ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, В ЧАСТНОСТИ, ГАЗОВЫЙ ФИЛЬТР
FILTERING DEVICE, IN PARTICULAR, GAS FILTER

Область техники
Изобретение относится к фильтрующему устройству, в частности, газовому фильтру, например, такому как воздушный фильтр, согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
В патентном документе DE 10 2009 008 450 A1 описано фильтрующее устройство, которое применяется для фильтрации всасываемого двигателем внутреннего сгорания воздуха. Фильтрующее устройство включает кольцеобразный фильтрующий элемент в заключающем его корпусе фильтра. Фильтрующий элемент имеет блок фильтрующей среды с размещенными на торцевых сторонах торцевыми шайбами и размещенной внутри трубчатой срединной частью в качестве несущего каркаса. Цельно с торцевой шайбой сформирован уплотнительный элемент, который имеет два аксиально выступающих уплотнительных выступа с находящимся между ними пазом, в который входит выступ на нижней стороне корпусной детали. В торцевую шайбу встроена упрочняющая пластина, которая полностью покрыта герметизирующим материалом торцевой шайбы.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача создания простыми конструктивными средствами фильтрующего устройства с кольцеобразным фильтрующим элементом таким образом, что на протяжении длительного эксплуатационного периода в области торцевой стороны фильтрующего элемента обеспечивается герметичность между стороной поступления неочищенного потока и стороной выхода очищенного потока.
Эта задача согласно изобретению решается с признаками пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения приводят целесообразные дополнительные варианты исполнения.
Соответствующее изобретению фильтрующее устройство предпочтительно используется для фильтрации газа, в частности, для фильтрации всасываемого двигателем внутреннего сгорания воздуха. Но также возможны варианты исполнения для фильтрации жидкостных сред.
Фильтрующее устройство имеет кольцеобразный фильтрующий элемент с блоком фильтрующей среды, на котором происходит фильтрация. Очищаемая текучая среда предпочтительно протекает через блок фильтрующей среды радиально снаружи внутрь так, что внутренняя камера, которая кольцеобразно охватывается блоком фильтрующей среды, создает чистую камеру, из которой очищенная текучая среда выводится аксиально. Блок фильтрующей среды предпочтительно выполнен в виде гофрированного чехла, причем по меньшей мере на одной торцевой стороне, предпочтительно на обеих торцевых сторонах, блока фильтрующей среды размещена торцевая шайба.
В собранном состоянии корпусная деталь фильтрующего устройства, например, соединительный патрубок для текучей среды на стороне выхода очищенного потока, прилегает к уплотнительному элементу, который размещен на торцевой стороне фильтрующего элемента. Уплотнительный элемент имеет две смежных опорных стенки или два опорных выступа, между которыми проходит паз, в который входит опорное ребро на выступающей над фильтрующим элементом корпусной детали. Опорное ребро находится в посадочном пазе на корпусной детали, причем посадочный паз ограничен двумя боковыми стенками корпусной детали, которые в радиальном направлении относительно продольной оси фильтрующего элемента находятся на расстоянии друг от друга.
Опорные стенки уплотнительного элемента образуют как на обращенной к находящемуся между ними пазу стороне, так и на обращенной от паза стороне в каждом случае опорную поверхность, на которую в каждом случае опирается боковая стенка посадочного паза или, соответственно, входящее в посадочный паз опорное ребро в радиальном направлении. Тем самым в целом получаются по меньшей мере четыре опорных поверхности на уплотнительном элементе для надетой корпусной детали, причем каждая опорная поверхность может одновременно образовывать уплотнительную поверхность, так что в целом обеспечивается высокая и долговременная герметичность между стороной поступления неочищенного потока и стороной выхода очищенного потока на наружной стороне фильтрующего элемента. Предпочтительно имеются по меньшей мере две уплотнительных поверхности, которые образованы в каждом случае обращенными к пазу сторонами опорных стенок и/или обращенными от паза сторонами опорных стенок, так что в каждом случае формируется радиальное уплотнение.
В одном варианте исполнения обращенные к пазу стороны опорных стенок герметично прилегают к опорному ребру. Альтернативно или дополнительно, обращенные от паза стороны опорных стенок герметично прилегают к боковым стенкам посадочного паза.
Соответствующий изобретению принцип опоры и уплотнения особенно пригоден для фильтрующих элементов, которые имеют овальное или имеющее форму стадиона поперечное сечение. Однако также возможно применение при блоках фильтрующей среды с круглым поперечником. Кромки складок блока фильтрующей среды могут проходить параллельно друг другу или сближаться друг с другом.
Корпусная деталь опирается по существу только в радиальном направлении на опорные поверхности опорных стенок, тогда как в осевом направлении не действуют или действуют лишь незначительные силы между корпусной деталью и уплотнительным элементом. На опорных стенках не возникает никакой аксиальной поддержки надетой корпусной детали, так что опорные стенки не испытывают соответственно высоких аксиальных нагрузок, и не возникает никакая опасность повреждения детали подобными аксиальными нагрузками.
Посадочный паз охватывает обе опорные стенки так, что внутренние стороны опорных стенок прилегают к посадочному пазу на наружных сторонах опорных стенок, и дополнительно входящее в паз опорное ребро приходит в сопряжение с обеими внутренними сторонами опорных стенок уплотнительного элемента. Опорные стенки в радиальном направлении плотно, без зазора, входят в посадочный паз, чтобы обеспечивать соответствующий контакт между опорными поверхностями на опорных стенках и боковыми стенками посадочного паза или, соответственно, опорного ребра.
В предпочтительном варианте исполнения торцевая сторона боковой стенки, которая ограничивает посадочный паз, прилегает к уплотнительному элементу, однако на отдалении от опорных стенок, причем через эту боковую стенку посадочного паза передается аксиальная опорная нагрузка между надетой деталью и фильтрующим элементом. Пространственное, а также функциональное разделение радиального уплотнения и аксиальной опоры обеспечивает уплотняющее действие на боковых опорных поверхностях опорных стенок, и функцию опоры через торцевую сторону боковой стенки посадочного паза. В области уплотнительного элемента боковая стенка посадочного паза своей торцевой стороной прилегает к радиально проходящему участку уплотнительного элемента. Находящаяся радиально внутри боковая стенка посадочного паза предпочтительно служит для аксиальной опоры, причем дополнительно или альтернативно посредством находящейся радиально снаружи боковой стенки посадочного паза также возможна аксиальная опора уплотнительного элемента.
Торцевая шайба и уплотнительный элемент могут быть выполнены как отдельные детали, причем уплотнительный элемент целесообразно соединен с торцевой шайбой, или находится в контакте с торцевой шайбой. Например, уплотнительный элемент устанавливается на торцевую шайбу, или, в дополнительном варианте исполнения, в процессе вспенивания или впрыскивания или, соответственно, литья, наносится на торцевую шайбу.
В альтернативном варианте исполнения торцевая шайба и уплотнительный элемент выполнены в виде единой цельной детали, которая, например, создается общим процессом литья или вспенивания.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту исполнения, боковая стенка посадочного паза, через которую передается аксиальная опорная нагрузка между корпусной деталью и фильтрующим элементом, имеет бóльшую аксиальную протяженность, нежели опорное ребро, которое размещено внутри посадочного паза, и в собранном состоянии входит в паз между опорными стенками уплотнительного элемента. Бóльшая аксиальная протяженность посадочного паза сравнительно с опорным ребром обеспечивает то, что аксиальная опорная нагрузка полностью или по большей части передается через посадочный паз, и не через опорное ребро.
Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, фильтрующий элемент на внутренней стороне блока фильтрующей среды оснащен срединной трубчатой частью, которая образует несущий каркас и состоит из продольных и окружных распорок, между которыми сформированы проемы для протекания фильтруемой текучей среды. Срединная трубчатая часть соединена с опорным буртиком, который представляет собой опору уплотнительного элемента или погружен в него. Опорный буртик предпочтительно является протяженным на торцевой стороне срединной трубчатой части радиально наружу, и в состоянии переносить на срединную трубчатую часть аксиальные нагрузки, которые при работе действуют на фильтрующий элемент. Тем самым обеспечивается то, что уплотнительный элемент, в частности, в области опорных стенок, где создается также радиальное уплотнительное действие, и находящегося между ними паза, не испытывает аксиальные опорные нагрузки или не деформируется. Опорные нагрузки от корпусной детали передаются в опорный буртик и от него далее в срединную трубчатую часть.
Опорный буртик предпочтительно выполнен цельно со срединной трубчатой частью. Срединная трубчатая часть и опорный буртик могут быть изготовлены в виде детали из синтетического материала литьем под давлением. Кроме того, предусматривается изготовление опорного буртика отдельно от срединной трубчатой части, причем в этом случае опорный буртик закрепляется на срединной трубчатой части, чтобы силы, которые действуют в осевом направлении, могли передаваться на срединную трубчатую часть.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту исполнения, уплотнительный элемент покрывает опорный буртик по меньшей мере частично, при необходимости полностью. Уплотнительный элемент может быть сформирован так, что торцевая область блока фильтрующей среды, на которую нанесен уплотнительный элемент, на своей радиально внутренней стороне и своей радиально наружной стороне охватывается уплотнительным элементом. Опорный буртик может иметь решетчатую структуру с решетчатыми проемами, которые заполнены герметизирующим материалом уплотнительного элемента. Благодаря этому образуется прочное соединение между опорным буртиком и уплотнительным элементом.
Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, уплотнительный элемент в области ограничивающих паз опорных стенок не содержит опорные элементы. Опорные стенки в этом варианте исполнения удерживаются в положении только благодаря собственной жесткости, что является достаточным для уплотняющего действия с радиальным примыканием к боковым стенкам посадочного паза. Вдвинутое в паз между опорными стенками опорное ребро, с одной стороны, и прилегающие к наружным сторонам боковые стенки посадочного паза, с другой стороны, стабилизируют уплотнительный элемент с опорными стенками.
Опорный буртик пролегает в радиальном направлении по меньшей мере до положения на уплотнительном элементе, в котором боковая стенка посадочного паза своей торцевой стороной прилегает к уплотнительному элементу для аксиальной опоры. Может быть целесообразным еще больше продлевать опорный буртик в радиальном направлении наружу через положение, в котором боковая стенка посадочного паза своей торцевой стороной упирается в уплотнительный элемент, например, до первой опорной стенки, до паза или до второй опорной стенки.
Согласно еще одному дополнительному целесообразному варианту исполнения, все опорные стенки уплотнительного элемента находятся радиально снаружи срединной трубчатой части. В частности, опорные стенки размещаются непосредственно на блоке фильтрующей среды.
Краткое описание чертежей
Дополнительные преимущества и целесообразные варианты исполнения могут быть заимствованы из дополнительных пунктов формулы изобретения, описания фигур и чертежей. Как показано:
Фиг. 1 представляет перспективное изображение кольцеобразного фильтрующего элемента, который на внутренней стороне блока фильтрующей среды имеет срединную трубчатую часть, с которой в виде единой цельной детали сформирован аксиально выступающий опорный буртик,
Фиг. 2 представляет фильтрующее устройство с корпусом фильтра из Фиг. 1 во время монтажа на выпускном патрубке,
Фиг. 3 представляет соответствующее Фиг. 2 изображение, однако в собранном состоянии.
На чертежах одинаковые детали обозначены одинаковыми кодовыми номерами позиций.
На Фиг. 1 представлен фильтрующий элемент 1, который может быть применен для фильтрации газа, например, для воздушного фильтра двигателя внутреннего сгорания. Фильтрующий элемент 1 выполнен кольцеобразным, и имеет в примере исполнения очень вытянутое в длину овальное поперечное сечение с продольными боковыми сторонами, которые выполнены прямолинейными или только незначительно выгнутыми наружу. Фильтрующий элемент 1 имеет кольцеобразный закрытый блок 2 фильтрующей среды, на котором происходит фильтрация очищаемой текучей среды. Текучая среда протекает через блок 2 фильтрующей среды радиально снаружи внутрь так, что внутренняя камера в блоке 2 фильтрующей среды образует сторону выхода очищенного потока, из которой очищенная текучая среда отводится аксиально - по направлению продольной оси 9 фильтрующего элемента 1. Внутренняя камера 3 облицована образованной из опорной решетки срединной трубчатой частью 4, которая прилегает к внутренней стороне блока 2 фильтрующей среды и предпочтительно выполнена в виде конструкционной детали из синтетического материала, сформированной литьем под давлением. Внутренняя камера на непоказанной нижней торцевой стороне ограничена закрытой торцевой шайбой, которая с торцевой стороны перекрывает блок фильтрующей среды.
Цельно со срединной трубчатой частью 4 сформирован опорный буртик 6, который является протяженным в радиальном направлении и ориентирован радиально наружу на торцевой стороне срединной трубчатой части 4. Опорный буртик 6 на находящейся радиально внутри стороне - обращенной к внутренней камере 3 - соединен со срединной трубчатой частью 4 и, в частности, выполнен цельно со срединной трубчатой частью 4.
Опорный буртик 6 снабжен решетчатой структурой, которая имеет многочисленные выемки. Эти выемки в опорном буртике 6 служат для размещения герметизирующего материала уплотнительного элемента 11, который находится на опорном буртике 6. Уплотнительный элемент 11 наносится на опорный буртик 6 впрыскиванием или, соответственно, вспениванием, причем герметизирующий материал представляет собой, например, вспененный полиуретан (PU). Поскольку герметизирующий материал проникает в выемки решетчатой структуры опорного буртика 6, обеспечивается прочное, неразъемное соединение между уплотнительным элементом 11 и опорным буртиком 6. Опорный буртик 6 предпочтительно полностью покрыт снаружи герметизирующим материалом уплотнительного элемента 11.
На Фиг. 2 и 3 представлено фильтрующее устройство 14, в частности, для фильтрации газа, с фильтрующим элементом 1 в корпусе фильтра, которое включает выпускной патрубок 13 для очищенного газа, и основной корпус 12 фильтра для размещения фильтрующего элемента 1, причем основной корпус 12 фильтра может быть насажен на выпускной патрубок 13 и может быть соединен с ним. Для пояснения на Фиг. 2 конструкционные элементы фильтрующего устройства 14 показаны частично в разобранном виде, тогда как Фиг. 3 представляет смонтированное положение.
Уплотнительный элемент 11 на опорном буртике 6 выполнен цельно с торцевой шайбой 5, которая перекрывает концевую область фильтрующей среды в блоке 2 фильтрующей среды с торцевой стороны и распространяется радиально внутрь и радиально наружу.
На нижней стороне выпускного патрубка 13 находится посадочный паз 15, который в радиальном направлении ограничен боковыми стенками 16 и 17, которые пролегают радиально на расстоянии друг от друга и концентрически относительно друг друга. На внутреннем дне посадочного паза 15 сформировано опорное ребро 20, которое находится в радиальном направлении в середине посадочного паза 15. Аксиальная протяженность опорного ребра 20 является меньшей, чем аксиальная протяженность ограничивающих посадочный паз боковых стенок 16 и 17.
На уплотнительном элементе 11 сформированы две опорных стенки 21 и 22, между которыми находится паз 23 (Фиг. 2). Обе опорные стенки 21 и 22 пролегают концентрически и на расстоянии друг относительно друга. Паз 23 служит для размещения опорного ребра 20 в посадочном пазе 15 на выпускном патрубке 13. В собранном состоянии согласно Фиг. 3 боковые стенки 16 и 17 посадочного паза 15 прилегают к наружным сторонам опорных стенок 21 и 22. Совместно с выступающим в паз 23 опорным ребром 20, в результате этого получаются в радиальном направлении в целом четыре опорных поверхности между уплотнительным элементом 11 и корпусной деталью 15, а именно, в каждом случае одна между внутренними сторонами боковых стенок 16 и 17 и наружными сторонами опорных стенок 21 и 22, а также в каждом случае одна между боковыми поверхностями опорного ребра 20 и внутренними сторонами опорных стенок 21 и 22. Радиальная дистанция между боковыми стенками 16 и 17 посадочного паза 15 рассчитана так, что совместно с введенным в паз 23 опорным ребром 20, которое по меньшей мере незначительно выдавливает опорные стенки 21 и 22 радиально наружу, получается плотное, без зазора размещение и прилегание в радиальном направлении между опорными стенками 21, 22 и соответственными поверхностями в посадочном пазу 15. По меньшей мере две из четырех опорных поверхностей между уплотнительным элементом 11 и корпусной деталью 13 одновременно образуют уплотнительную поверхность и обеспечивают непроницаемое для потока соединение между торцевой стороной фильтрующего элемента и выпускным патрубком 13. Для формирования уплотнительной поверхности одна сторона уплотнительного элемента 11, предпочтительно всей площадью, прилегает к боковой стенке 16, 17 или опорному ребру 20 корпусной детали 13. Боковая стенка 16, 17 посадочного паза или сторона опорного ребра 20 с опорной функцией, однако без уплотняющего действия, может, например, иметь ребристость.
В собранном состоянии согласно Фиг. 3 находящаяся радиально внутри боковая стенка 16 посадочного паза 15 своей торцевой стороной прилегает к радиально или горизонтально протяженному участку уплотнительного элемента 11. Через боковую стенку 16 выпускной патрубок 13 аксиально опирается на уплотнительный элемент 11, и тем самым на фильтрующий элемент 1. Боковая стенка 16 примыкает непосредственно к находящейся снаружи стороне опорной стенки 21, причем торцевая сторона боковой стенки 16 упирается не в опорную стенку 21, а в горизонтально или радиально протяженный участок уплотнительного элемента 11. Поскольку на радиальном участке уплотнительного элемента 11 встроен опорный буртик 6, аксиальная опорная нагрузка передается на опорный буртик, который далее передает усилие на срединную трубчатую часть 4. Тем самым обеспечивается то, что торцевая сторона блока 2 фильтрующей среды не испытывает воздействие осевых опорных нагрузок. Опорные стенки 21 и 22 также не исполняют никакой функции аксиальной опоры, но исполняют только функцию герметизации боковых стенок 16 и 17 на выпускном патрубке 13.