專利名稱：用于液體過濾的過濾器濾芯的制作方法
技術領域：
本申請涉及液體過濾器。具體涉及采用可維修的過濾器濾芯的液體過濾器，所述過濾器濾芯具有優選的密封裝置，并且，在一些情況下，沒有軸向載荷支撐襯墊。液體過濾器可用于多種用途。提供了組件和制備及使用方法。
背景技術：
液體過濾器被用于多種用途，例如，用于過濾潤滑液體，燃料或液壓液體。在使用期間，進行過濾時，要過濾的液體通過過濾介質。眾所周知的結構，是將過濾介質置成圓筒環繞中央凈化液體空間，使得出現從外部到內部(外向內)流過所述過濾介質的過濾流動。在其他結構中，過濾流動是從濾芯的內部到外部(內向外)。
在很多情況，所述過濾介質是以過濾器濾芯的形式提供，在第一和第二相對的端蓋之間延伸。通常，所述結構還具有襯墊。對于外向內的流動，提供內襯用于(a)為介質提供徑向支撐，以防在正常使用期間由于徑向壓力造成毀壞或損壞；和(b)軸向支撐，防止濾芯毀壞和損壞。使用這些結構的過濾器濾芯的例子披露于，例如，
公開日為2002年9月12日的WO 02/070869 A1(圖1和2)中，WO 02/070869的完整內容在此被結合入本文。
對于內向外的流動，可使用外部襯墊來提供介質的徑向支撐以及軸向支撐。
在很多組件中，過濾器濾芯被構造成可拆卸和可更換(即，可維修的)的部件，例如參見WO 02/070869 A1的圖1和2。希望對液體過濾器的設計提供允許對服務濾芯的結構進行所需的配置選項。
發明內容
根據本發明，提供了液體過濾器濾芯。液體過濾器濾芯一般具有第一和第二相對的端蓋，介質在其間延伸。所述介質被設置成形成開口的中央空間，在使用時，它形成了液體的內部容納空間。至少一個端蓋是開口的端蓋，即，它具有提供與內部空間流體流動連通的孔。在一些應用中，兩個端蓋都是開口的端蓋。在一些實施例中，液體過濾器濾芯被設置成在過濾期間外向內流動；盡管其他方案(從內向外流動)是可行的。
為一個或多個端蓋提供了優選的密封結構。在優選的應用中，在選定位置提供密封，以在使用時在一個或多個端蓋上具有有利的凈表面軸向力。在一些應用中，對每個端蓋提供了密封結構，以便提供優選的表面軸向力平衡水平。
提供了示例的組件。另外，披露了設計，組裝及使用方法。另外，提供了用于估算作用在整個過濾器濾芯的一個或每個端蓋上的凈軸向表面力的技術。另外，披露并且示出了一些優選的密封結構。
圖1是傳統過濾器濾芯的示意性側面剖視圖。
圖2是圖1所示過濾器濾芯一部分的示意性俯視平面圖。
圖3是本發明過濾器組件的第一個實施例的示意性上部側面透視圖。
圖4是圖3所示組件的示意性側面剖視圖。
圖5是圖4的第一部分的示意性局部放大圖。
圖6是過濾器濾芯端蓋部分的示意圖。
圖7是類似于圖6的示意圖。
圖8是類似于圖6的示意圖。
圖9是另一個實施例的剖視圖。
圖10是用于定義圖11中所使用術語的示意性描述。
圖11是示出若干不同系統的折紋數和優選的密封位置之間關系的曲線圖； 圖12是示例的過濾器濾芯的剖視圖； 圖13是描述圖12所示過濾器濾芯在外殼中的組件的剖視圖。
圖14是對于所定義系統的Di和Do之間關系的曲線圖。
圖15示出當其他變量固定時，有關參數的計算值的表格。
圖16是另一個實施例的側面剖視圖。
圖17是另一個實施例的側面剖視圖。
圖18-26是根據本說明書的折疊濾芯定義和計算定義的圖表。
圖27，29和31是從圖18-26的選定數據的折疊內徑(Di)對密封直徑(Ds)的圖表。
圖28，30和32是圖18-26的表格中的選定數據點的外徑(Do)對密封直徑(Ds)的圖表。
具體實施例方式 一般，本申請涉及液體過濾器濾芯和系統的結構。在某些應用中，以這樣的方式提供過濾器濾芯的部件，使得在工作期間有利于過濾器濾芯的整合。在一些情況，所述技術被應用于過濾器濾芯，所述過濾器濾芯是可維修的，就是說在使用期間可將它們從過濾器組件拆除并更換。在其他情況，將過濾器濾芯保持在過濾器組件內，并與外殼部件一起更換，而不是獨立于外殼部件更換。
本文所披露的是一般結構和特征，可將其優選用于獲得所述結果。另外，有關說明是由下面所示各種機械結構的優選應用所獲得的優點的理論原理組成的，可將其應用于多種用途中，以獲得類似的，理想的結果。
一般，可維修的過濾器濾芯是在通常工作期間，可以從外殼中取出并更換的過濾器濾芯。液體過濾器濾芯一般是用于過濾液體的過濾器濾芯。通常的過濾器濾芯包括在相對的端蓋之間延伸的過濾介質的圓筒形延伸部分。至少一個端蓋通常是開口的端蓋，允許已過濾的液體流過其間。在一些情況，兩個端蓋都是開口的。
這種濾芯的過濾介質通常是折疊的。實際上，本文所披露的技術特別適用于涉及折疊介質的裝置，盡管折疊介質并不是在所有情況都需要。另外，在一些情況，介質包可以包括折疊介質和其他類型的介質。
I.涉及軸向力的結構完整性的液體過濾器濾芯的一般特征。
參見圖1和2，示出了簡化模式的過濾器濾芯，以便于理解與本發明相關的凈表面軸向力的原理。具體地講，圖1的附圖標記1表示過濾器濾芯。一般，過濾器濾芯1包括過濾介質3，例如，以圓筒狀或星狀形式環繞中心軸4設置的折疊過濾介質3a。介質3在相對的端蓋5和6之間延伸。端蓋5是開口的端蓋5a，形成中央孔8，用于液體從內部9流出。端蓋6是封閉的端蓋6a，即，它沒有中央孔穿過。在這里，通向由過濾介質環繞的內部空間的端蓋孔一般表征為與內部空間形成直接流體流動連通的孔。術語″直接流體流動連通″表示在內部空間的液體可以直接通過孔，而不需通過過濾介質。
所述液體過濾器濾芯可被設置成內向外流動或外向內流動。本文中的術語″外向內流動″，是指被設置成使液體從濾芯外向濾芯內流過過濾介質的液體過濾器濾芯。″內向外″流動的液體過濾器在使用期間具有相反的流動方向。
所示出的具體液體過濾器濾芯1是外向內流動的液體濾芯。因此，在過濾作業期間，要過濾的液體通常沿箭頭10的方向通過介質3，從濾芯1的外部區域向內部9。已過濾的液體然后通過孔8從濾芯1排出。對于圖1所示的濾芯1，孔8由徑向密封裝置11加襯，所述徑向密封裝置可以對出口管或類似結構形成密封。在所示出的示例中，徑向密封裝置11會形成與孔8的直徑大體相同的密封直徑(Ds)，并且不大于介質的ID(內徑)。實際上，所示出的示例密封直徑(Ds)會略小于介質內徑(i.d.或Di)減去襯墊12的厚度。在這里，術語″密封直徑″(Ds)是指在密封件和外殼部件(如出口管)之間接合的密封表面的直徑。因此，這是指工作密封直徑，可能與未安裝部件中的直徑稍有不同。密封直徑(Ds)可以是向內密封或向外密封的直徑，取決于系統。
當液體通過介質3過濾時，攜帶在液體內的雜質材料沉積在介質3上或介質3中。因此，介質3對液體流動提供阻礙。當然，最終介質3會被堵塞，并且需要更換相關設備中的過濾器濾芯1，即維修。
在本文中，術語″軸向″，″軸向方向的″及其變化形式通常是指與所示出的過濾器濾芯1的中心縱軸4一致或平行的力；而術語″徑向″，″徑向力″或類似的術語是指朝向或遠離中心縱軸4的方向的力。
由于介質3起到了屏障的作用，一般，介質上游區域的上游壓力(Pu)高于介質下游側區域的下游壓力(Pd)。這表示，在使用時，對于外向內流動來說，介質3受到徑向朝向內部9的偏壓，即，沿箭頭10的方向。為了對這種情況的介質進行支撐，提供了徑向支撐襯墊12。支撐襯墊12通常包括穿孔的管或多孔的金屬管。
當然，在安裝部件1時，密封裝置11還將受壓力Pu的區域從受壓力Pd的區域分開。密封裝置11的功能和目的是阻止液體在所述兩個區域間的泄漏；特別是防止流體不通過過濾介質3而進入空間或內部9。
襯墊12提供額外的重要支撐功能。該功能是軸向支撐功能，阻止介質3在端蓋5和6之間沿軸向方向倒塌或變形。為了評估這種功能，了解作用在端蓋上的凈表面力(軸向)是重要的。
在本文中，對于端蓋，術語″外面″或″外表面″用于表示遠離介質并遠離相對端蓋方向的端蓋表面。參見圖1，端蓋5的外表面以5b表示，而端蓋6的外表面以6b表示。端蓋的內表面一般是朝向介質并朝向相對端蓋的表面。因此，端蓋5的內表面以5c表示，而端蓋6的內表面以6c表示。
參見圖2，可以了解引起濾芯1上軸向應力的力的類型。具體的講，圖2是端蓋5的俯視平面圖。在圖2中，示出折疊介質3包埋在端蓋5中，虛線表示介質的位置。對于圖2所示出的具體實施例來說，為了方便起見，所示的介質3僅有六個折紋21。在通常裝置中，可有更多的折紋(通常沿內側8-12個/英寸)。
另外，在使用期間，密封件11和/或介質3將受壓力Pu的上游區域從受壓力Pd的下游區域隔開。
在圖2中，區域25一般表示端蓋5的部分，在這里端蓋5的外表面5b和內表面5c均位于介質3的上游。結果，區域25的端蓋5的表面部分在其兩側受到相等的反向壓力(Pu)。另一方面，區域26是這樣的區域，其中端蓋5的外表面5b受到上游壓力(Pu)，而端蓋5的內表面或下表面位于介質3的下游，并因此受到內壓力Pd。由于在區域26的Pu＞Pd(并且由于力＝壓力×面積)，在工作期間，在端蓋26上一般存在壓力，該壓力會產生向下的凈壓力(在圖2中遠離觀察者，并且在圖1中沿箭頭30的方向)。在這里，由于作用在其相對表面(外表面和內表面)上的液體壓力，作用在選定端蓋上的凈軸向力被稱作選定端蓋的″凈表面軸向力″。對于圖1和2所示出的端蓋5來說，在使用期間的凈表面軸向力是朝端蓋6的方向。
在使用時，會在端蓋6上存在類似的，但是相反(向上)方向，即，圖1中箭頭31所示方向的凈力。不過，應當指出，在區域35，即端蓋6不存在孔的中央區域，提供了沿箭頭31方向的附加力，因為在該表面部分存在壓差。
從圖1和2的示意圖和上述討論中可以看出，在介質3具有壓差的通常工作中，端蓋5會承受朝向端蓋6的凈表面軸向壓力，而端蓋6會承受大體朝向端蓋5的凈表面軸向壓力。為了避免介質3由于上述力的作用發生軸向變形或毀壞，通常的過濾器濾芯，例如濾芯1包括軸向載荷核心或襯墊12，在端蓋5和6之間軸向延伸。這提供了除介質3之外的軸向強度，以阻止介質毀壞。
在通常裝置中，端蓋5和6或者是用可模制的塑料或聚合材料模制而成，或者端蓋5和6包括金屬，例如通過諸如塑料溶膠的密封劑將介質3封裝或固定在其上。在每一種情況，內襯或核心12通常固定在端蓋的合適位置，以對裝置提供軸向強度。因此，在不破壞過濾器濾芯1以允許拆除的情況下，通常的軸向載荷襯墊12不能從濾芯1拆除。在這種裝置中，襯墊或核心12在本文中被稱為與過濾器濾芯的其余部分是″一體的″或″永久地″包括在過濾器濾芯中。
正如在上面的背景部分中所指出的，如果過濾器組件使用可更換的(或可維修的)過濾器濾芯，需要定期取出和更換過濾器濾芯1。如果過濾器濾芯是諸如圖1所示的濾芯1，當更換過濾器濾芯1時，同樣要更換核心12。不過，一般來說，內襯12是由諸如穿孔金屬板或硬質塑料或網狀金屬材料制成，這種材料不容易磨損。因此，定期更換其內置有永久性襯墊12的濾芯1，可能導致浪費在使用期限內還未被損耗的材料。另外，對于內核12的處理可能是個問題。例如，如果它是由金屬制成，則焚化會成問題。另外，內核或襯核12構成了過濾器濾芯1的組件費用，該費用如果可能的話可以避免。另外，襯墊12的存在使得處理時濾芯5更難以壓縮或壓緊。
在這里，永久性置于濾芯5內的襯墊或核心12，至少部分為了在使用期間控制軸向載荷，有時候被稱作″軸向載荷襯墊″或類似術語。術語″軸向載荷襯墊″不是指位于介質一側的所有類型襯墊。不提供足夠的軸向強度以顯著抵抗較大軸向載荷的金屬絲或塑料網或類似結構，不屬于術語軸向載荷襯墊的范疇。一般，如果襯墊的強度不足以承受至少20磅的軸向載荷作用在其上，它在本文就不被認為是軸向載荷襯墊。
仍然參見圖1，應該指出，如果密封件位于或靠近外周區域位置37，38，具有外向內流動結構，則總的凈力是這樣的，使得端蓋5，6彼此偏離。這個原理披露于，例如，美國專利6,626,299中。
II.構成液體過濾器的有利結構的一般原理 在I部分中討論的原理可以總結如下 1.一般，過濾器濾芯的每個密封件以及濾芯的介質，將兩個相對端蓋的表面部分分離成部件承受工作壓力Pu的上游區域，和部件承受工作壓力Pd的下游區域。一般，Pu＞Pd。
2.作用在選定端蓋上的凈軸向表面力可通過估算端蓋每側承受壓力Pu的表面積值和端蓋每側承受壓力Pd的表面積值來估計，因為一般力(F)等于壓力(P)×面積(A)。在相同壓力作用于端蓋相對側的相同部位的區域中，沒有凈定向壓力會影響介質的軸向完整性或對該端蓋產生凈表面軸向力。
3.過濾器濾芯(外向內流動)具有一開口端，通過內部徑向密封對齊或小于介質的ID或下游邊緣，和同樣的相對端蓋或閉合的相對端蓋，在工作期間對于每個端蓋有凈表面軸向力，使得每個端蓋承受彼此相對的壓力。容納在傳統濾芯內且在兩端蓋間延伸的軸向載荷襯墊通過抵制這種破壞或變形力提供結構的完整性。
一般，根據本發明的原理，可以提供優選的裝置，其中用密封位置來提供端蓋上所需的凈表面軸向力。
可選地，這可以在沒有軸向載荷襯墊作為服務零件(即，過濾器濾芯)的永久部件的裝置中實現。
在下面的IV部分提供了用于獲得上述結果的涉及選定密封位置的原理的詳細討論。在介紹該部分前，披露了若干實施例，這些實施例利用并且驗證了所述原理。優選實施例的特征是選擇密封位置，以使每個端蓋沒有凈表面軸向壓力差，或希望的低水平的凈表面軸向壓力差。
III.平衡軸向力以獲得優選的結構；圖3-5；圖9. A.圖3-5 圖3中的附圖標記51一般表示本發明的液體過濾器組件。液體過濾器組件51一般包括過濾器蓋53和過濾器外殼54。具體的液體過濾器組件51包括置于外殼54內的可拆除并可更換的(即，可維修的)過濾器濾芯55(圖4)。
液體過濾器組件51可被設置用于多種液體過濾作業；例如，作為潤滑油過濾器，液壓流體過濾器或作為燃油過濾器。所示出的具體的液體過濾器組件51被設置用作油過濾器組件58，具有外向內流動。不過，所披露的基本原理，和所示出的元件部分，可應用在其他類型或結構的液體過濾器上，包括設置用于內向外流動的液體過濾器。
參見圖4，在正常過濾作業期間，要過濾的液體進入過濾器蓋53(從裝置內的流通管線)，并由入口通道60通過過濾器蓋53。對于通常的應用來說，通道60被設置以提供輸入液體的環形流動。液體隨后流入外殼54，具體是進入環繞濾芯55位于濾芯55和外殼54的側壁54a之間的環形區域62。在過濾期間，液體流過濾芯55并進入中央凈化液體空間66。液體然后沿箭頭68的方向離開空間66，進入過濾器蓋53中的出口流動通道69。出口流動通道69隨后會與安裝了過濾器蓋53的適當裝置進行流體流動連通。該裝置可以包括，例如，車輛，或不同結構設備或其他設備(固定的或移動的)。
在通常的組件中，外殼54是可開的。參見圖4，對于液體過濾器組件51來說，外殼54是通過在螺紋70處將外殼54從過濾器蓋53分離而打開。通過O形環提供了防止泄漏的密封件71。
周期性地，過濾器濾芯55中的過濾介質75會由于從液體流中過濾的雜質累積在介質75中(或上)而變得堵塞。當堵塞達到適當設定的程度，例如，通過壓差測量檢測或由于工作到預定的維修間隔，介質75一般通過更換來維修。通常，介質75的維修是通過取出并更換可維修的濾芯55而實現的。
通常可維修的濾芯55一般包括介質75，在第一和第二相對的端蓋77，78之間延伸。端蓋77，78可以用多種材料制成，例如，可以用聚合物模制，或者可以用金屬制成，例如將介質固定其上。對于所示的具體實施例來說，所示出的端蓋77，78是由合適的聚合材料制成的模制端蓋。
在所示出的結構中，介質75是折疊的介質筒75a，形成內折紋尖端或邊緣75b，和外折紋尖端或邊緣75c，參見圖5。折紋在端蓋77，78之間軸向延伸，參見圖4。
對于所示出的具體結構來說，過濾器濾芯55是″雙開口端″的過濾器濾芯55a。這表示每個端蓋77，78是″開口的″端蓋77a，78a，各自具有穿過其間的中央孔(分別為77b，78b)，與中央區域66形成流體流動連通。
過濾器濾芯55是″雙開口端″的過濾器濾芯55a的一個原因是，在維修期間，它可在支撐管79上滑動。支撐管79會在下面更詳細地討論。在所示出的示例中，在維修作業期間取出并更換過濾器濾芯55時，支撐管79保持固定在碗狀物或外殼54上。當然，在其他系統中，支撐管可以制作成非永久性置于外殼內。
由于過濾器濾芯55是可維修的部件，要定期取出并更換，有必要提供密封裝置，以確保沒有未經過濾的流體漏入空間66中。對于圖3所示的具體實施例來說，密封裝置包括第一密封件82和第二密封件83。第一密封件82用于密封濾芯55的端蓋77和過濾器蓋53的部分85；而第二密封件83用于在濾芯55的端蓋78和外殼54的部分86a之間提供密封。
一般，密封件82包括O形環82a，見圖5，它安裝在軸向密封支撐82b上，密封支撐82b從端蓋77向外軸向延伸。另外，參見圖4，密封件83包括安裝在軸向延伸部分上的類似O形環，從端蓋78向外遠離介質75軸向延伸。
一般，過濾器蓋53的部分85是中央液體流出管85a的外表面部分(圖5)；而外殼54的部分86a(圖4)包括外殼底座86的部分。外殼54的外側壁54a從底座86向上朝過濾器蓋53突出(參見圖3-5的實施例)。內襯，管或核心79固定至外殼底座86。
過濾器濾芯，如圖4和5的過濾器濾芯55，在本文中被表征為″無芯濾芯″，因為它(作為過濾器濾芯的整體部件)不含有內襯，管或核心永久性固定在濾芯內，在端蓋77，78之間延伸，以支撐軸向載荷。應該指出，在本文中，術語″無芯″是指其內沒有作為整體部件的用于軸向載荷的內部管狀支撐的裝置(而不是根本沒有任何類型的支撐)。例如，介質可以具有沿其內側的輕質金屬絲網或塑料網的折疊延伸部分，并按照該定義仍然是″無芯的″。一般，如果沿介質內部能夠支撐至少20磅(9.1kg)的軸向壓縮載荷的結合過濾器濾芯的結構不是永久性地存在于過濾器濾芯中，則過濾器濾芯按照該定義就被認為是″無芯的″。在本文中，術語″軸向″表示沿軸線94延伸的力，見圖4；即，相對端蓋77，78之間的方向。
應該指出，過濾器濾芯會被認為是上述定義中的″無芯的″，即使沒有永久性安裝在濾芯本身的核心存在于組件51的其他地方。
仍然參見圖3-5，還可以看出，對于所示出的優選實施例，過濾器濾芯55同樣不包括一體的外部支撐結構，以支撐軸向載荷，在端蓋77，78之間連續延伸。這種結構在本文中被稱作″無外部軸向載荷襯墊″的過濾器濾芯或不具有軸向載荷外部襯墊的過濾器濾芯。
在本文中，過濾器濾芯會被認為沒有外部軸向載荷襯墊或無外部軸向載荷襯墊，即使它(與過濾器濾芯一體)包括折疊的輕質網，如輕質金屬絲網或輕質塑料網，或環繞外部的其他結構，所述折疊的輕質網不顯著承受軸向壓力載荷。在本文中，只要存在的任何外部襯墊(與過濾器濾芯一體)不能夠支撐至少20磅(9.1kg)的軸向載荷，過濾器濾芯就被認為是無外部軸向載荷襯墊的。
如果過濾器濾芯是無外部軸向載荷襯墊且無芯的，有時候在本文中可被稱作″無軸向載荷襯墊″。
對于圖4和5所示出的結構，在這里由內芯79對過濾器濾芯55的介質75提供徑向和軸向支撐。內芯79是多孔的管狀件91，見圖5，如此置于液體過濾器組件51內，使得在維修作業期間更換可維修的濾芯55時，多孔的管狀件91不用取出并更換。就是說，可維修的濾芯55是無芯的，因為內芯79(即，多孔的管狀件91)不是過濾器濾芯55的一部分。
對于所示的具體實施例，內芯79固定至外殼54的其余部分，見圖4。提供固定安裝配合的特別方便的方法是選擇性地使用不徑向連續，但其內具有間隙或裂縫93(見圖5)的部件作為管狀件91，見圖4。根據美國專利6,206,205所示的類似襯墊(但襯墊與過濾器濾芯成一體)，該專利的完整內容被結合入本文，所示的具體裂縫93不是軸向的，而是與中心軸94成一個角度(A)延伸，見圖5。由裂縫93提供的間隙使得多孔的管狀件91在一定程度上徑向壓縮(在壓力作用下)成較小的周長，因而可以通過壓入配合固定在外殼54的底座86的容器95上。通常的間隙會選擇為角度A不大于15°，優選至少0.5°，通常1-15°。
對于圖4和5所示出的具體組件51，選定內芯79的外徑，使得在使用時濾芯55可以在其上滑動。優選的，支撐91的外徑的尺寸使得它能夠作為折疊介質75a的內部徑向支撐。在通常應用中，為了實現這個目的，管狀支撐的OD應優選選擇不大于折疊介質75a的內折疊尖端75b的ID 0.09英寸(2.3mm)。
如果需要，多孔的管狀件91可在其外表面上提供凸起，肋或其他結構，以提供與內折疊尖端75b更緊密的接合。管狀件91可包括金屬或模制塑料。
一般，端蓋77在這里被稱作″上″端蓋，因為在正常安裝位置，見圖4，端蓋77向上放置。相反，端蓋78在本文中一般被稱作是下或底部端蓋，因為在圖4所示的正常安裝位置，它方向朝下。
端蓋78可被設置成包括雜質容納和收集部件，圖中未示出。雜質容納和收集部件可根據
公開日為2002年10月17的PCT公開文本WO 02/081052，在此被結合入本文。
參見圖4，為了使襯墊91在正常使用期間在端蓋77，78之間提供軸向支撐，優選將過濾器濾芯55構造成，在端蓋77，78之間(即，在使用期間在整個過濾器濾芯55上)，幾乎沒有或沒有凈表面軸向力作用于部件55上；并且幾乎沒有或沒有凈表面軸向力作用于每個端蓋77，78上。
如果過濾器濾芯55大體按照圖1的濾芯1構造，除兩個端蓋是開口外，就不會產生如此低的凈力。這是因為圖1中作用于端蓋5的凈表面軸向力朝向端蓋6；而圖1中作用于端蓋6的凈表面軸向力朝向端蓋5。
為了改變這種情況，選擇了端蓋77，78的優選密封位置。正是這些密封的位置，會在端蓋78上生成優選的力分布，從而使得幾乎沒有或沒有凈力作用在過濾器濾芯55上，或凈表面力作用在每個端蓋77，78上。
如上所述，參見圖4和5，端蓋77的密封位置在82處。如上所述結合圖4，端蓋78的密封位置在83處。在這里，密封直徑被稱作Ds。由折紋形成的內徑被稱作Di。由折紋尖端形成的外徑被稱作Do。
在這里，對端蓋提供力的平衡或作用于端蓋上的凈軸向表面力的密封直徑被稱作Db或DsB。
從第II部分的討論可以看出，對于端蓋A，直徑DbA可以這樣確定，使得在正常使用時，朝向端蓋A的外表面和端蓋A的內表面的表面軸向力是平衡的。就是說，具有直徑DbA的密封在使用時，沒有凈表面軸向力作用在相關的端蓋A上。
對于具有兩個端蓋的結構，指定為端蓋A和端蓋B，如果端蓋A上的密封位于DbA處，而端蓋B上的密封位于DbB處，每個端蓋的凈表面軸向力會平衡，并且不會有凈表面軸向力作用在相關的濾芯上。即使一個端蓋是封閉的也是這樣，因此，不需要密封來阻止未經過濾的液體進入過濾器濾芯的內部空間。就是說，即使是封閉的端蓋，也可以提供密封件，將端蓋與部分外殼接合。這個密封件將受到壓力Pu的區域與受到壓力Pd的區域隔開。因此，它的位置可以設置在平衡點Db處。不過，不會使用后面這種獨特的密封件來阻止未經過濾的液體繞過介質。
另外，在這里，對相關端蓋的每個表面提供力平衡的密封件直徑Ds一般被稱作Db。對于通常液體過濾器濾芯的凈軸向表面力，只要密封直徑Ds在DbA±15％的直徑范圍內，即，在0.85-1.15DbA的范圍內，包括端點值，端蓋A就被認為在優選的平衡水平內。通常，密封直徑Ds在0.9-1.1DbA的范圍內，包括端點值，經常為0.92-1.08DbA。最通常的，它被選定在0.95-1.05DbA，包括端點值的范圍內。不過，正如下面所討論的，本文所披露的原理可應用于這些范圍之外。
上述范圍用于表示在某些場合下，軸向載荷是可以接受的，所述載荷不是零，而是小到足以適應優選結構，這是因為在通常的預期使用條件下，軸向載荷是過濾器濾芯可以接受的。盡管其他方案是可行的，通常，密封位置位于折疊內徑(Di)向外至少2mm，通常至少5mm，有時至少10mm并且，還可以在從折疊外徑(Do)向內至少2mm，通常至少5mm，有時至少10mm的位置。可以按下文所討論的方法計算任何給定系統的優選位置。
一般，設置用于流體流入和流出元件的第一開口端蓋具有如上所定義的密封直徑Ds。這對應于端蓋77，見圖3。最優選的，兩個端蓋(77，78)都具有如上所定義的密封直徑。
平衡裝置的原理(在Db處的密封)可應用在上置式或下置式結構上。采用上述原理的下置式結構的例子由圖3-5示出。
參見圖9。在圖9中，示出了液體過濾器裝置200，它包括過濾器底座201和可移動蓋202。固定在外殼203內由蓋子202和底座201形成的是過濾器濾芯205。過濾器濾芯205包括在相對的端蓋207和208之間延伸的折疊介質206。端蓋207是開口的端蓋，由O形環211形成的徑向密封210安裝在端蓋207的向外(相對于介質)軸向延伸部分212上。
在端蓋208處，所示的密封件215由O形環216形成，安裝在端蓋208的向外軸向延伸部分217上。
應該指出，在端蓋207上的O形環211和支撐襯墊221的部分220之間設有密封210。應該指出，密封215是在部分端蓋208上的O形環216和底座203的部分225之間形成的。
在使用時，通過移走頂蓋202，然后將部件205從其密封取出進行維修。
組件200是上置式裝置，并且包括排出裝置230，以允許在移去蓋子202時，滯留在內的液體從內部231排出。這種裝置的一般原理披露在申請日為2004年1月27日的PCT申請US04/02074中，該申請在此被結合入本文。
優選的，根據上述定義，密封件210和216各自位于平衡的密封直徑Db(即，各自在0.85-1.15Db范圍內)的位置。
IV.評估作用在過濾器濾芯的端蓋裝置上的凈軸向力的方法；設計方法。
A.背景原理 提供了用于估算任何給定端蓋或濾芯的凈軸向力的數學方法。一般，所述技術可應用于各種尺寸的使用折疊介質的液體過濾器濾芯。用于支持計算的各種假設在合適處指出。
盡管液體過濾器濾芯可相對重力位于任何位置，為簡單起見，在討論有關概念時假設過濾器濾芯的軸線垂直于地平面。因此，在說明書的這部分，朝向地球(向下)的作用力被定義為負的(-)，而相反方向的力為正的(+)。
為最初討論的目的，假設過濾器濾芯是圓筒狀，使用折疊介質，并具有圓形的端蓋。
圖6示出過濾器濾芯的一部分。端蓋用400表示，折疊介質用401表示。折疊介質401的幾何形狀被設置成″V″形。弧線A-B表示一個完整的折疊。Pu是上游壓力，Pd是下游壓力。因為與介質的總面積相比，介質401的厚度小，假設介質的壓力下降出現在介質中心線402上，并且是階梯函數。這種假設表示，在介質401a上游側的壓力被認為在介質厚度的前半部分保持恒定；并且，在介質厚度的中心線上，壓力下降到下游壓力，且在介質后半部分至下游側401b保持恒定。
這種理想化與實際壓力情況并沒有太大差別。不過，這種理想化的介質壓力下降簡化了與確定受介質壓力下降影響的端蓋上各表面積相關的數學計算。另外，假設作用在端蓋表面上的壓力Pu和Pd在這些表面上的各處均相同。
對于在圖6和7中評估的現有模型來說，假設所討論的端蓋400是開口端蓋，具有外邊緣404和內邊緣405，分別對應外(Do)和內(Di)折紋尖端。
在圖7中，對圖6所示的方案進行了改動，以計算受壓力下降影響的面積。使用介質401的中心線402而非整個介質厚度(如上文所解釋的)。Au是上端蓋400的面積，它受到作用在端蓋400兩側上的上游壓力。由于這個原因，作用在兩側上的壓力彼此抵消，并且不會產生作用在相應的端蓋或過濾器濾芯上的凈表面軸向壓力。Ad1+Ad2是上端蓋的組合面積，它受到作用在端蓋外表面上的上游壓力(Pu)和作用在端蓋內表面上的下游壓力。這個組合面積涉及一個完整的折疊。要知道作用在上端蓋的總效果，必須利用過濾器濾芯中的折紋數。因此，在過濾器濾芯的壓力下降產生向下的力等于(Ad1+Ad2)×(壓力下降)×(折紋數)。
用于計算Ad1和Ad2的數學計算來自各種實用的三角方程式。一種方法是首先得到角a，然后將角a用在公式中，得到組合面積(Ad1+Ad3)。然后得到組合面積(Ad3+Ad4)。通過檢查圖7還可以從對稱性了解到Ad3＝Ad4(Eq.1) 得到∠a° 從圖7中可以看出Au+Ad1+Ad2+Ad3+Ad4＝At ∠a°等于所示面積At的整個角度的一半。由于該面積表示一個折疊，可以通過簡單地將360°除以折紋數來得到整個角度。∠a°是整個角度的一半。
其中PC是折紋數(整個過濾器濾芯的折紋數)。
由Ad1+Ad3形成的面積是斜角三角形，有兩條邊和其中的夾角是已知的。根據Machinery′s Handbook，24th Edition，Page 83，second panel，這個三角形的面積公式是
將公式Eq.2代入公式Eq.3，可以得到
面積Ad3+Ad4可以通過扇形面積公式確定，參見Machinery′s Handbook，24th Edition，p.58 簡化所述公式 另外，通過對稱性我們知道Ad3＝Ad4。公式Eq.5隨后變為 將公式Eq.6代入公式Eq.4，并且求出Ad1
對每個折疊來說，其上具有壓力下降的下游側的面積是Ad1和Ad2。同樣根據對稱性，Ad1＝Ad2。因此，受壓力下降影響的上端蓋的總面積Atu等于折紋數×2×Ad1Atu＝2(PC)(Ad1)或
示例 例1-具有傳統ID密封件的過濾器濾芯 在本示例中考慮的過濾器濾芯結構是類似于圖1的結構，所不同的是它具有類似于端蓋5的兩個相對的開口端蓋，并且折紋外徑(Do)為4英寸；折紋內徑(Di)為2英寸；折紋數(PC)為40；并且，在使用時介質上的壓力下降(ΔP或PD)為100psid(磅/平方英寸(壓差))。沿每個端蓋的ID提供密封。
Do＝4；Di＝2；折紋數＝40。將上述值代入上述公式，求出了上端蓋的總面積Atu＝3.135英寸2。
沿負軸向方向(沿重力方向)作用在上端蓋的總作用力(Ftu)為Ftu＝-100psid×Atu Ftu＝(-100)(3.135)＝-313.5磅力(磅的力) 對于所定義的傳統過濾器濾芯，313.5磅力沿相反的方向作用在上端蓋和下端蓋。作用在上端蓋的力(-)向下作用。作用在下端蓋的力(+)向上作用。最終結果是，過濾器濾芯沿其垂直軸線要經受313.5磅的壓力。通過設計(在傳統濾芯上)，該力的大部分通過端蓋傳送到內襯上。介質包會受到一部分這個力，因為對每個折紋，該力分布在面積Ad1和Ad2上。力的這種分布在端蓋上產生彎曲力矩，它將總負荷的一小部分傳送到介質包上。
例2-將下端密封移至外徑 將密封從內徑移至外徑改變了作用在下端蓋的力的大小和方向。而在所討論的傳統設計中，作用在下端蓋的力是沿向上或正(+)方向的，將密封重新安置在外徑導致所述力沿向下或負的(-)方向作用在下端蓋上。另外，面積較大，因此力也較大。
記住，介質的上游壓力(Pu)大于介質的下游壓力(Pd)。通過觀察圖7可以看出，Pu作用在由Au限定的端蓋上表面；而Pd作用在由Au限定的端蓋下表面。知道Pu＞Pd，表示作用在每個折紋的Au上的凈力是沿向下或負的(-)方向。
面積Ad1和Ad2位于介質的下游側。通過將密封置于下端蓋的外徑上，下游壓力Pd現在同時作用在面積Ad1和Ad2的兩側；因而彼此抵消，導致作用在這些面積上的凈軸向力為零。
使用三角公式以及一些早先推導的公式，可以得到面積Au作為已知參數Do，Di和折紋數的函數。
再次通過使用扇形的面積公式，可以得到 另外，通過對稱性我們知道Ad1＝Ad2(Eq.10) 先前我們業已推導了Ad1的公式(公式Eq.7)
根據扇形公式我們知道 通過將公式Eq.5，7，和10代入公式Eq.9，并且求出Au，可以得到
使用先前示例中的尺寸，所不同的是這次下端蓋使用的密封在外徑上，而非在內徑上 Do＝4；Di＝2；折紋數＝40；壓差或壓力下降(PD)＝100psid。
從先前的示例可以看出，沿負軸向方向(沿重力方向)作用在上端蓋的總力Ftu＝-313.5磅。
通過觀察圖6可以得出，對于一個折紋的過濾介質上游，作用在下端蓋表面上的壓力組合產生沿向下或負(-)方向的壓力下降×Au的凈力。對于一個折紋的過濾介質下游，作用在下端蓋表面上的壓力組合產生凈軸向力為零。
對所有折紋，作用在下端蓋表面上的總力為Ftl＝(-PD)(Au)(PC) 利用公式Eq.12可以得到
代入數字
對于在外徑上的密封，作用在下端蓋的凈表面力，不考慮來自上端蓋的力，是沿與作用在傳統設計的下端蓋上的力相反的方向作用的。另外，力的大小比傳統設計的更大。
最終結果是，具有使用外徑密封的端蓋的過濾器濾芯會在外殼中向下移動直到停止。
例3-將密封置于中間位置 應該指出，沒有必要為了獲得如前所述的這種向下的力Ftl而將下端蓋的密封置于端蓋的外徑上。獲得向下力Ftl所需要的是足夠的向下力，以確保過濾器濾芯降至碗狀物的最低點，從而放置上端蓋，以使它能通過內襯轉移作用在上端蓋的大部分力Ftu。
一種方法是縮小下端蓋上的密封直徑，以使作用在下端蓋的凈軸向力為零。沿向下方向作用在上端蓋的力Ftu確保過濾器濾芯降至最低點，抵靠外殼底部。進一步縮小密封直徑會造成凈力開始沿向上方向增加。繼續縮小密封直徑，最終會使這個直徑與上端蓋密封的直徑相同，這會使軸向力與傳統過濾器濾芯上的軸向力相同。可以使用電子數據表來研究不同直徑和力，以獲得詳盡的結果。
參見圖8，可以看出它與圖7類似，除增加了額外直徑Ds外。它是下端蓋的密封直徑，所示的直徑不是外徑或內徑。結果，表面積Ad1和Ad2(圖7)現在被分成三個部分分別為Ad1的A2，A6，和A8，和Ad2的A3，A5，和A7。
關注的面積是A2，A3，和A4。通過檢查可以看出，作用在A1上的上游壓力在密封直徑Ds外側。這表示作用在A1兩側的壓力相同，因而彼此抵消。在下游側可以發現面積A5，A6，A7和A8有這種相同的情況。
同樣，通過檢查可以看出，面積A4上的壓力沿向下(-)方向作用，大小為壓力下降×A4。另外，通過檢查可以看出，由于對稱性，A2＝A3。并且作用在A2和A3上的壓力沿向上(+)方向，每個大小為壓力下降×A2。
通過三角公式可以得到面積A4，A2，和A3的函數，其參數包括Ds，密封直徑；Do，介質包的外徑；Di，介質包的內徑；和，折紋數。
要得到面積A4，首先必須得到圖8中的角度∠a，∠d，∠c，和∠b。前面已得到了∠a。
通過求解斜角三角形可以知道
和∠c°＝180°-(∠a°+∠d°) 并使用斜角三角形的求解
同樣通過扇形面積公式可以知道
從對稱性可以知道A7＝A8；&A11＝A12 結合并求解A4可以得出
從斜角三角形的求解可以知道
將公式Eq.16代入公式Eq.15可以得到
化簡可以得到A4＝(.004364(∠b°)(Ds2))-(.25(Di)(Ds)(Sin∠b°))(Eq.17) 根據基本三角學可以知道，由外徑(Do)，內徑(Di)和表述剖面弧度的角θ所描述的平面圓環剖面的面積為
因此
知道A2＝A3，公式Eq.18變為
并且求出A2
再次根據對稱性A2+A6+A8+A10+A12＝A3+A5+A7+A9+A11(Eq.20) 同樣根據圓弧公式
將公式Eq.20代入公式Eq.21可以得到
根據斜角三角形求解，可以得到
將公式Eq.23代入公式Eq.22，并且求出A1
通過化簡可以得到A1＝.004364(∠a°)(Do2)-A4-.25(Di)(Do)(Sin∠a°)(Eq.24) 將公式Eq.24代入公式Eq.19并且化簡
現在，面積A2和A4根據已知的參數(Do，Di，折紋數)可知。通過檢查(圖8)可知；A2＝A3；上游壓力Pu作用在面積A4上；而下游壓力Pd作用在面積A2和A3上；而在其余面積上(A1，A5，A6，A7，和A8)，作用在端蓋任意一側的壓力是相同的，因而在軸向方向彼此抵消。
為了在端蓋上獲得力的平衡，以使凈軸向力等于0，必須求出幾何學，以使A2+A3＝A4(Eq.26) 由于A2＝A3，可以改寫公式Eq.262(A2)＝A4(Eq.27) 將公式Eq.25代入公式Eq.27可以得到.004364(∠a°)(Do2-Ds2)-(.004364(∠a°)(Do2))+A4+(.25(Di)(Do)(Sin∠a°))＝A4 重新排列所述公式可以得出
簡化公式.004364(∠a°)(Ds2)＝.25(Di)(Do)(Sin∠a°)(Eq.28) 從公式2
我們可以得到以下公式
并且為Ds求解公式Eq.28
進一步簡化所述公式
并且認為0.3183是π的倒數
為Di求解公式Eq.28
為Do求解公式Eq.28
例如，使用前面的尺寸Do＝4英寸，Di＝2英寸，并且，折紋數＝40；代入公式Eq.29
為了在端蓋上實現力的平衡，以使端蓋上的凈軸向力等于0，并且折疊包外徑(Do)為4英寸；內徑(Di)為2英寸；總折紋數為40，需要的密封直徑(Ds)為2.83英寸。因此，在2.83英寸，對于所定義的系統，Ds＝Db。這會是密封和密封表面接觸的直徑。
對于整個部件，可以通過實驗室試驗來評估作用在部件上的凈軸向載荷。具體地講，作為一種方法，可以將測壓元件放在過濾器濾芯的內徑上。測壓元件的一端連至上端蓋，而另一端連至下端蓋。將過濾器濾芯放入過濾器外殼。油以標準試驗流動狀態通過過濾器濾芯。試驗灰塵或其他雜質被注入過濾器濾芯上游。隨著過濾器收集試驗灰塵雜質，在過濾器上的壓力下降會增加，從而增加了過濾器濾芯的軸向載荷。使用標準密封結構的過濾器濾芯會在測壓元件上產生軸向力。這個力會與過濾器的壓力下降成比例增加。使用所表征的優選密封結構的過濾器濾芯會分解過濾器濾芯上的所有或大部分軸向力。隨著介質的壓力下降增加，可以通過觀察測壓元件的軸向力相當小的(如果有的話)增加來評估。
應該指出，上述公式表示折紋數是公式的變量。實際上，對于通常的液體濾芯，一旦折紋數足夠大，其數量的增加不會顯著改變Db的優選位置。這可以通過圖11中所示的數學模型加以例證。在圖11中，折紋數標在X軸上，而Y軸表示單位軸向載荷。尺寸是指圖10。可以看出，折紋數大于約20，例如20-30，隨折紋數的變化軸向載荷的變化相當小。參見圖10，箭頭X表示外向內流動方向或標準(std)流動。箭頭Y表示內向外流動方向或反向(rev)流動。尺度Z表示折紋深度。
這些變量在圖11的曲線中可以確定。
B.利用所述原理的設計方法 上述原理允許生成無芯(根本沒有內襯或沒有承受大于20磅的軸向載荷的能力)的過濾器濾芯，該濾芯在過濾加載期間，不在介質包上承受額外軸向載荷。下述設計指導原則假設濾芯在兩端都是開口的，并且折紋支撐的內襯(徑向)是過濾器外殼的一部分。
可以從折疊包的外徑(Do)和內徑(Di)以及折紋數(PC)開始。
使用通過上述計算推導的以下公式，可以計算給出軸向載荷為零的密封直徑(DsB) 例如Do＝3.27英寸；Di＝1.59英寸；PC＝50 DsB表示密封在O形環的I.D.上的管外徑。在標準尺寸O形環的目錄中查找該直徑(如Parker Seals GL-10/91)，發現最接近的管O.D.是2.25英寸(第A5-5頁，O形環尺寸2-035)。
根據具體要求，可以選擇使用具有管O.D.為2.25英寸的標準2-035 O形環，并接受作用在介質包上的某些軸向載荷。第二個選擇是使用以下公式來計算具有DsB＝2.25而非2.28的濾芯的適當尺寸。
為了保持軸向載荷為零，使用標準O形環2-035，并保持PC＝50；和Di＝1.59；以下公式計算新的Do 代入數字可以得出 如果在其他方案中，希望保持PC＝50；Do＝3.27；用以下公式計算新的Di因此，英寸 如果希望保持原有的介質包尺寸，連同標準管直徑(Do＝3.27；Di＝1.59；Ds0＝2.25)，以下公式可以計算施加在介質包上的軸向載荷量(Fa)。為此，還需要一條信息；在介質包上的壓力下降(PD)。對于本示例，可以使用200psid(很多液壓過濾器濾芯被設計成能承受高達200psid)。Fa＝(.25)(PD)(π(Ds2)-(PC)(Di)(Do)(Sin(180/PC))) 再次代入數字Fa＝(.25)(200)(π(2.252)-(50)(1.59)(3.27)(Sin(180/PC)))＝-21.0lbf(磅力) 減號(-)表示介質包在壓力作用之下。
只要保持在20或大于20個折紋(PC≥20)，PC的變化對上述任何公式的影響都很小。
還認識到，對于任何類型的過濾器濾芯設計，都存在環繞介質包的環形區域，它由折疊包的外徑和過濾器外殼的內徑形成(間隙1)。由于對給定的過濾器濾芯可以使用多種類型外殼，會有一個間隙范圍可以利用。該間隙使得在選擇折疊包O.D.上具有一些設計靈活性。
因此，當利用所述設計方法來設計過濾器濾芯時，需要考慮該間隙(間隙1)提供的靈活性。
另外，存在對過濾器濾芯的結構完整性至關重要的另一個環形間隙(間隙2)。該環形間隙由介質包的內徑和襯墊的外徑形成。在標準流動條件下(流體徑向向內流過介質包)，襯墊的主要作用是提供對介質的徑向支撐。隨著流體流過介質，介質上的壓力下降在所述介質上產生徑向向內的力。襯墊支撐介質抵抗該力。如果在介質包的I.D.和襯墊的O.D.之間存在間隙，介質包會在襯墊提供任何支撐之前移動所述間隙的距離。由于介質具有某些撓性，一定量的間隙是可接受的。如果間隙變得太大，介質會彎曲太大而過早損壞。
由于介質和襯墊之間的間隙2，建議對任何無芯濾芯的設計都保持最小的間隙。這表示要限定與適當尺寸的襯墊相關的合適(Di)。正如前面所提到的，PC可以是≥20的任何數。然后，根據間隙1所需的要求選擇最初的Do。然后，使用上面求DsB的公式，可以計算用于密封的管直徑。
然后，確定可以施加在介質上的最大軸向載荷(Fmax)，并利用以下公式計算具有固定Di和DsB的過濾器濾芯的最大Do。
作為一個示例，我們要使用前面計算的信息。Di＝1.59英寸；PC＝50；并假設間隙1提供Do＝3.27。使用求DsB的公式得到DsB＝2.28。
現在假設在壓力下降(PD)為200psid的條件下，最大軸向載荷(Fmax)是-100磅力。
代入數字英寸 因此對于這個設計，(Do)的范圍可以在3.27-3.67之間，而不超過作用在介質包上-100磅力的最大可接受軸向載荷。
現參見圖14。在圖14，示出了Di對Do的曲線圖，對于給定最大壓力(PD)(200psid)；作用在過濾器濾芯上所定義的可接受的最大力(40磅的力)；定義的Ds；定義的折紋數；和壓差可以作用在其上的所定義的最大有效面積Ae。這個值(Ae)當然為零，如果密封具體在Db處。因此，Ae是壓差可以作用以保持在所需的限制力范圍內的面積量。
從圖14的曲線可以看出，在特定條件下，Di和Do之間存在反比關系。因此，如果意圖是增大Do，Di會減小，反之亦然。
參見圖15。這里示出了固定變量計算的一些例子。圖中規定了參數。
對于估算的具體例子，最大壓差被確定為200psid，過濾器濾芯上可接受的最大力為40磅的力。
折紋數固定為50個，最初Do為3.27英寸，Di為1.59英寸。
當處在這種條件時，對于Db，Ds計算為2.28英寸。
接下來的幾行表示Do是如何變化的，以及最終對所述力的影響是什么。Do可以增加到3.43英寸，保持Di和Ds不變，使最大力上升到40磅。Do可減小到3.11英寸，Di和Ds不變，最大力以相反方向變成40磅。
表格中的隨后兩行示出保持Do和Ds不變而變動Di的結果。Di可變動到最大為1.67，而保持所述力且不超過40磅。Di可以減小到1.51英寸，使所述力沿相反方向增加到40磅。
隨后的兩行表示如何變動密封Ds，而Do和Di值不變。密封可移小到2.22英寸，而所述力不超過40磅的范圍；并且密封件可移大到2.33英寸，而密封不超過40磅。
表格中的某些其他值表示相對某些計算的百分比。
下端的表格示出對具有不同假設尺寸的部件的計算。
V.具體示例，圖12和13。
在圖12中，提供了采用本發明原理的示例過濾器濾芯。濾芯500包括折疊介質501，在第一和第二相對端蓋502，503之間延伸。所述具體結構是無芯的，并且沒有內核或外核。端蓋502是開口的，其內有孔505。端蓋503也是開口的。從端蓋502軸向向外突出的是其上帶有密封件507的密封支撐506。密封件507被設置成以向內的方向徑向密封。
從端蓋503軸向向外突出的是其上具有密封件511的密封支撐510。密封件511也被設置成用于徑向向內密封。
為了在所述密封中產生平衡對于每個密封件507，511，折疊外徑(M)為83.0mm；折疊內徑(N)為40.5mm，折紋深度(O)為21.3mm；密封直徑Ds(用Q表示)為57.9mm。在這里，Ds對應Q，為Db。
對于所示出的示例，折紋長度為279mm。
仍然參見圖12，濾芯500還包括雜質容納和收集部件530。該部件包括其內具有介質532的延伸部分531。在安裝濾芯500時，隨著它被移去，液體流過介質532，過濾了在濾芯中的滯留液體。有關雜質容納裝置的原理披露在，例如，
公開日2002年10月17日的PCT公開號WO 02/081052中，在此被結合入本文。
在圖13中，所示出的濾芯500安裝在總體過濾器裝置540中，所述裝置540包括固定至過濾器蓋542上的外殼541。所示出的密封件507密封結構545，在這里是內部管道或內芯裝置546的一部分。所示出的密封件511固定至外殼底座550的一部分。在這里，部分550通過螺栓542’固定至外殼541的其余部分。因此，部分550置于外殼541底部的接頭，以容納密封件511。部分550還有助于在安裝期間將濾芯500置于外殼541的中央。
VI.有關機械結構；組件；及方法的幾項概述意見。
A.機械過濾器濾芯結構。
本申請提供了與傳統結構不同的過濾器濾芯的不同結構。前面已披露了優選的結構，其中對Db確定了一個或多個密封位置，或者，一般相對所述位置在使用時會在相應的端蓋上產生某些表面軸向力。
在這一部分，將要表征一些不同的另外和替代機械結構和裝置。這些結構可優選用于提供理想的過濾器濾芯。不過，并非所有結構都要一起使用以獲得某些優點。
1.提供閉合端蓋，它仍然有軸向密封支撐從其軸向向外突出，優選其上具有密封件。
2.提供其上至少有一個端蓋的過濾器濾芯，端蓋上有徑向密封支撐位于中間位置(a)位于介質外邊緣的外部位置；和，(b)相當于介質最徑向向內突出部分的徑向內部位置。通常并優選的，軸向向外突出支撐用于支撐密封在端蓋上距離任一折紋尖端邊緣(從折紋外尖端到折紋內尖端)至少10％的位置，通常為所述距離的至少15％。
3.具有如上第2點所述的兩個端蓋的過濾器濾芯。
4.按照上述三個一般特征中任意一個的過濾器濾芯，它沒有內部軸向載荷支撐核心。
5.按照上述四個一般特征中任意一個的過濾器濾芯，它沒有外部軸向載荷支撐襯墊。
根據以上原則，設計液體系統的過濾器濾芯的方法如下 1.對于具有折紋尖端支撐管直徑(它會確定Di)和最大外殼直徑(它會確定Do)的給定外殼系統，確定過濾介質的ΔP(最大)，以及過濾器濾芯接受軸向載荷(F max)的能力，密封位置Ds可以位于一定范圍位置以提供DsB(平衡位置)，使得在正常工作條件下，不會超過F max。
2.類似地，每個確定參數可以作為變量，而其他參數是固定的或在一定范圍內固定，以便對它們進行特定計算并且提供優選的過濾器濾芯結構。
在本文中，提供了有關液壓過濾器的一個示例，假設它的ΔPmax為200psid(磅/平方英寸壓差)，如同通常用于很多液壓過濾器。Fmax，過濾器濾芯可承受的最大載荷量不是在所有情況下都固定，它是所選材料的函數。例如，為計算的目的，使用-40磅力(軸向磅力)的最大力；不過，根據系統可以使用更大或更小值。
對于潤滑系統，我們可以預期不同的限度。很多潤滑系統的ΔPmax低于液壓系統的200psid，例如在100-150psid的范圍內。Fmax同樣是所選材料的函數。它可以是-40磅力，不過也可以是其他值。
需要再次指出，在本文討論密封直徑時，密封直徑是指濾芯在位時，密封環和相應的外殼部件之間的界面直徑。
B.組件 當然，本申請涉及總體過濾器組件，其內具有本文所表征的濾芯。所述總體過濾器組件可被設置成上置式或下置式。所述組件的特征可按照上述說明書和/或示例中所表征的一般特征。
所述液體過濾器組件也可以被設置成，例如，油(潤滑油)過濾器，燃料過濾器或液壓過濾器。
C.組裝，使用和維修方法。
一般，提供了組裝和使用方法。組裝方法一般涉及根據本文說明書所述配置部件。使用方法一般涉及引導液體流過根據本文原理構造的可維修過濾器濾芯，它具有所表征結果的凈效果。在某些場合下，濾芯和外殼底座之間的密封在維修期間還提供了定中心的作用。
VII.另外示例，圖16和17 A.旋壓組件，圖16。
圖16中的附圖標記600總體上表示根據本發明另一個實施例的液體過濾器裝置。裝置600包括過濾器蓋601和可拆除的液體過濾器組件602。過濾器組件602包括外壁603和內部濾芯604。
所示出的具體液體過濾器組件602是″旋壓″組件，表示部件602在維修作業期間一般取出并更換。就是說，濾芯604一般容納在外殼603中，使得當外殼603與過濾器蓋601分離時，在使用中，維修涉及用事先組裝好的新外殼603和新濾芯604更換液體過濾器組件602。就是說，在維修期間濾芯604不從外殼603拆除。
仍然參見圖16，濾芯604包括介質605，在這里折疊介質606在第一和第二相對端蓋607，608之間延伸。端蓋608是閉合端蓋，示出該端蓋支撐在外殼603底部611內的支撐結構610上。濾芯604包括內襯604a。
端蓋607是開口端蓋，具有穿過其間的流通孔615。端蓋607包括支撐O形環密封件618的密封支撐裝置617，用于在安裝期間在柱620上滑動，并且在使用期間圍繞柱620密封。
端蓋607還包括向外突出的凸緣625，它被安置就位以接合外殼603上的結構，以便在初始安裝后阻止濾芯604從外殼603移走。
應該指出，所示出的具體濾芯604是無外襯墊的。
在這里由O形環618形成的密封630具有密封直徑Ds，位于例如，在或靠近前面所討論的平衡點Db。
通過支撐610支撐端蓋608抵制沿箭頭635方向的向下運動。
組件600被設置成外向內流動，使要過濾的未過濾液體流入蓋601的644處，然后通過入口643進入環繞過濾器濾芯604的環形空間641。液體然后通過介質606進入內部區域606a而被過濾。已過濾的液體隨后流入蓋601的通道620a，并且向外通過流出口640。
外向內流動的方式會在端蓋608上產生更高上游壓力區Pu對更低下游壓力Pd，這一般會沿向上，即與箭頭635相反的方向，推動端蓋608。
柱620包括其上的阻擋裝置645，它會與密封支撐裝置617接合，如果濾芯在所示偏壓力的作用下開始沿與箭頭635相反的方向滑動的話。
在端蓋607上，密封630的位置同樣可以基本位于平衡點Db上，因此如果需要的話，在端蓋607沒有來自液體壓差的向上或向下的力。另外，密封630可以位于本文所披露的Db周圍一定位置范圍內的地方。
仍然參見圖16，組件602和過濾器蓋601之間接合的具體方法是通過在650處所示的螺紋接合。
當然，如果需要，類似于組件602的旋壓組件可被設置成″內向外″流動通過介質包604。
B.其他液體過濾器濾芯裝置，圖17。
在圖17，所示出的液體過濾器裝置700包括過濾器蓋701，可拆除的外殼702和過濾器濾芯703。在這里，過濾器濾芯703是可維修的濾芯，它可以通過在螺紋710處將外殼702從蓋701分離，更換碗狀物702內的濾芯703，然后將碗狀物702重新安裝在蓋701上，被取出和更換。
所示出的密封件711，712用于阻止從碗狀物702向外的泄漏。
所示出的濾芯703被設置成內向外流動，盡管其他設置是可行的。濾芯703包括介質包714，在這里包括在上端蓋715和下端蓋716之間延伸的折疊介質714a。對于所示的示例，下端蓋716是封閉的。在介質包714周圍提供了外部支撐718，根據需要它可以包括卷繞的粗紗或襯墊。
端蓋715是開口的，具有中央孔715a。端蓋715還包括其上的密封支撐720，用于支撐密封件721，在這里包括O形環721a。
設置濾芯703以使密封件721緊靠柱730密封，其中提供了流通孔730a，與濾芯703的開口內部703a相通。
在正常工作期間，液體流會進入通過入口730和蓋701，并且通過導管730a被傳送到開口區703a。液體隨后通過介質包714被過濾，進入外部環形區735。現在已過濾的液體會進入導管736和蓋701，并且通過液體流出口738排出。組件700包括其上的旁通閥裝置740，允許液體流動繞過濾芯703，如果濾芯703變得十分堵塞的話。旁通閥740包括閥頭741，通過偏置裝置743保持孔742閉合，所述偏置裝置在這里包括螺旋彈簧744。
所示密封支撐720置于端蓋715上，位于適當支撐密封裝置721的位置，并在本文所述的對應Db的位置或者偏離Db的位置緊靠柱730密封。
VIII.進一步有關液體過濾器設計的方法 根據以上原理，業已獲得了利用本發明原理的有關過濾器設計的其他定義。這些將結合圖18-32進行說明。在圖18-32中，所有線性尺寸數字是以英寸為單位的，并且所有面積數字是以平方英寸為單位的。
A.數據顯示，圖18-26 在圖18-26中，提供了利用本發明的變化和原理的液體過濾器裝置的選定數據和計算數據的圖表。參見圖18-26中的表格，應考慮以下定義 1.第1欄 在標記為Do的第1欄提供了折疊包的選定外徑。具有折疊介質的折疊包外徑是由折紋尖端定義的直徑。對于圖18-20的表格(組1)，Do的范圍為2.5英寸(63.5mm)-5.5英寸(139.7mm)，增量為0.1英寸(2.54mm)，在這里它們被稱為″組1″。在圖21-23中，Do的范圍為5.6英寸(142.2mm)-10英寸(254mm)，增量為0.1英寸(2.54mm)，在這里它們有時被稱為″組2″。在圖24-26中，Do的范圍為1.5英寸(38.1mm)-2.4英寸(61mm)，增量為0.1英寸(2.54mm)；它們有時被稱為″組3″。
對于圖18-26所示的表格，組1，組2和組3是根據選定的外徑或尺寸進行分組的。這些組并不表示在其他方面顯著不同。組之間的過渡(幅度為0.1英寸(2.54mm))不希望被打折扣。正如下面結合圖26-32的曲線圖進行討論的，曲線圖可以被視為在所有界定的區域是連續的。
上述分組對考慮將本文所披露的技術應用于液體過濾器應用上有所幫助，因為這些分組總體涉及小，中和大尺寸的過濾器濾芯。
2.第2欄 在圖18-26所示出的表格中，術語Di表示確定折疊包的內徑。對于折疊介質，這通常是由折疊尖端形成的內徑。在很多過濾器濾芯中，最佳折紋深度被認為是外徑(od或Do)除以4。在這種情況下，Di＝Do-(Do÷4)。或者，換句話說，Di＝.5×Do。對于圖18-26所示的表格來說，該公式用于對給定定義的Do確定Di。
3.第3欄 在圖18-26中，第3欄中的″Plt Dpth″代表折紋深度。當然，正如前面所定義的，折紋深度與Do相關。因此，對于題為″Plt Dpth″的該欄的輸入，使用(Do-Di)/2計算。
4.第4欄 對于示例，表格中題為″Plt Cnt″的第4欄表示折紋數或折紋量。正如本文前面所討論的，一旦折紋量達到20，一般再增加折紋不會顯著改變Db的計算。因此，對于圖18-26的表格中分析的示例，在所有情況下折紋數都設為20。
5.第5欄 圖18-26的表格中下一欄為″間隙″。″間隙″是為圖18-26中所示計算目的而選定的變量，作為Do和Di相對第6欄中的固定密封位置的變化量，用于下面討論比較。
對于表格中提供的數據，使用了三種大小的間隙來示出數據范圍。所述大小為″7％″，″12％″，和″22％″。使用這些數字推導計算數據進行比較，會從其他欄目的定義中看出。
6.第6欄 圖18-26的表格中下一欄題為″Ds＝Db(計算的)″或″Ds/calc.″。這表示對于根據本文所述的Do(第1欄)，Di(第2欄)，和折紋數20(第4欄)，如果是在計算的平衡點Db上，密封位置會在哪里，以使端蓋相對側的計算的力彼此相等。計算方法如本文前面的說明所述，使用確定的Do，Di和折紋數。當然，同樣，一旦折紋數是20或更多，就被視為變化時不會明顯影響所述公式。
對于第6欄中每個確定的Db位置，當在Db時，密封位置是在端蓋上距離每個折紋尖端邊緣的位置。
第6欄中Db的位置對于具有所定義的Do(第1欄)和Di(第2欄)的濾芯是相同的，不管濾芯是如本文所述被設計成內向外流動還是外向內流動。
7.第7欄 圖18-26的表格中第7欄題為″Do min″。術語″Do min″表示在確定行的濾芯中的變量，其中Do已縮小第6欄中選定的″間隙″，盡管Di和密封位置(Ds)保持不變。一般，Do min＝(1-間隙)×Do。因此，對于圖18表格中的第一行，Do min＝(1-.07)(2.5)；即，0.93(Do)或2.33英寸。
8.第8欄 在第8欄中，Do min(第7欄)被表示為Db(第6欄)的百分比。就是說，表格中的值等于Do min/Db。
9.第9欄 題為″Do max″的第9欄表示濾芯直徑的另一變量，在這里通過將″間隙″值加至Do。因此，Do max＝(1+間隙)×Do。對于圖18表格的第一行，Domax＝(1+.07)×2.5，即，1.07(2.5)或2.68英寸。
10.第10欄 第10欄表示Do max(第9欄)相對Db(第6欄)的百分比％。因此，給定的值等于Do max/Db。
11.第11欄 第11欄題為″Di min″。它通過利用選定的間隙值表示Di的變化。因此，Di min＝(1-間隙)×Di。對于圖18表格的第一行，Di min＝(1-.07)×1.25；即，0.93(1.25)或1.16英寸。
12.第12欄 第12欄是Di min(第11欄)相對Db(第6欄)的百分比％。因此，第12欄中任意給定行的值包括Di min/Db。
13.第13欄 第13欄題為″Di max″。它等于Di加上間隙的值。一般，Di max等于(1+間隙)×Di。對于圖18表格的第一行，Di max＝(1+.07)×1.25；即，1.07(1.25)或1.34英寸。
14.第14欄 第14欄表示Di max(第13欄)相對Db(第6欄)的百分比％。它是Di max/Db的計算值。
15.第15欄 第15欄題為″Astd(Ds＝Di，Do，Di)″。它是所定義的端蓋(Do(第1欄)，Di(第2欄)，折紋數(第4欄))的面積，會受到濾芯軸向載荷的影響，其中密封位于折疊包的內徑上(Ds＝Di)。因此，這是對于折疊包內部具有密封的標準濾芯設計的計算作用面積(Ae)或(Astd)。在本文中，術語″作用面積″表示受到Pu相對Pd的壓力差的面積大小(按照濾芯一側的表面積)。該數字是通過從端蓋一側的總面積減去兩側受到相同壓力的面積量得出的，是Pu或Pd(在計算中，使用的折紋數為20)。
第15欄中的值是使用本文前面所述函數的計算值。
對于密封位于折疊包的內徑并外向內流動的濾芯，所得到的端蓋承受朝向介質包的力。對于圖18-26的表格，這樣的力由正數表示。
當然，如果流動是相反方向″內向外″，作用面積的絕對值是相同的，但力的方向相反。
16.第16欄 題為″Ae(Ds calc，Do min，Di min)″的第16欄是當Ds＝第6欄的值時端蓋的計算作用面積，并且端蓋的參數是折疊包外徑Do min(第7欄)和折疊內徑Di min(第11欄)，密封位于對Do和Di計算而得的Db位置。第16欄中的值表示如果密封保持在如第6欄的相同位置，而Do和Di變為Do min和Di min的話，相對平衡位置(Ae＝0)的作用面積(Ae)的變化量。這個絕對值可以與第15欄的值進行比較，以通過與標準過濾器濾芯的比較，看總作用面積(Ae)是否更小，并因此更好。當這個值是負數時，壓力遠離折疊包(假設是外向內流動)。在計算中，使用的折紋數為20。
17.第17欄 第17欄題為″Ds1＝Ds作為Do min和Di min的函數″，它被稱作Ds1，對于表中所示的計算，對應密封處于平衡(Ae x 0)的位置(新計算的Db)，如果濾芯具有外徑Do min(第7欄)，內徑Di min(第11欄)和折紋數為20的話。
18.第18欄 第18欄題為″Ds1是Db的％″，表示Ds1(第17欄)相對Db(第6欄)的百分比計算。
19.第19欄 第19欄題為″Ae(Ds calc，Do min，Di max″，是端蓋的作用面積(Ae)，此時密封位于位置Db(第6欄)，但折疊包外徑為Do min(第7欄)，內徑為Di max(第13欄)，折紋數為20。
20.第20欄 第20欄題為″Ds1＝Ds為Do min和Di max的函數″，是對濾芯計算的密封直徑平衡點(Ae＝0)，其中外徑為Do min(第7欄)，內徑為Di max(第13欄)，折紋數為20。
21.第21欄 第21欄題為″Ds1是Db的％″，表示Ds1(第20欄)相對Db(第6欄)的百分比。
22.第22欄 第22欄題為″Ae(Ds calc，Do max，Di min″，是端蓋的作用面積(Ae)，此時密封位于Db(第6欄)，但折疊包外徑為Do max(第9欄)，內徑為Di min(第17欄)，折紋數為20。
23.第23欄 第23欄題為″Ds1＝Ds為Do max和Di min的函數″，它是對于介質包具有外徑Do max(第9欄)，內徑Di min(第11欄)，和折紋數為20時，密封處于何處會平衡(Ae＝0)的計算。
24.第24欄 第24欄表示第23欄計算得到的密封位置相對第6欄Db值的百分比。
25.第25欄 第25欄題為″Ae(Ds calc，Do max，Di max″，是端蓋的作用面積(Ae)，此時密封位于Db(第6欄)，并且濾芯具有折疊包外徑Do max(第9欄)，折疊包內徑Di max(第13欄)，和折紋數為20。
26.第26欄 第26欄題為″Ds 1＝Ds為Do max和Di max的函數″，它是對于具有Do max(第9欄)，Di max(第13欄)和折紋數為20的端蓋所計算的平衡(Ae＝0)的密封位置。
27.第27欄 第27欄是第26欄的密封側面除以第6欄的Db值的計算值。
第28-31欄，允許將前面討論的Do和Di(折紋數＝20)四種變化的每個作用面積，與標準濾芯進行比較，所述標準濾芯的密封位于內徑，正如通常用于很多標準裝置的。
28.第28欄 第28欄題為″Ae(Ds＝Db，Do min，Di min)％Astd″，將使用所定義的密封在Db(第6欄)，介質包具有Do min(第7欄)，Di min(第11欄)，和折紋數為20的端蓋的作用面積(Ae)，與使用標準的(Astd)密封位于Di min(即，在內徑)的端蓋(相同尺寸和折紋數)的作用面積進行比較。
例如對于濾芯具有Ds＝2.89英寸；Do＝3.20英寸；Di＝1.60英寸；和折紋數為20；其作用面積(Ae)為2.57平方英寸，而對于具有相同Do，Di，但Ds＝Di的相應標準型濾芯，其作用面積為3.27平方英寸。面積Ae為Astd的79％。這表示軸向載荷也是相應標準過濾器濾芯軸向載荷的79％。
29.第29欄 第29欄題為″Ae(Ds＝Db，Do min，Di max)％Astd″，并提供與第28欄相似的比較，在這里，對密封在Db(第6欄)，折紋尺寸為Do min和Di max計算作用面積(Ae)，與密封位于折疊內徑的類似濾芯進行比較。
例如對于Ds＝2.89英寸；Do＝3.20英寸；Di＝2.50英寸；和折紋數為10的濾芯；其作用面積(Ae)為0.32平方英寸，而具有相同Do，Di，但Ds＝Di的相應標準過濾器濾芯的作用面積為3.27平方英寸。面積Ae為Astd的10％。這表示軸向載荷也是相應的標準過濾器濾芯軸向載荷的10％。
30.第30欄 第30欄題為″Ae(Ds＝Db，Do max，Di min)％Astd″，并提供作用面積(Ae)與標準作用面積(Astd)的類似比較(同第28，29欄)，其中密封在Db(第6欄)并且折疊尺寸為外部尺寸為Do max，內部尺寸為Di min。Ae的比較針對相同的濾芯，只是密封位于內徑(Astd)上。
例如對于Ds＝2.89英寸；Do＝5.00英寸；Di＝1.60英寸；和折紋數為20的濾芯；其作用面積(Ae)為0.32平方英寸，而具有相同Do，Di但Ds＝Di的相應標準過濾器濾芯的作用面積是3.27平方英寸。面積Ae為Astd的10％。這表示軸向載荷也是相應的標準過濾器濾芯軸向載荷的10％。
31.第31欄 第31欄題為″Ae(Ds＝Db，Do max，Di max)％Astd″，并且是同第28-30欄對作用面積的類似比較，此時，密封位于Db(第6欄)，但折疊外徑為Do max，折疊內徑為Di max。比較是將這種情況的作用面積(Ae)，相對具有相同端蓋但密封位于內徑的作用面積(Astd)進行的。
例如對于Ds＝2.89英寸；Do＝5.00英寸；Di＝2.50英寸；折紋數為20的濾芯；其作用面積(Ae)為3.21平方英寸，而具有相同Do，Di但Ds＝Di的相應標準型濾芯的作用面積為3.27平方英寸。面積Ae為Astd的98％。這表示軸向載荷也是相應的標準型濾芯軸向載荷的98％。
第28-31欄的比較，可以了解到當端蓋被調整至具體示例中所確定的尺寸和密封位置時，通過比較標準型端蓋，其中標準型端蓋的密封設置在折疊尖端的內徑，而非按照所提供的定義位于端蓋上距離折疊尖端的內徑和折疊尖端的外徑之間，得到留在端蓋上的軸向載荷(Ae)的百分比。對于這四欄的示例，沒有對濾芯最優化使Ae＝0。因此，關注的比較示出Ae實際降低了多少，并因此出現了壓力。
B.選定的數據圖表，圖27-32 參見圖27-32所示的曲線圖。在圖27-32中，組是指從圖18-26的數據得到的密封直徑(Ds)組。
1.圖27和28 (a)圖27 首先參見圖27的曲線圖，該曲線圖包括包含在圖18-20表格中的某些信息的曲線。
具體地講，對于圖18-20的表格中所述的系統，圖27是密封直徑Ds相對Di的曲線。繪制了7條線。這些線表示為下面的A，B，C，D，E，F和G 線A＝對于圖20中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線B＝對于圖19中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線C＝對于圖18中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線D＝來自圖18-20中任意一個的曲線，為第6欄的Ds值(x-軸)與對應第2欄的Di的Di值(y-軸)的曲線。
線E＝來自圖18的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
線F＝來自圖19的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
線G＝來自圖20的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
(b)圖28 對于圖18-20的表格中所述的系統，圖28的曲線是密封直徑Ds相對Do。繪制了七條線。這些線表示為下面的A1，B1，C1，D1，E1，F1和G1 線A1＝對于圖20中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線B1＝對于圖19中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線C1＝對于圖18中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線D1＝來自圖18-20中任意一個的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第2欄的Do的Do值(y-軸)的曲線。
線E1＝來自圖18的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
線F1＝來自圖19的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
線G1＝來自圖20的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
2.圖29和30 (a)圖29 對于圖21-24的表格中所述的系統，圖29的曲線是密封直徑Ds相對Di。繪制了七條線。這些線表示為下面的A2，B2，C2，D2，E2，F2和G2 線A2＝對于圖23中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線B2＝對于圖22中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線C2＝對于圖21中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線D2＝來自圖21-23中任意一個的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第2欄的Di的Di值(y-軸)的曲線。
線E2＝來自圖21的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
線F2＝來自圖22的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
線G2＝來自圖23的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
(b)圖30 對于圖21-23的表格中所述的系統，圖30的曲線是密封直徑Ds相對Do。繪制了七條線。這些線表示為下面的A3，B3，C3，D3，E3，F3和G3 線A3＝對于圖23中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線B3＝對于圖22中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線C3＝對于圖21中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線D3＝來自圖21-23中任意一個的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第2欄的Do的Do值(y-軸)的曲線。
線E3＝來自圖21的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
線F3＝來自圖22的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
線G3＝來自圖23的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
3.圖31和32 (a)圖31 對于圖24-26的表格中所述的系統，圖31的曲線是密封直徑Ds相對Di。繪制了七條線。這些線表示為下面的A4，B4，C4，D4，E4，F4和G4 線A4＝對于圖26中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線B4＝對于圖25中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線C4＝對于圖24中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第11欄的Di min的Di值(y-軸)的曲線。
線D4＝來自圖24-26中任意一個的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第2欄的Di的Di值(y-軸)的曲線。
線E4＝來自圖24的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
線F4＝來自圖25的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
線G4＝來自圖26的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第13欄的Di max的Di值(y-軸)的曲線。
(b)圖32 對于圖24-26的表格中所述的系統，圖32的曲線是密封直徑Ds相對Do。繪制了七條線。這些線表示為下面的A5，B5，C5，D5，E5，F5和G5 線A5＝對于圖26中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線B5＝對于圖25中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線C5＝對于圖24中的數據，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第7欄的Do min的Do值(y-軸)的曲線。
線D5＝來自圖24-26中任意一個的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第2欄的Do的Do值(y-軸)的曲線。
線E5＝來自圖24的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
線F5＝來自圖25的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
線G5＝來自圖26的曲線，是第6欄的Ds值(x-軸)與對應第9欄的Do max的Do值(y-軸)的曲線。
通過以下示例可以了解圖26-32所示曲線圖的應用。
1.在很多場合，系統的密封直徑是由設備固定的。例如，考慮設計新的過濾器濾芯，以匹配安裝在圖16的蓋601上。蓋601已安裝在設備上，或者已被設計在所述設備上就位。通過設計蓋601上的柱620，固定密封直徑。
在設計更換部件602，具體地講為濾芯604時，密封直徑(Ds)的參數已經固定。
另外，外殼603的總體外徑和內徑一般是固定的，或至少有限制。由此設置了設計濾芯的Do和Di的范圍。
2.舉例來說，如果假設圖16的密封Ds的尺寸范圍在1.7-3.9英寸，圖27和圖28中組1的表格適合使用(Ds的其他尺寸涉及組2或組3)。
3.在圖27中表示為″D″和圖28中表示為″D1″的線，對所述范圍內的任何給定的密封直徑(Ds)確定適當的Di和Do值，以獲得平衡，即，獲得Ae＝0。就是說，如果假設，例如，由柱620確定的密封直徑為2.6英寸，在圖27中這表示為了獲得平衡(Ae＝0)，Di應當選擇略超過1.8英寸，而從圖28，應當選擇Do為大約4英寸(實際值在對應的數據圖表中)。
4.當然，優選優化設計，在很多場合，根據上述第3點的討論提供Ae＝0。不過，這并非是在所有場合下都是可行的或必需的。
在圖27中由線段A和圖28中由線段A1表示的線一般表示對給定的Ds值，Di和Do各自可用的下限。從圖20的表格計算可以看出，只要對于給定的Ds，Di和Do的選取值分別位于或大于線A和A1，Ae會顯著降低，并因此導致相應的負荷降低(與假設Ds接近Di的標準密封設計進行比較)。
5.一般，圖17，28中用線段G和G1表示的線反映了圖20中第31欄的Do max，Di max端值。這一般是給定Ds的Di，Do值，該值是如此之大，以至于不會產生相對標準型濾芯的顯著優點，其中標準型濾芯的Ds位于接近Di處。
6.另一方面，由線段F和F1表示的線，一般反映了對于給定Ds的Di和Do的各自值，其中Ae顯著下降，并因此出現力的下降。因此，Di和Do應當分別處于線段F和F1或在線段F和F1下面。
7.結果，假如對于給定的Ds值，選定的Di和Do值分別不小于由線段A和A1所表示曲線提供的值，且不大于由線段F和F1所表示曲線提供的值，就會獲得總體優勢。
8.當為給定Ds選擇的Di和Do值分別符合以下條件時會獲得更大的優勢(a)不小于分別由線段B和B1所表示的曲線的值；和(b)不大于分別由線段F和F1所表示的曲線的值；和(c)優選不大于分別由線段E和E1所表示的曲線的值。
9.在本發明原理的通常應用中，優選為給定Ds選擇的Di和Do值不小于分別由線段C和C1表示的曲線的值。另外，它們優選不大于分別由線段E和E1表示的曲線的值。
10.如前面所指出的，圖27的曲線是由圖31的低端Ds和圖29的高端Ds生成的連續曲線的中央部分。因此線A，A2和A4是連續線的線段；線B，B2和B4是連續線的線段；線C，C2和C4是連續線的線段；線D，D2和D4是連續線的線段；線E，E2和E4是連續線的線段；線F，F2和F4是連續線的線段；和，線G，G2和G4是連續線的線段。
11.類似地，如上所述，圖28的曲線是包括圖28，30和32的連續曲線圖的中央部分。因此，線A1，A3和A5是連續線的線段；線B1，B3和B5是連續線的線段；線C1，C3和C5是連續線的線段；線D1，D3和D5是連續線的線段；線E1，E3和E5是連續線的線段；線F1，F3和F5是連續線的線段；和，線G1，G3和G5是連續線的線段。
12.然后可以用圖27-32的曲線為給定Ds選擇優選Ds值范圍和Do值范圍，Ds(密封直徑)的范圍為1.06英寸(26.9mm)-7.06英寸(179mm)。不同的線表示作用面積(Ae)可用的限定范圍，如表格中所述。通常，對給定Ds，分別為Di和Do選擇的范圍會在線段A(或A1)和F(或F1)是一部分的線上或它們之間，通常在B(或B1)和F(或F1)是一部分的線上或它們之間，并經常在線段C(或C1)和E(或E1)是一部分的線上或它們之間。
IX.根據本發明選定原理的一般概述 A.一般特征。
本發明的技術可應用在多種液體過濾器裝置。所述液體過濾器裝置一般包括介質，在第一和第二相對端蓋之間延伸。介質通常是折疊的，形成了折疊內徑(Di)和折疊外徑(Do)。端蓋中的一個或兩個可以具有開口的中央孔。
一般，至少一個端蓋具有置于從端蓋向外軸向延伸的突出部分上(沿遠離介質方向)的密封支撐。在通常示例中，由密封支撐支撐的密封件是O形環，不過其他方案也是可行的。所述密封件可以向內或向外支撐。O形環或其他密封件一般形成密封直徑Ds。
過濾器濾芯可被用作可維修的過濾器濾芯，其中在使用期間可以將它從外殼中取出并更換。它也可以永久性地置于外殼內，在維修期間與外殼部件一起更換。
在本文附圖中所示出的通常密封支撐是這種類型的，在使用期間它能夠滑入液體過濾器組件部件上(或內部)的位置。在示例中，所示出的密封支撐在支柱或其他結構上滑動，孔或流動通道延伸通過所述柱或其他結構。在一些裝置中，密封支撐可在流通孔內滑動，以在使用時密封形成流通孔的壁。
在本文說明書中示出的密封支撐類型，一般被放置就位而沒有外部固定裝置，如軟管夾或類似結構，以將密封件固定在位。這種結構在本文中有時被稱作″無夾具″或″非夾緊″密封支撐或密封裝置，或類似術語。
如果需要，本發明的原理可用于提供沒有內襯和/或沒有外部襯墊的裝置。
本發明的技術可用于被設置成內向外流動或外向內流動的裝置。披露了這兩種結構的示例。
本發明的技術可用于這樣的系統中，其中折疊介質在其一面或兩面上包括折疊的介質支撐，如折疊的金屬絲網支撐或折疊的塑料網支撐。
本申請的原理涉及優選的密封位置，以獲得各種效果。
B.對液體過濾器濾芯的給定端蓋的密封直徑位置，處于平衡點Db(Ae＝0)或者處于所述位置的理想范圍內。
在本發明的一個方面，至少液體過濾器裝置的第一端蓋具有穿過其間的第一中央孔，密封支撐置于第一端蓋上以形成密封直徑Ds，密封直徑在0.85-1.15DbA的范圍內，包括端點值，通常在0.9-1.1DbA的范圍內，包括端點值，并且優選在0.95-1.05DbA的范圍內，包括端點值，其中DbA是直徑，其中在使用時，沒有產生作用在第一端蓋(A)上朝向或遠離第二端蓋(B)的軸向表面力。當然，DbA是位置，它根據上面的計算，對給定端蓋限定作用面積為0(Ae＝0)。
當然，在本發明這一方面的某些應用中，兩個端蓋上都可以設有孔，并且兩個端蓋上都可以具有類似定義的密封件。因此，在第二端蓋(B)上，提供了密封件的密封支撐，該密封件的密封直徑DsB在0.85-1.15DbB的范圍內，通常在0.9-1.1DbB的范圍內，并經常在0.95-1.05DbB的范圍內。
C.提供液體過濾器裝置，其中密封位置位于距離端蓋外徑和外折紋尖端，并距離端蓋內徑和內折紋尖端的位置。
根據本發明定義液體過濾器濾芯的另一方面，可以理解，所述過濾器濾芯是這樣的，以使至少在第一端蓋上具有中央孔，在端蓋上距離折紋尖端(和端蓋孔，如果有的話)的內徑相當于至少0.1X的地方提供密封支撐，其中X是對應折紋尖端的外徑(或端蓋周界，如果類似)和折紋尖端的內徑(或端蓋孔，如果類似并存在的話)之間距離的尺寸。
對于所述情況，通常還將密封裝置置于端蓋上向內距離折紋尖端外徑(或端蓋外周，如果類似)一定距離，該距離也相當于至少0.1X。
在一些裝置中，可以為第二端蓋提供類似的定義，無論第二端蓋是開口的或閉合的。就是說，可以將密封裝置安裝在第二端蓋上，形成密封直徑，距離從折疊內徑(或孔)向外和從折疊外徑(或端蓋周邊)向內一定距離，該距離相當于折疊內徑(或孔)和折疊外徑(或孔)之間差的至少10％。
一般，在一些液體過濾器濾芯中，開口端蓋的端蓋孔直徑大約與折疊尖端內徑相同(或略小一些)。另外，在一些情況，端蓋外徑大約與折疊外徑相同。不過，變化是可能的。
在使用變量時，通常應當考慮有關折疊尖端內徑和外徑的間距，因為這些因素控制著Ae。
D.密封位置距離內折疊尖端和外折疊尖端特定距離的液體過濾器濾芯。
在本發明的另一方面，提供具有優點的液體過濾器濾芯，其中在該液體過濾器濾芯，通過密封支撐在距離折疊內徑和折疊外徑至少5mm，通常至少10mm，經常至少15mm的地方，提供在內折疊直徑或外折疊直徑上的密封。
E.定義有關作用面積的過濾器。
一般，優選提供過濾器濾芯，它具有至少一個端蓋，并在某些情況下具有兩個端蓋，在其上限定密封位置，使得密封位置提供的Ae值(作用面積)不大于類似端蓋和折疊尖端定義(Do和Di)，但其中密封位于靠近折疊內徑(Ds＝Di)的標準位置(Ds＝Di)的Ae值的80％，通常不大于55％，經常大于過20％。
F.通過利用圖17-32的圖表，對特定Ds選擇Do，Di的過濾器濾芯。
在本文所披露技術的另一方面，可以構造通常折紋數為20或以上的過濾器濾芯，它具有第一和第二端蓋以及在其間延伸的折疊介質，對位于Di和Do位置之間的給定Ds限定折疊尖端內徑(Di)和折疊尖端外徑(Do)，其中給定的Ds值在1.06英寸(26.9mm)-7.06英寸(179.3mm)范圍內； (a)從Ds(x-軸)對Do(y-軸)的圖中可以看出，Do值不小于由Ds，Do為1.06英寸，1.32英寸(26.9mm，33.5mm)延伸到Ds，Do為7.06英寸，8.8英寸(179mm，224mm)的線所定義的值；并且，Do值不大于由Ds，Do為1.06英寸，1.68英寸(26.9mm，42.7mm)延伸到Ds，Do為7.06英寸，11.20英寸(179mm，284mm)的線所定義的值；和 (b)從Ds(x-軸)對Di(y-軸)的圖中可以看出，Di值不小于由Ds，Di為1.06英寸，0.66英寸(26.9mm，16.8mm)延伸到Ds，Di為7.06英寸，4.4英寸(179mm，112mm)的線所定義的值；并且，Di值不大于由Ds，Di為1.06英寸，0.84英寸(26.9mm，21.3mm)延伸到Ds，Di到7.06英寸，5.6英寸(179mm，142mm)的線所定義的值。
通常 (a)從Ds(x-軸)對Do(y-軸)的圖中可以看出，Do值不小于由Ds，Do為1.06英寸，1.4英寸(26.9mm，290mm)延伸到Ds，Do為7.06英寸，9.3英寸(17.9mm，236mm)的線所定義的值；并且，Do值不大于由Ds，Do為1.06英寸，1.4英寸(26.9mm，35.6mm)延伸到Ds，Do為7.06英寸，10.7英寸(179mm，272mm)的線所定義的值；和 (b)從Ds(x-軸)對Di(y-軸)的圖中可以看出，Di值不小于由Ds，Di為1.06英寸，0.7英寸(26.9mm，17.8mm)延伸到Ds，Di為7.06英寸，4.65英寸(179mm，118mm)的線所定義的值，并且，Di值不大于由Ds，Di為1.06英寸，0.8英寸(26.9mm，20.3mm)延伸到Ds，Di為7.06英寸，5.35英寸(179mm，135.9mm)的線所定義的值。
當然，使用所述曲線圖限定了多種其他優選范圍，正如上面結合圖17-32的曲線所說明的。
G.液體過濾器組件。
當然，本文所披露的技術可用于開發液體過濾器組件，該液體過濾器組件包括其內具有過濾器濾芯的外殼(可維修或其他)。一般，外殼被設置成支撐過濾器濾芯，并且過濾器濾芯根據本文所披露的一般原理進行選擇，例如，如在上面的IX A-F部分所討論的。
H.過濾方法。
根據上面IX G所述的，要過濾的液體通過組件進行液體過濾作業產生了優點。所述優點來自過濾器濾芯的一個或多個端蓋的優點。
應該指出，在本文的很多情況，提到了參照標準，其中密封位于折疊內徑，即Ds＝Di。為計算目的，假設標準為Ds-Di。在前面的一些實際情況中，可能與此相比存在一些小變化。
權利要求
1.一種用于被設置成在過濾過程中外向內流動通過濾芯的液體過濾器組件的液體過濾器濾芯；所述液體過濾器濾芯包括
(a)第一和第二相對的端蓋；
(i)第一端蓋是開口的端蓋，它具有通過其間的第一中央孔；
(b)過濾介質的延伸部分固定至第一和第二端蓋，并在第一和第二端蓋之間延伸；
(i)過濾介質的延伸部分形成開口的中央空間，它與中央孔流體流動相通；和，
(c)位于第一端蓋上的第一密封裝置，它包括密封件，所述密封件由第一密封支撐進行支撐，并被定向以形成向外的密封；第一密封裝置設置在一位置，以便提供比第一中央孔的直徑更大的第一密封裝置的密封直徑DsA；
(i)DsA在0.85-1.15DbA的范圍內，包括端點值；其中DbA是在使用時，沒有在第一端蓋A上產生來自流體壓力的朝向或遠離第二端蓋B的凈表面軸向力的第一密封裝置的直徑。
2.根據權利要求1所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)DsA在0.9-1.1DbA的范圍內，包括端點值。
3.根據權利要求1所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)DsA在0.92-1.08DbA的范圍內，包括端點值。
4.根據權利要求3所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)DsA在0.95-1.05DbA的范圍內，包括端點值。
5.根據權利要求4所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)DsA等于DbA。
6.根據權利要求1所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)第二端蓋是閉合的端蓋。
7.根據權利要求1所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)第二端蓋是開口的端蓋，它具有通過其間的第二中央孔；和，
(b)第二密封裝置，它設置在第二端蓋上。
8.根據權利要求7所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)第二密封裝置設置以提供比第二中央孔的直徑更大的第二密封裝置的密封直徑DsB。
9.根據權利要求8所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)第二密封裝置設置以提供第二密封裝置的密封直徑DsB在0.9-1.1DbB的范圍內，包括端點值，其中
(i)DbB是沒有在第二端蓋上產生來自液體壓力的朝向或遠離第一端蓋的凈表面軸向力的第二密封裝置的直徑。
10.根據權利要求8所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)第二密封裝置包括軸向向外的第二徑向密封支撐，其上具有密封件。
11.根據權利要求10所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)第二密封裝置包括O形環。
12.根據權利要求1所述的液體過濾器濾芯，其中
(a)第一密封裝置包括O形環。
13.一種液體過濾器組件，它包括
(a)外殼，和
(b)根據權利要求1-12中任一權利要求所述的液體過濾器濾芯可操作地設置在外殼內；
(c)所述組件被設置為外向內流動，通過使待過濾的未經過濾液體從外部向內部流動通過介質而實現。
14.根據權利要求13所述的液體過濾器組件，其中
(a)液體過濾器濾芯可取出地設置在外殼內。
15.根據權利要求13所述的液體過濾器組件，其中
(a)液體過濾器濾芯不可拆除地設置在外殼內。
16.根據權利要求15所述的液體過濾器組件，其中
(a)第二端蓋是閉合的端蓋。
17.根據權利要求16所述的液體過濾器組件，其中
(a)外殼上包括向外的螺紋，用于與過濾器蓋螺紋接合。
18.一種通過使待過濾的液體流經液體過濾器濾芯的過濾液體的方法，包括
(a)第一和第二相對的端蓋；
(i)第一端蓋是開口的端蓋，它具有通過其間的第一中央孔；
(b)過濾介質的延伸部分固定至第一和第二端蓋，并在第一和第二端蓋之間延伸；
(i)過濾介質的延伸部分形成開口的中央空間，與中央孔流體流動相通；和，
(c)位于第一端蓋上的第一密封裝置，它包括密封件，所述密封件由第一密封支撐進行支撐，并被定向以形成向外的密封；第一密封裝置設置在一位置，以便提供比第一中央孔的直徑更大的第一密封裝置的密封直徑DsA；
(i)DsA在0.85-1.15DbA的范圍內，包括端點值，其中DbA是在使用時，沒有在第一端蓋A上產生來自流體壓力的朝向或遠離第二端蓋B的凈表面軸向力的第一密封裝置的直徑；
(d)其中使液體流經液體過濾器濾芯的步驟包括在過濾過程中使液體從外向內通過過濾介質的延伸部分。
全文摘要
提供了液體過濾器濾芯。提供了優選的密封裝置，以對一個或多個濾芯的端蓋提供優選的軸向負荷狀態。所提供的一些濾芯結構包括其內沒有核心結構或外部襯墊結構，以支撐軸向載荷。提供了使用濾芯的組件，以及組裝和使用方法。所述液體過濾器濾芯可以是可維修的濾芯，或者可以永久保留在外殼內。
文檔編號B01D35/147GK101810959SQ20091017029
公開日2010年8月25日 申請日期2005年4月4日 優先權日2004年4月13日
發明者J·R·海克爾 申請人:唐納森公司