具有塑料保持器的箱内流体过滤器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种箱内流体过滤器，该过滤器具有由多孔材料制成的过滤器主体、以及将过滤器连接到泵且附接到过滤器主体的塑料出口。塑料保持器整体地形成在出口上，该塑料保持器包括在垂直于流动轴线的平面中延伸的突出部，该突出部具有在泵附近的第一表面和远离泵的第二表面，该突出部具有从第一表面延伸至第二表面的孔，该孔的有效截面在第一表面处大于柱截面且朝向第二表面减小至小于柱截面。
【专利说明】具有塑料保持器的箱内流体过滤器
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2011年3月29日提交的申请号61 / 468，673的名称为“带塑料保持部件的箱内燃料过滤器(IN-TANK FUEL FILTER WITH PLASTIC RETENTION FEATURE) ”的美国临时专利申请的权益，该临时专利申请的全部内容以参考的方式并入本文中。
【技术领域】
[0002]本发明总体上涉及箱内流体过滤器，该流体过滤器安装在用于流体系统(例如燃料供给系统、制动系统、排放系统、转向系统、传动系统、风挡清洗器系统、冷却系统、润滑系统、或者其它流体系统)的箱内泵组件上；更具体地，本发明涉及一种具有保持器的箱内流体过滤器，该保持器夹持用于将过滤器固定到泵的泵上保持柱。
【背景技术】
[0003]目前的箱内流体过滤器可包括被按压在过滤器的塑料出口上的金属保持环。金属环包括多个金属倒钩，这些金属倒钩的功用是连接到并夹住在箱内泵上的保持柱。美国专利5，665, 229中公开了用于箱内燃料过滤器的这种金属保持环的一个例子。该金属保持环由于需要额外的人力和材料而增加制造成本。
【发明内容】
[0004]本发明通过提供结合到附接到过滤器以用于将过滤器连接到泵入口的塑料端口中的塑料保持器，而免除了金属保持环的额外成本。箱内流体过滤器具有由多孔材料制成的过滤器主体，过滤器主体附接有用于将该过滤器连接到泵入口配件的塑料出口。出口具有由流体从过滤器流动到泵的预定方向所限定的流动轴线。塑料保持器形成在出口上，并且具有在垂直于流动轴线的平面中延伸的突出部、以及用于接纳泵保持柱的穿过突出部的孔。孔在靠近泵的突出部的表面附近比在远离泵的表面处更宽。孔具有变化的有效截面，并且该截面被定义为在数学上类似于可以在不与突出部的任何塑料材料相交的情况下被拉入孔中的保持柱的最大截面。有效截面对应于可以在不使保持器变形的情况下在给定位置被插入的柱截面。因此，孔的尺寸可被设计成在泵附近的表面处具有大于柱截面的有效截面。
[0005]在本发明的一个方面中，有效截面可以朝向背向泵的表面连续地减小，使得有效截面变得小于柱截面。当把泵的保持柱插入孔时，在有效截面小于柱截面的位置塑料材料发生变形。由此使保持器在不形成主动锁定(positive lock)的情况下牢固地夹持保持柱。
[0006]所产生的变形可以是至少部分弹性的。塑料保持器将用于在无需对现有泵设计做出设计改变的情况下夹持泵保持柱并且将塑料过滤器出口紧密地固定到泵保持柱。
[0007]为了便于组装，孔可在把保持柱插入孔中的表面处具有锥形或倾斜的(例如截头圆锥形的)定心导向件。[0008]在孔内部，可布置多个向内的凸耳以减小孔的有效截面。这些凸耳可以是锥形从而在不同的轴向位置实现不同的有效截面。
[0009]这些凸耳可以均具有轮廓，该轮廓在不使这些凸耳发生变形的情况下与保持柱形成点状接触。三个以上的凸耳消除了把保持柱固定在保持器中的所有侧向自由度。这些凸耳可以成形为例如类似于部分锥体，包括部分截头锥体。
[0010]可替代地，这些凸耳可具有适合于保持柱的轮廓，因此这些凸耳在更宽的角度范围内与保持柱接触。然后，两个凸耳足以消除侧向自由度。
[0011]在一个实施例中，塑料保持器与过滤器的出口形成为整体。塑料保持器可以由任何非金属材料制成，例如热塑性材料。该材料优选地抗被过滤流体的腐蚀。例如，在燃料过滤器中该材料优选地是抗烯料腐蚀的，并且在燃料中是尺寸稳定的。如果用于不同的流体，那么该材料优选地抗相应流体的腐蚀并且在相应流体中保持其形状。用于燃料过滤器保持器的合适塑料材料的一个例子包括但不限于聚甲醛(POM)。为了增加保持器的刚度，可以向塑料材料中加入添加物，例如玻璃纤维和/或玻璃球。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]在附图中，
[0013]图1示意性地说明了根据本发明的使用保持器的箱内泵与箱内流体过滤器之间的连接。
[0014]图2是整体地形成在箱内流体过滤器的塑料过滤器出口上的、带塑料保持器的箱内流体过滤器的第一说明性实施例的局部剖视图。
[0015]图3示出了从流体泵一侧观察的、图2中所示塑料保持器的详细视图。
[0016]图4示出了从过滤器主体一侧观察的、图2中所示塑料保持器的详细视图。
[0017]图5示出了从流体泵一侧观察的、整体形成在箱内流体过滤器的塑料过滤器出口上的塑料保持器的第二实施例。
[0018]图6示出了从过滤器主体一侧观察的图5的实施例。
[0019]图7示意性地示出了凸耳的替代布置的一个说明性实例。
[0020]图8示意性地示出了凸耳的替代布置的另一个说明性实例。
[0021]图9示出了从流体泵一侧观察的、整体地形成在用于保持柱的箱内流体过滤器的塑料过滤器出口上的塑料保持器的一个实施例。
[0022]图10示出了用于矩形柱的图9和图10的实施例的有效截面。
[0023]图11示出了用于椭圆形柱的图9和图10的实施例的有效截面。
【具体实施方式】
[0024]所有附图只是用于说明的目的，并非意图限制本发明的范围。这些附图的比例可能是不真实的，并用于强调本发明各个方面的某些细节。
[0025]图1示出了附接有流体过滤器10的流体泵组件44的示意图。流体泵组件44包括流体泵壳体46、圆柱形的入口配件48、和保持柱50。圆柱形的入口配件48从泵壳体46向过滤器10延伸并且限定中心流动轴线z，该流动轴线z表示流体从过滤器10经过入口配件48流动到泵壳体46内所沿的总体方向。在下文中，术语“轴向”表示流动轴线的方向。[0026]在图示的实例中，保持柱50为圆柱形并且被固定到泵壳体46的底部。保持柱50在平行于流动轴线z的方向上延伸，并且与入口配件48径向地间隔。
[0027]过滤器10具有过滤器主体12、附接到过滤器主体12的出口 14、整体地形成在出口 14上的保持器16。过滤器主体由多孔的编织或非织织物外壳制成，该外壳中填充有用于过滤流体的合适过滤介质。出口 14具有适合于与泵组件44的入口配件48互补的尺寸和形状。通常，入口配件48为圆柱形，但可以在相应的模具中采用适应出口 14的任何其它截面形状。
[0028]保持器16成形为从出口 14大致径向延伸的突出部18。突出部18具有垂直于流动轴线z延伸的两个主表面20和22。一个表面20面向泵组件44，另一表面22面向过滤器主体12，即背向泵组件44。突出部18具有从表面20到表面22的孔24，孔24位于距出口 14如下一距离处:当把泵组件44的入口配件48插入过滤器10的出口 14时孔24与保持柱50的径向位置一致。图1示意性地显示孔24在第一表面20附近比在第二表面22附近具有更大的截面。在随后对单独示例性实施例的描述中，有关出口 14和保持器16持别是关于孔24的进一步细节会变得显而易见。
[0029]图2示出了过滤器110的第一示例性实施例的剖视图。由合适的多孔纺织材料制成的过滤器外壳113构成过滤器110的过滤器主体112。为了绘制简便，设置在过滤器外壳113内部的过滤器材料未示出。过滤器外壳113具有圆形的出口开口 126，该开口 126建立过滤器外壳113内部与附接到过滤器主体112的出口 114的内部之间的流体连接。
[0030]图2的剖视图显示如何将出口 114附接到过滤器外壳113。出口 114具有带中心流动轴线z的圆柱形管状部126，并且适合于连接到泵的入口配件，如图1中所示。在管状截面的一端上，环形外套环130和环形内套环132构成双凸缘，该双凸缘在过滤器外壳113的内侧和外侧形成出口开口 126的周边的衬里。因此，入口开口 126的边缘被固定在外套环130和内套环132之间。外套环130和内套环132可整体地成型或由两个部件组装而成。可通过各种合适的方法(包括但不限于嵌件注射成型、加热、机截紧固件、和抗流体腐蚀性的胶粘剂)将外套环130和内套环132固定到过滤器外壳113。
[0031]带突出部118的保持器116附接到管状部。突出部118径向地从管状部128突出并且与管状部128以及内套环130和外套环132整体在成型。突出部118具有孔124，该孔124从背向过滤器外壳113的第一主表面120延伸至面向过滤器外壳113的第二主表面122。图示的孔适合于圆柱形的保持柱。图9-图11示出了保持柱具有不同形状的实例。
[0032]在平行于流动轴线z的方向上观察，孔124的外圆形周边具有从孔124的圆形周边向内径向突出的多个凸耳134。
[0033]图3和图4示出了图2的出口 114的局部视图，该局部视图提供孔124的进一步细节。图3示出了从图2的顶部观察的出口 114的一部分，该部分在安装后是流体泵的位置，如图1中所示。图示实例的孔124具有从基本为圆形的外圆周向内径向突出的八个凸耳134。每个凸耳134具有局部截头锥体的形状，各锥体的位于突出部118外部的虚拟顶点位于突出部118的第一主表面120的一侧。突出的凸耳134有效地减小孔124的无阴碍截面。在第一主表面120处与凸耳134切向接触的圆由虚线表示。该圆具有限定第一主表面120处的有效截面的有效直径D，该有效截面对应于可以在不使凸耳134发生变形的情况下在第一主表面120处插入孔124的保持柱截面，即最大无阻碍圆在第一主表面处的截面。对于不同形状的保持柱，有效截面具有在数学上类似于保持柱截面的形状，这意味着有效截面和柱截面可具有不同的尺度，但具有相同的比例。下面将结合图1Oa-1Oc和图1la-1lc更详细地说明此关系。
[0034]在图4中，在第二主表面120处与凸耳134切向接触的圆由虚线表示。如图4中所不，第二主表面处的相应有效直径d小于第一主表面处的有效直径D。有效直径从D减小到d是凸耳134从第一主表面120向第二主表面122的锥形扩大的结果。凸耳134的尺寸被设计成提供有效直径D，该有效直径D大于待插入孔124中的保持柱的直径。另一方面，有效直径d小于保持柱的直径。因此。当把保持柱插入孔124中时，凸耳134在柱直径等于有效直径的轴向位置处开始变形。变形的凸耳134在无需形成主动锁定的情况下牢固地夹持柱，持别是在所产生的变形为至少部分弹性时。
[0035]凸耳134的数量和形状可以变化。保持柱直径超过有效直径d的程度也将增加夹持力和插入力。这取决于发现适合于具体情况的最佳保持器材料和凸耳位置的单独应用。
[0036]用于制造与保持器116整体形成的出口 114的塑料的合适材料可以是被注射成型为期望形状的热塑性材料。适于该用途的一种优选的热塑性材料是聚甲醛(POM)。可以将玻璃纤维或玻璃球加入材料以用于结构增强。
[0037]在图2至图4中所示实施例的变型中，凸耳134不必延伸经过整个突出部118。在不影响保持器功能的情况下，孔124可具有在凸耳134的任一轴向侧上的宽于指定保持柱的直径的有效直径变化的笔直部分或截面。
[0038]图5和图6提供具有与箱内过滤器的塑料出口 214整体成形的突出部218的塑料保持器216的第二说明性实施例的局部视图。突出部218包括具有布置在外周上的六个凸耳234的轴向孔224，这些凸耳用于实现对泵保持柱的适当夹持。在图示的实施例中，凸耳234成形为楔状的梯形突起。因为本实施例适合于圆柱形的保持柱，所以有效截面可由有效直径所限定。
[0039]明显地，凸耳234不沿突出部218的整个轴向厚度延伸。从第一主表面220开始，孔224具有圆锥形或漏斗形状的带圆形截面的定心导向件236。因为这些凸耳位于与第一主表面220相隔一距离处，所以在该位置在第一主表面220处的有效直径D是定心导向件236的直径。当定心导向件236朝向第二主表面222变窄时，有效直径减小。然而，定心导向件236并不构造成夹持保持柱，使得在定心导向件236的所有轴向位置，孔的有效直径大于保持柱的直径。与定心导向件236相邻,在定心导向件236和第二表面之间，由于楔形形状产生朝向第二主表面222的向内径向的斜面，因而凸耳234将有效直径进一步减小到最终有效直径d。
[0040]如图6中可见，凸耳234在第二表面222附近形成小于第一主表面220处的有效直径D的有效直径d。如上所述，最窄的有效直径d无需与第二主表面222重合。有利地，有效直径d位于与第一主表面相隔一距离处,使得第一主表面处的有效直径D大于柱直径并且连续或逐渐地减小到最小有效直径d。
[0041]图7和图8分别给出了具有减小数量的凸耳334和434的孔324和424的替代实例。在带突出部318和418的保持器316和416中设置有孔324和424，突出部318和418可以代替前述附图中所示的任何突出部。应理解的是，在不背离本发明范围的情况下，附图中所示的变型并不是穷举的，而只是表示突出部的多种尺寸选择。[0042]在图7的突出部318中，三个凸耳334分布在孔324的周边周围。从轴向方向观察，各凸耳334具有从孔324的周边向内径向突出的部分圆的轮廓。
[0043]在孔324内部画出的与凸耳334切向接触的圆限定了代表可以在不使凸耳334变形的情况下插入孔324中的柱的直径的最小有效直径d。如前所述，将有效直径d选择成略小于意图被插入孔324中的保持柱的直径。由于它们的圆形轮廓，凸耳334具有与表示有效直径d的圆的点状接触。因此，为了消除插入孔324中的柱发生侧向移动的所有自由度，优选的是选择至少三个凸耳334，其中凸耳334只具有与有效直径d的点状接触。这种布置将可靠地将保持柱定心在孔324内。
[0044]另一方面，图8的突出部418具有径向突出到孔424内的凸耳434，该凸耳434具有适合于具有有效直径d的圆的周边的轮廓。因此，每个凸耳434形成与表示有效直径d的圆的线状接触。在这种情况下，两个凸耳434足以可靠地定心保持柱，这是因为由于凸耳434的形状适合于保持柱的形状并“抱住”保持柱，因而保持柱不能在任何径向方向上滑动。
[0045]整体的塑料保持器可以普遍地用于各种泵组件，并且通过对孔24、124、224、324和424以及相应凸耳134、234、334和434的尺寸定制而允许高度的保持设计灵活性和有效性。
[0046]塑料保持器用于夹住泵保持柱并将塑料过滤器出口紧密地固定到泵保持柱。塑料保持器可以由任何非金属材料制成，例如热塑性材料。对于在燃料箱中的使用，该材料优选地是抗燃料腐蚀的并且在燃料中尺寸稳定。可以根据具体用途(例如制动系统、排放系统、转向系统、传动系统、风挡清洗器系统、冷却系统、或者其它流体系统)而使用其它塑料。用于燃料过滤器的合适塑料材料的一个例子包括但不限于聚甲醛(POM)。为了增加保持器的刚度，可以向塑料材料中加入添加物，例如玻璃纤维或玻璃球。
[0047]图9示出了塑料保持器516的另一个说明性实施例，该塑料保持器516具有与箱内过滤器的塑料出口 514整体形成的突出部518。突出部218包括具有布置在外周上的四个凸耳534的轴向孔524，该轴向孔524用于实现在泵保持柱上的充分夹持。在图示的实施例中，凸耳534成形为局部截头锥体，各锥体的虚拟顶点在突出部518的第一主表面520 —侧位于突出部518的外部。相对于流动轴线z，本实施例的孔524在径向方向上比在切向方向上更宽。此形状优选地容纳具有非圆形截面(例如矩形或椭圆形截面)的固定柱。
[0048]虽然凸耳534沿突出部518的整个轴向厚度延伸，但孔524在第一主表面520附近是倾斜的，因此在第一主表面520附近形成用于引导保持柱的定心导向件536。孔524的截面从第一主表面520朝向第二主表面522连续地减小。由于保持柱具有非圆柱形形状，因而有效截面优选地由具有与保持柱相同形状的截面所限定。因此，该有效截面是数学上类似于保持柱的截面，并且仅仅基于相同比例的最大无阻碍截面改变其尺度。
[0049]图10和图11示出了有效截面如何取决于保持器所匹配的保持柱的截面。
[0050]在图10a、图1Ob和图1Oc中，保持器516与具有矩形截面540的保持柱协作，如图1Ob中所示。因为柱截面540为矩形，所以图1Oa和图1Oc中用虚线表示的有效截面C和c是具有与保持柱截面540相同长宽比的矩形。图1Oa至图1Oc均是以相同尺度绘制。如图1Oa中所见,孔524在第一主表面520附近具有大于图1Ob中所不柱截面540的第一有效截面C。定心导向件536可以构造成或者可以不构造成当把柱插入定心导向件中时将保持柱夹持在第一主表面520的下方。与定心导向件536相邻,在定心导向件536和第二表面522之间，有效截面进一步逐渐减小到图1Oc中所示的最终最小有效截面C。
[0051]如图1Oc中所不，凸耳534在第二表面522附近形成小于第一主表面520处的有效截面C的有效截面C。如上所述，最窄的有效截面c无需与第二主表面522重合。有利地，有效截面c位于与第一主表面520相隔一距离处，使得第一主表面520处的有效截面C大于柱截面540并且连续或逐渐地减小至最小有效截面C。第一主表面处的有效截面C大于柱截面540，同时最小有效截面c小于柱截面。
[0052]在图11a、图1lb和图1lc中，保持器516与具有椭圆形截面542的保持柱协作，如图1lb中所示。因为柱截面542为椭圆形，所以图1la和图1lc中用虚线表示的有效截面ClPc'是具有与保持柱截面542相同长宽比的矩形。图1la至图1lc均是以相同的尺度绘制。如图1la中所示，孔524在第一主表面520附近具有大于图1lb中所示柱截面542的第一有效截面C’。定心导向件536可以构造成或者可以不构造成当把柱插入定心导向件时将保持柱夹持在第一主表面520的下方。与定心导向件536相邻,在定心导向件536和第二表面522之间,有效截面进一步逐渐减小至最终最小有效截面C1，如图1lc中所示。
[0053]如图1lc中所不，凸耳534在第二表面522附近形成小于第一主表面520处的有效截面C’的有效截面c'。第一主表面处的有效截面C’大于柱截面542，同时最小有效截面c'小于柱截面。
[0054]多种不同形状的柱截面均在本发明的范围内，包括凹形的柱截面，例如星形截面。因此，在本发明范围内的孔对于孔自身的形状、凸耳的形状和数量、内置在孔中的斜面、突出部的厚度等方面可以包括甚至更大的变化。
[0055]可以在不背离本发明的精神或新颖持征的前提下，以其它形式实施本发明。本申请中所公开的实施例在所有方面均被认为是说明性的而不是限制性的。此外，结合一个实施例所描述的细节可适合于以不同的实施方式实施。本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述限定；并且在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都旨在包含在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种箱内流体过滤器，所述过滤器用于具有入口配件和带柱截面的保持柱的类型的泵，所述过滤器包括: 由多孔材料制成的过滤器主体； 附接到所述过滤器主体的、用于将所述过滤器连接到所述入口配件的塑料出口，所述塑料出口具有由从所述过滤器流动到所述泵的预定流体流动方向所限定的流动轴线；以及 整体地形成在所述出口上的塑料保持器，所述塑料保持器包括在垂直于所述流动轴线的平面中延伸的突出部，所述突出部具有面向所述泵的第一表面和背向所述泵的第二表面，所述突出部具有用于接纳所述保持柱的孔，所述孔从所述第一表面延伸至所述第二表面，所述孔在所述第一表面处具有大于所述柱截面的有效截面，并且所述孔在与所述第一表面和第二表面之间的流动轴线相交的、包括所述第二表面在内的至少一个径向平面中具有小于所述柱截面的有效截面。
2.如权利要求1所述的过滤器，其中所述保持器与所述出口成为整体。
3.如权利要求1所述的过滤器，其中所述有效截面从所述第一表面朝向所述第二表面连续地减小，并且在所述第二表面附近达到最小。
4.如权利要求1所述的过滤器，其中所述孔在所述第一表面附近具有锥形的定心导向件。
5.如权利要求1所述的过滤器，其中所述孔具有用于减小所述有效截面的、向内径向延伸的两个以上的凸耳。
6.如权利要求5所述的过滤器，其中所述凸耳为锥形，以便在与所述流动轴线相交的不同平面中实现不同的有效截面。
7.如权利要求5所述的过滤器，其中所述凸耳均具有在与所述流动轴线相交的至少一个径向平面中与所述有效截面形成点状接触的轮廓。
8.如权利要求5所述的过滤器，其中所述凸耳沿所述孔的周边分布。
9.如权利要求5所述的过滤器，其中所述凸耳成形为类似于截头的部分锥体。
10.如权利要求5所述的过滤器，其中所述凸耳具有适合于所述保持柱的内轮廓。
11.如权利要求1所述的过滤器，其中所述保持器和所述出口整体地由塑料材料构成。
12.如权利要求1所述的过滤器，其中所述保持器由嵌入有增强材料的塑料材料制成。
13.如权利要求12所述的过滤器，其中所述增强材料包括选自包括玻璃纤维和玻璃球的组的至少一种成分。
14.如权利要求1所述的过滤器,其中所述保持器由抗流体腐蚀的热塑性材料制成。
15.如权利要求14所述的过滤器，其中所述抗流体腐蚀的热塑性材料包括聚甲醛。
16.如权利要求1所述的过滤器，其中利用所述保持器的变形，所述保持器实现与所述保持柱的非主动锁定。
17.如权利要求16所述的过滤器，其中所述变形至少部分是弹性的。
18.如权利要求1所述的过滤器，其中所述孔具有在所述第一表面附近的截头圆锥形定心导向件、和在所述第二表面附近的多个凸耳，有效截面在所述定心导向件处大于所述柱截面，并且在从所述第一表面朝向所述第二表面的方向上减小，有效截面在所述凸耳处大于在所述定心导向件附近的所述柱截面，并且在从所述第一表面朝向所述第二表面的方向上减小，而在远离所述定心导向件的位置变得小于所述柱截面。
19.如权利要求1所述的过滤器，其中所述柱截面在一个径向方向上比在垂直于所述径向方向的径向方向上更宽，并且其中所述有效截面被限定成具有与所述柱截面在数学上相似的比例。
20.如权利要求19所述的过滤器，其中所述柱截面为矩形。
21.如权利要求19所述的过滤器，其中所述柱截面为椭圆形。
【文档编号】B01D35/027GK103635243SQ201280016512
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年3月1日 优先权日:2011年3月29日
【发明者】T·施尼普科, M·E·约斯特, G·L·里克尔, J·文达赫 申请人:酷思滤清系统有限公司