹行臈l，例如，在申請日為2003年5月2日的美國臨時(shí)申請?zhí)?0/467,521中有描述。還可以使用中心密封，例如，參見申請日為2003年5月2日的美國臨時(shí)申請?zhí)?0/467,521。相對圖3而言，對上述特征以及變化形式不進(jìn)行特殊選擇。不過，通過查看附圖和本文的進(jìn)一步說明顯而易見，要以某種方式密封封閉介質(zhì)包的中心，以阻止未經(jīng)過濾的空氣在兩個(gè)相對的端面15，16之間流動(dòng)；即，未經(jīng)過濾的空氣不能夠從端面向外流動(dòng)。
參見圖3，所示出的預(yù)型件部件35包括三個(gè)部分，通常包括外殼密封支承部分40；介質(zhì)接合周邊或裙邊41；和介質(zhì)面橫梁結(jié)構(gòu)43。
參見圖4。圖4是圖3一部分的局部放大圖。從圖4中可以看出，預(yù)型件35的任何部分都沒有延伸圍繞介質(zhì)包2的外周或側(cè)面2a。對于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)來說，這種形式是優(yōu)選的，盡管替代方案是可行的。對于圖3所示的具體結(jié)構(gòu)來說，介質(zhì)接合部分41包括邊緣45，它與z-過濾介質(zhì)包2的流動(dòng)面16接合，并且對于所示出的例子來說，不會(huì)突出到或者超過流動(dòng)面16的外周邊緣16a，盡管其他方案是可行的。所示出的具體預(yù)型件35包括圖6所示的小隆起45a，它略微伸入介質(zhì)包2。優(yōu)選的是，隆起45a不超過1mm，并且形成尖點(diǎn)，以有助于在形成包膠模36期間容納升起的氨基甲酸乙酯流體，并且理想地延伸穿過流動(dòng)面16。
正如結(jié)合圖3所披露的，注意，所示出的具體的z-過濾介質(zhì)包2包括卷繞的介質(zhì)結(jié)構(gòu)。在圖4中，形成了外面三個(gè)卷繞46a，46b和46c。所示出的靠近表面16的卷繞46a，46b和46c的末端包括在47處折疊或針刺封閉的末端。這種折疊或針刺參見，例如，申請日為2003年5月2日的美國臨時(shí)申請?zhí)?0/467,521，在此被結(jié)合入本文。
仍然參見圖4，模制的密封部件36放置在使部分48覆蓋并密封預(yù)型件部件35結(jié)合介質(zhì)包2的流動(dòng)面16的接合處49。優(yōu)選的是，模制的密封部件36包括部分51，其沿遠(yuǎn)離流動(dòng)面16的方向延伸超過接合處49(朝向圖3所示的相對的流動(dòng)面15)，超過距離至少5mm，優(yōu)選至少8mm，通常延伸距離在大約9mm-18mm的范圍內(nèi)(包含性的)。
一般，模制的密封部件36的部分48和51在該位置提供所述介質(zhì)包2和預(yù)型件部件35之間的密封，并且還提供環(huán)繞并緊貼介質(zhì)包2，靠近流動(dòng)面16，以抑制在該區(qū)域不希望的，污染的氣流的密封。通常，如果所述介質(zhì)包不包括某種類型的覆蓋或涂層，部分48和51會(huì)直接接觸介質(zhì)的單面片材。在其他情況，所述介質(zhì)包上的物質(zhì)位于介質(zhì)和部分48和51之間。在兩種場合下，部分48和51接合介質(zhì)包2。
參見圖1，特別是熱熔密封條38，條38優(yōu)選是連續(xù)的并且止于包膠模36的部位51的下面，在距離圖4中的流動(dòng)面16至少4mm的位置。通常，條38的6-12mm的延長部分位于包膠模36下面。條38止于距離流動(dòng)面16至少4mm處確保了在至少4mm的距離上，包膠模36的密封材料直接密封至靠近端面16的介質(zhì)包2。這有助于避免在包膠模36和介質(zhì)包2之間在該位置發(fā)生泄露。
參見圖4，模制的密封部件或包膠模36還包括空氣濾清器密封部分54。空氣濾清器密封部分54包括徑向外表面56，以優(yōu)選方式設(shè)計(jì)，用于與空氣濾清器部件密封。所示出的具體的表面56是階梯表面部分56a，它的形狀與在美國專利6,350,291的圖7中用附圖標(biāo)記250示出的密封表面部分的形狀類似，該文獻(xiàn)的完整內(nèi)容在此被結(jié)合入本文。
參見圖3，可以看出預(yù)型件部件35的部分40如此放置，以支撐外殼密封件56和模制的密封組合物或包膠模36的階梯部分56a。因此，預(yù)型件部件35在某種程度上起著對密封強(qiáng)度的剛性支持的作用，當(dāng)安裝到空氣濾清器時(shí)空氣濾清器密封部分54在厚度上是被壓縮的(在壓力最大的部分厚度優(yōu)選至少10％)，壓縮是表面56壓向部分40。優(yōu)選的是，在密封件56的最厚部分56b，壓縮距離在1.5-2.8mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選大約1.9-2.5mm。從圖3中可以看出，放置部分40以作為所述密封件的支承，因?yàn)樗鼜牧鲃?dòng)面15，16中的一個(gè)向外(徑向)突出。
表面40的凹槽從介質(zhì)包2的外周2a穿過表面16，前提是過濾元件1可以安裝在原先設(shè)計(jì)的空氣濾清器內(nèi)，例如，以接收元件比如元件450，美國專利6,350,291的圖15所示，在此被結(jié)合入本文。當(dāng)然，其他結(jié)構(gòu)是可行的。當(dāng)然，表面40優(yōu)選定位，以使被支承的外殼密封件56在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中從所述介質(zhì)包的外周突出或向外突出。
介質(zhì)接合部分41被設(shè)計(jì)成在部分40和邊緣57之間徑向向外延伸。介質(zhì)接合部分41被設(shè)計(jì)成從部位40的徑向向外的裙邊。該向外的延伸表示位于圖3中部位60的z-過濾介質(zhì)包2中的出口槽紋的末端在過濾作業(yè)期間不對從其通過的空氣封閉。如果部位41不是作為向外展開的，對角的裙邊安裝，而是部分40延伸到點(diǎn)61，部位60上的槽紋就會(huì)被延伸部分41封閉，阻止空氣從其通過。這會(huì)導(dǎo)致增大的限制，以及所述介質(zhì)較低的利用率。優(yōu)選圖6中的角度X在20°-70°范圍內(nèi)，以容納需要的裙邊。角度X是裙邊41的內(nèi)表面和介質(zhì)表面16之間的角度。
參見圖4，可以看出，對于具體的結(jié)構(gòu)來說，所示出的裙邊41的大小和安裝在表面16留下了部分64(相當(dāng)于介質(zhì)包2的外槽紋卷46a上的出口槽紋的其他的開口末端)，暴露以接收一部分模制的密封部件36在其內(nèi)，用66表示。這種結(jié)構(gòu)是有利的。具體地講，這使得在模制期間一些包膠模36升入介質(zhì)包2，參見下文。
可以看出，對于圖4所示的優(yōu)選元件1來說，模制的密封部件36的任何部分都沒有沿部分40的內(nèi)表面40a安裝。另外，優(yōu)選的是模制的密封部件36的任何部分都沒有沿部位41的內(nèi)表面41安裝，除了緊靠邊緣45的某些可能的滲出或覆蓋之外。后者防止了不希望的覆蓋水平穿過表面16，并提供方便的制造?？梢栽O(shè)計(jì)部分40，并形成包膠模36，以允許在部位40a密封，不過這不是優(yōu)選。
仍然參見圖4，介質(zhì)面橫梁結(jié)構(gòu)43延伸穿過介質(zhì)面16，與預(yù)型件部件35的部位41接合。在使用期間，介質(zhì)面橫梁結(jié)構(gòu)43阻止介質(zhì)包2朝圖1中箭頭10所示方向壓縮。
可以使用多種橫梁結(jié)構(gòu)。在圖2中，所示出的具體的橫梁結(jié)構(gòu)43包括在相對側(cè)邊22，23之間平行延伸部分43a的格柵；由對角框架43b相互連接。
在圖5中，提供了表示預(yù)型件部件35的透視圖?？梢钥闯?，預(yù)型件部件35可以做成單個(gè)整體裝置，例如，通過注模或其他模制工藝。它優(yōu)選用聚合物制成，如(例如33％)玻璃填充的尼龍材料。
再次參見圖4，包膠?；蚰Ｖ频拿芊獠考?6包括部分70，覆蓋預(yù)型件部件35的部分末端71。正如下文所披露的，它是來自優(yōu)選模制作業(yè)的人造物品。
參見圖4，可以看出，當(dāng)橫梁43接合裙邊41時(shí)，裙邊41相對表面16的角度可能被略微中斷。不過，一般，在其他位置，裙邊41具有上文所述的優(yōu)選的角度X。
可以理解的是，本文所披露的技術(shù)可用于多種元件結(jié)構(gòu)和尺寸。以下尺寸只是作為例子提供，以助于理解本技術(shù)的廣泛應(yīng)用。包膠模36，在其最厚部位，厚度可能為大約10-12mm，例如，大約11.5mm。跑道形狀的介質(zhì)包的最長截面尺寸可以為大約300-320mm，例如大約308mm。跑道形狀元件的最短截面尺寸可以為大約115-125mm，例如大約121mm。直邊的長度可以為大約175-195mm，例如大約188mm。
在討論上述結(jié)構(gòu)的形成，并描述與所述結(jié)構(gòu)相關(guān)的某些優(yōu)點(diǎn)之前，所述原理在其他結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用將結(jié)合圖7-10進(jìn)行討論。
III.圖7-10的結(jié)構(gòu)首先參見圖7。圖7是可維修的過濾元件(或?yàn)V芯)101的側(cè)視圖。過濾元件101包括z-過濾介質(zhì)包102和密封結(jié)構(gòu)103。元件101還包括可選擇的尾端件104，它位于介質(zhì)包102的端部102b，與密封結(jié)構(gòu)103所在的端部102a相對。
介質(zhì)包102包括卷繞的單面，具有第一和第二相對的，流動(dòng)面105，105a。當(dāng)然，它具有沒有示出的外側(cè)尾端，它會(huì)由，例如，與上述條38類似的密封劑條固定。
一般，并且參見圖7，密封結(jié)構(gòu)103的表面106被設(shè)計(jì)成提供密封，作為在使用時(shí)與外殼或空氣濾清器部件形成的向外的徑向密封(當(dāng)然，其他方案也是可行的)。表面106的截面可以設(shè)計(jì)成與圖4的表面56類似。
參見圖8，其中，用俯視平面圖的形式示出了元件101。從圖7中可以看出，元件101是通過密封結(jié)構(gòu)103和介質(zhì)包102的外周形成的大體上圓形的外周108。在圖8中，可以看到格柵結(jié)構(gòu)109，它延伸穿過流動(dòng)面105；在這里，表面105優(yōu)選是出口流動(dòng)面。
參見圖9，示出通過元件101的剖視圖。從圖9中可以看出，密封結(jié)構(gòu)103包括預(yù)型件部件110和包膠?；蚰Ｖ频拿芊獠考?11。預(yù)型件部件110和模制的密封部件111可大體上與圖1-5所示實(shí)施方案的預(yù)型件部件35和模制的密封部件36類似，所不同的是被制成圓形。
具體地講，元件101包括內(nèi)芯113，介質(zhì)包102圍繞其卷繞。內(nèi)芯113能夠以卡接形式與預(yù)型件部件110的部分114接合。可以使用多種接合結(jié)構(gòu)，例如，包括美國專利6,517,598的圖5中所示出的結(jié)構(gòu)，在此被結(jié)合入本文。內(nèi)芯113以示意形式示出。它里面通常帶有柱塞。柱塞可以與內(nèi)芯113的其余部分一體化或者附加在它上面。內(nèi)芯113上的柱塞或其他封閉物總體上起著阻止未經(jīng)過濾的氣體在表面105a，105之間流動(dòng)的作用。
在圖10中，示出了圖9的一部分的放大局部圖。預(yù)型件部件110包括外殼密封件支撐裝置116；和介質(zhì)包結(jié)合部分117，被設(shè)計(jì)成徑向向外裙邊118；以及介質(zhì)面橫梁結(jié)構(gòu)109(圖8)。(在部位114，示出的內(nèi)部向外裙邊118被填充，因?yàn)榻孛媸茄貓D8中的橫梁格柵結(jié)構(gòu)109切割)。對于元件101，這些部件通常提供了與圖1所示元件1的類似部件相同的基礎(chǔ)操作。
IV.按照圖1-10組裝元件的方法一般，對應(yīng)于圖1中元件1和圖6中元件101的元件的形成，其方法涉及以下步驟1.預(yù)成型所述介質(zhì)包部件(2，102)。
2.預(yù)成型所述密封結(jié)構(gòu)的預(yù)型件部件(35，110)。
3.在模具中將所述預(yù)型件部件(35，110)和介質(zhì)包部件(2，102)彼此適當(dāng)定位。
4.上模制密封材料，以形成該結(jié)構(gòu)的合適的模制密封部件。
5.脫模。
6.選擇性地將防滑裙邊(30，104)放置在所述元件與密封件相對的一端。
在本文中，″上模制″及其變化形式表示在適當(dāng)?shù)奈恢媚Ｖ颇Ｖ泼芊獠考?6，111(a)使模制的密封部件36的一部分覆蓋在密封結(jié)構(gòu)的預(yù)型件部件(35，110)和所述介質(zhì)包(2，102)之間的接合處的外面；和，(b)對相同的密封部件36，111的一部分(即優(yōu)選與所述包膠模一體化的部分)定位，以形成空氣濾清器密封。對于形成模制密封部件，典型的和優(yōu)選的方法會(huì)使用聚氨酯泡沫，如下文所描述。在這里，通過上述方法形成模制密封部件36，有時(shí)稱之為包膠模。所述包膠模密封的部分優(yōu)選彼此成一體化；包膠模36，111優(yōu)選從單個(gè)聚合物池模制而成。
一般和優(yōu)選的是，位于密封表面部位的模制密封部件的厚度是這樣設(shè)計(jì)的，以便壓縮模制密封部件在該部位最厚部分的厚度，壓縮至少10％，通常至少15％，當(dāng)元件(1，101)安裝至使用的空氣濾清器內(nèi)時(shí)。這可以通過所示出的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，使用以下材料。
下面將結(jié)合圖11-16說明通常的方法。
首先參見圖11。在圖11中，附圖標(biāo)記180表示可用于形成本發(fā)明包膠模密封結(jié)構(gòu)的模具結(jié)構(gòu)。模具結(jié)構(gòu)180以局部剖視圖的形式示出。所示出的部分可以提供對如何形成所述包膠模密封結(jié)構(gòu)的理解。模具的其余部分可被設(shè)計(jì)成圓形或長圓形等，根據(jù)具體的用途。
參見圖11，所示出的具體的模具結(jié)構(gòu)180是多部分模具181。就是說，模具180包括結(jié)合在一起的一個(gè)以上部分，以形成在其中完成所述上模制過程的模具。所示出的具體的多部分模具180包括三個(gè)部分183，184和185，它們結(jié)合在一起，以形成所述模具?？?89，當(dāng)三個(gè)部分183，184，185適當(dāng)對齊時(shí)延伸通過它們，圖11，可用于接收銷或類似部件，以將所述模具固定在一起。
一般，部分183形成基礎(chǔ)模具結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部容器部分192，將未凝固的樹脂放入其中，用于模制過程；內(nèi)壁193，使用中將預(yù)型件部件與之緊靠；支架194，在模制過程中可將所述預(yù)型件部件的邊緣擱置其上；中央壁195和支架196支承其他所述的模具部分；和外壁197，它提供了對組件180的外部支撐結(jié)構(gòu)。
第二部分184包括模具插入件，它具有延伸部分200，它的表面201在使用中形成了密封結(jié)構(gòu)的模制部分的外表面的一部分。在這里，表面201包括部分202，與中央壁195組合提供了模具底切203，模制最終密封部分的密封表面的特定部分，如下面結(jié)合圖15所披露。部分184還包括上部延伸部分205，它擱置在肩部196。
最后，部分185包括內(nèi)壁215和上凸緣218。凸緣218伸過中央部分184的部分205。內(nèi)壁215包括表面216，它在模制過程中形成了密封部件的特定部分，正如結(jié)合圖15所披露的。在優(yōu)選的模制作業(yè)中，部分217封蓋所述模具，并且接合介質(zhì)。
參見圖12，所示出的組件180具有可凝固的材料225，放置在容器192中達(dá)到注滿線226。材料225通常包括樹脂，它在凝固過程中，會(huì)發(fā)泡并且作為凝固物上升，以形成可模制的密封部件。通常，在模制期間，使用體積能夠膨脹至少80％的材料225，優(yōu)選體積能夠增加100％的材料。
在圖13中，模具組件180中具有樹脂225，示出其內(nèi)具有預(yù)型件部件230。預(yù)型件部件230可對應(yīng)于，例如，圖1的預(yù)型件部件35。它也可對應(yīng)于圖7的預(yù)型件部件110。不過，如果使用圖7中的結(jié)構(gòu)，在某些場合下它已經(jīng)連接至所述介質(zhì)包。
現(xiàn)參見圖14，其中所示出的模具結(jié)構(gòu)180具有適當(dāng)定位的預(yù)型件部件230和介質(zhì)包231?？梢钥闯?，介質(zhì)包231的外表面232的大小適合接合模具部分185的部分217。
現(xiàn)參見圖15。在圖15中，用235表示的材料是起泡的，上升的，大體凝固的樹脂；即，所述包膠模(相當(dāng)于圖1中的包膠模36，或圖7中的包膠模103)。術(shù)語″大體上凝固″表示樹脂充分凝固至達(dá)到一形狀，其在進(jìn)一步凝固時(shí)通常會(huì)被保持。從圖15，下面有關(guān)模制作業(yè)的一些重要特征可以被理解1.在部位240，形成了模制密封部件235的最向外突出部分(編號與上文相同)。然后，部分240將形成向外的徑向密封部件的最外面部分，即，在用作空氣濾清器密封時(shí)壓縮最大的部分；2.表面241是模具底切的一部分，被用作形成部位240的一部分。
3.在部位245，圍繞介質(zhì)包231的外表面232上升的材料235被模具部件185封蓋或阻止，尤其是被模具部件185的部位216。
在部位247上，包膠模235的一些樹脂已升入介質(zhì)包，在介質(zhì)包231的最外層248和其下層之間。這種上升傾向于封閉在該部位任何其他開口的槽紋。一般，這會(huì)使得所述介質(zhì)包的最外層(例如，圖4中的層46a)，在它被用于過濾材料時(shí)，空氣在可以從所述介質(zhì)包排出前，必須進(jìn)入下一個(gè)內(nèi)層。這意味著或者能夠確保即使最外面的一卷介質(zhì)包在操作和安裝期間遭損壞，也不會(huì)導(dǎo)致泄露。因此，在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，在所述介質(zhì)包中提供了兩端封閉的第三組槽紋。這第三組槽紋優(yōu)選僅出現(xiàn)在最外一卷上。所述槽紋否則是出口槽紋，并且有時(shí)候會(huì)使用這樣的術(shù)語表示。
對于圖11-16所示方法來說，所述介質(zhì)包在所述入口槽紋具有封閉末端，靠近出口流動(dòng)面針刺閉合，以提供可見的邊緣。其他方案當(dāng)然是可行的，包括根本不用針刺。所示出的包膠模材料升入出口槽紋的開口端，位于介質(zhì)的出口面，用247表示的部位。
沿部位249，250，樹脂材料236完全填充預(yù)型件230的外表面，使其固定在位。在部位255，材料235放置在預(yù)型件230的末端256的一部分上。
在圖15所示出的具體結(jié)構(gòu)中，包膠模235是單個(gè)整體部件，從樹脂225模制而成，圖14。
脫模可以通過在用力過程中迫使所述部件離開模具180實(shí)現(xiàn)。能夠產(chǎn)生所述強(qiáng)力的設(shè)備可以結(jié)合預(yù)型件230上的橫梁。一般，包膠模235會(huì)充分壓縮，以被推壓通過所述模具的底切。通?？梢灶A(yù)期的是，以本文所披露的材料和結(jié)構(gòu)，用110磅或更小的力，通常大約100磅的力可以實(shí)現(xiàn)脫模(脫模的力通常直接施加在所述預(yù)型件35，110的格柵上)。
位于所述元件相對端的可選的預(yù)成型防滑裙邊可以在模制之前或之后應(yīng)用。一般，如果在所述介質(zhì)中使用中央塞，它是在所述模制過程之前預(yù)成型。不過，在某些場合下，中央塞可以與所述包膠模同時(shí)模制。后者需要確保提供所述模具的一部分或某些其他結(jié)構(gòu)，以適當(dāng)?shù)胤峙渚郯滨ィ瑢?shí)現(xiàn)上述目的。
可以看出在某些場合下，預(yù)型件230可以通過卡接結(jié)構(gòu)連接至介質(zhì)包231。
在圖16中，所示出的模具180具有放置在其內(nèi)的介質(zhì)包231和預(yù)型件230。在這里，所示出的介質(zhì)包231沒有安裝可選的防滑裙邊。
V.可選的防滑裙邊在上面結(jié)合圖1的討論中，指出防滑裙邊30是可選部件。在圖17和18中示出了該部件。
首先參見圖17，俯視平面圖，示出了防滑裙邊30。在圖18中，示出了防滑裙邊30的剖視圖。參見圖18，可以看到所述介質(zhì)包的接收部位30a，連同外表面30b一起被設(shè)計(jì)成在安裝期間根據(jù)需要結(jié)合外殼內(nèi)的部件。根據(jù)圖17和18所示的原理，可以理解類似的，但是圓形的部件，如果需要的話，可用于圓形結(jié)構(gòu)。防滑裙邊30通常由玻璃填充(例如填充了33％的玻璃)尼龍形成，用黏合劑固定在位。
VI.可凝固的密封樹脂對上述結(jié)構(gòu)來說，優(yōu)選的是選擇聚氨酯配方，以提供高泡沫的，極柔軟的，模制的末端封蓋。一般，主要問題是利用能提供末端封蓋的配方，所述封蓋是這樣的，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)固密封，其允許手工組裝和拆卸。這大體上意味著，所述密封范圍具有較低密度的材料，并展示出適當(dāng)和理想的壓縮負(fù)荷變形和壓縮形變。
盡管其他方案是可行的，所選擇的配方優(yōu)選是這樣的，提供末端封蓋的模制密度不超過28磅/立方英尺(0.45g/cu.cm.)，更優(yōu)選不超過22磅/立方英尺(0.35g/cu.cm.)，通常不超過18磅/立方英尺(0.29g/cu.cm.)，并優(yōu)選在12-17磅/立方英尺的范圍內(nèi)(0.19-0.27g/cu.cm.)。
在本文中，術(shù)語″模制密度″表示重量除以體積的標(biāo)準(zhǔn)定義?？梢岳门潘吭囼?yàn)或類似試驗(yàn)確定模制泡沫樣品的體積。在進(jìn)行體積測試時(shí)，沒有必要讓水吸收到多孔材料的孔中，并以孔代表排出空氣。因此，用于確定樣品體積的水量排出測試是直接的排出，不需要長時(shí)間等待排出所述材料孔中的空氣。換句話說，只有樣品外周的體積需要被用于模制密度計(jì)算。
一般，壓縮負(fù)荷變形是物理特性，它表示堅(jiān)固度，即對壓縮的抵抗力。一般，它是以使給定樣品的厚度壓縮25％所需要的壓力的量衡量的。壓縮負(fù)荷變形試驗(yàn)可以按照ASTM3574進(jìn)行，在此被結(jié)合入本文。一般，壓縮負(fù)荷變形可以結(jié)合老化的樣品進(jìn)行評估。常見的技術(shù)是對樣品進(jìn)行壓縮負(fù)荷變形測量，所述樣品已在75(24℃)下完全凝固了72小時(shí)或者在190(88℃)下強(qiáng)制凝固了5小時(shí)。
優(yōu)選的材料是這樣的，在模制時(shí)，在158(70℃)的溫度下加熱老化七天之后在樣品上測定的壓縮負(fù)荷變形，按照ASTM3574的標(biāo)準(zhǔn)，平均為14psi(0.96bar)或以下，通常在6-14psi(0.41-0.96bar)的范圍內(nèi)，優(yōu)選在7-10psi(0.48-0.69bar)的范圍內(nèi)。
壓縮形變是在解除壓力之后，材料樣品(它在特定條件下經(jīng)受了特定類型的壓縮)恢復(fù)到先前厚度或高度的程度的評估。用于評估氨基甲酸乙酯材料的壓縮形變的條件同樣在ASTM3574中提供。
通常理想的材料是這樣的，在凝固時(shí)，提供的材料的壓縮形變不超過大約18％，通常大約8-13％，當(dāng)測定樣品被壓縮到其高度的50％并且在180(82℃)下保持那樣的壓縮22小時(shí)。
一般，壓縮負(fù)荷變形和壓縮形變特性可以用形成末端封蓋的相同樹脂制備的樣品塞測定，或用從末端封蓋上切割下來的樣品進(jìn)行測定。通常，工業(yè)加工方法涉及定期制備由樹脂材料制成的測試樣品柱塞，而不是直接測試從模制的末端封蓋切割下來的部分。
可用于提供具有在所述模制密度內(nèi)，如上所述壓縮形變和壓縮負(fù)荷變形定義的物理特性的材料的氨基甲酸乙酯樹脂系統(tǒng)，可以方便地從多個(gè)聚氨基甲酸乙酯樹脂配方設(shè)計(jì)者處獲得，包括這樣的供應(yīng)商如BASF公司，Wyandotte MI，48192。
一般，用任何給定的工業(yè)方法選擇相對所述材料合適的物理特征，關(guān)鍵問題是所需特征和最終產(chǎn)品的管理，涉及元件安裝和拆卸，以及在多種條件下保持密封。上述提供的物理特征是有用的，不過，并非具體局限于產(chǎn)品，所述產(chǎn)品可以被認(rèn)為是可行的。另外，各種元件制造商，根據(jù)場合，可能需要進(jìn)一步地說明，例如，低溫壓縮變形，通常是在冷卻到-40(-40℃)的樣品上測定，所述規(guī)定是在ASTM測試中導(dǎo)致壓縮所需要的壓力，例如，該壓力最大為100psi(6.9bar)。
一種示例可用材料包括以下聚氨酯，被加工成這樣的最終產(chǎn)品，具有″模制的″密度為14-22磅/立方英尺(0.22g/cu.cm.-0.35g/cu.cm)。聚氨酯包括用I36070R樹脂和I305OU異氰酸酯制成的材料，該材料是由BASF公司，Wyandotte，Michigan48192，專門出售給受讓人Donaldson公司的。
所述材料通常是混合的，混合比例為100份I36070R樹脂對45.5份I3050U異氰酸酯(重量比)。所述樹脂的比重為1.04(8.7磅/加侖)，對異氰酸酯為1.20(10磅/加侖)。所述材料通常與高動(dòng)態(tài)剪切混合器混合。成分的溫度為70-95，模具溫度為115-135。
樹脂材料I36070R具有以下特征(a)平均分子量1)基礎(chǔ)聚醚多元醇＝500-15,0002)二醇＝0-10,0003)三醇＝500-15,000(b)平均官能度1)總系統(tǒng)＝1.5-3.2(c)羥基數(shù)量1)總系統(tǒng)＝100-300
(d)催化劑1)胺＝空氣產(chǎn)品0.1-3.0PPH(e)表面活性劑1)總系統(tǒng)＝0.1-2.0PPH(f)水1)總系統(tǒng)＝0.2-0.5％(g)色素/染料1)總系統(tǒng)＝1-5％碳黑(h)發(fā)泡劑1)水。
I3050U異氰酸酯的特征如下(a)NCO含量-22.4-23.4wt％(b)黏度，cps在25℃＝600-800(c)密度＝1.21g/cm3，在25℃(d)最初沸騰點(diǎn)-190℃在5mmHg(e)蒸汽壓＝0.0002Hg在25℃(f)外觀-無色液體(g)閃點(diǎn)(Densky-Martins closed cup閉杯)＝200℃。
在更常見的情況下，在外殼密封內(nèi)形成的樹脂部分一般優(yōu)選應(yīng)當(dāng)是固化到密度至少為10磅/立方英尺(0.16克/cc)的材料，盡管低至5磅/立方英尺(0.08克/cc)的材料對于某些輕型應(yīng)用來說是可以接受的。同樣優(yōu)選的是，所述材料是固化到密度不超過大約22磅/立方英尺(0.35克/cc)的材料，如上文所述，并且優(yōu)選低于該值。
VII.Z-過濾介質(zhì)綜述上文大體討論了可用于上述結(jié)構(gòu)的介質(zhì)包，例如，介質(zhì)包2，102，包括z-過濾介質(zhì)包。表明多種其他槽紋形狀和密封類型可用于所述介質(zhì)包。
A.Z-過濾介質(zhì)的一般結(jié)構(gòu)槽紋過濾介質(zhì)可用于以多種方式提供流體過濾器結(jié)構(gòu)。一種眾所周知的方法是作為z-過濾器結(jié)構(gòu)。在本文中，術(shù)語″z-過濾器結(jié)構(gòu)″用于表示這樣的過濾器結(jié)構(gòu)，其中，單獨(dú)的波紋狀，折疊的或其他形式的過濾槽紋被用于形成成組的縱向，通常是平行的入口和出口過濾槽紋，以便流體流過所述介質(zhì)；所述流體沿槽紋的長度在所述介質(zhì)的相對入口和出口流動(dòng)端(或流動(dòng)面)之間流動(dòng)。z-過濾介質(zhì)的一些例子可以參見美國專利5,820,646；5,772,883；5,902,364；5,792,247；5,895,574；6,210,469；6,190,432；6,350,296；6,179,890；6,235,195；外觀設(shè)計(jì)399,944；外觀設(shè)計(jì)428,128；外觀設(shè)計(jì)396,098；外觀設(shè)計(jì)398,046；和外觀設(shè)計(jì)437,401；上面提到的十五份參考文獻(xiàn)中的每一份在此均被結(jié)合入本文。
一種類型的z-過濾介質(zhì)，利用兩個(gè)特定的介質(zhì)部件結(jié)合在一起，以形成介質(zhì)結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)部件是(1)槽紋(通常是波紋狀)介質(zhì)片材；和，(2)表面介質(zhì)片材。表面介質(zhì)片材通常是非波紋狀的，不過它可以是波紋狀的，例如，垂直于槽紋方向，如申請日為2004年2月11日的美國臨時(shí)申請60/543,804中所描述，在此被結(jié)合入本文。
所述槽紋狀(通常為波紋狀)介質(zhì)片材和表面介質(zhì)片材一起被用于形成具有平行入口和出口槽紋的介質(zhì)。在某些場合下，槽紋片材和表面片材被固定在一起，然后卷繞，以形成z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)被描述于，例如，U.S.6,235,195和6,179,890中，它們各自在此被結(jié)合入本文。在某些其他結(jié)構(gòu)中，固定至表面介質(zhì)的槽紋介質(zhì)的一些非卷繞部分是彼此層疊的，以形成過濾器結(jié)構(gòu)。這樣一種例子可以參見專利5,820,646號的圖11，在此被結(jié)合入本文。
對于本文所披露的具體應(yīng)用來說，優(yōu)選卷繞結(jié)構(gòu)。通常，槽紋片材/表面片材組合自身卷繞，以形成卷繞的介質(zhì)包，表面片材向外。用于卷繞的一些技術(shù)可以參見申請日為2003年5月2日的美國臨時(shí)申請60/467,521，和申請日為2004年3月17日的PCT申請US04/07927，它們各自的內(nèi)容在此被結(jié)合入本文。所得到的卷繞結(jié)構(gòu)通常具有所述表面片材的一部分，作為所述介質(zhì)包的外表面。
本文所使用的術(shù)語″波紋狀″表示介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，用于表示讓介質(zhì)在兩個(gè)波紋輥之間通過，即，進(jìn)入兩個(gè)輥之間的輥隙或咬合部分所得到的槽紋結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)輥各自具有適合在最終介質(zhì)造成波紋效應(yīng)的表面特征。術(shù)語″波紋″不表示不涉及讓介質(zhì)從波紋輥之間的咬合部分通過的技術(shù)形成的槽紋。不過，術(shù)語″波紋狀″適用在形成波紋之后即使介質(zhì)被進(jìn)一步改進(jìn)或變形，例如，通過披露于
公開日為2004年1月22日的PCT WO 04/007054的折疊技術(shù)，在此被結(jié)合入本文。
波紋狀介質(zhì)是特定形式的槽紋介質(zhì)。槽紋介質(zhì)是具有單獨(dú)槽紋(例如，通過壓制波紋或折疊的技術(shù)形成)延伸穿過其間的介質(zhì)。
采用z-過濾介質(zhì)的可維修的過濾元件或?yàn)V芯結(jié)構(gòu)有時(shí)候被稱作″直通流動(dòng)結(jié)構(gòu)″或它的變化形式。一般，在本文中表示，可維修的過濾元件通常具有入口流動(dòng)端(或面)和相對的出口流動(dòng)端(或面)，流體進(jìn)入和排出過濾器濾芯大體上是相同的直通方向。所述介質(zhì)包禁止未經(jīng)過濾的空氣通過其間。在本文中，術(shù)語″可維修的″用于表示包含介質(zhì)的過濾器濾芯定期從相應(yīng)的流體清潔器取出并且更換。在某些場合下，每個(gè)入口流動(dòng)端和出口流動(dòng)端總體是扁平或平面狀的，兩者彼此平行。不過，它們的變化形式，例如非平面的表面是可行的。
例如，直通流動(dòng)結(jié)構(gòu)(特別對于卷繞的介質(zhì)包)，與可維修的過濾器濾芯，諸如在美國專利No.6,039,778中所披露的圓柱狀折疊過濾器濾芯類型相反，該專利在此被結(jié)合入本文，其中流體在其通過可維修的濾芯時(shí)一般轉(zhuǎn)彎。就是說，在6,039,778的過濾器中，流體通過圓柱狀側(cè)面進(jìn)入圓柱狀過濾器濾芯，然后轉(zhuǎn)向出口通過端面(在順流系統(tǒng))。在典型的逆流系統(tǒng)中，流體通過端面進(jìn)入可維修的圓柱狀濾芯，然后轉(zhuǎn)向出口通過圓柱狀過濾器濾芯的側(cè)面。這種逆流系統(tǒng)的例子可以參見美國專利號5,613,992，在此被結(jié)合入本文。
在本文中，術(shù)語″z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)″及其變化形式表示任何或者所有以下結(jié)構(gòu)波紋狀或其他槽紋介質(zhì)網(wǎng)固定至表面介質(zhì)，具有適當(dāng)密封，以允許形成入口和出口槽紋；或者，所述介質(zhì)卷繞或以其他方式構(gòu)造或者形成三維入口和出口槽紋網(wǎng)絡(luò)；和/或，包括所述介質(zhì)的過濾器結(jié)構(gòu)。
在圖19中，示出了可用于z-過濾介質(zhì)的介質(zhì)401的例子。介質(zhì)401由波紋狀(槽紋)片材403和表面片材404形成。
一般，圖19所示出的波紋狀片材403的類型一般特征是具有規(guī)則的，彎曲的槽紋波型或波紋407。在本文中，術(shù)語″波型″用于表示交替的波谷407b和波峰407a的槽紋或波紋型。在本文中，術(shù)語″規(guī)則的″表示波谷和波峰對(407b，407a)是以大體上相同的重復(fù)波紋(或槽紋)形狀和大小交替的。(另外，通常在規(guī)則的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)波谷407b大體上是每個(gè)波峰407a的倒置)。因此，術(shù)語″規(guī)則的″用于表示波紋(或槽紋)圖案包括波谷和波峰，每對(包括相鄰的波谷和波峰)重復(fù)，在沿槽紋長度至少70％的部分上波紋的大小和形狀沒有明顯的改變。在本文中，術(shù)語″大體上″表示由于用于產(chǎn)生波紋或槽紋片材的工藝或形式的變化而產(chǎn)生的改變，而不是由于介質(zhì)片材403的柔性產(chǎn)生的微小變化。相對重復(fù)圖案的特征，它不意味著在任何給定過濾器結(jié)構(gòu)上，需要存在同等數(shù)量的波峰和波谷。介質(zhì)401可止于，例如，包括波峰和波谷的一對之間，或者部分沿包括波峰和波谷的對。(例如，在圖19中，所示出的局部介質(zhì)401有八個(gè)完整的波峰407a和七個(gè)完整的波谷407b)。另外，相對的槽紋末端(波谷和波峰末端)可能彼此不同。在末端的這種不同在上述定義中是被忽視的，除非另有說明。就是說，槽紋末端的不同被傾向包含在上述定義中。
在本文中，波紋的″彎曲的″波型特征，術(shù)語″彎曲的″用于表示波紋圖案，不是由提供給介質(zhì)的折疊或折紋形狀產(chǎn)生，而是由每個(gè)波峰的頂點(diǎn)407a和每個(gè)波谷的底部407b沿輻射狀的彎曲形成。盡管其他方案是可行的，所述z-過濾介質(zhì)的通常半徑為至少0.25mm，通常不超過3mm。(不彎曲的介質(zhì)，由上述定義，也可以使用)。
在圖19中示出的波紋狀片材403具體的規(guī)則的，彎曲的波型的其他特征是，大致在每個(gè)波谷和每個(gè)相鄰的波峰之間的中點(diǎn)430，沿槽紋407長度的大部分，具有過渡部位，在這里曲率反相。例如，從圖19中的背側(cè)或面403a看，波谷407b是凹入部位，而波峰407a是凸起部位。當(dāng)然，當(dāng)朝前側(cè)或面403b看時(shí)，側(cè)面403a的波谷407b形成波峰；而表面403a的波峰407a形成波谷。(在某些場合下，部位430可以是直的片段，而不是點(diǎn)，曲率在所述直片段430的末端反相)。
在圖19中所示出的具體的規(guī)則的，彎曲的波型的波紋狀片材403的特征是，單個(gè)波紋大體上是直的。在本文中，″直的″表示在邊緣404和409之間的長度的至少70％(通常至少80％)，波峰407a和波谷407b的截面沒有顯著改變。術(shù)語″直的″表示圖19所示的波紋形狀，在某種程度上有別于波紋狀介質(zhì)的楔形槽紋，在WO 97/40918的圖1和
公開日為2003年6月12日，PCT公開號WO03/47722中有描述，在此被結(jié)合入本文。WO97/40918的圖1的楔形槽紋，例如，可以是彎曲的波形，但不是″規(guī)則的″圖案，或直槽紋圖案，如本文所使用的術(shù)語。
參見上文所提到的圖19，介質(zhì)401具有第一和第二相對的邊緣408和409。當(dāng)介質(zhì)401卷繞并形成介質(zhì)包，一般，邊緣409將形成所述介質(zhì)包的入口端，而邊緣408形成出口端，盡管相反的取向也是可行的。
靠近邊緣408，片材403，404彼此密封，例如，通過密封劑，在這里是以密封邊410的形式將波紋狀(槽紋)片材403和表面片材404密封在一起。密封邊410有時(shí)候被稱作″單面″密封邊，當(dāng)它被作為密封邊在波紋狀片材403和表面片材404之間，以形成單面和介質(zhì)片401。密封邊410密封靠近邊緣408的單獨(dú)槽紋411，禁止空氣從其通過。
在靠近邊緣409的地方提供了密封劑，在這里是以密封邊414的形式。密封邊414靠近邊緣409，一般禁止槽紋415通過未經(jīng)過濾的流體。密封邊414通常應(yīng)用于介質(zhì)401圍繞自身卷繞的情況，使波紋狀片材403朝向內(nèi)側(cè)。因此，密封邊414會(huì)在表面片材404的背側(cè)417和波紋狀片材403的側(cè)面418之間形成密封。當(dāng)它作為片401卷繞成卷繞的介質(zhì)包時(shí)，密封邊414有時(shí)候被稱作″卷繞密封邊″。如果將介質(zhì)401切割成條并且層疊，而不是卷繞，密封邊414就是″層疊密封邊″。
在某些用途中，波紋狀片材403還可以沿槽紋長度的不同點(diǎn)連接至表面片材4上，如線404a所示。
參見圖19，一旦將介質(zhì)401裝入介質(zhì)包，例如，通過卷繞或?qū)盈B，就可以按以下方式操作。首先，沿箭頭412方向的空氣進(jìn)入靠近末端409的開口槽紋411。由于在末端408處由密封邊410閉合，空氣會(huì)沿箭頭413所示方向通過介質(zhì)。然后通過靠近所述介質(zhì)包的末端408的槽紋415的開口端415a排出所述介質(zhì)包。當(dāng)然，操作可以沿相反方向的空氣流進(jìn)行，例如，對應(yīng)圖24所討論的。主要是在通常的空氣過濾器應(yīng)用中，在所述介質(zhì)包的一端或面，未經(jīng)過濾的空氣流進(jìn)入，并且在相對端或面，已過濾的空氣流流出，沒有未經(jīng)過濾的空氣流通過介質(zhì)包或所述面之間。
對于在圖19中所示出的具體結(jié)構(gòu)來說，平行的波紋7a，7b大體上沿整個(gè)介質(zhì)是直的，從邊緣708到邊緣709。直槽紋或波紋可以在選定部位，尤其是端部變形或折疊。用于封閉槽紋末端的改進(jìn)通常在上述″規(guī)則的″，″彎曲的″和″波型″的定義中被忽視。
不采用直的，規(guī)則彎曲的波型波紋(槽紋)形狀的Z-過濾器結(jié)構(gòu)是已知的。例如，Yamada等在U.S.5,562,825中示出了采用有些半圓形(截面)入口槽紋靠近窄V-形(具有彎曲側(cè)面)出口槽紋的波紋形狀，(參見5,562,825的圖1和3)。Matsumoto等在U.S.5,049,326中披露了圓形(截面)或管狀槽紋，它是通過一個(gè)具有半管的片材連接另一個(gè)具有半管的片材形成，在所得到的平行的直槽紋間具有扁平部位，參見Matsumoto′326的圖2。Ishii等在U.S.4,925,561(圖1)示出了折疊成具有矩形截面的槽紋，其中所述槽紋沿其長度逐漸變細(xì)。在WO 97/40918(圖1)中，示出了具有彎曲的波型槽紋或平行波紋(從相鄰的彎曲凸面或凹入的槽)，但其沿長度方向逐漸變細(xì)(因此不是直的)。另外，在WO 97/40918中示出了具有彎曲波型的槽紋，但是具有不同尺寸的波峰和波谷。
一般，過濾介質(zhì)是相當(dāng)柔性的材料，通常是非編織纖維材料(纖維素纖維，合成纖維或這兩者)，通常包含樹脂，有時(shí)候用其他材料處理。因此，它能夠被設(shè)置或加工成各種波紋狀圖案，而沒有不可接受的介質(zhì)損壞。另外，它能夠方便地卷繞或者以其他方式成形以便使用，同樣沒有不可接受的介質(zhì)損壞。當(dāng)然，它必須具備在使用期間能保持所需要的波紋結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。
在所述波紋形成過程中，使所述介質(zhì)發(fā)生非彈性變形。這能防止介質(zhì)恢復(fù)至其原始形狀。不過，一旦解除張力，槽紋或波紋就傾向于反彈，僅僅恢復(fù)一部分已發(fā)生的拉伸和彎曲。所述表面片材有時(shí)候連接至槽紋片材，以抑制波紋片材的這種反彈。
另外，通常，所述介質(zhì)包括樹脂。在波紋形成過程中，可以將所述介質(zhì)加熱到高于所述樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)。然后在所述樹脂冷卻時(shí)，它有助于保持槽紋形狀。
波紋片材403，表面片材404或這兩者的介質(zhì)，可以被提供，在其單側(cè)或雙側(cè)具有細(xì)纖維材料，例如，根據(jù)U.S.6,673,136，在此被結(jié)合入本文。
與z-過濾器結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題涉及封閉單個(gè)槽紋末端。通常，提供密封劑或黏結(jié)劑，以實(shí)現(xiàn)所述封閉。從以上的討論顯而易見，在典型的z-過濾介質(zhì)中，特別是使用直槽紋而非楔形槽紋的介質(zhì)，需要在上游端和下游端具有大的密封劑表面積(和體積)。在這些部位的高質(zhì)量密封對于所形成的介質(zhì)結(jié)構(gòu)的正常工作來說是關(guān)鍵的。高密封劑體積和面積，產(chǎn)生與之相關(guān)的問題。
參見圖20，其中示出了z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)440，它采用了規(guī)則的，彎曲的波型波紋片材443，和表面片材444(在這里是非波紋狀)。點(diǎn)450和451之間的距離D1在給定波紋狀槽紋453下面的部位452形成了表面介質(zhì)444的延伸部分。波紋狀槽紋453的弧形介質(zhì)的長度D2，在相同的距離D1上當(dāng)然是大于D1，這是由于波紋狀槽紋453的形狀。對于用于槽紋狀過濾器應(yīng)用中的典型的規(guī)則形狀的介質(zhì)來說，點(diǎn)450和451之間介質(zhì)453的線性長度D2通常是D1的至少1.2倍。通常，D2是D1的1.2-2.0倍的范圍內(nèi)，該范圍是包含性的?？諝膺^濾器的一種特別常見的結(jié)構(gòu)具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中D2大約為1.25-1.35×D1。例如，所述介質(zhì)已被商業(yè)應(yīng)用在Donaldson PowercoreTMZ-過濾器結(jié)構(gòu)上。在這里，比率D2/D1有時(shí)候被表征為波紋狀(槽紋)介質(zhì)的槽紋/扁平比率或介質(zhì)拉伸性。
在波紋紙板行業(yè)中，已定義了各種標(biāo)準(zhǔn)的槽紋。例如，標(biāo)準(zhǔn)E槽紋，標(biāo)準(zhǔn)X槽紋，標(biāo)準(zhǔn)B槽紋，標(biāo)準(zhǔn)C槽紋和標(biāo)準(zhǔn)A槽紋。所附的圖21，結(jié)合下面的表A提供了這些槽紋的定義。
本發(fā)明的受讓人，Donaldson公司(DCI)，已將標(biāo)準(zhǔn)A和標(biāo)準(zhǔn)B槽紋的變化應(yīng)用在多種z-過濾器結(jié)構(gòu)上。這些槽紋同樣在表A和圖21中進(jìn)行定義。


當(dāng)然，來自波紋狀盒子行業(yè)的其他標(biāo)準(zhǔn)的槽紋定義是已知的。
一般，來自波紋狀盒子行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)槽紋結(jié)構(gòu)可用于形成波紋狀介質(zhì)的波紋形狀或近似波紋形狀。上述DCI A槽紋和DCI B槽紋，與波紋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)A和標(biāo)準(zhǔn)B槽紋之間的比較，表明了某些常見的變化。
B.一般利用槽紋介質(zhì)制造卷繞的介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
在圖22中，示出了用于生產(chǎn)相當(dāng)于圖19所示片401的介質(zhì)片的工藝。一般，表面片材464和具有槽紋468的槽紋(波紋狀)片材466結(jié)合在一起，以形成介質(zhì)網(wǎng)469，在其間470處有黏合劑密封邊。黏合劑密封邊470會(huì)形成圖19所示的單面密封邊410。在位置471處進(jìn)行可選的針刺加工，以形成位于網(wǎng)中間的中央針刺部分472。所述z-過濾介質(zhì)或Z-介質(zhì)片474可以沿密封邊470在475處切割或割開，以形成z-過濾介質(zhì)474的兩件476，477，各自具有邊緣，有密封劑條(單面密封邊)在所述波紋和表面片材間延伸。當(dāng)然，如果采用可選的針刺加工，具有密封劑條(單面密封邊)的邊緣還具有一組槽紋針刺在該處。
另外，如果使用圖19所示出的連接密封邊或其他固定連接404a的話，它們可以在片材464，466結(jié)合在一起時(shí)形成。
用于實(shí)施圖22所示的技術(shù)可以參見
公開日為2004年1月22日的PCT WO04/007054，在此被結(jié)合入本文。
仍然參見圖22，在z-過濾介質(zhì)474通過針刺位置471并最終在475處割開之前，它必須成型。在所示圖22的示意圖中，這是通過讓介質(zhì)片材492通過一對波紋輥494，495實(shí)現(xiàn)的。在圖22所示示意圖中，介質(zhì)片材492從輥496展開，圍繞張力輥498卷繞，然后通過波紋輥494，495之間的輥隙或咬合部分502。波紋輥494，495具有齒504，在扁平片材492通過輥隙502之后，會(huì)產(chǎn)生大體上需要形狀的波紋。在通過輥隙502之后，片材492成波紋狀穿過機(jī)器方向，并且在466處標(biāo)記為波紋片材。然后將波紋片材466固定在表面片材464上。(在某些場合下，波紋形成過程可能涉及對所述介質(zhì)進(jìn)行加熱)。
仍然參見22，所述過程還示出了表面片材464被送至針刺加工位置471。所示出的表面片材464以卷506的形式保存，然后導(dǎo)向波紋片材466，以形成Z-介質(zhì)474。波紋片材466和表面片材464通過黏合劑或通過其他方式固定在一起(例如通過聲波焊接)。
參見圖22，所示出的黏合劑線470被用于將波紋片材466和表面片材464固定在一起，作為密封邊。另外，用于形成表面密封邊的密封邊可應(yīng)用在所示470a處。如果密封劑涂在470a處，需要在波紋輥495上形成間隙，并可能同時(shí)在波紋輥494，495上形成間隙，以容納密封邊470a。
在波紋介質(zhì)上提供的波紋類型是可以選擇的，并且通過波紋輥494，495的波紋或波紋齒規(guī)定。一種優(yōu)選的波紋圖案是規(guī)則的彎曲的波型波紋的直槽紋，正如上文所定義的。所使用的通常的規(guī)則的彎曲波型是這樣的波型，其中波紋狀圖案中如上文所定義的距離D2至少是上文所定義的距離D1的1.2倍。在優(yōu)選應(yīng)用中，通常D2＝1.25-1.35×D1。在某些場合下，所述技術(shù)可應(yīng)用于非″規(guī)則的″彎曲波型，例如，不使用直槽紋的波型。
正如上文所討論的，圖22所示方法可用于產(chǎn)生中央針刺部分472。圖23以剖視圖形式示出了在針刺和割開之后的一個(gè)槽紋468。
可以看出，折疊結(jié)構(gòu)518形成了針刺槽紋520，它具有四個(gè)折紋512a，512b，521c，512d。折疊結(jié)構(gòu)518包括固定在表面片材464上的扁平第一層或部分522。所示出的第二層或部分524壓在第一層或部分522上。第二層或部分524優(yōu)選通過折疊第一層或部分522的相對外端526，527形成。
仍然參見圖23，兩個(gè)折疊或折紋512a，512b在本文中一般被稱作“上部，向內(nèi)的”折疊或折紋。在本文中，術(shù)語“上部”表示所述折紋位于整個(gè)折疊520的上部，當(dāng)折疊520沿圖23所示方向看時(shí)。術(shù)語“向內(nèi)的”表示每個(gè)折紋512a，512b的折疊線或折紋線彼此相向。
在圖23中，折紋521c，512d在本文中一般被稱作“下部，向外的”折紋。在本文中，術(shù)語“下部”表示所述折紋521c，512d不是像折紋512a，512b那樣位于上部，以圖23所示方向。術(shù)語“向外的”表示折紋521c，512d的折疊線彼此相背。
本文中所使用的術(shù)語“上部”和“下部”專門表示沿圖23所示方向看上去的折疊520。就是說，它們不意味著當(dāng)折疊520在使用時(shí)沿實(shí)際產(chǎn)品方向取向時(shí)的其他方向。
根據(jù)以上特征并且參見圖23，可以看出，圖23所示的優(yōu)選的規(guī)則折疊結(jié)構(gòu)518在本發(fā)明中是這樣的結(jié)構(gòu)，它包括至少兩個(gè)″上部，向內(nèi)的折紋″。這些向內(nèi)的折紋是獨(dú)特的，并幫助提供了總體結(jié)構(gòu)，其中折疊不會(huì)導(dǎo)致相鄰槽紋的明顯侵犯。
還可以看到壓在第二層或部分524上的第三層或部分528。第三層或部分528通過從第三層528的相對內(nèi)端530，531折疊而形成。
查看折疊結(jié)構(gòu)518的另一種方式是參考波紋片材566的交替波峰和波谷的幾何形狀。第一層或部分522是從反相的波峰形成。第二層或部分524相當(dāng)于向前折疊的雙層峰(在所述波峰反相后)，并在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中折疊緊靠反相的波峰。
用于結(jié)合圖23所述的優(yōu)選方式提供可選針刺的技術(shù)，在PCT WO 04/007054中有描述，在此被結(jié)合入本文。用于采用卷密封邊卷繞所述介質(zhì)的技術(shù)在申請日為2004年3月17日的PCT申請US04/07927中有描述，在此被結(jié)合入本文。
本文所披露的技術(shù)特別適用于通過卷繞單個(gè)片材形成的介質(zhì)包，包括波紋片材/表面片材組合，即，″單面″片。上述某些技術(shù)可應(yīng)用于這樣的結(jié)構(gòu)，它不是通過卷繞形成，而是由多個(gè)單面片形成。
卷繞的介質(zhì)包結(jié)構(gòu)能夠以多種外周周邊定義形式提供。在本文中，術(shù)語“外周，周邊定義”及其變化形式表示特定的外周形狀，沿所述介質(zhì)包的入口端或出口端看去。通常的形狀是圓形，參見PCT WO 04/007054和PCT申請US04/07927。其他可使用的形狀是長圓形，長圓形的一些例子是橢圓形。一般，橢圓形具有通過一對相對側(cè)邊連接的相對的彎曲端。在某些橢圓形狀中，所述相對的側(cè)邊也是彎曲的。在其他橢圓形狀，有時(shí)候被稱作跑道形狀，所述相對的側(cè)邊大體上是直的。例如，跑道形狀可以參見PCT WO 04/007054和PCT申請US04/07927。
描述外周或周邊形狀的另一種方法是沿垂直于卷的卷繞軸方向通過所述介質(zhì)包的剖面形成的周邊。
所述介質(zhì)包的相對流動(dòng)端或流動(dòng)面可以具有多種不同的定義。在很多結(jié)構(gòu)中，所述末端是大體上扁平的，并且彼此垂直。在其他結(jié)構(gòu)中，所述端面包括楔形的，卷繞的階梯部分，它們可以由從所述介質(zhì)包的側(cè)壁的軸向末端向外軸向突出而形成；或者，從所述介質(zhì)包側(cè)壁的一端向內(nèi)軸向突出而形成。所述介質(zhì)包結(jié)構(gòu)的例子披露于申請日為2004年6月8日的美國臨時(shí)申請60/578,482中，在此被結(jié)合入本文。
所述槽紋密封(例如來自單面密封邊，卷繞密封邊或?qū)盈B密封邊)可以由多種材料制成。在所引用的并被結(jié)合入本文的多個(gè)文獻(xiàn)中，熱熔或聚氨酯密封被認(rèn)為可用于多種用途。這種材料還可用于本文所表征的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)所述介質(zhì)卷繞時(shí)，所述卷的中心一般需要閉合，以阻止未經(jīng)過濾的空氣從流動(dòng)面之間通過；即，通過所述介質(zhì)包。與它相關(guān)的某些方法可以參見以下說明。其他可以參見申請日為2004內(nèi)6月8日的美國臨時(shí)申請60/578,482；和申請日為2004年7月26日的美國臨時(shí)申請60/591,280。
選擇用于波紋片材和表面片材的介質(zhì)可以相同或不同?？梢赃x擇纖維素纖維，合成纖維或混合介質(zhì)纖維材料。所述介質(zhì)可以具有細(xì)纖維層，應(yīng)用在一個(gè)或多個(gè)表面上，例如，參見于2004年1月6日授權(quán)的美國專利6,673,136，其完整內(nèi)容被結(jié)合入本文。當(dāng)這種材料僅用在每個(gè)片材的一面時(shí)，它通常應(yīng)用在將形成入口槽紋的上游側(cè)的一面。
上面已討論過，流動(dòng)可以與圖19所示方向相反。
在圖24中，示意性地示出了可用于所述z-過濾介質(zhì)包的介質(zhì)。圖24的示意圖是一般的，不意味著表示獨(dú)特的或優(yōu)選的密封類型或槽紋形狀。
參見圖24，附圖標(biāo)記300總體上表示單面，包括固定在扁平片材302上的波紋片材301。可以看出，扁平片材302沒有必要是完全扁平的，它可以包括本身具有很小波紋和其上有其他結(jié)構(gòu)的片材。
所示出的具體的單面300可以圍繞自身卷繞，或圍繞內(nèi)芯然后圍繞自身卷繞，通常使扁平片材302在外面。對于所示出的結(jié)構(gòu)，邊緣310會(huì)在最終的介質(zhì)包形成入口面，而末端或邊緣311會(huì)形成出口流動(dòng)面。因此，箭頭312表示入口箭頭，而箭頭313表示出口流動(dòng)箭頭。片材315僅僅示意性地表示扁平片材，對應(yīng)下一個(gè)卷繞的片材302。
靠近邊緣311提供了單面密封結(jié)構(gòu)320。在這里，單面防護(hù)結(jié)構(gòu)320包括位于波紋片材301和扁平片材302之間的密封邊321，位于沿邊緣310或在槽紋總長度的大約10％以內(nèi)，即，入口邊緣310和出口邊緣311之間的距離?？梢詫⒍喾N材料和結(jié)構(gòu)用于密封結(jié)構(gòu)320。所述密封結(jié)構(gòu)可以包括波紋或折疊結(jié)構(gòu)，用密封劑密封，或通過其他方式密封。所示出的具體的密封結(jié)構(gòu)320可以包括熱熔密封劑邊，盡管其他方案是可行的。320處的密封可以針刺或折疊，如圖4和10所示。
示出了靠近末端310的卷繞密封330。卷繞密封330通常提供靠近邊緣311的層之間的密封，當(dāng)單面300卷繞時(shí)。優(yōu)選的是，卷繞密封330位于邊緣310的槽紋總長度的10％以內(nèi)(即，邊緣311和310之間的距離)。
如果單面的末端(前端和尾端)需要在波紋和扁平片材之間密封的話，可以將密封劑涂在這些部位以實(shí)現(xiàn)這一目的。
VIII.有關(guān)空氣濾清器系統(tǒng)的一般背景。
本文所披露的原理和結(jié)構(gòu)可用于多種系統(tǒng)中。在圖25中示意性地示出了具體的系統(tǒng)，總體上用650表示。在圖25中，設(shè)備652，如車輛652a具有發(fā)動(dòng)機(jī)653，具有需要某些特定速度的空氣流，例如，示意性地示出了50cfm-2000cfm(立方英尺/分鐘)的范圍(即，1.4-57立方米/分鐘)。盡管其他方案是可行的，設(shè)備652可以包括，例如，公共汽車，公路卡車，越野車輛，拖拉機(jī)，輕型或中型卡車，或海運(yùn)交通工具如汽艇。發(fā)動(dòng)機(jī)653通過燃料燃燒為設(shè)備652提供動(dòng)力。在圖25中，所示出的空氣流在部位655的空氣入口處被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)653?？蛇x的渦輪656以虛線示出，可選擇地加強(qiáng)空氣吸入發(fā)動(dòng)機(jī)653。所示出的渦輪656位于空氣濾清器660的下游，盡管其他結(jié)構(gòu)是可行的。
空氣濾清器660具有過濾器濾芯662，并示出以空氣入口流通向發(fā)動(dòng)機(jī)653。一般，在工作時(shí)，空氣沿箭頭664的方向吸入所述空氣濾清器660，并且通過過濾器濾芯662。在通過空氣濾清器660時(shí)，將特定的顆粒和污染物從空氣中排出。凈化的空氣然后沿箭頭666向下游方向流動(dòng)進(jìn)入入口655。從那里，氣流被導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)653。
在通常的空氣濾清器660中，過濾器濾芯662是可維修的部件。就是說，濾芯662在空氣濾清器660內(nèi)可取出和可更換。這使得當(dāng)濾芯662變得滿載灰塵或其他污染物而需要維修時(shí)，濾芯662可以相對空氣濾清器660的其余部分取出并且更換以便維修。
IX.用于圓形卷繞介質(zhì)包的一種類型可用的中央內(nèi)芯。
上文結(jié)合圖9的說明討論了內(nèi)芯113可以用柱塞填充。下面披露一個(gè)例子，并且如圖26所示。在圖26中，示出了圖9所示介質(zhì)包102的局部部分。參見圖26，卷繞的介質(zhì)包102包括中央內(nèi)芯113。內(nèi)芯113需要密封，以防未經(jīng)過濾的空氣流過其間。這可由中心件，柱塞或內(nèi)芯721實(shí)現(xiàn)。內(nèi)芯721還提供了單面片的前端密封，所述片卷繞以形成介質(zhì)包102。
更具體地講，所述介質(zhì)前端以虛線用722表示。對于所示出的位于部位724和725之間的結(jié)構(gòu)來說，原位模制的柱塞721位于中心113。因此，它至少密封介質(zhì)片前端724的一部分。
仍然參見圖26，一般，優(yōu)選的柱塞721是澆鑄和凝固的內(nèi)芯。就是說，柱塞721是通過將流體樹脂澆鑄到中心113，并讓所述樹脂固化而形成的。柱塞721的多種形狀和尺寸是可行的。
通常，當(dāng)作為前端密封時(shí)，柱塞721被設(shè)計(jì)成延伸通過或卷入前端密封長度的至少80％，一般為該長度的至少90％。在某些場合下，例如，在圖26所示情形中，柱塞721可以設(shè)計(jì)成覆蓋或包括整個(gè)前端722。
柱塞721可以設(shè)計(jì)成具有所示出的凹槽，或者可以設(shè)計(jì)成沒有凹槽或者甚至具有一個(gè)或多個(gè)從所述元件向外延伸的突出部分。
當(dāng)柱塞721如圖所示具有凹槽時(shí)，通常部位724會(huì)距離端面105至少2mm，并且部位725會(huì)距離末端105a至少2mm。
部位727從部位724向表面105延伸，并止于表面105，如圖所示，或者距離后者優(yōu)選的距離。該部位形成了具有中空中心729的外密封壁728。密封壁728連續(xù)密封介質(zhì)包102的前端722。部位727可以被看作是柱塞721的凹入端。在這里，部位727有時(shí)候被稱作凹入端，具有軸向向外突出的末端裙邊728。
裙邊728不要求止于端面105，盡管在圖26所示的結(jié)構(gòu)中示出了這樣的終止。它可以止于距離它不遠(yuǎn)的地方，并且仍然能獲得密封前端722所具備的大部分功能，例如，通過止于或靠近卷繞密封邊密封或該部位的單面密封。
類似地，在部位725和表面105a之間，提供了部位734，具有外部密封部位735和內(nèi)部中央凹槽736。其中，提供密封部位735是用于密封位于部位725和表面105a之間的介質(zhì)102的前端722。密封部位735可以被看作是柱塞721的凹入端。在這里，部位725有時(shí)候被稱作凹入端，具有軸向向外突出的末端裙邊735。在某些場合下，末端裙邊735不必如圖中所示那樣止于靠近端面105a處。相反，裙邊735可以在距離端面105a不遠(yuǎn)處終止，并且仍然能在該部位獲得前端102的適當(dāng)密封，通過在靠近該部位處終止或者與卷繞密封邊或密封邊配合。
仍然參見圖26，盡管沒有示出，所述結(jié)構(gòu)可以包埋在柱塞721中。例如，來自卷繞工藝的中空芯或其他結(jié)構(gòu)可以留在部位113內(nèi)，以通過模制操作卷入內(nèi)芯721。
柱塞721可以是用注入內(nèi)芯113的樹脂原位模制的。例如，柱塞可以從端面105伸入內(nèi)芯113，具有合適的形狀。所述樹脂可以原位澆鑄，并且將第二個(gè)柱塞放入從端面105a伸入內(nèi)芯113。聚氨酯泡沫可以用在所述樹脂中，例如，它可以上升形成圖中所示的形狀。這一模制作業(yè)可以在上面結(jié)合圖11-16所討論的模制作業(yè)之前進(jìn)行。在其他實(shí)施方案中，模具結(jié)構(gòu)180可以具有伸入所述相關(guān)介質(zhì)包的中央內(nèi)芯113的合適柱塞，其相對端由合適的柱塞形成。
對于所述內(nèi)芯來說，可以使用模制密度不超過15磅/立方英尺(0.24克/cc)，有時(shí)候不超過10磅/立方英尺(0.16克/cc)的氨基甲酸乙酯，盡管可以使用具有更高密度的其他材料。可以預(yù)見的是，模制密度通常為至少5磅/立方英尺(0.08克/cc)。
權(quán)利要求
1.一種過濾元件，包括(a)介質(zhì)包，包括相對的入口端和出口端；所述介質(zhì)包形成(i)一組入口槽紋，在所述介質(zhì)包的入口端開口，使要過濾的空氣從它里面通過；所述入口槽紋在位于或接近所述介質(zhì)包的出口端閉合；(ii)一組出口槽紋，在位于或接近所述介質(zhì)包的入口端處封閉其內(nèi)要過濾的空氣通過，并且在所述介質(zhì)包的出口端開放已過濾的空氣從其通過；和(iii)所述介質(zhì)包封閉未經(jīng)過濾的空氣流入所述入口端，然后不經(jīng)過濾從相對的出口端向外流出；(b)預(yù)型件，靠近所述介質(zhì)包的入口端和出口端的第一端放置；(i)所述預(yù)型件具有外殼密封支承部分，從所述介質(zhì)包的入口端和出口端的第一端向外突出；(c)由密封材料形成的包膠模，具有(i)第一部分，密封所述預(yù)型件和所述預(yù)型件所在位置的所述介質(zhì)包的第一端之間的接合部位；和，(ii)第二部分，定向形成具有徑向密封部分的空氣濾清器密封，在使時(shí)在過濾元件和空氣濾清器之間提供徑向密封；(iii)所述包膠模的第一和第二部分彼此成一體。
2.如權(quán)利要求1的過濾元件，其中(a)所述介質(zhì)包是具有外側(cè)壁的卷繞包；(b)所述預(yù)型件的任何部分均沒有環(huán)繞所述介質(zhì)包的外側(cè)壁延伸；和，(c)所述包膠模沿所述介質(zhì)包側(cè)壁延伸一距離，距離所述介質(zhì)包的第一端至少5mm。
3.如權(quán)利要求1和2中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述包膠模包括聚氨酯泡沫。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述預(yù)型件靠近所述介質(zhì)包出口端放置。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述預(yù)型件包括所述外殼密封支承部分和徑向向外裙邊部分；(i)所述外殼密封支承部分和徑向向外裙邊部分彼此一體；和(ii)所述徑向向外突出的裙邊部分具有最外側(cè)的邊緣，位于所述預(yù)型件和所述介質(zhì)包之間的接合部位。
6.如權(quán)利要求5的過濾元件，其中(a)所述徑向向外裙邊以20-70°范圍內(nèi)的一角度從所述介質(zhì)包延伸。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述預(yù)型件包括與之一體的介質(zhì)面橫梁結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述預(yù)型件包括模制的尼龍部件。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述介質(zhì)包具有橢圓形截面。
10.如權(quán)利要求9的過濾元件，其中(a)所述介質(zhì)包包括跑道形狀的截面，具有兩個(gè)相對的彎曲的端部，和兩個(gè)相對的大體上直的側(cè)邊。
11.如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述介質(zhì)包具有圓形截面。
12.如權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述介質(zhì)包具有由密封劑條向下固定的外部尾端邊緣。
13.如權(quán)利要求12的過濾元件，其中(a)所述密封劑條止于距離所述介質(zhì)包出口端至少4mm處；并且，處于所述包膠模下面的位置。
14.如權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)入口槽紋端，靠近所述介質(zhì)包的出口端，由密封劑邊封閉。
15.如權(quán)利要求1-14中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)入口槽紋端，靠近所述介質(zhì)包的出口端，由單面密封劑邊封閉。
16.如權(quán)利要求1-15中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)入口槽紋端，靠近所述介質(zhì)包的出口端，由介質(zhì)針刺封閉。
17.如權(quán)利要求1-16中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)出口槽紋，靠近所述介質(zhì)包的入口端，由密封劑的卷繞邊封閉。
18.如權(quán)利要求1-17中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述介質(zhì)包包括最外卷的單面；和(b)部分發(fā)泡的氨基甲酸乙酯，與所述包膠模的其余部分一體，放置封閉否則開口的出口槽紋的出口端，靠近出口面并在單面的最外卷。
19.如權(quán)利要求1-18中任意一項(xiàng)的過濾元件，其中(a)所述預(yù)型件包括其上的肋，朝向所述介質(zhì)包的出口面。
20.形成如權(quán)利要求1-19中任意一項(xiàng)的元件的方法，該方法包括以下步驟(a)將未凝固的發(fā)泡氨基甲酸乙酯放入模具容器中；(b)將預(yù)型件和介質(zhì)包一端放入所述模具，使模具的一部分壓在所述介質(zhì)包的外表面上，位于所述模具中距離所述介質(zhì)包末端至少5mm處；和(c)允許未凝固的發(fā)泡氨基甲酸乙酯上升并且凝固，以形成包膠模圍繞所述預(yù)型件并且覆蓋所述介質(zhì)包和所述預(yù)型件之間的接合部位。
21.如權(quán)利要求20的方法，包括以下步驟(a)允許形成所述包膠模的部分氨基甲酸乙酯上升到選定的所述介質(zhì)包的出口槽紋。
22.一種空氣濾清器，包括(a)空氣濾清器外殼；和(b)可維修的過濾元件，包括(i)介質(zhì)包，包括相對的入口端和出口端；所述介質(zhì)包形成了(A)一組入口槽紋，在所述介質(zhì)包的入口端開口，使要過濾的空氣從其通過；所述入口槽紋在位于或接近所述介質(zhì)包的出口端處閉合；(B)一組出口槽紋，在位于或接近所述介質(zhì)包的入口端處封閉要過濾的空氣從其通過，并且在所述介質(zhì)包的出口端開放已過濾的空氣從其通過；和(C)所述介質(zhì)包封閉未過濾的空氣流入入口端，然后不經(jīng)過濾從相對的出口端流出；(ii)預(yù)型件，靠近所述介質(zhì)包的入口端和出口端的第一端放置；(A)所述預(yù)型件具有外殼密封支承部分，從所述介質(zhì)包的入口端和出口端的第一端向外突出；(iii)由密封材料形成的包膠模，具有(A)第一部分，密封所述預(yù)型件和所述預(yù)型件所在位置的所述介質(zhì)包的第一端之間的接合部位；和，(B)第二部分，定向形成具有徑向密封部分的空氣濾清器密封，在使用時(shí)在過濾元件和空氣濾清器之間提供徑向密封；(C)所述包膠模的第一和第二部分彼此成一體；(c)所述過濾元件通過所述包膠模的第二部分和所述空氣濾清器之間的徑向密封可拆卸地密封至所述空氣濾清器。
全文摘要
提供了過濾元件結(jié)構(gòu)，它包括介質(zhì)包(2)，包括Z－過濾介質(zhì)，預(yù)型件(35)和密封所述預(yù)型件與所述介質(zhì)包間接合部位的一部分的包膠模(48，51，54)，并且還形成了用于所述過濾元件的空氣濾清器密封。所述包膠模優(yōu)選包括模制的，發(fā)泡的聚氨酯?？梢允褂枚喾N介質(zhì)包形狀。形成所述過濾元件的方法包括將所述介質(zhì)包與所述預(yù)型件一起放置在模具中，并允許未凝固的聚氨酯泡沫上升并凝固，以覆蓋所述介質(zhì)包和所述預(yù)型件之間的接合部位。還提供了包括所述過濾元件的空氣濾清器。
文檔編號B01D46/24GK1898005SQ200480038568
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者凱文·J·施拉蓋, 特洛伊·墨菲, 唐納德·R·莫克 申請人:唐納森公司