КОЛЬЦЕОБРАЗНЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА, И ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
ANNULAR FILTER ELEMENT, IN PARTICULAR FOR GAS FILTRATION, AND FILTERING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к кольцеобразному фильтрующему элементу, в частности, для фильтрации газа, например, для воздушного фильтра, согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к фильтрующему устройству с таким фильтрующим элементом.
Уровень техники
В патентном документе DE 10 2007 017 091 A1 описан кольцеобразный фильтрующий элемент для воздушного фильтра двигателя внутреннего сгорания, который имеет кольцеобразный, продуваемый воздухом радиально снаружи внутрь блок фильтрующей среды, который на своей аксиальной торцевой стороне покрыт торцевой шайбой. Внутренняя камера блока фильтрующей среды облицована трубчатой срединной частью, которая имеет распорки в осевом и окружном направлении и содействует стабилизации фильтрующего элемента. На торцевой стороне трубчатая срединная часть имеет прилегающий к торцевой шайбе протяженный радиально наружу опорный буртик. Опорный буртик аксиально выступает из торцевой шайбы и покрыт герметизирующим материалом. На аксиальной торцевой стороне опорного буртика расположена в окружном направлении опорная стойка, которая воспринимает аксиальные уплотняющие усилия, которые создаются насаженной крышкой, и через радиально выгнутые распорки передает на трубчатую срединную часть.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача создания простыми конструктивными средствами кольцеобразного закрытого фильтрующего элемента и фильтрующего устройства с таким фильтрующим элементом, таким образом, что на протяжении длительного эксплуатационного периода в области торцевой стороны фильтрующего элемента обеспечивается непроницаемость между стороной поступления неочищенного потока и стороной выхода очищенного потока.
Эта задача согласно изобретению решается посредством фильтрующего элемента с признаками пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, задача решается посредством фильтрующего устройства согласно пункту 11 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения приводят целесообразные дополнительные варианты исполнения.
Соответствующий изобретению фильтрующий элемент выполнен кольцеобразно закрытым, и радиально продувается очищаемой текучей средой. Основное поперечное сечение фильтрующего элемента может быть сформировано кольцеобразным или овальным, по обстоятельствам в форме вытянутого длинного овала, или в форме двух полуокружностей, которые соединены прямолинейными или выпукло изогнутыми участками. Кольцеобразный фильтрующий элемент заключает в себе внутреннюю камеру, которая облицована образующей несущий каркас срединной трубчатой частью, которая находится на ограничивающей внутреннюю камеру боковой стенке блока фильтрующей среды фильтрующего элемента. Срединная трубчатая часть имеет проточные отверстия для сквозного протекания очищаемой текучей среды и состоит, в частности, из аксиальных распорок, а также окружных распорок, между которыми образованы проточные отверстия. Протекание через блок фильтрующей среды, на котором происходит фильтрация, предпочтительно производится радиально снаружи внутрь так, что внутренняя камера создает сторону выхода очищенного потока.
Кольцеобразный фильтрующий элемент преимущественно применяются для фильтрации газа, в частности, в качестве воздушного фильтра для двигателей внутреннего сгорания, в частности, автомобилей или грузовиков. Но предусматривается также использование для фильтрации жидкостей.
Со срединной трубчатой частью соединен опорный буртик, который, по меньшей мере частично, покрыт уплотнительным элементом. Опорный буртик находится на аксиальной торцевой стороне срединной трубчатой части и выступает наружу предпочтительно аксиально над торцевой стороной блока фильтрующей среды. Опорный буртик, с одной стороны, служит для восприятия аксиальных сил, которые при эксплуатации воздействуют на фильтрующий элемент, и, с другой стороны, для непроницаемого для потока разделения стороны поступления неочищенного потока и стороны выхода очищенного потока в области торцевой стороны фильтрующего элемента.
В соответствующем изобретению кольцеобразном фильтрующем элементе опорные поверхности для корпусной детали, на которую надет фильтрующий элемент, и уплотнительные поверхности для герметизации размещаются отдаленными друг от друга на опорном буртике. Опорная поверхность формируется торцевой стороной опорного буртика, которая выступает наружу над блоком фильтрующей среды. К этой торцевой стороне прилегает корпусная деталь, и аксиальные нагрузки, которые создаются корпусной деталью, передаются через опорный буртик в срединную трубчатую часть фильтрующего элемента так, что блок фильтрующей среды, включая торцевую шайбу на блоке фильтрующей среды, не испытывает осевых опорных нагрузок.
Уплотнительная поверхность образована ориентированными радиально внутрь или наружу боковыми поверхностями опорного буртика. Образующие уплотнительную поверхность боковые поверхности предпочтительно обращены радиально внутрь. На этой радиальной боковой поверхности опорного буртика находится также герметизирующий материал уплотнительного элемента, и прилегает дополнительный участок корпусной детали. Аксиальные нагрузки не переносятся на уплотнительную поверхность опорного буртика; передача аксиальных нагрузок происходит исключительно или по большей части через опорную поверхность на торцевой стороне опорного буртика. Этим путем получается разъединение аксиальной опоры и радиального уплотнения между фильтрующим элементом и корпусной деталью, например, выпускным патрубком для очищенной текучей среды. Поскольку уплотнительная поверхность полностью или по меньшей мере значительно не подвергается воздействию аксиальных опорных нагрузок, уплотнительная поверхность испытывает лишь незначительный износ, так что обеспечивается непроницаемость на протяжении длительного времени эксплуатации.
В принципе достаточно, чтобы уплотнительный элемент размещался только на боковой поверхности опорного буртика, которая образует уплотнительную поверхность для корпусной детали, относительно которой является герметизированной. Может быть целесообразным, что опорная поверхность на торцевой стороне опорного буртика либо не имеет герметизирующий материал уплотнительного элемента, либо покрыта герметизирующим материалом с меньшей толщиной и, соответственно, толщиной стенки, чем уплотнительная поверхность. Меньшая толщина стенки герметизирующего материала на опорной поверхности на торцевой стороне опорного буртика приводит к более точной передаче аксиальных нагрузок между корпусной деталью и опорным буртиком.
Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, на опорный буртик нагнетается герметизирующий материал уплотнительного элемента или, соответственно, герметизирующий материал вспенивается на опорном буртике. В результате этого обеспечивается прочное соединение между герметизирующим материалом уплотнительного элемента и опорным буртиком. Герметизирующий материал предпочтительно одновременно образует торцевую сторону покрывающей блок фильтрующей среды торцевой шайбы.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту исполнения, на обеих боковых поверхностях, то есть, на обращенных радиально внутрь и радиально наружу боковых поверхностях опорного буртика, находится герметизирующий материал уплотнительного элемента. Опорный буртик предпочтительно, по меньшей мере на своих аксиально возвышенных участках, полностью покрыт материалом уплотнительного элемента.
Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, опорный буртик имеет решетчатую структуру с решетчатыми проемами, которые служат для размещения уплотнительного материала. В проемы решетки при нанесении уплотнительного элемента может затекать и, соответственно, проникать уплотнительный материал, в результате чего может быть создано прочное соединение между уплотнительным элементом и опорным буртиком. Кроме того, решетчатая структура обусловливает улучшение стабильности опорного буртика, так что опорный буртик в состоянии воспринимать аксиальные нагрузки без существенного деформирования или вообще без него.
Согласно еще одному дополнительному целесообразному варианту исполнения, опорный буртик имеет по соседству с торцевой шайбой на блоке фильтрующей среды охватывающую опорную стойку, которая расположена аксиально в одной плоскости с торцевой стороной опорного буртика. Эта охватывающая по окружности опорная стойка, которая либо прилегает к блоку фильтрующей среды, либо размещена непосредственно по соседству с блоком фильтрующей среды, значительным образом улучшает стабильность опорного буртика.
Согласно еще одному дополнительному целесообразному варианту исполнения, опорный буртик состоит из радиального участка и аксиального участка. Радиальный участок соединен со срединной трубчатой частью, в частности, на находящемся радиально внутри краю, причем аксиальный участок размещается на находящемся радиально снаружи краю радиального участка. Радиальный участок и аксиальный участок совместно образуют кольцевой заплечик, который предпочтительно, по меньшей мере на своей наружной стороне, полностью покрыт герметизирующим материалом. Может быть целесообразным, что опорная стойка, которая расположена аксиально в одной плоскости с торцевой стороной опорного буртика, находится на сочленении между радиальным участком и аксиальным участком.
Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, как аксиальный участок, так и радиальный участок опорного буртика в каждом случае снабжены решетчатой структурой. В альтернативном варианте исполнения решетчатую структуру имеет только один из этих участков, тогда как другой участок имеет окружные распорки и радиальные распорки, и, соответственно, аксиальные распорки, однако на большем расстоянии друг от друга.
Альтернативно варианту исполнения опорного буртика как охватывающего по окружности заплечика с радиальным участком и аксиальным участком, также может быть целесообразным предусматривать только аксиальный участок опорного буртика, который образует аксиальное удлинение срединной трубчатой части.
Согласно изобретению, опорный буртик выполнен цельно со срединной трубчатой частью. Срединная трубчатая часть и опорный буртик, в частности, сформированы в виде конструкционной детали, образованной литьем под давлением синтетического материала. В альтернативном варианте исполнения опорный буртик и срединная трубчатая часть образуют отдельные конструкционные детали, которые, однако, соединены друг с другом, чтобы обеспечивать прочное позиционирование опорного буртика на срединной трубчатой части, и передачу аксиальных опорных нагрузок от опорного буртика на срединную трубчатую часть.
Согласно еще одному дополнительному целесообразному варианту исполнения, уплотнительный элемент или, соответственно, часть уплотнительного элемента, прилегает непосредственно к торцевой стороне блока фильтрующей среды, и образует торцевую шайбу. В альтернативном варианте, может быть предусмотрена отдельно сформированная торцевая шайба, которая покрывает блок фильтрующей среды с торцевой стороны. Тогда уплотнительный элемент предпочтительно прилегает непосредственно к торцевой шайбе. При этом принимаются во внимание, во-первых, варианты исполнения, в которых опорный буртик на своей обращенной к торцевой шайбе стороне также покрыт герметизирующим материалом, а также варианты исполнения, в которых дополнительный герметизирующий материал размещается поверх опорного буртика непосредственно на торцевой шайбе.
Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, размещенная радиально внутри боковая поверхность опорного буртика образует уплотнительную поверхность, к которой герметично прилегает участок корпусной детали. Но также возможно, что альтернативно или дополнительно находящаяся радиально снаружи боковая поверхность опорного буртика образует уплотнительную поверхность.
Корпусная деталь корпуса фильтра для размещения фильтрующего элемента выполнена, например, как выпускной патрубок, на который может быть насажен короб корпуса для размещения фильтрующего элемента. На корпусной детали находится, например, обращенная к фильтрующему элементу сторона посадочного паза с двумя концентрическими, радиально ограничивающими посадочный паз боковыми стенками, из которых по меньшей мере одна боковая стенка герметично прилегает к уплотнительной поверхности опорного буртика.
Для передачи аксиальных опорных нагрузок от корпусной детали на фильтрующий элемент может быть целесообразным размещение на корпусной детали обращенного к фильтрующему элементу аксиального штуцера, который в собранном состоянии прилегает к торцевой стороне опорного буртика и там аксиально поддерживается. В варианте исполнения корпусной детали с посадочным пазом аксиальный штуцер находится внутри посадочного паза.
Аксиальный штуцер предпочтительно имеет меньшую протяженность в осевом направлении на корпусной детали, чем уплотнительная стенка, которая прилегает к уплотнительной поверхности опорного буртика. В случае посадочного паза на корпусной детали уплотнительная стенка образована радиально ограничивающей посадочный паз боковой стенкой корпусной детали.
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 фильтрующим элементом из Фиг. 1 во вставленном в приемный корпус фильтра состоянии с соединительным патрубком,
Фиг. 3 представляет соответствующее Фиг. 2 изображение, однако в собранном состоянии, причем опорный буртик прилегает к фильтрующему элементу на соединительном патрубке.
На фигурах одинаковые детали обозначены одинаковыми кодовыми номерами позиций.
Осуществление изобретения
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 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. 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. По меньшей мере на одной торцевой стороне, предпочтительно на обеих противолежащих торцевых сторонах, блок 2 фильтрующей среды накрыт торцевой шайбой 5, которая выполнена непроницаемой для потока.
Цельно со срединной трубчатой частью 4 сформирован опорный буртик 6, который аксиально выступает над торцевой стороной блока 2 фильтрующей среды, причем осевое направление совпадает с продольной осью 9 фильтрующего элемента 1. Опорный буртик 6 по соседству с торцевой шайбой 5 на блоке 2 фильтрующей среды имеет охватывающую опорную стойку 10, которая расположена аксиально в одной плоскости с торцевой стороной опорного буртика. Опорный буртик 6 имеет радиальный участок 7 и аксиальный участок 8, которые выполнены в виде единой цельной детали. Радиальный участок 7 на находящейся на радиально внутренней стороне - обращенной к внутренней камере 3 - соединен со срединной трубчатой частью 4. На находящейся на радиально снаружи стороне радиального участка 7 расположен аксиальный участок 8. Тем самым аксиальный участок 8 находится радиально на расстоянии от срединной трубчатой части 4. В радиальном направлении находится аксиальный участок, однако все еще внутри наружного радиуса блока 2 фильтрующей среды и торцевой шайбы 5.
Как радиальный участок 7, так и аксиальный участок 8 опорного буртика 6 снабжены решетчатой структурой, которая имеет многочисленные выемки. Эти выемки в радиальном и аксиальном участке 7, 8 служат для размещения герметизирующего материала уплотнительного элемента 11, который находится на опорном буртике 6. Уплотнительный элемент 11 наносится впрыскиванием на опорный буртик 6 или, соответственно, вспениванием; герметизирующий материал представляет собой, например, вспененный полиуретан (PU). Поскольку герметизирующий материал проникает в выемки решетчатой структуры на радиальном участке 7 и аксиальном участке 8, обеспечивается прочное, неразъемное соединение между уплотнительным элементом 11 и опорным буртиком 6. Опорный буртик 6 предпочтительно полностью покрыт снаружи герметизирующим материалом уплотнительного элемента 11. Герметизирующий материал покрывает торцевую сторону блока 2 фильтрующей среды и образует торцевую шайбу 5. Опорный буртик 6 заделан в торцевую шайбу 5.
На Фиг. 2 и 3 представлено фильтрующее устройство 14, в частности, для фильтрации газа, с фильтрующим элементом 1 в корпусе фильтра, которое включает основной корпус 12 фильтра для размещения фильтрующего элемента 1 и соединяемую с основным корпусом 12 фильтра корпусную деталь 13. Корпусная деталь 13 образует, например, выпускной патрубок для чистой текучей среды. Фильтрующий элемент 1 может насаживаться на выпускной патрубок. Основной корпус фильтра в непоказанной концевой области, которая обращена в противоположную от выпускного патрубка сторону, может быть выполнен закрытым или соединяемым с крышкой так, что образуется закрытый корпус фильтра. 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 прилегает к верхней торцевой стороне блока 2 фильтрующей среды и распространяется в концевую область блока фильтрующей среды радиально внутрь и наружу. Верхняя торцевая сторона аксиального участка 8 образует аксиальную опорную поверхность для выпускного патрубка 13. В области верхней торцевой стороны находится герметизирующий материал только с меньшей толщиной уплотнительного элемента 11, как и на радиально наружной стороне аксиального участка 8 опорного буртика 6. Напротив, на радиально находящейся внутри боковой стороне аксиального участка 8 опорного буртика 6 герметизирующий материал размещен со значительно большей толщиной стенки. Эта боковая поверхность аксиального участка 8 образует радиальную уплотнительную поверхность для выпускного патрубка 13.
На выпускном патрубке 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 сформирован аксиальный штуцер 18, который находится в радиальном направлении в середине посадочного паза 15. Аксиальная протяженность аксиального штуцера 18 является явно меньшей, чем аксиальная протяженность ограничивающих посадочный паз боковых стенок 16 и 17. В собранном состоянии согласно Фиг. 3 аксиальный штуцер 18 прилегает к торцевой стороне аксиального участка 8 опорного буртика 6 и прилагает осевую силу к опорному буртику, которая передается от аксиального участка 8 через радиальный участок 7 в срединную трубчатую часть 4. Поскольку на аксиальной торцевой стороне аксиального участка 8 находится только небольшое количество герметизирующего материала, обеспечивается точная передача нагрузки аксиальной силы от выпускного патрубка 13 на опорный буртик 6.
К находящейся радиально внутри уплотнительной поверхности опорного буртика 6, на которой размещается герметизирующий материал с большей толщиной стенки, прилегает в собранном состоянии внутренняя боковая стенка 16 посадочного паза 15 выпускного патрубка 13. Вследствие дистанции как в осевом направлении, так и в радиальном направлении между аксиальным штуцером 18 и боковой стенкой 16, в частности, части на внутренней стороне боковой стенки 16, которая находится в контакте с уплотнительной поверхностью 19, обеспечивается разъединение аксиальной опоры и радиального уплотнения.