专利名称：具有与传感器系统一起使用的元件的过滤筒、组件及其方法
技术领域：
本发明涉及流体过滤器组件及其方法。它特别涉及其中包含与一种通信/传感器配置一起使用的一个元件的过滤筒(filter cartridge)在筒式过滤器中的应用。本发明还涉及包含该过滤筒的组件及其安装和使用的方法。
背景技术：
在各种各样的设备中都需要流体过滤器组件。例如，液体过滤器组件用于过滤润滑液体、液压用液体和/或燃油；空气过滤器组件用于过滤发动机的进气。一般说来，对于这种流体过滤器组件，在运行过程中待要过滤的流体(液体或空气)都流过一过滤介质。该过滤介质会变得堵塞因而需要定期地加以更换。
众所周知有两种形式的液体过滤器组件。这些过滤器是(1)旋合式过滤器组件；和(2)筒式过滤器组件。对于一种典型的旋合式过滤器组件来说，过滤介质通常被永久性地安装在某个壳体内，(例如一种金属壳体)内，并且将该壳体构造成可有选择地在过滤器头部上旋上和旋下。当过滤介质达到其使用期限或技术保养周期时，通常将整个旋合装置、壳体以及所有部件从过滤器头部上拆卸下来并更换掉。在美国专利4,369,113；4,834,885；4,743,374和5,104,537中描述了这类组件的实例，这些实例中的每一个都援引在此以供参考。已经使用了各种旋合装置，例如，用于润滑液体过滤器、液压用液体过滤器以及燃油过滤器。
第二类过滤器即筒式过滤器(cartridge-style filter)，其特点为通常具有呈可拆卸和可更换(即可维护)的过滤筒形式的过滤介质，这种过滤介质安装在使用过程中不需更换的一壳体、例如塑料或金属壳体内。在使用过程中，当更换过滤介质时，通常(a)打开壳体；(b)将过滤筒从壳体内拆卸下来；(c)将一替换过滤筒放置于壳体内；以及(d)接着将该壳体关闭。此外，筒式过滤系统的一个特点还在于某些元件(例如外壳)在每次维修保养时通常并不更换。筒式组件已被广泛地用于空气过滤器，而在液体过滤器中也得到了某些应用。在美国专利申请出版物2002/0125188A1中描述了筒式液体过滤器的实例，这些实例也援引于此供参考。
旋合式过滤器具有许多优点。例如，所有的内部元件和密封件都被永久性地放置在位，因而技术维护服务提供商在服务过程中并不需要考虑构成合适的内部组装。所有的服务提供商所需要做的是在从过滤器头部上拆下前一过滤器后将一新的旋合式过滤器安装到过滤器头部上。
但是，旋合式过滤器组件存在有与其相关的缺点，这些缺点导致筒式系统的普及加快。这些状况一般与成本和废弃处理问题有关。特别是，使用筒式组件意味着在维持保养作业之后较少的元件需要加以废弃处置。另一方面，这是因为大部分元件可被重新使用而通常只是更换了可维护的过滤筒。
当这种筒式组件由于材料成本、材料废弃处置以及类似问题而变得越来越普及时，就要求在筒式组件中作出改进。在此，就在筒式组件的过滤筒中设置一通信/传感器配置的元件方面作出了改进。
发明内容
根据本发明提供了一种流体(液体或空气，除非另有规定)过滤筒，它可用于一流体过滤器组件中。该过滤筒中包括一通信/传感器回路完成部件。通信/传感器回路完成部件通常被构造成只有当该过滤筒被正确地安装在过滤器头部上以供使用时才完成选定的通信/信号回路。
通信/传感器回路完成部件较佳地被构造成用于发射一灯光信号。已有各种各样的供选方案，包括其中通信/传感器回路完成部件是一设置于过滤筒中的反射器或反射器插塞的一种方案。在别的可选方法中，通信/传感器回路完成部件包括一个光学发射器和光学接收器，其定向成可使一光束通过或者跨过一任意的间隙，该间隙较佳地包括用于液体流出过滤筒的流动通道的一部分。
还有一种筒式过滤器组件，它包含一设置于壳体内、可维护的过滤筒。此外，还提供了流体过滤器配置，其中筒式过滤器组件被可操作地安装在过滤器头部上。
提供了各种方法，这些方法通常涉及利用经过可维护的过滤筒的一信号以表明该过滤筒已正确地设置以便流体过滤器组件的运作。所述的一种方法利用灯光信号达到这个目的。在另一种方法中，使用一种灯光信号以评估该过滤筒内经过过滤的液体的性质。
此处所述的技术既能够适用于空气也能够适用于液体(即流体)过滤器组件。所示的具体实例描述与液体过滤器组件一起的应用。但是，在空气过滤器组件中的应用应当包含各元件类似的安置。
图1是根据本发明的一筒式液体过滤器组件的一横截面示意图。
图2是可用于图1的组件中的一过滤筒元件的一侧面横截面示意图。
图3是图2中所描述的过滤筒的一部分的放大的片断示意图。
图4是图1中所描述的组件的一部分的放大的片断示意图。
图5是图1中所描述的组件的一部分的放大的片断示意图。
图6是带有标明一通信/信号通道的箭头的、，图4的一部分的放大的片断示意图。
图7是在图1中描述的该装置的横断面示意图，它表示在从过滤器头部上拆卸滤杯并分离出过滤筒的一步骤期间的情况。
图8是可与图2和3的过滤筒一起使用的一过滤器头部另一实施例的一部分的放大的片断示意图。
图9是图8的一部分的放大的片断横截面示意图。
图10是根据本文所述的原理的过滤筒的另一个具体实施例的一立体图。
图11是图10的过滤筒的一个端盖构件的一个立体图。
图12是沿着其中的直线12-12截取的、图11的端盖的放大的侧面横断面视图。
图13是图12的一部分的一放大的示意图。
图14是包含图10-13的过滤筒的、本发明的一个具体实施例的一横截面示意图。
图15是图14的一部分的一个放大的、片断示意图。
图16是沿着图14中的直线16-16截取的一个横截面视图。
图17是图16的一部分的一放大的片断示图。
图18是用于图1-7的实施例中的一个反射器元件的一个立体图。
图19是可用于根据本发明的过滤筒中的、一个反射器元件的另一个实施例的一个透视图。
图20是图19中描述的反射器元件的一侧视图。
图21是一个所选的反射器横截面的一示意图。
图22是根据本发明的另一实施例的一侧面横截面的大示意图。
图23是图22的组件的一过滤筒元件的片断的顶部立体示意图。
图24是图22的组件的一过滤器头部元件的底部透视图。
具体实施例方式
I.一种筒式流体过滤器组件的一般特征。
图1中的标号1总的表示根据本发明的一种筒式液体过滤器组件。在一横截面示意图中示出了图1中描述的筒式过滤器组件1。
在图1中，液体过滤器组件作为一种液体过滤器组件1c被示出，并且被示出为可操作地安装在包含于这个实例中的一个过滤器头部2的一个流体流出口1b上，以便用于形成一种流体(在这种场合下为液体)过滤器装置1a。在螺纹3处安装，并借助于O形圈4来提供密封。在本文中的术语“可操作地安装”意味着过滤器组件1被安装于过滤器头部2(或出口1b)上以使经过该过滤器头部2朝外流动的液体已被过滤，在其上装有筒式过滤器组件1和过滤器2的该设备的运作过程中，在这个实例中作为一个液体过滤器装置。该设备可以是例如一台车辆或者施工设备。
一种典型的应用可以如下述待要过滤的液体经过入口5被引入过滤器头部2内。该液体进入组件1。特别是，液体流入壳体、罩盖或滤杯17内的环形区域6。在壳体7的内部8内，液体接着沿箭头11的一般方向流过过滤筒10。在这个流过过滤筒10的过程中，液体由于流过介质12而得以过滤。液体最终流入由介质12所确定的内部容积13内，而该内部容积则被过滤筒10包围。液体接着朝外流过过滤筒10的敞开端15内的一个通道14，然后进入过滤器头部2的出口通道16内。可以提供多个通道以促进流动。
过滤筒10是一种可维护的元件。在本文中，“可维护”意味着被认为在某个正常的使用运作过程中过滤筒10可以在组件1内被拆卸和更换。
通常通过将壳体7制成可选择性地开启来提供进入壳体7内可维护的过滤筒10的维护通道。一种典型的处理方法是提供一被构造成可拆卸地安装在过滤器头部2上的滤杯7a的一个壳体7。如下面详细说明的那样，这是图1-7中所示的配置型式。在其它配置中，可以提供一个维护罩盖，这个罩盖可拆卸地连接至壳体7的一剩余部分。壳体7可以由各种各样的材料制成。在作为一种液体过滤器的许多应用中，壳体7是由金属制成的一种压力容器。
在图7中，描述了以过滤器头部2上拆卸下来的筒式组件1，它是通过从过滤器头部2的螺纹区域18卸开螺纹而拆卸下来的。一旦完成分离，就能够维护筒式组件1，也就是说，可以拆卸并更换过滤筒10。
更具体地说，使用运作过程中的一个最重要的步骤是从滤杯内部8上拆卸并更换过滤筒10。通常，将过滤筒10制成为待拆卸并将丢弃。例如，一些过滤筒10被构造成用于焚毁。
接着一个典型的使用操作涉及借助于一个新的或经过整修的过滤筒10来更换在同一壳体7内的过滤筒10，然后将筒式组件1重新安装到过滤器头部2上。
所描述的特定的筒式组件1是一种“底部负载”过滤器组件。由此，它意味着在安装和操作过程中该组件1一般地被安装于过滤器2的底下。另外的液体流体过滤器组件有时被制成为“顶部负载”组件，在这种型式的组件中过滤筒在使用中被安装于过滤器头部的上方。例如，在U.S.5,718,825和6,016,523中，描述了顶部负载的过滤筒，该过滤筒的整个发明援引于此以供参考。要注意，其中所描述的该技术可以适用于顶部负载或者底部负载，而所述底部负载应用仅是一个例子。
为了容易理解涉及本发明的原理，在图2中用一种示意图的形式提出了所描述的过滤筒10。一般说来，过滤筒10包括安装于第一和第二相对的端盖23、24之间的延伸部分的介质12。端盖23、24可以是有其内介质12的金属端盖，或者它们也可以是由一种聚合材料模制成的端盖。在此所描述的原理可以适用于任何一种应用型式。对于所示出的特定的具体实施例，端盖23、24是模制的端盖。
端盖23，它是靠近在用中的过滤器头部2的端盖，通常是一种敞开的端盖，意味着具有经过端盖23延伸的一个小孔25，以便让经过过滤的液体从过滤筒10的中央容积13中逸出。小孔25可以用作为液体出口或流体导管14，并且多个这种小孔可包含在端盖23中以便操作。
对于该具体实施例，被设置于介质12的相对一端的端盖24是一封闭的端盖，意味着它对于穿过其的液体通过是封闭的。在某些场合下，可以将一个旁通阀安装于端盖24，以便万一在过滤介质12不合需要地被阻塞时允许旁通液体流动。这种端盖一般地仍然被称“封闭端盖”，因为在正常的预期的使用过程中，较佳地用旁通阀来将它们关闭。端盖24可以被设置并构造成一敞开端盖，但是需要一种附加的密封。在图22中示出了这种端盖的一个实例。
简略地描述过滤筒10，过滤筒10可以包含各种各样已知的或描述的装置以便与液体过滤筒和筒式组件一起使用。这类装置包括，例如图13a中所示的一种穿孔的或多孔的内部衬垫；一种穿孔的或多孔的外部衬垫(未出示)；便于在过滤筒10和罩盖、壳体或滤杯7(未示出)之间接合的装置；以及在从壳体、罩盖或滤杯7(未示出)上拆卸过程中促进静止液体过滤的装置。例如，在U.S.6,322,097B1；US Publ，2001/0125188A1；3/28/2002存卷归档的U.S.专利专利10/109,810；6/21/2002归档存卷的U.S.临时申请60/390,856；以及4/2/2002存卷归档的PCT申请PCT/US02/10298中描述了这些和其它可能的装置，所有这五个参考文献的完整发明都援引于此以供参考。
一般说来，在图1安装过程中，过滤筒10设置成可使端盖23被密封于过滤器头部2上的一个凸出部分或杆26。对于图1中所描述的组件1，用区域28处的0形圈来提供该项密封。该密封可确保未经过滤的液体在以标号28标明的接合处无法进入容积13。
关于维护操作的一个可能的问题是在将壳体7重新安装到过滤器头部2上之前是否已将一过滤筒10放置在壳体7内。也就是说，假若维修服务提供商没有将过滤筒10置于适当位置就关闭壳体、罩盖或滤杯7，那么最终形成的组合可能会“显出”出已被维护，但在实际上液体流过该组件1而未经适当过滤。这种情况会对所涉及的设备造成损坏。
对于许多筒式组件，假若过滤筒10被安装于壳体、罩盖或滤杯7内，但是安装得不适当，那么，就难于正确地关闭壳体、罩盖或过滤器头部2上的滤杯7。但是，在某些场合过滤筒10未被正确地安装的情况下，它也可能使壳体、罩盖或其中设置有一过滤筒的滤杯7关闭并安装在过滤器头部2上，而过滤筒10并未正确安置以正常动作。
一般说来，本发明涉及提供一与筒式过滤器组件相关联的通信/传感器配置。该通信/传感器配置通常被构造成可提供有关在壳体7至远离该壳体7的某个位置内的状况的信息。作为本文特征的较佳的通信/传感器配置的一个特点是，在可拆卸和可更换(即可维护的过滤器)的过滤筒10上提供了通信/传感器配置的一元件，从而在使用操作过程中将其与过滤筒10的剩余部分一起分拆开来。在这里描述了为不同的优点或为不同的传感操作而构造的各种各样的通信/传感器配置。一般说来，每一种情况都涉及到提供带有安装于可拆卸的和可更换的(即可维护的)过滤筒10的通信/信号回路完成部件的一通信/信号回路。这就意味着除非过滤筒10被正确地安装以便使用，否则该通信/信号回路就没有完成。
例如，本发明部分地涉及可供选用的、给维修服务提供商或设备用户提供关于过滤筒10是否被正确地安装于滤杯7内以供使用的指示的通信/传感器配置。这种通信/传感器配置在过滤筒10未被正确地安装于过滤器头部2上的壳体/罩盖或滤杯7内的情况下，将会减少在内不经意地操作设备的可能性。
在某些系统内，可能需要监控由过滤筒10过滤过的液体的状况。例如，借助于合适的分析设备就能够完成这项工作。由本发明所提供的一种选择方案涉及带有在过滤筒10上的其一通信/信号回路完成部件的通信/传感器配置的结构，以液体流过过滤介质12之后提供液体或液体内颗粒物质的状态的指示。这种通信/传感器配置能够被用来在液体难以接受的状况下减少任何重要时间周期内不经意地操作设备的可能性。
由本发明提供的一种供选方案涉及提供通信/传感器配置，这种配置能够提供以下两者(a)关于过滤筒10是否被正确地安装于壳体、罩盖或滤杯7内以供使用的指示；以及(b)经过过滤的液体或经过过滤的液体中的颗粒物质的状态。
II.通信/传感器配置的一般特性一般说来，通信/传感器配置包含两个主要元件(a)具有安装于过滤器头部2内的发射器部分和接收器部分的一通信/信号部件(即在出口1b上)；以及(b)可操作地安装于可拆卸和可更换的过滤筒10(可维护的过滤器芯10)上的一个通信/信号回路完成部件。在本文中所谓“可操作地设置”是指通信/信号回路完成部件这样设置于可维护的过滤筒10上，以致于当过滤筒10被正确地或可操作地设置(于组件1以便过滤)时就完成了发射器部分与接收器部分之间的一个通信回路；同时，假若过滤筒10未被正确地设置(或未可操作地设置)于组件1内以便过滤，那么，发射器部分与接收器部分之间的就断开。
作为一个例子，可以将合适的指示器安装于过滤器头部2和/或所涉及机械内的别的地方，以指明通信/信号部件的信号回路已(或未)由通信/信号回路完成部件完成，从而指明设备或机械的操作是否适当。实际上，能够提供一种控制回路，使得假若通信/信号部件的回路未完成，或者未检测出某种合适的状况，就不能够操作该设备。
对于一个典型的、较佳的筒式组件1，通信/信号部件将这样被安装在过滤器头部2内发射器部分和接收器的至少一部分不会在正常使用操作过程中变化位置(change out)；以及使得通信/信号回路完成部件将被设置在可更换的过滤筒10上，并且将与过滤筒10一起拆卸，而有一新的替换过滤筒维护元件10上设置在一新的通信/信号回路完成部件。当然，各种选择(例如，其中通信/信号回路完成部件被可拆卸地安装于过滤筒10上，从而在更换操作过程中它能够被可拆卸地安装于维护过滤筒10上)都是可能的。
A.组件实例，其中用通信/传感器配置来指明过滤筒10是否处于正确的部位以便运作对于某个特定的较佳配置，信号是一灯光(即一电磁或EM)信号，而通信/信号部件的回路是一种灯光或光回路。这对用于诸如润滑过滤器、液压过滤器或燃油过滤器之类的配置来说是方便的，其中涉及的液体元件都是易燃的。这里的术语“灯光”意味着被认为是电磁波谱的一种或更多的选定的波长。一般说来，期望根据本发明所利用的灯光信号是将包括可见光在内的一波长范围。然而，在某些应用的选择方案中，诸如选定的UV波长或选定的1R波长都是可用的。
一般说来，各种组件和配置是这样的状况，以致一完整的信号回路(在通信/信号部件内)需要相对于包含在过滤器头部内的信号回路的一部分适当地安装的过滤筒10内的一元件。在一种应用类型中，例如(a)发射部分包含一光源，例如来自诸如LED(发光二极管)之类的光源的光纤发射光；(b)接收器部分包含用于光的一接收器，例如为与一光敏器件通信配置的一光纤；以及(c)通信/信号回路完成部件是一种反射器或光导管，它完成光回路。图1-7中所示的具体实施例就利用这种配置。
现在请注意图4，该图是图1的一部分的一局部放大图。在图4中，描述了组件1被正确地安装在过滤器头部2上以便过滤运作。接着示出了可维护的过滤筒10可操作地安装并且密封于过滤器头部2的凸出部分26，在区域28处由O形圈20提供密封。
在图4的实施例中，描述了具有通信/信号部件30a的一种通信/传感器配置30，包括信号发射器/接收器组件31；以及信号回路完成部件32。示出了被安装在过滤器头部2上的信号发射器/接收器组件31；并通信/信号回路完成部件32所示为安装在过滤筒10上并设置成完成在信号发射器/接收器组件31的信号发射部分31a与信号接收器部分31b之间的信号回路。
对于所示的特定的实施例，信号发射器组件31a包括一个光纤36，用于将由一光信号发生器35所产生的至少一部分光发射至过滤筒10。对于所示的实施例，光信号发生器35(例如一个发光二极管(LED)35a)也被包括在信号发射器31a(在过滤器盖2内)内；然而，要注意在某些具体实施例中，在过滤器头部2中所包含的发射单元31a的部分可以是光纤36，且光信号发生器35位于远处。下面结合图8和9描述这种具体实施例的一个例子。
仍然参考图4，信号接收器单元31b一般地包括适当地安装的一个光纤39以接收来自过滤筒10的一种灯光信号并将该信号发射至一光接收器38(诸如一光敏器件38a)。要注意的是，在某些具体实施例中，包含在过滤器头部2内的信号接收器组件31b的部分可只是光纤39，且光接收器38位于远处。在下面的图8和9的实施例中示出了一个例子，为方便起见其中光敏器件被安装于过滤器头部2的外部。
对于图1-7中所示的具体的实施例，通信/信号回路完成部件32通常包含一个反射器41。反射器41构造和安装成(1)使得当反射器41处于一正确的安装位置时，从光纤36(或信号发射组件31a)所发射的信号(光)在沿着合适的通道经过反射器41后将直接(例如反射)进入光纤39(或信号接收器组件31b)内，以便传输至光接收器38；以及(2)使得当反射器41并非处于一正确的安装位置时，来自光纤36(或信号发射组件31a)的信号(光)并不反射入光纤39内或被光纤39(即被信号接收器组件31b)接收。
在本文中所用的术语“正确的安装位置”或“可操作的位置”或其变形，意味着被认为是用于过滤筒10运作的一种正确的安装位置，(与诸如反射器41之类的其中的元件一起)，以便在筒式组件1的安装和使用过程中进行过滤运作。于是，只有当过滤筒10处于壳体、罩盖或滤杯7内并且被正确地安装以便过滤时才会产生反射器41的正确安装位置。例如，假若过滤筒10脱离壳体、罩盖或滤杯7，那么反射器41(即通信/信号回路完成部件32)将不会处于用于完成从信号发生器35至信号接收器38(即从光纤36至光纤39的一个信号(光)回路)的一合适的位置。
组件1能够这样构造成，在其中存在过滤筒10、但是它却没有被适当地设置以便过滤器组件1进行正确的过滤运作的一系统中，也会出现同样的情况。
仍然参考图4，要注意射器41的外表面部分41a，在将会主要地发生光反射的区域内具有一个通常为球面的结构。这种结构在区域41a内提供一个反射表面，它是径向地对称的；也就是说，不管过滤筒10的径向部分是什么，当被安装在过滤器头部2上时，将出现相同的反射器表面形状以便光通过或反射。请注意图18，其中用立体图来示出从过滤筒10上分离开的反射器41。其他的结构也是可能的参见下面将讨论的图19～21。
参考图4，所描述的通信/传感器配置30包含一个合适的光/电流界面44和电气通信线路或接线45，用于信号发射器31a的控制和操作，并用于又在从接着器组件31b所接收到的信息进行加工处理且将它传送到用于维护提供商或设备操作人员评估的某个部位。例如，接线45能够提供由界面44所产生的一个电气信号以供一仪表盘指示器或类似的指示器进行运作，那种运作将会指出过滤筒10是否处于正确的位置。当然，可以利用提供某种光或其它指示器信号的一回路配置或控制机构来提供该项指示，以在通信/传感器配置30中未检测出任何回路时使设备用户或维服务提供商对过滤筒10未处于正确的运作位置引起警觉。通信线路45也提供电气通信以使信号发射器31(a)运作。
在某些场合下，该设备能够装备一个超控装置，使得假若检测出通信/信号回路完成部件32未处于某个正确的安装位置，那么就不能操作涉及的设备来引起液体流过壳体、罩盖或滤杯7，如图1。
一般说来，界面44可以是用于将电信号转换成光信号以及光信号转换成电信号的各种各样界面中的任何一种。可以使用适用于这类转换的标准的、已知的元件。
在某些场合下，涉及的设备能够装备控制传感器配置30的运作，或者控制以从通信/传感器配置30所接收到的关于过滤筒10的状态的信息为基础的设备运作的计算机或处理器。当然，操作回路能够被构造成可提供通信/传感器配置30的运作(a)只有在首次起动该设备一次；(b)在设备运行过程中间歇地；或(c)恒定地。预期在某种典型的配置中，只有在该设备初次接通时，或者在这之后不久，以及仅在某个短暂时段内，才能操作通信/传感器配置30。
参考图1，它描述了过滤器头部2，当组件1被安装在过滤器头部2上时，该过滤器头部2的一中心通信导管49经由其延伸至靠近在过滤筒10上的反射器41适当部位的一位置。
导管49的端部50是一个外端，安装于其上的是通信线路45终止于此的一个耦合器51。该配置能够装备用于线路45的连接的一个合适的电气连接器51a。此外，耦合器51可以包含用于将信号经过电气线路传送至所涉及设备远距离部位的、合适的连接器。例如，该项通信能够到达仪表盘或控制面板上的一个灯，当组件1未有过滤筒10安装就位但当车辆或设备被接通时，该灯指明过滤筒10不在正确的安装状况。
仍然参考图1，导管49终止于第二端53。靠近第二端53安装的分别是光纤36和39的尖端36a和39a。利用螺母54给光纤36、39定中心于适当位置，如图4。较佳的通信/信号配置30包含用于光纤36、39的一个较佳的底座，使得它们轴向“浮动”，也就是说，在被过滤筒10碰到时能够轴向移动。轴向浮动是由弹簧56提供的，如图4，该弹簧支承光纤36和39(以及光信号发生器35)。结果，随着过滤筒10被安装在支柱26上，过滤筒10将对着光纤36、39的尖端36a、39a移动，而光纤36、39能够稍微轴向移动，以将这个动作接纳于过滤筒10内。这种弹簧加载的底座配置可确保光纤36、39将会与过滤筒10适当接触。在这里，术语“轴向的”和“轴向”用来指明在安装和拆卸过程中平行于过滤筒10朝着和离开支柱26的动作的运动方向运动。另外要指出，它应当是沿着中心轴47的纵向的运动，如图4。
作为对上面讨论的弹簧加载底座配置的一种选择方案，在接合过程中允许反射器41和光纤36、39之间的轴向浮动，可以将反射器41安装在包含允许轴向移动的一挠曲装置的一个端盖上。下面结合图10-17的具体实施例描述提供这种挠曲装置的肋。这种柔性端盖能够用于图1-7的实施例中，并有反射器41安装于其中。此外，其结果是可提供轴向浮动，反射器41可浮动，且光纤36、39被安装得沿轴向更为刚性。
在图5中，示出了在导管49的端部50附近的图1中描述的配置的一部分的局部放大图。耦合器51连同电气通信线路45一起都是可以看得见的。示出了螺母/连接器51a，紧固线45在适当位置，并给连接器51提供通信。安装O形圈57以确保密封。
参考图6，它示出了具有中心地安装于过滤筒10的端盖23内的玻璃或塑料反射器插塞58的反射器41(即通信/信号回路完成部件32)。反射器41的反射器插塞58具有合适的形状，使得至少某些经过其中的光将在光以一角度到达的任何边界处被反射。于是，参考图6，随着光从发射光纤36进入插塞58，它将经过偏转沿着由箭头60所指出的通道至少部分地直接进入接收器光纤39内。此外，插塞58可以由各种各样的材料、例如玻璃、塑料(或者覆层的玻璃，或者覆层的塑料)的反射器来构成。
插塞58可以永久性地安装于过滤筒10的端盖23内。另外，也可以将它安装成可拆卸安装方式，从而能够它分开并重新使用。可以预料通常它将永久性地安装于过滤筒10内。
至于图1-7中描述的特定的配置，典型的运作会涉及到经过通信线路45和中心通信导管49的一电气信号，以便到达信号发射器/接收器31的界面44。这就意味着将有一电气信号经过过滤器头部2。
对于某些应用，可能需要在接触各种诸如润滑流体、燃油或液压流体之类的易燃液体的区域内避免使电气信号通过过滤器头部2。示出了图8和9中所示的一第二个实施例，该实施例可适应这种状况。
首先注意图8。在图8中，示出了带有通信/传感器配置81的另一元件的另一种过滤器头部80。可以与过滤筒10和壳体、罩盖或滤杯相结合在一起来应用图8的过滤器头部80，如图2在过滤器头部80中所述的通信/传感器配置81的元件是包含信号发射器/接收器部件81b的通信/信号部件81a的一部分。
参考图8，过滤器80包含液体流动入口导管83、排出液流出口导管84、用于安装过滤筒10的中心立柱85，以及用于安装壳体、罩盖或滤杯7的螺纹环87。过滤器头部80还包括具有第一端91和第二内部端92的中心通信导管90。
图8和9的配置，与图1-7的配置不同，它不包括任何经过导管90电气线路(与图4的线路45相似)。更确切地说，传送到并形成在过滤筒10中的反射器41，在与过滤器头部80一起使用时，系由具有发射光纤95a的一个发射器部分95和具有接收器光纤96a的一个接收器部分96来形成，反射器41延伸经过通常从靠近端部91的一区域至内部端部92的中心通信导管90。在端部92处，光纤95a、96a利用头子件、螺母或插塞98适当地固定在位。在另一端91附近，光纤95’、96由端部件、螺母或插塞99固定在位。示出了终止于光纤连接器101处的光纤95、96，光纤连接器101固定于靠近过滤器头部80的外表面103。在图9中，用断的、放大图示出了过滤器头部80的这个部分。
由于图8和9中所示的配置，就达到了避免任何电气信号进入过滤器头部80的内部。实际上，可将连接器101构造成，使它被连接至还要远的光纤，以提供从一远外的光源至远距离安装的一光接收器组件的光通信。因此，在使用过程中电荷或电火花引燃过滤器组件1和过滤器头部80内的易燃液体的危险性就得以降低。
要注意，图8和9的实施例包含部分地由区域99a内的一个弹簧99所形成的一个弹簧加载底座，它被用来给光纤95a、96a提供一种较佳的轴向浮动以确保接合。这种情况与用于图8和9的实施例的轴向浮动相似。当然，通过利用一柔性端盖来将反射器安装在过滤筒上就能够提供轴向浮动，例如采用挠曲的肋，如下面结合图10-17的实施例所描述的那样。
以另一种方式，按照图1-7的组件通常可以制成并使用图8和9的组件。
在图18a中，如图中所示的反射器41的一立体图，具有一个球形反射表面41a和径向安装法兰41b。这种插塞提供径向对称。于是，不管插塞41相对于过滤器头部如何径向安装，都会达到预想的反射路径。采用具有图20简略所示的一种横截面结构、带有围绕中心轴201呈径向对称的一反射器200就可产生类似的作用。
在上述说明中，提出了一种使用方法。一般说来，该方法是评估安装在过滤器头部上的可维护的过滤筒的状况的一种方法。该方法包括通过一信号(例如灯光信号或光信号)从过滤器头部经过过滤筒上的通信/信号回路完成部件、然后再返回到过滤器头部内-的某个步骤。然后，该方法能够包括用以分析信号并提供有关该完整回路信号的多种途径。
通过上述还提出了安装的方法。该方法通常包括在一过滤筒的敞开或出口端盖内设置一通信/信号完成部件(例如作为一种反射器插塞)的步骤。各种方法还可以包括组装完成过滤筒组件，以及将过滤筒安装在过滤器头部上，以供使用。
B.图示的一种通信/传感器配置用以提供有关过滤之后的液体或该液体内的颗粒的信息。
利用分析设备能够收集并评估有关某种液体内颗粒物质的信息，在该分析设备内一光(电磁或EM)束通过该液体并被评估。能够利用这种技术收集的信息应当包括关于以下方面的信息液体内颗粒的数量或浓度；颗粒的性质和大小；以及有关液体的质量或透明度的信息。一般说来，这种分析技术涉及提供安装于光(EM)发射器和光(EM)接收器之间的液流或液池。在一种方法中，利用液流中的颗粒阻止一部分光通过该液流。在这种场合，接收器可以看到由于颗粒存在而产生的可以测量的能量降落，这种能量降落应与颗粒的大小(以及数量)成比例或相关。在第二种方法中，可评估由于颗粒的存在而产生的光的散射。采用这种方法，能量的一增量或光散射量与颗粒的大小(以及数量)成比例或相关。
伴随试图使用一光学系统来测定一运动液流(诸如车辆或其它设备中的润滑油、液压油或燃油流)中的颗粒大小并对其计数的问题是，测量的精度在过一定时间后由于液流界面处的光学器件的磨损或污脏将会降低。采用通常以上述为特征且如本节中所述特别适用的技术，能将通信/传感器配置的某些光学元件设置于替换过滤筒上，从而在每当保养过滤器组件1并且更换过滤筒时，更换该通信传感器配置的一定界面的光学元件并因而得以保养。
在图10-17中示出了能够按照这种方式使用的一种过滤筒配置110(以及其中的各个部分)。在图10中，示出了过滤筒110的一个立体示意图。过滤筒110通常包括一个介质包111，在这种场合，介质包111被构造成确定一个敞开的内部111a(未示于图10中，请参阅图14)。介质包111安装于第一和第二端盖112和113之间的外部。一般说来，第一端盖112是一个敞开端盖，在使用过程中第一端盖被密封于过滤器头部上，并且它允许经由其中过滤的液体在过滤之后经过出口小孔114通过。第二端盖113被安装于对面，并且通常经过的流体通道是封闭的。
在图11中，用立体图来描述第一端盖112。一般说来，第一端盖或敞开端盖112内置通信/传感器配置115的选定元件。特别是，它包括已安装的所选定的光学元件以用作为通信/信号部件117a的通信/信号回路完成部件117(图12)来运作。对于图10-17的实施例，并且参考图12，包括在端盖112内的是光信号发射器部分118的一部分和光信号接收器部分119的一部分，每当更换过滤筒10时就更换这些元件。对于所示的特定的配置，安装发射器部分118和接收器部分119，用以发射(并接收)直射入、经过或跨过位于其间的间隙120的一光信号。如下面所述，这个配置的目的是可在分析过程中进行可操作地安装于间隙120内的液体的光学分析。于是，设置于过滤筒10内的通信/传感器回路完成部件117不仅是一个反射器，而且它还是用于传输一部分光信号通过或跨过间隙120的一个光导管。
一般说来，通信/传感器配置115应包括用于测量跨过发射器部分118和接收器部分119之间的间隙120(或该间隙内的散射)所传输的光的强度的适当的光学元件。这个信息能够转换成有关在发射过程中位于间隙120中的液体内所包含的颗粒物质的信息。采用能够被安装在过滤器头部中或远距离的一光敏器件(未示出)就能够实施各种一般测量。可以为在一特定的波长或波长范围运作类选择光敏器件，以便检测并评估有关液体通过间隙120的颗粒特性。
在图12中，以横断面视图示出了端盖112。在图13中，描述了图12中所示的端盖112的一部分的一个放大的片断视图。示于图13的特定的部分是包括通信/信号回路完成部件117的部分。
参考图13，第一端盖112包括具有经由其中轴向延伸的液体流动通道126的一个中心块125。液体流动通道126的一个中心部分127包括其中的间隙120并且是用于光通过和分析测量的规定部分。
安装于区域127内的过滤筒110包括光信号发射器部分118和光信号接收器部分119。对于所示出的配置，各是光纤的一部分。接着，接收器部分119具有光传感器132的一个外层元件。接收器部分119通常包括一种不透光的材料，这种材料可保护光避免，在除了特别规定的间隙120部位外的任何部位处通过发射器部分118和接收器部分119之间。在部位127处形成有允许光穿过发射器部分118和接收器部分119之间的间隙120的两个孔134、135，且带有在流动通道126中通过液体的通道。用于直接测量光传输(而不是散射)的一实施例的孔134、135的中心管路通常彼此重合。
一般说来，传感器132(具有发射器部分118和接收器部分119)被放置于是端盖112的一个组成部分的一个套筒137内。在使用中，光沿着由箭头139a指明的通路进入，而在139b所示处离去，且液体沿着由箭头139c指明的通路流过。套筒137被安装于端盖112的一个轴向中心管路138处，并且由柔性肋128固定于适当位置，如图12。在使用期间，在过滤筒10和过滤器头部之间的接合过程中，肋128在端盖112中提供柔性(或轴向浮动)。
(如上面所指出的，采用类似于柔性肋128的结构可以实施图1-9的实施例，以便为过滤器头部内的光纤提供轴向浮动的结构，与弹簧加载底座的使用不同(或再附加上))。此外，过滤器头部142内的一弹簧加载底座也被用于提供轴向浮动。
在图14-17中描述了利用端盖110的一个完整的组件。
参考图14，描述包括一个筒式过滤器组件141和过滤器头部142的一个总组件。过滤器头部142通常可与过滤器头部2相类似，除了在这里所述的以外。于是，过滤器头部142应当包括流体流动入口143和滤体流动出口144。
筒式过滤器组件141通常包括在螺纹148处用螺纹安装在过滤器头部142上的罩盖、壳体或滤杯147，并由O形圈149提供密封。筒式过滤器组件141还包括可操作地安装于其中的过滤筒110，在O形圈153处密封于过滤器头部142的立柱151，如图15。
参考图14，在正常的过滤运作过程中，液体流过过滤筒110的介质包111进入中心容积155内。接着该液体通过通道、穿过端盖112而流出中心容积155，特别经过导管或液体通道126，如图15。
现请注意图15，它是图14的一部分的一个放大图。在图15中，示出了在正确的安装过程中端盖112与过滤器头部142之间的关系。在这种场合，过滤器头部142可以被构造成在其中包含一个安装凸耳160。该安装凸耳160从通道144的一侧伸出，以延伸通过端盖112的一个中心管路。安装凸耳内置一个光纤模块，该模块具有通信/信号部件的一部分、并为光束进入和离开端盖112内的通信/信号回路完成部件117提供通道。
当过滤筒110正确地安装在筒式过滤组件141内并进入过滤器头部142时，通信/信号回路完成部件117的一个轴向外表面164(图13)与光纤模块161的一个轴向外表面165(图15)可操作地对准或者与其邻接。在本文中的术语“可操作地对准”或“可操作地邻接”及其变化说法，都是指将元件117、161构造成在安装过程中光纤模块161的一光发射部分166对准以便光发射入发射器部分118内，而光纤模块161的一个光接收器部分167对准以接收来自端盖112内的光接收器部分119的光。通过采用一同轴光纤系统就能够如图所示完成这项工作，在该同轴光纤系统中光纤模块161的一内部光纤166与发射器部分118对准，而一外部光纤167则与接收器部分119对准。可以使用一种不透光的材料来防止光在非预期的两地之间发射。
仍然参考图15，光纤模块161的光纤166、167继续延伸通过通道144而终止于光纤连接器170处。可以用这个连接器来连接至各种光学元件，以使光可运动至远离过滤器头部142安装的发射器/接收器设备。在图16和17中指出了触及用于这种连接的连接器170的方法。
为了确保光纤模块161与通信/传感器回路完成部件117正常可操作地接触，端盖112的套筒137(图3)被设计成朝着光纤模块偏置。借助于柔性肋肋128结构来完成这项工作。随着筒式过滤器组件141(图14)用螺纹148安装在过滤器头部142上，朝着光纤模块161驱动过滤筒110的表面164(图13)。即使在完成了两者之间的接触之后，柔性肋128仍允许过滤筒110朝着光纤模块161持续地轴向移动。这就可确保在各种各样的制造公差下适当的接触。
从上面的说明中，可提出各种使用方法。特别是，各种使用方法涉及通过来自过滤器头部的一信号，经过过滤筒中一通信/信号回路完成部件，然后返回入过滤器头部内；该信号较佳地包含一光纤信号。可以这样来构成通信/信号回路完成部件，以使该光纤信号跨过或经过从过滤筒朝外通过的、已过滤过的液体的一部分，以利于分析已过滤过的液体的某种状况，例如其中的颗粒的性质。
此外，提供了各种安装的方法。一般说来，安装的方法包括将某个通信/信号回路完成部件安装于一个可拆卸或可更换(即可维护)的过滤筒上。该方法特别涉及提供这种通信/信号回路完成部件，该组件包括延伸跨过其中用于已过滤过的液体的、一光纤通道的一个液体流动通道。这可有利于分析该液体内的颗粒物质。
当然，在液体流过间隔120(当它通过通路126)的情况下，跨过通信/传感器回路完成部件117而通过的光信号能够被用来评估液体内的颗粒物质的性质或状态。此外，假若需要，该信号还能够被用来评估过滤筒110是否的确处于正常的位置，其方式类似于图1-9中所示实施例的通信/传感器回路完成部件32所使用的方式。
C.其它的变型在某些实施例中可能需要利用并不具有径向对称性的反射器插塞。在图19和20中示出了这种情况一个例子。参考图19，所描述的反射器插塞220具有一个反射器表面221，这表面不是球面形的，也不是径向对称的。更确切地说，它通常具有一梯形形状。值得指出的是，图20的侧视图示出了一个除了没有径向对称之外带有与图21中所示的相同的一般结构的反射器表面221。
假若过滤筒装备了具有图19和20的表面221的一个反射器插塞220，那么就必须将该过滤筒安装在两个选定的径向方位之一上，以实现由图20的箭头223所指明的合适的光反射通路。是实现这个目的的一种方法可以利用具有过滤筒与过滤器头部之间的一个刻度标记的一种组件。在图22-23中简略地描述了这种组件。
参考图22，描述了具有过滤器头部242、壳体或滤杯243和过滤筒244的过滤器组件240的一个侧向横截面示意图。除了如本节中所述的之外，各元件都可以是与用于图1-17的实施例所述的那些元件相类似的。
一般说来，用于图22-24的实施例的、在过滤筒244上安装的反射器插塞是对应于图19和20的插塞220的一种插塞。因此，在过滤器头部242和过滤筒244之间需要径向刻度标记，以确保在使用过程中过滤器头部242内的246处光纤与过滤筒244内的反射器插塞220之间正确对准。
参考图23，过滤筒244包括在安装过程中为过滤器头部242的接合而设置在其中的一个端盖249。端盖249包括一个套环250，该套环不仅内置用来与过滤器头部242密封连接的一O形圈槽251，而且它还具有限制该套环250的一部分的一抬高的部分252。抬高部分252具有确定一倾斜平面253的一个外表面。在最高的部分254处该倾斜面253终止于一个垂直面255，而降回至过滤筒端盖249上的一个低点256。
参考图24，过滤器头部242包括用于在安装过程中与过滤筒244接合的中心安装立柱260。该过滤器头部242还包括在安装过程中作为要被垂直面255接合的一个旋转止块262而安装的一个径向延伸部分261。应当这样来构造过滤器242和过滤筒244，以得当垂直面255紧靠止块262时反射器插塞220(图22)与246处的光纤适当地对准线，以便正确使用和运作。
较佳的是，表面253的倾角或坡度大于区域264处滤杯/头子界面的螺距。较佳的还有，止块261的表面261a沿着与倾斜面253相同方向倾斜，较佳的再有，采取一个大于滤杯/头子界面264的螺距的角度。
作为所示的配置的结果，随着壳体243沿着过滤器头部242可螺旋地转动，过滤筒244将转动直至垂直面255接合止块261而使过滤筒244处于相对于过滤器头部242的一个合适的径向方位时为止。过滤器头部242上滤杯243的连续的螺纹将会完成安装，只要在安装过程中将过滤筒244构造成可使壳体243能相对于过滤筒转动即可。
在螺旋运作过程中，万一顶面254接合了表面261a，由于每个表面261a、253的以上述为特征的较佳的倾斜形状，结果产不会发生结合在一起。
要注意用于表面261a和表面253的倾斜方向是螺纹方向的结果。图23和24中所示的配置假设滤杯的螺纹方向从过滤器头部处的滤杯向上看应是顺时针方向。
一旦过滤筒244处于适当的停止位置(上面规定的)，就能够以各种各样的方式来提供允许在过滤筒244与滤杯243之间相对转动的结构。对于图22中所示的具体实施例来说，过滤筒244在两端处具有敞开的端盖249和265。利用径向密封266来形成端盖265处的密封，径向密封266的密封元件267是一0形圈268。过滤筒244能够围绕这个密封相对于壳体244转动。作为另一种选择，在端盖265和壳体4之间接合的情况下，可以将端盖265关闭，而允许在安装过程中的相对转动。
要注意在与过滤器头部接合的端盖相反的一端部处，可与任何前述的实施例(图1-17)相结合，采用由径向密封件来密封的一个敞开端盖。
权利要求
1.一种流体过滤筒，它包括(a)第一和第二端盖；(b)一流体过滤介质包，它被固定于第一和第二端盖之间、且在其间延伸；以及(c)一通信/传感器回路完成部件，它可操作地设置于第一端盖上；(i)该通信/传感器回路完成部件被构造成只有在正确地安装了过滤筒以供使用时才完成一选择的通信/信号回路。
2.根据权利要求1所述的过滤筒，其特征在于(a)流体过滤介质包是一液体过滤介质包。
3.根据权利要求1所述的过滤筒，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件是一光学回路完成部件。
4.根据权利要求3的过滤筒，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件是一反射器。
5.根据权利要求3所述的过滤筒，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件包含由一间隙间隔开的一光学发射器部分和一光学接收器部分，该间隙包括穿过第一端盖的一液体流动通道的一部分。
6.根据权利要求1所述的过滤筒，其特征在于(a)第一端盖是一敞开端盖；以及(b)第二端盖是一封闭端盖。
7.根据权利要求5所述的过滤筒，其特征在于(a)第一和第二端盖是模制的端盖；以及(b)流体过滤介质包形成一敞开的中央容积。
8.根据权利要求7所述的过滤筒，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件是选自玻璃和塑料的一反射器。
9.根据权利要求8所述的过滤筒，其特征在于(a)该反射器是覆层的玻璃或覆层的塑料。
10.根据权利要求1所述的过滤筒，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件安装在由对应的端盖内的柔性肋轴向柔性地支撑的一端盖部分上。
11.一种筒式过滤器组件；它包括(a)一壳体；以及(b)设置于该壳体内的一可维护的过滤筒，该过滤筒具有(i)第一和第二端盖；(ii)一流体过滤介质包，它固定于第一和第二端盖之间、且在其间延伸；以及(iii)一通信/传感器回路完成部件，它可操作地设置于第一端盖上；(A)该通信/传感器回路完成部件被构造成只有在正确地安装了过滤筒以供使用时才完成一选择的通信/信号回路。
12.根据权利要求11所述的筒式过滤器组件，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件是一光学回路完成部件。
13.根据权利要求12的筒式过滤器组件，其特征在于(a)壳体具有一滤杯，它可用螺纹方式来安装在一过滤器头部上以及并可从其上拆卸下来。
14.一种流体过滤器组件，它包括(a)具有一流体入口和一流体出口的一过滤器头部；以及(b)可拆卸地安装在过滤器头部上的一筒式过滤器组件；该筒式过滤器组件包括(i)一壳体；以及(ii)设置在该壳体内的一可维护的过滤筒；该过滤筒包括(A)第一和第二端盖；(B)一流体过滤介质包，它固定于第一和第二端盖之间、且在其间延伸；以及(C)一通信/传感器回路完成部件，它可操作地设置在第一端盖上；(2)该通信/传感器回路完成部件被构造成只有在过滤筒被正确地安装在过滤器头部上以供使用时才完成一选择的通信/信号回路。
15.根据权利要求14的流体过滤器组件，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件是一光学回路完成部件。
16.根据权利要求15的流体过滤器组件，其特征在于(a)过滤器头部包含设置于其中的一发射器光纤和一接收器光纤，它们定向成使通信/传感器回路完成部件在发射器光纤与接收器光纤之间完成一光学信号回路。
17.根据权利要求16所述的流体过滤器组件，其特征在于(a)发射器光纤和接收器光纤的至少一部分被安装在一弹簧加载的、轴向可动的支架上。
18.根据权利要求16所述的流体过滤器组件，其特征在于(a)设置发射器光纤和接收器光纤，以提供一个灯光回路，该灯光回路从过滤器头部外部上的一个光耦合件经过通信/信号回路完成部件，再返回至该光耦合件。
19.根据权利要求15所述的组件，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件是一反射器。
20.根据权利要求15所述的组件，其特征在于(a)通信/传感器回路完成部件包含由一间隙间隔开的一光学发射器部分和一光学接收器部分；该间隔包括穿过第一端盖的一液体流动通道的一部分。
21.一种评估安装在一过滤器组件中的、可维护的过滤筒的状态的方法，所述的方法包含一个步骤(a)从该组件的某一部分起传送一灯光信号，经过该过滤筒上的一通信/信号回路完成部件，然后返回至该过滤器组件。
全文摘要
根据本发明提供了一种作为筒式过滤器组件中可维护的元件的过滤筒。该过滤筒包括安装在其上的一个通信/传感器回路的完成部件，该完成部件可操作地设置，从而使它只有在正确地安装了该过滤筒以供使用时才完成一个信号回路。在一种典型应用中，该通信/传感器回路完成部件是一个光学回路完成部件。通信/传感器回路完成部件可以被构造成作为一光导管或光反射器，它仅仅指明一回路被完成了；或者也可被构造成作为一分析传感器的一部分以便评估液体从过滤筒朝外通过的状况。还提供了一种具有所述特征的一过滤筒的筒式过滤器组件。此外，又提供了一种包括一过滤器头部的过滤器组件，所述过滤器头部带有具有所述特征的筒式过滤器组件。又提供了一种构造成与这种可维护的过滤筒一起使用的过滤器头部。最后，还叙述了安装和使用的方法。
文档编号B01D35/14GK1735445SQ200380108286
公开日2006年2月15日 申请日期2003年11月5日 优先权日2002年11月6日
发明者J·R·哈克尔 申请人:唐纳森公司