CN1898005A - 包括密封结构的过滤元件及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

提供了过滤元件结构，它包括介质包(2)，包括Z－过滤介质，预型件(35)和密封所述预型件与所述介质包间接合部位的一部分的包胶模(48，51，54)，并且还形成了用于所述过滤元件的空气滤清器密封。所述包胶模优选包括模制的，发泡的聚氨酯。可以使用多种介质包形状。形成所述过滤元件的方法包括将所述介质包与所述预型件一起放置在模具中，并允许未凝固的聚氨酯泡沫上升并凝固，以覆盖所述介质包和所述预型件之间的接合部位。还提供了包括所述过滤元件的空气滤清器。

Description

包括密封结构的过滤元件及其生产方法
对相关申请的交叉引用
本申请，经一些修改和增加信息，包括申请日为2003年12月22日的美国临时申请60/532,783的内容。以合适的程度要求所述临时申请的优先权。美国临时申请60/532,783的完整内容被结合入本文。
发明领域
本发明涉及具有可取出和可更换，即可维修的过滤元件或滤芯部件的空气滤清器。尽管可能有其他用途，本发明所述尤其应用于空气滤清器，用来过滤发动机的吸入空气(例如用于：车辆，建筑，农业和采矿设备；以及发电系统)。本发明特别涉及设置在可维修的过滤元件或滤芯上的密封结构，用于此空气滤清器。本发明还涉及组装和使用的方法。
背景技术
空气流中携带有污染物质。在很多场合下，需要从空气流中过滤某些或所有污染物质。例如，进入机动车辆或发电设备，建筑设备或其他设备的发动机的空气流，进入燃汽轮机系统的气流和进入各种燃烧炉的空气流，携带有颗粒状污染物。对这样的系统来说，优选的是将特定的污染物质从空气或气体中除去(或者使其含量降低)。业已开发了多种空气过滤装置用于减少污染物。不过，一般，需要持续的改进。
发明内容
根据本发明，提供了用于空气过滤的过滤元件或滤芯。一般，所述过滤元件或滤芯包括介质包，它包括相对的入口端和出口端。所述介质包形成：一组入口槽纹，在所述介质包的入口端开口，使要过滤的空气从它里面通过，所述入口槽纹优选在所述入口槽纹距离所述介质包的出口端总长度10％以内的位置闭合；和，一组出口槽纹，优选在所述入口槽纹距离所述介质包的入口端的总长度10％以内的距离，对通过其内要过滤的空气闭合，并且在所述介质包的出口端开口，使已过滤的空气从其通过。所述元件或滤芯还包括：靠近所述介质包的入口端和出口端的第一端放置的预型件；和，由密封材料形成的包胶模(overmold)，具有第一部分，密封所述预型件和所述介质包的第一端之间的接合处或接合部位，所述预型件位于该处；和，第二部分定向以形成空气滤清器密封，在所述过滤元件(或滤芯)和空气滤清器之间，当所述过滤元件被安装应用时。在优选的便利结构中所述包胶模的第一和第二部分彼此构成整体。
在某些优选用途中，所述介质包是卷绕的z-过滤介质结构；和所述包胶模包括聚氨酯泡沫。所述介质包可以具有多种形状和结构。所示出的两种例子是：椭圆形形状，例如具有跑道外周或截面形状；和圆形外周或截面形状。多种其他形状是可能的。
所述预型件和包胶模的组合，形成了过滤元件的优选的密封结构。还提供了制备和使用的方法。另外，总体上披露了使用的结构。
附图说明
图1是根据本发明第一种实施方案的过滤元件的侧视图。
图2是图1所示过滤元件部件的俯视图。
图3是沿图2中线3-3的剖视图。
图4是图3所示一部分的放大局部图。
图5是用于图1所示过滤元件的部件的放大透视图。
图6是图5中部件沿线6-6的剖视图。
图7是根据本发明第二种实施方案的过滤元件的侧视图。
图8是图7所示元件的俯视图。
图9是图8中结构沿线9-9的剖视图。
图10是图9所示部分的放大局部图。
图11是用于形成图1或图7所示结构的密封部件的模具结构的局部示意性剖视图。
图12是图11所示模具的示意性剖视图，示出其内未凝固的聚合密封材料池。
图13是图12所示模具的示意图，其内放置有某些预成型的过滤元件部分。
图14是图13的示意图，其内放置有介质部件。
图15是图14的示意图，所述密封材料起泡并大体凝固。
图16是根据图11-15的方法在模具中的预型件和介质包部件的示意图。
图17是用于图1所示部件中的可选择的尾端件。
图18是图1所示可选择的部件的剖视图。
图19是根据本发明可用于结构上的z-过滤介质的局部示意性透视图。
图20是图19所示介质的一部分的示意性剖视图。
图21是各种波纹状介质定义的例子的示意图。
图22是根据本发明用于制造可用的介质的方法的示意图。
图23是根据本发明用于结构的介质槽纹的可选择端缝的示意性剖视图。
图24是与图19类似的可用于图1和图7所示过滤元件的介质材料的示意性透视图，所示流向与之相反。
图25是根据本发明使用带有过滤器滤芯部件的空气滤清器系统的示意图。
图26示出图9所示过滤器滤芯的中心内芯塞的局部剖视图。
具体实施方式
I.总体说明
本发明涉及可用于空气滤清器组件的过滤元件(有时称之为滤芯)。一般，本发明所涉及的优选的过滤元件是这样的，其中：(a)所述元件的介质包括第一波纹介质片材，连接至第二介质片材(通常为扁平介质或接近扁平介质)，以形成单面；和(b)其中，所述单面组合或卷绕或层叠，以形成介质结构，它包括多个入口槽纹，所述槽纹在过滤介质的入口端面开口并在介质的出口面或靠近介质出口面处闭合(通常在所述入口槽纹总长度的10％以内)；和，多个出口流通槽纹，在介质的入口面或靠近介质入口面处密封闭合(即，通常在入口面的出口槽纹总长度的10％以内)，并且在介质的出口端面开口。所述介质结构是众所周知的，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，上述六份美国专利的完整内容被结合入本文。在这里，所述介质有时候被称作z-过滤介质；并且，由所述介质形成的介质包被称作z-过滤介质包。所述介质包以及本文所披露介质包的特征是，在相对的端面间，禁止未经过滤的空气通过所述介质包。
根据本发明的原理，可以使用这种介质的多种变化形式。例如，槽纹的末端密封(槽纹密封)可以通过多种方式提供，包括通过采用密封边(sealant bead)；针刺(darting)，折叠或其他结构使槽纹的形状在末端变形和/或封闭和密封所述槽纹末端；以及通过它们的组合。并非所有槽纹都需要以相同的方式密封闭合。密封的具体方法通常可以选择，并不具体地与本文所提供的一般原理相关(除非在下面指明)，在使用时，可以在可维修的过滤元件和外壳或外壳部件之间提供密封。
另一种变量是槽纹的具体形状。可以将PCT申请号WO 97/40918和PCT公开号WO 03/47722所披露的楔形槽纹和其他槽纹形状用于本发明的结构。当然，可以并经常被使用的是直(非楔形)槽纹。
与介质结构相关的另一个变量是所述介质是以″卷绕的″结构还是以″层叠的″结构设计的。本文所披露的原理通常可用于″卷绕的″结构，其原因由以下说明显而易见。不过，某些原理可应用于层叠的结构。
在本文中，术语″卷绕的″及其变化形式在用于表示由z-过滤介质形成的介质包时，表示通过卷绕单组合片的介质或单面而形成的介质包，它是由固定在扁平或接近扁平的片材上的一片波纹介质制成的(组合为单面)，以便形成所述介质包。所述卷绕的介质可以制成多种形状，包括：圆形或圆柱形；椭圆形，例如跑道形；正方形；或具有圆角的矩形；并且，它们甚至可以设计成圆锥形或类似结构。这些选定的示例披露于U.S.6,350,291和申请日为2003年5月2日的美国临时申请号60/467,521中，以上文献的完整内容被结合入本文。
在本文中，术语″层叠的结构″及其变化形式通常表示不是由卷绕的介质的单组合片形成的介质包，相反，它表示由多个介质片或单面形成的介质包(波纹介质固定在扁平或接近扁平的介质上)；所述片彼此以层叠或块的形式固定。层叠的结构披露于，例如U.S.5,820,646的图3，在此被结合入本文。
一般，所述的z-过滤介质包结构用于可维修的过滤元件(或滤芯)，即，过滤元件(或滤芯)相对使用它的空气滤清器而言是可取出和可更换的。一般，所述z-过滤介质包具有密封结构，用于在使用时与空气滤清器部件的部分，如外壳接合。在这里，这种密封被称作″空气滤清器密封″或″外壳密封″，或它们的变化形式。有多种这样的空气滤清器密封是已知的。一种类型，涉及外面的或朝向外面的径向密封，参见U.S.6,350,291图5中的附图标记250。
可用于z-介质包的其他类型的密封是轴向夹紧密封，例如，在U.S.6,348,085；6,368,374和美国公开号US2002/0185007 A1中有描述，在此被结合入本文；并且，朝向内部的径向密封，例如，参见申请日为2003年3月25日的美国临时申请60/457,255的图12，该文献的完整内容在此被结合入本文。
一般，z-介质包及其制备在下面的第VII部分有更详细的说明。
II.示例元件，图1-6。
图1中的附图标记1总体上表示根据本发明的可维修的过滤元件(有时称之为滤芯)。所示出的过滤元件1，包括z-过滤介质包2，具有安装在其上的空气滤清器密封结构3。
同样，在本文中，术语″空气滤清器密封结构″及其变化形式通常用于表示以这种方式设置在可维修的过滤元件1上的密封结构3，当过滤元件1安装到空气滤清器上使用时，密封结构3与空气滤清器的合适部件或部分，通常是空气滤清器外壳，形成空气密封。在本文中，术语″可维修的元件″用于表示相对空气滤清器的其他部分可取出和可更换的过滤元件1。
所示出的具体的空气滤清器密封结构3包括外部径向密封件。在本文中，术语″外部径向密封件″表示与空气滤清器部件形成密封的表面6，在使用时，是径向向外的，而不是相对安装在可维修的过滤元件1的部分上是径向向内的。本文所披露的原理可以采用其他取向和密封类型，不过，具体的密封结构以方便，有优势的例子为特征。
一般，在工作过程中，空气流过z-过滤介质包2是通过进入箭头9和排出箭头10表示的。z-过滤介质包的特征是，通过它的空气流通常是这样的，进入的流动箭头和排出的流动箭头通常是彼此平行的。就是说，空气通过元件1所需的仅有的方向转变是流过介质包2的较小的方向转变，因为气流槽纹通常是彼此平行的，并且与进口和出口流动的方向平行。应当指出的是，气流方向与箭头9和10所示方向相反是可能的，不过，在使用时，所示出的这种特定的气流方向是有利的。当以这种方式构造和定向使用时，所述介质包2具有入口端或流动面15和相对的出口端或流动面16。
对于所示出的例子来说，入口流动面15和出口流动面16各自是大体平面状的，并且大体上彼此平行。尽管其他结构是可行的，本文所披露的原理特别适用于这一应用。
图2是过滤元件结构1的俯视平面图。参见图2，z-过滤介质2和密封结构3具有椭圆形外周形状，在这种场合下，相当于两个类似的，相对的，弯曲的末端20，21被两个相对的，大体上直的侧边22，23隔开。在这里，这种特定的椭圆形结构通常被称作″跑道″形状。跑道形状的z-过滤介质包元件元件披露于现有技术中，例如，参见U.S.6,350,291的图10。可以看出，本发明的很多原理都可应用于具有其他外周形状，例如圆形的具有介质包的元件，正如下文所披露的。椭圆形状的另一种变化形式是这样的，其中，相对的侧边不是直的，而是有些弯曲的，比末端的曲率更小。另一种可能的形状是具有两对相对的，大体上直的侧边的形状，所述侧边可能或者可能没有小曲率，具有四个大体上弯曲的拐角。这种类型元件的例子披露于美国临时申请60/457,255的图22中，它的完整内容被结合入本文。
在以上段落中确定的各种形状，表明本发明的原理可应用于多种卷绕形状，而不是仅仅局限于在附图中所示出的形状。
参见图1，过滤元件1包括可选择的尾端件或防滑裙边30(skid skirt)，位于介质2的密封结构3的相对端。可选择的尾端件或防滑裙边30可用于在使用期间，提供元件1和外壳中结构之间的接合，以利于安装。所述尾端件的例子在公开日为2003年11月20日的PCT公开号WO 03/095068的图4和8中有图示和描述，PCT公开号WO 03/095068的完整内容在此被结合入本文。在下面的第V部分结合图17和18的说明再次讨论了可选择的尾端件30。
参见图2，密封结构3包括：刚性预型件部件或插入件35；和模制的密封部件36。在本文中，术语″预型件部件″及其变化形式表示部件35在形成模制的密封部件36之前形成，以形成密封结构3。实际上，过滤元件1的典型的生产方法如下：介质包2是预成型的；部件35是预成型的；并且，将这两部分(2，35)一起放入模具，以形成模制的密封部件36。在这里，模制的密封部件36有时候被称作″包胶模(overmold)″，或其变化形式。其中，正如通过以下说明可以理解的，在本文中，术语″包胶模″表示模制的密封部件36是在所述介质包2和预型件35上模制的，而它本身不是预成型的。
参见图3。图3是沿图2中线3-3的剖视图。图3所示的剖视图是图1中元件1的较短或较窄的维数。不过，如果所述截面是沿较长的轴，即图2中的线Y-Y的话，可以看到类似的结构。
图3所示介质包2是卷绕的介质包。一般，介质包2包括波纹状介质片材固定在表面片材上，通常是扁平或接近扁平的片材，以形成一片或单面，其以所示形式自身卷绕。因此，介质包2包括单片波纹状片材表面(通常是扁平或非波纹状)片材，或单面，卷绕并构造如图所示。在图2中，尽管示意性地示出介质包2，标明了外面的三卷。参见图1，最外面卷的外侧尾端用37表示。对于所示出的实施方案来说，尾端37是密封的，并且通过热熔密封剂条38固定在位，尽管其他替代方案也是可行的。
仍旧参见图3，可以看出在介质包2中没有示意性地示出中心板，中心间隙，中心件或中心密封。介质包2相对这里是简单地示意性示出。可以使用中心板，例如，在U.S.6,348,084中有描述，在此被结合入本文。可以使用相互交叉的中心条，例如，在申请日为2003年5月2日的美国临时申请号60/467,521中有描述。还可以使用中心密封，例如，参见申请日为2003年5月2日的美国临时申请号60/467,521。相对图3而言，对上述特征以及变化形式不进行特殊选择。不过，通过查看附图和本文的进一步说明显而易见，要以某种方式密封封闭介质包的中心，以阻止未经过滤的空气在两个相对的端面15，16之间流动；即，未经过滤的空气不能够从端面向外流动。
参见图3，所示出的预型件部件35包括三个部分，通常包括：外壳密封支承部分40；介质接合周边或裙边41；和介质面横梁结构43。
参见图4。图4是图3一部分的局部放大图。从图4中可以看出，预型件35的任何部分都没有延伸围绕介质包2的外周或侧面2a。对于本发明的结构来说，这种形式是优选的，尽管替代方案是可行的。对于图3所示的具体结构来说，介质接合部分41包括边缘45，它与z-过滤介质包2的流动面16接合，并且对于所示出的例子来说，不会突出到或者超过流动面16的外周边缘16a，尽管其他方案是可行的。所示出的具体预型件35包括图6所示的小隆起45a，它略微伸入介质包2。优选的是，隆起45a不超过1mm，并且形成尖点，以有助于在形成包胶模36期间容纳升起的氨基甲酸乙酯流体，并且理想地延伸穿过流动面16。
正如结合图3所披露的，注意，所示出的具体的z-过滤介质包2包括卷绕的介质结构。在图4中，形成了外面三个卷绕46a，46b和46c。所示出的靠近表面16的卷绕46a，46b和46c的末端包括在47处折叠或针刺封闭的末端。这种折叠或针刺参见，例如，申请日为2003年5月2日的美国临时申请号60/467,521，在此被结合入本文。
仍然参见图4，模制的密封部件36放置在使部分48覆盖并密封预型件部件35结合介质包2的流动面16的接合处49。优选的是，模制的密封部件36包括部分51，其沿远离流动面16的方向延伸超过接合处49(朝向图3所示的相对的流动面15)，超过距离至少5mm，优选至少8mm，通常延伸距离在大约9mm-18mm的范围内(包含性的)。
一般，模制的密封部件36的部分48和51在该位置提供所述介质包2和预型件部件35之间的密封，并且还提供环绕并紧贴介质包2，靠近流动面16，以抑制在该区域不希望的，污染的气流的密封。通常，如果所述介质包不包括某种类型的覆盖或涂层，部分48和51会直接接触介质的单面片材。在其他情况，所述介质包上的物质位于介质和部分48和51之间。在两种场合下，部分48和51接合介质包2。
参见图1，特别是热熔密封条38，条38优选是连续的并且止于包胶模36的部位51的下面，在距离图4中的流动面16至少4mm的位置。通常，条38的6-12mm的延长部分位于包胶模36下面。条38止于距离流动面16至少4mm处确保了在至少4mm的距离上，包胶模36的密封材料直接密封至靠近端面16的介质包2。这有助于避免在包胶模36和介质包2之间在该位置发生泄露。
参见图4，模制的密封部件或包胶模36还包括空气滤清器密封部分54。空气滤清器密封部分54包括径向外表面56，以优选方式设计，用于与空气滤清器部件密封。所示出的具体的表面56是阶梯表面部分56a，它的形状与在美国专利6,350,291的图7中用附图标记250示出的密封表面部分的形状类似，该文献的完整内容在此被结合入本文。
参见图3，可以看出预型件部件35的部分40如此放置，以支撑外壳密封件56和模制的密封组合物或包胶模36的阶梯部分56a。因此，预型件部件35在某种程度上起着对密封强度的刚性支持的作用，当安装到空气滤清器时空气滤清器密封部分54在厚度上是被压缩的(在压力最大的部分厚度优选至少10％)，压缩是表面56压向部分40。优选的是，在密封件56的最厚部分56b，压缩距离在1.5-2.8mm范围内，更优选大约1.9-2.5mm。从图3中可以看出，放置部分40以作为所述密封件的支承，因为它从流动面15，16中的一个向外(径向)突出。
表面40的凹槽从介质包2的外周2a穿过表面16，前提是过滤元件1可以安装在原先设计的空气滤清器内，例如，以接收元件比如元件450，美国专利6,350,291的图15所示，在此被结合入本文。当然，其他结构是可行的。当然，表面40优选定位，以使被支承的外壳密封件56在优选结构中从所述介质包的外周突出或向外突出。
介质接合部分41被设计成在部分40和边缘57之间径向向外延伸。介质接合部分41被设计成从部位40的径向向外的裙边。该向外的延伸表示位于图3中部位60的z-过滤介质包2中的出口槽纹的末端在过滤作业期间不对从其通过的空气封闭。如果部位41不是作为向外展开的，对角的裙边安装，而是部分40延伸到点61，部位60上的槽纹就会被延伸部分41封闭，阻止空气从其通过。这会导致增大的限制，以及所述介质较低的利用率。优选图6中的角度X在20°-70°范围内，以容纳需要的裙边。角度X是裙边41的内表面和介质表面16之间的角度。
参见图4，可以看出，对于具体的结构来说，所示出的裙边41的大小和安装在表面16留下了部分64(相当于介质包2的外槽纹卷46a上的出口槽纹的其他的开口末端)，暴露以接收一部分模制的密封部件36在其内，用66表示。这种结构是有利的。具体地讲，这使得在模制期间一些包胶模36升入介质包2，参见下文。
可以看出，对于图4所示的优选元件1来说，模制的密封部件36的任何部分都没有沿部分40的内表面40a安装。另外，优选的是模制的密封部件36的任何部分都没有沿部位41的内表面41安装，除了紧靠边缘45的某些可能的渗出或覆盖之外。后者防止了不希望的覆盖水平穿过表面16，并提供方便的制造。可以设计部分40，并形成包胶模36，以允许在部位40a密封，不过这不是优选。
仍然参见图4，介质面横梁结构43延伸穿过介质面16，与预型件部件35的部位41接合。在使用期间，介质面横梁结构43阻止介质包2朝图1中箭头10所示方向压缩。
可以使用多种横梁结构。在图2中，所示出的具体的横梁结构43包括：在相对侧边22，23之间平行延伸部分43a的格栅；由对角框架43b相互连接。
在图5中，提供了表示预型件部件35的透视图。可以看出，预型件部件35可以做成单个整体装置，例如，通过注模或其他模制工艺。它优选用聚合物制成，如(例如33％)玻璃填充的尼龙材料。
再次参见图4，包胶模或模制的密封部件36包括部分70，覆盖预型件部件35的部分末端71。正如下文所披露的，它是来自优选模制作业的人造物品。
参见图4，可以看出，当横梁43接合裙边41时，裙边41相对表面16的角度可能被略微中断。不过，一般，在其他位置，裙边41具有上文所述的优选的角度X。
可以理解的是，本文所披露的技术可用于多种元件结构和尺寸。以下尺寸只是作为例子提供，以助于理解本技术的广泛应用。包胶模36，在其最厚部位，厚度可能为大约10-12mm，例如，大约11.5mm。跑道形状的介质包的最长截面尺寸可以为大约300-320mm，例如大约308mm。跑道形状元件的最短截面尺寸可以为大约115-125mm，例如大约121mm。直边的长度可以为大约175-195mm，例如大约188mm。
在讨论上述结构的形成，并描述与所述结构相关的某些优点之前，所述原理在其他结构中的应用将结合图7-10进行讨论。
III.图7-10的结构
首先参见图7。图7是可维修的过滤元件(或滤芯)101的侧视图。过滤元件101包括z-过滤介质包102和密封结构103。元件101还包括可选择的尾端件104，它位于介质包102的端部102b，与密封结构103所在的端部102a相对。
介质包102包括卷绕的单面，具有第一和第二相对的，流动面105，105a。当然，它具有没有示出的外侧尾端，它会由，例如，与上述条38类似的密封剂条固定。
一般，并且参见图7，密封结构103的表面106被设计成提供密封，作为在使用时与外壳或空气滤清器部件形成的向外的径向密封(当然，其他方案也是可行的)。表面106的截面可以设计成与图4的表面56类似。
参见图8，其中，用俯视平面图的形式示出了元件101。从图7中可以看出，元件101是通过密封结构103和介质包102的外周形成的大体上圆形的外周108。在图8中，可以看到格栅结构109，它延伸穿过流动面105；在这里，表面105优选是出口流动面。
参见图9，示出通过元件101的剖视图。从图9中可以看出，密封结构103包括预型件部件110和包胶模或模制的密封部件111。预型件部件110和模制的密封部件111可大体上与图1-5所示实施方案的预型件部件35和模制的密封部件36类似，所不同的是被制成圆形。
具体地讲，元件101包括内芯113，介质包102围绕其卷绕。内芯113能够以卡接形式与预型件部件110的部分114接合。可以使用多种接合结构，例如，包括美国专利6,517,598的图5中所示出的结构，在此被结合入本文。内芯113以示意形式示出。它里面通常带有柱塞。柱塞可以与内芯113的其余部分一体化或者附加在它上面。内芯113上的柱塞或其他封闭物总体上起着阻止未经过滤的气体在表面105a，105之间流动的作用。
在图10中，示出了图9的一部分的放大局部图。预型件部件110包括外壳密封件支撑装置116；和介质包结合部分117，被设计成径向向外裙边118；以及介质面横梁结构109(图8)。(在部位114，示出的内部向外裙边118被填充，因为截面是沿图8中的横梁格栅结构109切割)。对于元件101，这些部件通常提供了与图1所示元件1的类似部件相同的基础操作。
IV.按照图1-10组装元件的方法
一般，对应于图1中元件1和图6中元件101的元件的形成，其方法涉及以下步骤：
1.预成型所述介质包部件(2，102)。
2.预成型所述密封结构的预型件部件(35，110)。
3.在模具中将所述预型件部件(35，110)和介质包部件(2，102)彼此适当定位。
4.上模制密封材料，以形成该结构的合适的模制密封部件。
5.脱模。
6.选择性地将防滑裙边(30，104)放置在所述元件与密封件相对的一端。
在本文中，″上模制″及其变化形式表示在适当的位置模制模制密封部件36，111：(a)使模制的密封部件36的一部分覆盖在密封结构的预型件部件(35，110)和所述介质包(2，102)之间的接合处的外面；和，(b)对相同的密封部件36，111的一部分(即优选与所述包胶模一体化的部分)定位，以形成空气滤清器密封。对于形成模制密封部件，典型的和优选的方法会使用聚氨酯泡沫，如下文所描述。在这里，通过上述方法形成模制密封部件36，有时称之为包胶模。所述包胶模密封的部分优选彼此成一体化；包胶模36，111优选从单个聚合物池模制而成。
一般和优选的是，位于密封表面部位的模制密封部件的厚度是这样设计的，以便压缩模制密封部件在该部位最厚部分的厚度，压缩至少10％，通常至少15％，当元件(1，101)安装至使用的空气滤清器内时。这可以通过所示出的结构实现，使用以下材料。
下面将结合图11-16说明通常的方法。
首先参见图11。在图11中，附图标记180表示可用于形成本发明包胶模密封结构的模具结构。模具结构180以局部剖视图的形式示出。所示出的部分可以提供对如何形成所述包胶模密封结构的理解。模具的其余部分可被设计成圆形或长圆形等，根据具体的用途。
参见图11，所示出的具体的模具结构180是多部分模具181。就是说，模具180包括结合在一起的一个以上部分，以形成在其中完成所述上模制过程的模具。所示出的具体的多部分模具180包括三个部分183，184和185，它们结合在一起，以形成所述模具。孔189，当三个部分183，184，185适当对齐时延伸通过它们，图11，可用于接收销或类似部件，以将所述模具固定在一起。
一般，部分183形成基础模具结构，包括：内部容器部分192，将未凝固的树脂放入其中，用于模制过程；内壁193，使用中将预型件部件与之紧靠；支架194，在模制过程中可将所述预型件部件的边缘搁置其上；中央壁195和支架196支承其他所述的模具部分；和外壁197，它提供了对组件180的外部支撑结构。
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结构的模制部分的外表面的一部分。在这里，表面201包括部分202，与中央壁195组合提供了模具底切203，模制最终密封部分的密封表面的特定部分，如下面结合图15所披露。部分184还包括上部延伸部分205，它搁置在肩部196。
最后，部分185包括内壁215和上凸缘218。凸缘218伸过中央部分184的部分205。内壁215包括表面216，它在模制过程中形成了密封部件的特定部分，正如结合图15所披露的。在优选的模制作业中，部分217封盖所述模具，并且接合介质。
参见图12，所示出的组件180具有可凝固的材料225，放置在容器192中达到注满线226。材料225通常包括树脂，它在凝固过程中，会发泡并且作为凝固物上升，以形成可模制的密封部件。通常，在模制期间，使用体积能够膨胀至少80％的材料225，优选体积能够增加100％的材料。
在图13中，模具组件180中具有树脂225，示出其内具有预型件部件230。预型件部件230可对应于，例如，图1的预型件部件35。它也可对应于图7的预型件部件110。不过，如果使用图7中的结构，在某些场合下它已经连接至所述介质包。
现参见图14，其中所示出的模具结构180具有适当定位的预型件部件230和介质包231。可以看出，介质包231的外表面232的大小适合接合模具部分185的部分217。
现参见图15。在图15中，用235表示的材料是起泡的，上升的，大体凝固的树脂；即，所述包胶模(相当于图1中的包胶模36，或图7中的包胶模103)。术语″大体上凝固″表示树脂充分凝固至达到一形状，其在进一步凝固时通常会被保持。从图15，下面有关模制作业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(编号与上文相同)。然后，部分240将形成向外的径向密封部件的最外面部分，即，在用作空气滤清器密封时压缩最大的部分；
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，围绕介质包231的外表面232上升的材料235被模具部件185封盖或阻止，尤其是被模具部件185的部位216。
在部位247上，包胶模235的一些树脂已升入介质包，在介质包231的最外层248和其下层之间。这种上升倾向于封闭在该部位任何其他开口的槽纹。一般，这会使得所述介质包的最外层(例如，图4中的层46a)，在它被用于过滤材料时，空气在可以从所述介质包排出前，必须进入下一个内层。这意味着或者能够确保即使最外面的一卷介质包在操作和安装期间遭损坏，也不会导致泄露。因此，在优选结构中，在所述介质包中提供了两端封闭的第三组槽纹。这第三组槽纹优选仅出现在最外一卷上。所述槽纹否则是出口槽纹，并且有时候会使用这样的术语表示。
对于图11-16所示方法来说，所述介质包在所述入口槽纹具有封闭末端，靠近出口流动面针刺闭合，以提供可见的边缘。其他方案当然是可行的，包括根本不用针刺。所示出的包胶模材料升入出口槽纹的开口端，位于介质的出口面，用247表示的部位。
沿部位249，250，树脂材料236完全填充预型件230的外表面，使其固定在位。在部位255，材料235放置在预型件230的末端256的一部分上。
在图15所示出的具体结构中，包胶模235是单个整体部件，从树脂225模制而成，图14。
脱模可以通过在用力过程中迫使所述部件离开模具180实现。能够产生所述强力的设备可以结合预型件230上的横梁。一般，包胶模235会充分压缩，以被推压通过所述模具的底切。通常可以预期的是，以本文所披露的材料和结构，用110磅或更小的力，通常大约100磅的力可以实现脱模(脱模的力通常直接施加在所述预型件35，110的格栅上)。
位于所述元件相对端的可选的预成型防滑裙边可以在模制之前或之后应用。一般，如果在所述介质中使用中央塞，它是在所述模制过程之前预成型。不过，在某些场合下，中央塞可以与所述包胶模同时模制。后者需要确保提供所述模具的一部分或某些其他结构，以适当地分配聚氨酯，实现上述目的。
可以看出在某些场合下，预型件230可以通过卡接结构连接至介质包231。
在图16中，所示出的模具180具有放置在其内的介质包231和预型件230。在这里，所示出的介质包231没有安装可选的防滑裙边。
V.可选的防滑裙边
在上面结合图1的讨论中，指出防滑裙边30是可选部件。在图17和18中示出了该部件。
首先参见图17，俯视平面图，示出了防滑裙边30。在图18中，示出了防滑裙边30的剖视图。参见图18，可以看到所述介质包的接收部位30a，连同外表面30b一起被设计成在安装期间根据需要结合外壳内的部件。根据图17和18所示的原理，可以理解类似的，但是圆形的部件，如果需要的话，可用于圆形结构。防滑裙边30通常由玻璃填充(例如填充了33％的玻璃)尼龙形成，用黏合剂固定在位。
VI.可凝固的密封树脂
对上述结构来说，优选的是选择聚氨酯配方，以提供高泡沫的，极柔软的，模制的末端封盖。一般，主要问题是利用能提供末端封盖的配方，所述封盖是这样的，在一定条件下会产生坚固密封，其允许手工组装和拆卸。这大体上意味着，所述密封范围具有较低密度的材料，并展示出适当和理想的压缩负荷变形和压缩形变。
尽管其他方案是可行的，所选择的配方优选是这样的，提供末端封盖的模制密度不超过28磅/立方英尺(0.45g/cu.cm.)，更优选不超过22磅/立方英尺(0.35g/cu.cm.)，通常不超过18磅/立方英尺(0.29g/cu.cm.)，并优选在12-17磅/立方英尺的范围内(0.19-0.27g/cu.cm.)。
在本文中，术语″模制密度″表示重量除以体积的标准定义。可以利用排水量试验或类似试验确定模制泡沫样品的体积。在进行体积测试时，没有必要让水吸收到多孔材料的孔中，并以孔代表排出空气。因此，用于确定样品体积的水量排出测试是直接的排出，不需要长时间等待排出所述材料孔中的空气。换句话说，只有样品外周的体积需要被用于模制密度计算。
一般，压缩负荷变形是物理特性，它表示坚固度，即对压缩的抵抗力。一般，它是以使给定样品的厚度压缩25％所需要的压力的量衡量的。压缩负荷变形试验可以按照ASTM3574进行，在此被结合入本文。一般，压缩负荷变形可以结合老化的样品进行评估。常见的技术是对样品进行压缩负荷变形测量，所述样品已在75(24℃)下完全凝固了72小时或者在190(88℃)下强制凝固了5小时。
优选的材料是这样的，在模制时，在158(70℃)的温度下加热老化七天之后在样品上测定的压缩负荷变形，按照ASTM3574的标准，平均为14psi(0.96bar)或以下，通常在6-14psi(0.41-0.96bar)的范围内，优选在7-10psi(0.48-0.69bar)的范围内。
压缩形变是在解除压力之后，材料样品(它在特定条件下经受了特定类型的压缩)恢复到先前厚度或高度的程度的评估。用于评估氨基甲酸乙酯材料的压缩形变的条件同样在ASTM3574中提供。
通常理想的材料是这样的，在凝固时，提供的材料的压缩形变不超过大约18％，通常大约8-13％，当测定样品被压缩到其高度的50％并且在180(82℃)下保持那样的压缩22小时。
一般，压缩负荷变形和压缩形变特性可以用形成末端封盖的相同树脂制备的样品塞测定，或用从末端封盖上切割下来的样品进行测定。通常，工业加工方法涉及定期制备由树脂材料制成的测试样品柱塞，而不是直接测试从模制的末端封盖切割下来的部分。
可用于提供具有在所述模制密度内，如上所述压缩形变和压缩负荷变形定义的物理特性的材料的氨基甲酸乙酯树脂系统，可以方便地从多个聚氨基甲酸乙酯树脂配方设计者处获得，包括这样的供应商如BASF公司，Wyandotte MI，48192。
一般，用任何给定的工业方法选择相对所述材料合适的物理特征，关键问题是所需特征和最终产品的管理，涉及元件安装和拆卸，以及在多种条件下保持密封。上述提供的物理特征是有用的，不过，并非具体局限于产品，所述产品可以被认为是可行的。另外，各种元件制造商，根据场合，可能需要进一步地说明，例如，低温压缩变形，通常是在冷却到-40(-40℃)的样品上测定，所述规定是在ASTM测试中导致压缩所需要的压力，例如，该压力最大为100psi(6.9bar)。
一种示例可用材料包括以下聚氨酯，被加工成这样的最终产品，具有″模制的″密度为14-22磅/立方英尺(0.22g/cu.cm.-0.35g/cu.cm)。聚氨酯包括用I36070R树脂和I305OU异氰酸酯制成的材料，该材料是由BASF公司，Wyandotte，Michigan48192，专门出售给受让人Donaldson公司的。
所述材料通常是混合的，混合比例为100份I36070R树脂对45.5份I3050U异氰酸酯(重量比)。所述树脂的比重为1.04(8.7磅/加仑)，对异氰酸酯为1.20(10磅/加仑)。所述材料通常与高动态剪切混合器混合。成分的温度为70-95，模具温度为115-135。
树脂材料I36070R具有以下特征：
(a)平均分子量
1)基础聚醚多元醇＝500-15,000
2)二醇＝0-10,000
3)三醇＝500-15,000
(b)平均官能度
1)总系统＝1.5-3.2
(c)羟基数量
1)总系统＝100-300
(d)催化剂
1)胺＝空气产品0.1-3.0PPH
(e)表面活性剂
1)总系统＝0.1-2.0PPH
(f)水
1)总系统＝0.2-0.5％
(g)色素/染料
1)总系统＝1-5％碳黑
(h)发泡剂
1)水。
I3050U异氰酸酯的特征如下：
(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)最初沸腾点-190℃在5mmHg
(e)蒸汽压＝0.0002Hg在25℃
(f)外观-无色液体
(g)闪点(Densky-Martins closed cup闭杯)＝200℃。
在更常见的情况下，在外壳密封内形成的树脂部分一般优选应当是固化到密度至少为10磅/立方英尺(0.16克/cc)的材料，尽管低至5磅/立方英尺(0.08克/cc)的材料对于某些轻型应用来说是可以接受的。同样优选的是，所述材料是固化到密度不超过大约22磅/立方英尺(0.35克/cc)的材料，如上文所述，并且优选低于该值。
VII.Z-过滤介质综述
上文大体讨论了可用于上述结构的介质包，例如，介质包2，102，包括z-过滤介质包。表明多种其他槽纹形状和密封类型可用于所述介质包。
A.Z-过滤介质的一般结构
槽纹过滤介质可用于以多种方式提供流体过滤器结构。一种众所周知的方法是作为z-过滤器结构。在本文中，术语″z-过滤器结构″用于表示这样的过滤器结构，其中，单独的波纹状，折叠的或其他形式的过滤槽纹被用于形成成组的纵向，通常是平行的入口和出口过滤槽纹，以便流体流过所述介质；所述流体沿槽纹的长度在所述介质的相对入口和出口流动端(或流动面)之间流动。z-过滤介质的一些例子可以参见美国专利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；外观设计399,944；外观设计428,128；外观设计396,098；外观设计398,046；和外观设计437,401；上面提到的十五份参考文献中的每一份在此均被结合入本文。
一种类型的z-过滤介质，利用两个特定的介质部件结合在一起，以形成介质结构。这两个部件是：(1)槽纹(通常是波纹状)介质片材；和，(2)表面介质片材。表面介质片材通常是非波纹状的，不过它可以是波纹状的，例如，垂直于槽纹方向，如申请日为2004年2月11日的美国临时申请60/543,804中所描述，在此被结合入本文。
所述槽纹状(通常为波纹状)介质片材和表面介质片材一起被用于形成具有平行入口和出口槽纹的介质。在某些场合下，槽纹片材和表面片材被固定在一起，然后卷绕，以形成z-过滤介质结构。这种结构被描述于，例如，U.S.6,235,195和6,179,890中，它们各自在此被结合入本文。在某些其他结构中，固定至表面介质的槽纹介质的一些非卷绕部分是彼此层叠的，以形成过滤器结构。这样一种例子可以参见专利5,820,646号的图11，在此被结合入本文。
对于本文所披露的具体应用来说，优选卷绕结构。通常，槽纹片材/表面片材组合自身卷绕，以形成卷绕的介质包，表面片材向外。用于卷绕的一些技术可以参见申请日为2003年5月2日的美国临时申请60/467,521，和申请日为2004年3月17日的PCT申请US04/07927，它们各自的内容在此被结合入本文。所得到的卷绕结构通常具有所述表面片材的一部分，作为所述介质包的外表面。
本文所使用的术语″波纹状″表示介质的结构，用于表示让介质在两个波纹辊之间通过，即，进入两个辊之间的辊隙或咬合部分所得到的槽纹结构，这两个辊各自具有适合在最终介质造成波纹效应的表面特征。术语″波纹″不表示不涉及让介质从波纹辊之间的咬合部分通过的技术形成的槽纹。不过，术语″波纹状″适用在形成波纹之后即使介质被进一步改进或变形，例如，通过披露于公开日为2004年1月22日的PCT WO 04/007054的折叠技术，在此被结合入本文。
波纹状介质是特定形式的槽纹介质。槽纹介质是具有单独槽纹(例如，通过压制波纹或折叠的技术形成)延伸穿过其间的介质。
采用z-过滤介质的可维修的过滤元件或滤芯结构有时候被称作″直通流动结构″或它的变化形式。一般，在本文中表示，可维修的过滤元件通常具有入口流动端(或面)和相对的出口流动端(或面)，流体进入和排出过滤器滤芯大体上是相同的直通方向。所述介质包禁止未经过滤的空气通过其间。在本文中，术语″可维修的″用于表示包含介质的过滤器滤芯定期从相应的流体清洁器取出并且更换。在某些场合下，每个入口流动端和出口流动端总体是扁平或平面状的，两者彼此平行。不过，它们的变化形式，例如非平面的表面是可行的。
例如，直通流动结构(特别对于卷绕的介质包)，与可维修的过滤器滤芯，诸如在美国专利No.6,039,778中所披露的圆柱状折叠过滤器滤芯类型相反，该专利在此被结合入本文，其中流体在其通过可维修的滤芯时一般转弯。就是说，在6,039,778的过滤器中，流体通过圆柱状侧面进入圆柱状过滤器滤芯，然后转向出口通过端面(在顺流系统)。在典型的逆流系统中，流体通过端面进入可维修的圆柱状滤芯，然后转向出口通过圆柱状过滤器滤芯的侧面。这种逆流系统的例子可以参见美国专利号5,613,992，在此被结合入本文。
在本文中，术语″z-过滤介质结构″及其变化形式表示任何或者所有以下结构：波纹状或其他槽纹介质网固定至表面介质，具有适当密封，以允许形成入口和出口槽纹；或者，所述介质卷绕或以其他方式构造或者形成三维入口和出口槽纹网络；和/或，包括所述介质的过滤器结构。
在图19中，示出了可用于z-过滤介质的介质401的例子。介质401由波纹状(槽纹)片材403和表面片材404形成。
一般，图19所示出的波纹状片材403的类型一般特征是具有规则的，弯曲的槽纹波型或波纹407。在本文中，术语″波型″用于表示交替的波谷407b和波峰407a的槽纹或波纹型。在本文中，术语″规则的″表示波谷和波峰对(407b，407a)是以大体上相同的重复波纹(或槽纹)形状和大小交替的。(另外，通常在规则的结构中，每个波谷407b大体上是每个波峰407a的倒置)。因此，术语″规则的″用于表示波纹(或槽纹)图案包括波谷和波峰，每对(包括相邻的波谷和波峰)重复，在沿槽纹长度至少70％的部分上波纹的大小和形状没有明显的改变。在本文中，术语″大体上″表示由于用于产生波纹或槽纹片材的工艺或形式的变化而产生的改变，而不是由于介质片材403的柔性产生的微小变化。相对重复图案的特征，它不意味着在任何给定过滤器结构上，需要存在同等数量的波峰和波谷。介质401可止于，例如，包括波峰和波谷的一对之间，或者部分沿包括波峰和波谷的对。(例如，在图19中，所示出的局部介质401有八个完整的波峰407a和七个完整的波谷407b)。另外，相对的槽纹末端(波谷和波峰末端)可能彼此不同。在末端的这种不同在上述定义中是被忽视的，除非另有说明。就是说，槽纹末端的不同被倾向包含在上述定义中。
在本文中，波纹的″弯曲的″波型特征，术语″弯曲的″用于表示波纹图案，不是由提供给介质的折叠或折纹形状产生，而是由每个波峰的顶点407a和每个波谷的底部407b沿辐射状的弯曲形成。尽管其他方案是可行的，所述z-过滤介质的通常半径为至少0.25mm，通常不超过3mm。(不弯曲的介质，由上述定义，也可以使用)。
在图19中示出的波纹状片材403具体的规则的，弯曲的波型的其他特征是，大致在每个波谷和每个相邻的波峰之间的中点430，沿槽纹407长度的大部分，具有过渡部位，在这里曲率反相。例如，从图19中的背侧或面403a看，波谷407b是凹入部位，而波峰407a是凸起部位。当然，当朝前侧或面403b看时，侧面403a的波谷407b形成波峰；而表面403a的波峰407a形成波谷。(在某些场合下，部位430可以是直的片段，而不是点，曲率在所述直片段430的末端反相)。
在图19中所示出的具体的规则的，弯曲的波型的波纹状片材403的特征是，单个波纹大体上是直的。在本文中，″直的″表示在边缘404和409之间的长度的至少70％(通常至少80％)，波峰407a和波谷407b的截面没有显著改变。术语″直的″表示图19所示的波纹形状，在某种程度上有别于波纹状介质的楔形槽纹，在WO 97/40918的图1和公开日为2003年6月12日，PCT公开号WO03/47722中有描述，在此被结合入本文。WO97/40918的图1的楔形槽纹，例如，可以是弯曲的波形，但不是″规则的″图案，或直槽纹图案，如本文所使用的术语。
参见上文所提到的图19，介质401具有第一和第二相对的边缘408和409。当介质401卷绕并形成介质包，一般，边缘409将形成所述介质包的入口端，而边缘408形成出口端，尽管相反的取向也是可行的。
靠近边缘408，片材403，404彼此密封，例如，通过密封剂，在这里是以密封边410的形式将波纹状(槽纹)片材403和表面片材404密封在一起。密封边410有时候被称作″单面″密封边，当它被作为密封边在波纹状片材403和表面片材404之间，以形成单面和介质片401。密封边410密封靠近边缘408的单独槽纹411，禁止空气从其通过。
在靠近边缘409的地方提供了密封剂，在这里是以密封边414的形式。密封边414靠近边缘409，一般禁止槽纹415通过未经过滤的流体。密封边414通常应用于介质401围绕自身卷绕的情况，使波纹状片材403朝向内侧。因此，密封边414会在表面片材404的背侧417和波纹状片材403的侧面418之间形成密封。当它作为片401卷绕成卷绕的介质包时，密封边414有时候被称作″卷绕密封边″。如果将介质401切割成条并且层叠，而不是卷绕，密封边414就是″层叠密封边″。
在某些用途中，波纹状片材403还可以沿槽纹长度的不同点连接至表面片材4上，如线404a所示。
参见图19，一旦将介质401装入介质包，例如，通过卷绕或层叠，就可以按以下方式操作。首先，沿箭头412方向的空气进入靠近末端409的开口槽纹411。由于在末端408处由密封边410闭合，空气会沿箭头413所示方向通过介质。然后通过靠近所述介质包的末端408的槽纹415的开口端415a排出所述介质包。当然，操作可以沿相反方向的空气流进行，例如，对应图24所讨论的。主要是在通常的空气过滤器应用中，在所述介质包的一端或面，未经过滤的空气流进入，并且在相对端或面，已过滤的空气流流出，没有未经过滤的空气流通过介质包或所述面之间。
对于在图19中所示出的具体结构来说，平行的波纹7a，7b大体上沿整个介质是直的，从边缘708到边缘709。直槽纹或波纹可以在选定部位，尤其是端部变形或折叠。用于封闭槽纹末端的改进通常在上述″规则的″，″弯曲的″和″波型″的定义中被忽视。
不采用直的，规则弯曲的波型波纹(槽纹)形状的Z-过滤器结构是已知的。例如，Yamada等在U.S.5,562,825中示出了采用有些半圆形(截面)入口槽纹靠近窄V-形(具有弯曲侧面)出口槽纹的波纹形状，(参见5,562,825的图1和3)。Matsumoto等在U.S.5,049,326中披露了圆形(截面)或管状槽纹，它是通过一个具有半管的片材连接另一个具有半管的片材形成，在所得到的平行的直槽纹间具有扁平部位，参见Matsumoto′326的图2。Ishii等在U.S.4,925,561(图1)示出了折叠成具有矩形截面的槽纹，其中所述槽纹沿其长度逐渐变细。在WO 97/40918(图1)中，示出了具有弯曲的波型槽纹或平行波纹(从相邻的弯曲凸面或凹入的槽)，但其沿长度方向逐渐变细(因此不是直的)。另外，在WO 97/40918中示出了具有弯曲波型的槽纹，但是具有不同尺寸的波峰和波谷。
一般，过滤介质是相当柔性的材料，通常是非编织纤维材料(纤维素纤维，合成纤维或这两者)，通常包含树脂，有时候用其他材料处理。因此，它能够被设置或加工成各种波纹状图案，而没有不可接受的介质损坏。另外，它能够方便地卷绕或者以其他方式成形以便使用，同样没有不可接受的介质损坏。当然，它必须具备在使用期间能保持所需要的波纹结构的性质。
在所述波纹形成过程中，使所述介质发生非弹性变形。这能防止介质恢复至其原始形状。不过，一旦解除张力，槽纹或波纹就倾向于反弹，仅仅恢复一部分已发生的拉伸和弯曲。所述表面片材有时候连接至槽纹片材，以抑制波纹片材的这种反弹。
另外，通常，所述介质包括树脂。在波纹形成过程中，可以将所述介质加热到高于所述树脂的玻璃转变点。然后在所述树脂冷却时，它有助于保持槽纹形状。
波纹片材403，表面片材404或这两者的介质，可以被提供，在其单侧或双侧具有细纤维材料，例如，根据U.S.6,673,136，在此被结合入本文。
与z-过滤器结构相关的问题涉及封闭单个槽纹末端。通常，提供密封剂或黏结剂，以实现所述封闭。从以上的讨论显而易见，在典型的z-过滤介质中，特别是使用直槽纹而非楔形槽纹的介质，需要在上游端和下游端具有大的密封剂表面积(和体积)。在这些部位的高质量密封对于所形成的介质结构的正常工作来说是关键的。高密封剂体积和面积，产生与之相关的问题。
参见图20，其中示出了z-过滤介质结构440，它采用了规则的，弯曲的波型波纹片材443，和表面片材444(在这里是非波纹状)。点450和451之间的距离D1在给定波纹状槽纹453下面的部位452形成了表面介质444的延伸部分。波纹状槽纹453的弧形介质的长度D2，在相同的距离D1上当然是大于D1，这是由于波纹状槽纹453的形状。对于用于槽纹状过滤器应用中的典型的规则形状的介质来说，点450和451之间介质453的线性长度D2通常是D1的至少1.2倍。通常，D2是D1的1.2-2.0倍的范围内，该范围是包含性的。空气过滤器的一种特别常见的结构具有这样的结构，其中D2大约为1.25-1.35×D1。例如，所述介质已被商业应用在Donaldson PowercoreTM Z-过滤器结构上。在这里，比率D2/D1有时候被表征为波纹状(槽纹)介质的槽纹/扁平比率或介质拉伸性。
在波纹纸板行业中，已定义了各种标准的槽纹。例如，标准E槽纹，标准X槽纹，标准B槽纹，标准C槽纹和标准A槽纹。所附的图21，结合下面的表A提供了这些槽纹的定义。
本发明的受让人，Donaldson公司(DCI)，已将标准A和标准B槽纹的变化应用在多种z-过滤器结构上。这些槽纹同样在表A和图21中进行定义。
                            表A(图3的槽纹定义)DCI A槽纹：槽纹/扁平＝1.52∶1；半径(R)如下：R1000＝.0675英寸(1.715mm)；R1001＝.0581英寸(1.476mm)；R1002＝.0575英寸(1.461mm)；R1003＝.0681英寸(1.730mm)；DCI B槽纹：槽纹/扁平＝1.32∶1；半径(R)如下：R1004＝.0600英寸(1.524mm)；R1005＝.0520英寸(1.321mm)；R1006＝.0500英寸(1.270mm)；R1007＝.0620英寸(1.575mm)；标准E槽纹：槽纹/扁平＝1.24∶1；半径(R)如下：R1008＝.0200英寸(.508mm)；R1009＝.0300英寸(.762mm)；R1010＝.0100英寸(.254mm)；R1011＝.0400英寸(1.016mm)；标准X槽纹：槽纹/扁平＝1.29∶1；半径(R)如下：R1012＝.0250英寸(.635mm)；R1013＝.0150英寸(.381mm)；标准B槽纹：槽纹/扁平＝1.29∶1；半径(R)如下：R1014＝.0410英寸(1.041mm)；R1015＝.0310英寸(.7874mm)；R1016＝.0310英寸(.7874mm)；标准C槽纹：槽纹/扁平＝1.46∶1；半径(R)如下：R1017＝.0720英寸(1.829mm)；R1018＝.0620英寸(1.575mm)；
标准A槽纹：槽纹/扁平＝1.53∶1；半径(R)如下：R1019＝.0720英寸(1.829mm)；R1020＝.0620英寸(1.575mm).
当然，来自波纹状盒子行业的其他标准的槽纹定义是已知的。
一般，来自波纹状盒子行业的标准槽纹结构可用于形成波纹状介质的波纹形状或近似波纹形状。上述DCI A槽纹和DCI B槽纹，与波纹行业标准A和标准B槽纹之间的比较，表明了某些常见的变化。
B.一般利用槽纹介质制造卷绕的介质结构。
在图22中，示出了用于生产相当于图19所示片401的介质片的工艺。一般，表面片材464和具有槽纹468的槽纹(波纹状)片材466结合在一起，以形成介质网469，在其间470处有黏合剂密封边。黏合剂密封边470会形成图19所示的单面密封边410。在位置471处进行可选的针刺加工，以形成位于网中间的中央针刺部分472。所述z-过滤介质或Z-介质片474可以沿密封边470在475处切割或割开，以形成z-过滤介质474的两件476，477，各自具有边缘，有密封剂条(单面密封边)在所述波纹和表面片材间延伸。当然，如果采用可选的针刺加工，具有密封剂条(单面密封边)的边缘还具有一组槽纹针刺在该处。
另外，如果使用图19所示出的连接密封边或其他固定连接404a的话，它们可以在片材464，466结合在一起时形成。
用于实施图22所示的技术可以参见公开日为2004年1月22日的PCT WO04/007054，在此被结合入本文。
仍然参见图22，在z-过滤介质474通过针刺位置471并最终在475处割开之前，它必须成型。在所示图22的示意图中，这是通过让介质片材492通过一对波纹辊494，495实现的。在图22所示示意图中，介质片材492从辊496展开，围绕张力辊498卷绕，然后通过波纹辊494，495之间的辊隙或咬合部分502。波纹辊494，495具有齿504，在扁平片材492通过辊隙502之后，会产生大体上需要形状的波纹。在通过辊隙502之后，片材492成波纹状穿过机器方向，并且在466处标记为波纹片材。然后将波纹片材466固定在表面片材464上。(在某些场合下，波纹形成过程可能涉及对所述介质进行加热)。
仍然参见22，所述过程还示出了表面片材464被送至针刺加工位置471。所示出的表面片材464以卷506的形式保存，然后导向波纹片材466，以形成Z-介质474。波纹片材466和表面片材464通过黏合剂或通过其他方式固定在一起(例如通过声波焊接)。
参见图22，所示出的黏合剂线470被用于将波纹片材466和表面片材464固定在一起，作为密封边。另外，用于形成表面密封边的密封边可应用在所示470a处。如果密封剂涂在470a处，需要在波纹辊495上形成间隙，并可能同时在波纹辊494，495上形成间隙，以容纳密封边470a。
在波纹介质上提供的波纹类型是可以选择的，并且通过波纹辊494，495的波纹或波纹齿规定。一种优选的波纹图案是规则的弯曲的波型波纹的直槽纹，正如上文所定义的。所使用的通常的规则的弯曲波型是这样的波型，其中波纹状图案中如上文所定义的距离D2至少是上文所定义的距离D1的1.2倍。在优选应用中，通常D2＝1.25-1.35×D1。在某些场合下，所述技术可应用于非″规则的″弯曲波型，例如，不使用直槽纹的波型。
正如上文所讨论的，图22所示方法可用于产生中央针刺部分472。图23以剖视图形式示出了在针刺和割开之后的一个槽纹468。
可以看出，折叠结构518形成了针刺槽纹520，它具有四个折纹512a，512b，521c，512d。折叠结构518包括固定在表面片材464上的扁平第一层或部分522。所示出的第二层或部分524压在第一层或部分522上。第二层或部分524优选通过折叠第一层或部分522的相对外端526，527形成。
仍然参见图23，两个折叠或折纹512a，512b在本文中一般被称作“上部，向内的”折叠或折纹。在本文中，术语“上部”表示所述折纹位于整个折叠520的上部，当折叠520沿图23所示方向看时。术语“向内的”表示每个折纹512a，512b的折叠线或折纹线彼此相向。
在图23中，折纹521c，512d在本文中一般被称作“下部，向外的”折纹。在本文中，术语“下部”表示所述折纹521c，512d不是像折纹512a，512b那样位于上部，以图23所示方向。术语“向外的”表示折纹521c，512d的折叠线彼此相背。
本文中所使用的术语“上部”和“下部”专门表示沿图23所示方向看上去的折叠520。就是说，它们不意味着当折叠520在使用时沿实际产品方向取向时的其他方向。
根据以上特征并且参见图23，可以看出，图23所示的优选的规则折叠结构518在本发明中是这样的结构，它包括至少两个″上部，向内的折纹″。这些向内的折纹是独特的，并帮助提供了总体结构，其中折叠不会导致相邻槽纹的明显侵犯。
还可以看到压在第二层或部分524上的第三层或部分528。第三层或部分528通过从第三层528的相对内端530，531折叠而形成。
查看折叠结构518的另一种方式是参考波纹片材566的交替波峰和波谷的几何形状。第一层或部分522是从反相的波峰形成。第二层或部分524相当于向前折叠的双层峰(在所述波峰反相后)，并在优选结构中折叠紧靠反相的波峰。
用于结合图23所述的优选方式提供可选针刺的技术，在PCT WO 04/007054中有描述，在此被结合入本文。用于采用卷密封边卷绕所述介质的技术在申请日为2004年3月17日的PCT申请US04/07927中有描述，在此被结合入本文。
本文所披露的技术特别适用于通过卷绕单个片材形成的介质包，包括波纹片材/表面片材组合，即，″单面″片。上述某些技术可应用于这样的结构，它不是通过卷绕形成，而是由多个单面片形成。
卷绕的介质包结构能够以多种外周周边定义形式提供。在本文中，术语“外周，周边定义”及其变化形式表示特定的外周形状，沿所述介质包的入口端或出口端看去。通常的形状是圆形，参见PCT WO 04/007054和PCT申请US04/07927。其他可使用的形状是长圆形，长圆形的一些例子是椭圆形。一般，椭圆形具有通过一对相对侧边连接的相对的弯曲端。在某些椭圆形状中，所述相对的侧边也是弯曲的。在其他椭圆形状，有时候被称作跑道形状，所述相对的侧边大体上是直的。例如，跑道形状可以参见PCT WO 04/007054和PCT申请US04/07927。
描述外周或周边形状的另一种方法是沿垂直于卷的卷绕轴方向通过所述介质包的剖面形成的周边。
所述介质包的相对流动端或流动面可以具有多种不同的定义。在很多结构中，所述末端是大体上扁平的，并且彼此垂直。在其他结构中，所述端面包括楔形的，卷绕的阶梯部分，它们可以由从所述介质包的侧壁的轴向末端向外轴向突出而形成；或者，从所述介质包侧壁的一端向内轴向突出而形成。所述介质包结构的例子披露于申请日为2004年6月8日的美国临时申请60/578,482中，在此被结合入本文。
所述槽纹密封(例如来自单面密封边，卷绕密封边或层叠密封边)可以由多种材料制成。在所引用的并被结合入本文的多个文献中，热熔或聚氨酯密封被认为可用于多种用途。这种材料还可用于本文所表征的结构。
当所述介质卷绕时，所述卷的中心一般需要闭合，以阻止未经过滤的空气从流动面之间通过；即，通过所述介质包。与它相关的某些方法可以参见以下说明。其他可以参见申请日为2004内6月8日的美国临时申请60/578,482；和申请日为2004年7月26日的美国临时申请60/591,280。
选择用于波纹片材和表面片材的介质可以相同或不同。可以选择纤维素纤维，合成纤维或混合介质纤维材料。所述介质可以具有细纤维层，应用在一个或多个表面上，例如，参见于2004年1月6日授权的美国专利6,673,136，其完整内容被结合入本文。当这种材料仅用在每个片材的一面时，它通常应用在将形成入口槽纹的上游侧的一面。
上面已讨论过，流动可以与图19所示方向相反。
在图24中，示意性地示出了可用于所述z-过滤介质包的介质。图24的示意图是一般的，不意味着表示独特的或优选的密封类型或槽纹形状。
参见图24，附图标记300总体上表示单面，包括固定在扁平片材302上的波纹片材301。可以看出，扁平片材302没有必要是完全扁平的，它可以包括本身具有很小波纹和其上有其他结构的片材。
所示出的具体的单面300可以围绕自身卷绕，或围绕内芯然后围绕自身卷绕，通常使扁平片材302在外面。对于所示出的结构，边缘310会在最终的介质包形成入口面，而末端或边缘311会形成出口流动面。因此，箭头312表示入口箭头，而箭头313表示出口流动箭头。片材315仅仅示意性地表示扁平片材，对应下一个卷绕的片材302。
靠近边缘311提供了单面密封结构320。在这里，单面防护结构320包括位于波纹片材301和扁平片材302之间的密封边321，位于沿边缘310或在槽纹总长度的大约10％以内，即，入口边缘310和出口边缘311之间的距离。可以将多种材料和结构用于密封结构320。所述密封结构可以包括波纹或折叠结构，用密封剂密封，或通过其他方式密封。所示出的具体的密封结构320可以包括热熔密封剂边，尽管其他方案是可行的。320处的密封可以针刺或折叠，如图4和10所示。
示出了靠近末端310的卷绕密封330。卷绕密封330通常提供靠近边缘311的层之间的密封，当单面300卷绕时。优选的是，卷绕密封330位于边缘310的槽纹总长度的10％以内(即，边缘311和310之间的距离)。
如果单面的末端(前端和尾端)需要在波纹和扁平片材之间密封的话，可以将密封剂涂在这些部位以实现这一目的。
VIII.有关空气滤清器系统的一般背景。
本文所披露的原理和结构可用于多种系统中。在图25中示意性地示出了具体的系统，总体上用650表示。在图25中，设备652，如车辆652a具有发动机653，具有需要某些特定速度的空气流，例如，示意性地示出了50cfm-2000cfm(立方英尺/分钟)的范围(即，1.4-57立方米/分钟)。尽管其他方案是可行的，设备652可以包括，例如，公共汽车，公路卡车，越野车辆，拖拉机，轻型或中型卡车，或海运交通工具如汽艇。发动机653通过燃料燃烧为设备652提供动力。在图25中，所示出的空气流在部位655的空气入口处被吸入发动机653。可选的涡轮656以虚线示出，可选择地加强空气吸入发动机653。所示出的涡轮656位于空气滤清器660的下游，尽管其他结构是可行的。
空气滤清器660具有过滤器滤芯662，并示出以空气入口流通向发动机653。一般，在工作时，空气沿箭头664的方向吸入所述空气滤清器660，并且通过过滤器滤芯662。在通过空气滤清器660时，将特定的颗粒和污染物从空气中排出。净化的空气然后沿箭头666向下游方向流动进入入口655。从那里，气流被导入发动机653。
在通常的空气滤清器660中，过滤器滤芯662是可维修的部件。就是说，滤芯662在空气滤清器660内可取出和可更换。这使得当滤芯662变得满载灰尘或其他污染物而需要维修时，滤芯662可以相对空气滤清器660的其余部分取出并且更换以便维修。
IX.用于圆形卷绕介质包的一种类型可用的中央内芯。
上文结合图9的说明讨论了内芯113可以用柱塞填充。下面披露一个例子，并且如图26所示。在图26中，示出了图9所示介质包102的局部部分。参见图26，卷绕的介质包102包括中央内芯113。内芯113需要密封，以防未经过滤的空气流过其间。这可由中心件，柱塞或内芯721实现。内芯721还提供了单面片的前端密封，所述片卷绕以形成介质包102。
更具体地讲，所述介质前端以虚线用722表示。对于所示出的位于部位724和725之间的结构来说，原位模制的柱塞721位于中心113。因此，它至少密封介质片前端724的一部分。
仍然参见图26，一般，优选的柱塞721是浇铸和凝固的内芯。就是说，柱塞721是通过将流体树脂浇铸到中心113，并让所述树脂固化而形成的。柱塞721的多种形状和尺寸是可行的。
通常，当作为前端密封时，柱塞721被设计成延伸通过或卷入前端密封长度的至少80％，一般为该长度的至少90％。在某些场合下，例如，在图26所示情形中，柱塞721可以设计成覆盖或包括整个前端722。
柱塞721可以设计成具有所示出的凹槽，或者可以设计成没有凹槽或者甚至具有一个或多个从所述元件向外延伸的突出部分。
当柱塞721如图所示具有凹槽时，通常部位724会距离端面105至少2mm，并且部位725会距离末端105a至少2mm。
部位727从部位724向表面105延伸，并止于表面105，如图所示，或者距离后者优选的距离。该部位形成了具有中空中心729的外密封壁728。密封壁728连续密封介质包102的前端722。部位727可以被看作是柱塞721的凹入端。在这里，部位727有时候被称作凹入端，具有轴向向外突出的末端裙边728。
裙边728不要求止于端面105，尽管在图26所示的结构中示出了这样的终止。它可以止于距离它不远的地方，并且仍然能获得密封前端722所具备的大部分功能，例如，通过止于或靠近卷绕密封边密封或该部位的单面密封。
类似地，在部位725和表面105a之间，提供了部位734，具有外部密封部位735和内部中央凹槽736。其中，提供密封部位735是用于密封位于部位725和表面105a之间的介质102的前端722。密封部位735可以被看作是柱塞721的凹入端。在这里，部位725有时候被称作凹入端，具有轴向向外突出的末端裙边735。在某些场合下，末端裙边735不必如图中所示那样止于靠近端面105a处。相反，裙边735可以在距离端面105a不远处终止，并且仍然能在该部位获得前端102的适当密封，通过在靠近该部位处终止或者与卷绕密封边或密封边配合。
仍然参见图26，尽管没有示出，所述结构可以包埋在柱塞721中。例如，来自卷绕工艺的中空芯或其他结构可以留在部位113内，以通过模制操作卷入内芯721。
柱塞721可以是用注入内芯113的树脂原位模制的。例如，柱塞可以从端面105伸入内芯113，具有合适的形状。所述树脂可以原位浇铸，并且将第二个柱塞放入从端面105a伸入内芯113。聚氨酯泡沫可以用在所述树脂中，例如，它可以上升形成图中所示的形状。这一模制作业可以在上面结合图11-16所讨论的模制作业之前进行。在其他实施方案中，模具结构180可以具有伸入所述相关介质包的中央内芯113的合适柱塞，其相对端由合适的柱塞形成。
对于所述内芯来说，可以使用模制密度不超过15磅/立方英尺(0.24克/cc)，有时候不超过10磅/立方英尺(0.16克/cc)的氨基甲酸乙酯，尽管可以使用具有更高密度的其他材料。可以预见的是，模制密度通常为至少5磅/立方英尺(0.08克/cc)。

Claims (22)

1.一种过滤元件，包括：
(a)介质包，包括相对的入口端和出口端；所述介质包形成：
(i)一组入口槽纹，在所述介质包的入口端开口，使要过滤的空气从它里面通过；所述入口槽纹在位于或接近所述介质包的出口端闭合；
(ii)一组出口槽纹，在位于或接近所述介质包的入口端处封闭其内要过滤的空气通过，并且在所述介质包的出口端开放已过滤的空气从其通过；和
(iii)所述介质包封闭未经过滤的空气流入所述入口端，然后不经过滤从相对的出口端向外流出；
(b)预型件，靠近所述介质包的入口端和出口端的第一端放置；
(i)所述预型件具有外壳密封支承部分，从所述介质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胶模，具有：
(i)第一部分，密封所述预型件和所述预型件所在位置的所述介质包的第一端之间的接合部位；和，
(ii)第二部分，定向形成具有径向密封部分的空气滤清器密封，在使时在过滤元件和空气滤清器之间提供径向密封；
(iii)所述包胶模的第一和第二部分彼此成一体。
2.如权利要求1的过滤元件，其中：
(a)所述介质包是具有外侧壁的卷绕包；
(b)所述预型件的任何部分均没有环绕所述介质包的外侧壁延伸；和，
(c)所述包胶模沿所述介质包侧壁延伸一距离，距离所述介质包的第一端至少5mm。
3.如权利要求1和2中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述包胶模包括聚氨酯泡沫。
4.如权利要求1-3中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述预型件靠近所述介质包出口端放置。
5.如权利要求1-4中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述预型件包括所述外壳密封支承部分和径向向外裙边部分；
(i)所述外壳密封支承部分和径向向外裙边部分彼此一体；和
(ii)所述径向向外突出的裙边部分具有最外侧的边缘，位于所述预型件和所述介质包之间的接合部位。
6.如权利要求5的过滤元件，其中：
(a)所述径向向外裙边以20-70°范围内的一角度从所述介质包延伸。
7.如权利要求1-6中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述预型件包括与之一体的介质面横梁结构。
8.如权利要求1-7中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述预型件包括模制的尼龙部件。
9.如权利要求1-8中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述介质包具有椭圆形截面。
10.如权利要求9的过滤元件，其中：
(a)所述介质包包括跑道形状的截面，具有两个相对的弯曲的端部，和两个相对的大体上直的侧边。
11.如权利要求1-8中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述介质包具有圆形截面。
12.如权利要求1-11中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述介质包具有由密封剂条向下固定的外部尾端边缘。
13.如权利要求12的过滤元件，其中：
(a)所述密封剂条止于距离所述介质包出口端至少4mm处；并且，处于所述包胶模下面的位置。
14.如权利要求1-13中任意一项的过滤元件，其中：
(a)入口槽纹端，靠近所述介质包的出口端，由密封剂边封闭。
15.如权利要求1-14中任意一项的过滤元件，其中：
(a)入口槽纹端，靠近所述介质包的出口端，由单面密封剂边封闭。
16.如权利要求1-15中任意一项的过滤元件，其中：
(a)入口槽纹端，靠近所述介质包的出口端，由介质针刺封闭。
17.如权利要求1-16中任意一项的过滤元件，其中：
(a)出口槽纹，靠近所述介质包的入口端，由密封剂的卷绕边封闭。
18.如权利要求1-17中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述介质包包括最外卷的单面；和
(b)部分发泡的氨基甲酸乙酯，与所述包胶模的其余部分一体，放置封闭否则开口的出口槽纹的出口端，靠近出口面并在单面的最外卷。
19.如权利要求1-18中任意一项的过滤元件，其中：
(a)所述预型件包括其上的肋，朝向所述介质包的出口面。
20.形成如权利要求1-19中任意一项的元件的方法，该方法包括以下步骤：
(a)将未凝固的发泡氨基甲酸乙酯放入模具容器中；
(b)将预型件和介质包一端放入所述模具，使模具的一部分压在所述介质包的外表面上，位于所述模具中距离所述介质包末端至少5mm处；和
(c)允许未凝固的发泡氨基甲酸乙酯上升并且凝固，以形成包胶模围绕所述预型件并且覆盖所述介质包和所述预型件之间的接合部位。
21.如权利要求20的方法，包括以下步骤：
(a)允许形成所述包胶模的部分氨基甲酸乙酯上升到选定的所述介质包的出口槽纹。
22.一种空气滤清器，包括：
(a)空气滤清器外壳；和
(b)可维修的过滤元件，包括：
(i)介质包，包括相对的入口端和出口端；所述介质包形成了：
(A)一组入口槽纹，在所述介质包的入口端开口，使要过滤的空气从其通过；所述入口槽纹在位于或接近所述介质包的出口端处闭合；
(B)一组出口槽纹，在位于或接近所述介质包的入口端处封闭要过滤的空气从其通过，并且在所述介质包的出口端开放已过滤的空气从其通过；和
(C)所述介质包封闭未过滤的空气流入入口端，然后不经过滤从相对的出口端流出；
(ii)预型件，靠近所述介质包的入口端和出口端的第一端放置；
(A)所述预型件具有外壳密封支承部分，从所述介质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胶模，具有：
(A)第一部分，密封所述预型件和所述预型件所在位置的所述介质包的第一端之间的接合部位；和，
(B)第二部分，定向形成具有径向密封部分的空气滤清器密封，在使用时在过滤元件和空气滤清器之间提供径向密封；
(C)所述包胶模的第一和第二部分彼此成一体；
(c)所述过滤元件通过所述包胶模的第二部分和所述空气滤清器之间的径向密封可拆卸地密封至所述空气滤清器。
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