Brevet FR2366862A1 — publié le 19780505

La présente invention concerne une cartouche filtrante pour filtre à air et son procédé de fabrication. On connaît des cartouches filtrantes qui utilisent, comme élément filtrant cylindrique ou plat, une couche de mousse de polyuréthane à cellules ouvertes. Pour permettre à la couche de mousse de polyuréthane de résister à l'écrasement du-à la perte de charge et pour la maintenir en position, on loge cette couche de mousse entre des cages perforées, réalisées en :tôle électro-zinguée ou peinte ou en matière plastique, la couche filtrante étant maintenue en place par serrage. Une telle cartouche filtrante connue présente l'inconvénient d'avoir un prix de revient relativement élevé du fait du prix des armatures rapportées et du temps nécessaire pour ces fabrications. La présente invention vise essentiellement à remédier à ces inconvénients en procurant une cartouche filtrante de conception particulièrement simple. A cet effet, cette cartouche filtrante pour filtre à air est caractérisée en ce qu'elle est constituée par un ensemble monobloc comprenant, d'une part, un élément filtrant en mousse à cellules ouvertes, notamment en mousse de polyuréthane, et, d'autre part, une armature externe en matière thermoplastique adhérant à une partie au moins de la surface externe de l'élément filtrant. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une cartouche filtrante pour filtre à air caractérisé en ce que l'on place dans un moule en deux parties dne couche de mousse à cellules ouvertes, notamment de mousse de polyuréthane, on comprime partiellement ladite couche de mousse entre les deux parties du moule et on moule ensuite par iQej'}ction une armature thermoplastique sur la couche de mousse préalablement comprimée. Par le procédé suivant l'invention on obtient des cartouches filtrantes monobloc dont l'élément filtrant est renforcé par le support que constitue l'armature thermoplastique injectée,. Cette armature permet de maintenir à coup -sur la couche filtrante en mousse et on peut également, pendant le surmoulage de l'armature de maintien, réaliser tous les éléments d'agrafage, d'#ncIiquet#e. ou de sertissage de l'ensemble monobloc sur un corps de filtre ou un couvercle . On obtient ainsi une cartouche filtrante dont le prix de revient est considérablement abaissé par rapport aux cartouches filtrantes connues. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en plan d'une cartouche filtrante mono bloc en forme de disque - la figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne Il-Il de la figure 1, - la figure 3 est une vue moitié en élévation, moitié en coupe axiale d'une cartouche filtrante cylindrique, - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un moule utilisé pour la fabrication d'une cartouche filtrante en forme de disque, - la figure 5 est une vue en plan d'une variante d'exécution d'une cartouche plate, - la figure 6 est une vue en élévation de la cartouche plate de la figure 5, - la figure 7 est une vue en coupe axiale partielle d'une cartouche filtrante plate montée dans son support et logée à l'intérieur d'un corps de filtre, Les figures 8,9 et 10 sont des demi-vues en coupe axiale de variantes d'exécution d'une cartouche filtrante cylindrique montée dans son support. Les figures 11,12 et 13 sont des schémas illustrant divers modes de verrouillage de la cartouche dans son support. - la figure 14 est une vue en plan d'une autre variante d'exécution d'une cartouche plane - la figure 15 est une vue en coupe axiale faite suivant la ligne XV XV de la figure 14. - la figure 16 est une vue en coupe longitudinale- partielle de la cartouche des figures 14 et 15 montée dans un corps de filtre - la figure 17 est une vue en coupe axiale d'un moule utilisé puur la fabrication de la cartouche des figures 14 et 15. - la figure 18 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une variante de montage de la cartouche dans un corps de filtre. Sur les figures 1 et 2 est représentée une cartouche filtrante plane 1 suivant l'invention , en forme de disque. Cette cartouche est constituée parun ensemble monobloc comprenant, d'une part, un élément filtrant plan 2 en forme de disque, en mousse à cellules ouvertes telle qu'une mousse de polyuréthane, et, d'autre part, une armature 3 en matière thermoplastique, telle que ~nylon", polypropylene, etc... adhérant à l'élément filtrant. Dans le cas d'une telle cartouche plate, l'armature 3 adhère à l'une des faces frontales de l'élément filtrant discoi-de 2. Cette armature qui est surmoulée sur l'élément filtrant 2 , peut avoir toute forme appropriée assurant le renforcement de cet élément filtrant 2. Dans la forme d'exécution non limitative représentée sur les figures 1 et 2, cette armature 3 est constituée par une roue à rayons comportant un anneau externe 3a, un moyeu central 3b et des rayons 3c reliant l'anneau externe 3a au moyeu central 3b. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'armature 3 se trouve légèrement enfoncée dans la couche de mousse filtrante 2 : ceci résulte de son procédé de fabrication comme on le verra plus loin. Sur la figure 3 est représentée une cartouche filtrante 4 suivant l'invention, laquelle est cylindrique. Cette cartouche filtrante est également constituée par un ensemble-monobloc com prenant d'une part un élément filtrant 5 cylindrique, en mousse de polyuréthane par exemple, et, d'autre part, une armature externe 6, en matière thermoplastique, adhérant à la surface latérale exter ne de-l'élément filtrant 5. Cette armature externe 6 se présente sous la forme d'une grille cylindrique comportant des nervures longitudinales 6a et des nervures circulaires transversales 6b s'entrecroisant, comme il est illustré sur le dessin. L'armature externe 6 est surmoulée sur l'élément filtrant 5 en même temps qu'un fond 7 obturant l'une des extrémités de la cartouche filtran te cylindrique. La figure 4 représente un moule en deux parties utilisé pour la fabrication d'une cartouche filtrante plane et discolde 1 telle que représentée sur les figures 1 et 2. Ce moule comprend -deux parties à savoir un porte-empreinte inférieur 8 au centre du quel est logée une empreinte inférieure rapportée 9 , et un porte-empreinte supérieur li sur lequel est fixée une empreinte supérieure rapportée 12. L'empreinte inférieure rapportée 9 est traversée axialement par une tige d'éjection 13 tandis qu'au centre du porte-empreinte supérieur 11 et de l'empreinte supérieure rapportée 12 est montée une buse 14 à travers laquelle est injec tée la matière thermoplastique. Pour la fabrication de la cartouche filtrante 1, on place d'abord dans le porte-empreinte inférieur 8 un élément filtrant discoide 2 , en mousse de polyuréthane, cet élément 2 remplissant pratiquement la cavité 8a formant 11 empreinte inférieure. La position qu'occupe alors la cartouche filtrante 2 :#est indiquée par la ligne en trait mixte 2a. Ensuite, lorsque l'on ferme le moule en amenant en contact les deux porte-empreintes 8 et 11, l'empreinte rapportée supérieure 12 écrase la partie centrale de la couche filtrante en mousse 2 , ainsi qu'il est représenté sur la figure 4. L'épaisseur de la couche ainsi écrasée est rédui te à quelques dixièmes de millimètres. Ensuite, on moule par injection l'armature thermoplastique 3 en introduisant cette matière par la buse d'injection 14, cette buse communiquant avec des gorges appropriées prévues dans la face frontale de l'emprein te rapportée 12, pour former les divers éléments constitutifs de l'armature 3. Lorsque l'on ouvre le moule, l'élément filtrant 2 ne revient pas totalement à sa forme initiale, malgré son élasticité : en effet une partie de la matière plastique injectée formant l'armature 3 -pénètre au sein de la mousse de couche filtrante 2 et emp8chè ainsi un retour à la forme originale. La figure 5 et 6 illustre une autre forme d'exécution d'une cartouche filtrante plane 15 de forme générale carrée présentant trois angle arrondis et un quatrième angle tronqaé. La cartouche filtrante 15 est constituée par un élément filtrant 16 en mousse de polyuréthane , sur une face frontale duquel est rapportée une armature 17 en matière thermoplastique. Cette armature 17 est là encore realisée sous la forme dùne roue à rayons mais en plus de l'anneau extérieur 17a, du moyeu central 17b et des rayons 17c, elle présente des nervures radiales de renforcement intermédiaires 17d , s'étendant à partir de l'anneau 17a d'une part vers le moyeu 17b d'autre part en direction opposée vers l'extérieur, sans aller ni jusqu'au moyeu ni jusqu'au bord de l'élément filtrant 16. Par ailleurs, l'armature 17 de la cartouche présente des crochets 18 en saillie vers le haut et venant de moulage avec cette armature. Ces crochets peuvent être situés dans le prolongement des rayons 17c et en tout autre endroit sur l'anneau 17a. Les crochets 18 servent à l'assemblage dela cartouche filtrante 15 avec son support 19, comme il est illustré sur la figure 7. La cartouche filtrante 15 est logée à l'intérieur du support 19en forme de cuvette à jupe latérale cylindrique,les crochets 18 s'engageant dans et passant à. travers des trous 21 prévus dans le fond du support 19 dont la partie centrale est obturée par des toiles métalliques formant un pare-flamme22. Le support 19 de la cartouche filtrante 15 est à son tour immobilisé entre les deux moitiés d'un corps de filtre extérieur 23. Les figures 8,9 et 10 illustrent diverses formes d'exécution d'une cartouche filtrante cylindrique assemblée avec un support 24 en forme de coupelle, destiné à assurer la fixation de la cartouche à l'intérieur d'un corps de filtre. La cartouche filtrante 25 représentée sur la figure 8 comprend un élément filtrant cylindrique 26 en mousse de polyuréthane sur la surface interne duquel est fixée une armature cylindrique 27 en matière thermoplastique en forme de grille à nervures longitudinales 27a et à nervures circulaires transversales 27b entrecroisées. Cette armature forme un seul bloc avec un fond 28 s'étendant vers l'extérieur pour former une collerette 29 en contact avec la face frontale extrême de l'élément filtrant 26 en mousse. Dans la forme d'exécution de la figure 9 la cartouche filtrante 31 qui est semblable dans son ensemble à la cartouche 25, comporte un fond 28, venant de moulage avec l'armature interne 27,lequel starr8te au niveau de la surface interne de l'élément filtrant. Dans la forme d'exécution de la figure 10, la cartouche cylindrique 32 comprend un élément filtrant cylindrique 26, en mousse de polyuréthane par exemple, sur la surface externe duquel est fixée une armature cylindrique 33 en forme de grille à nervures longitudinales et à nervures circulaires transversales entrecroisées. Cette armature forme un seul bloc avec un fond transversal 34. Sur les figures 11,12 et 13 sont illustrés divers modes de verrouillage , du type baionnette, d'une cartouche filtrante cylindrique dans la coupelle 24 formant support . A cet effet, la cartouche porte des tétnns transversaux 35 qui pevent etre engagés dans des encoches 36 du support 24, encoches dans le fond desquelles ils sont maintenus verrouillés par des pattes plus ou moins élastiques 37, 38, 39. On décrira maintenant , en se référant aux figures 14 à 17, une autre forme d'exécution de l'invention et son procédé de fabrication. La cartouche filtrante plane 41, représentée sur les figures 14 et 15, a la forme de la cartouche 15 illustre sur les figures 5 et 6. Elle comporte un élément filtrant plan 42, en mousse de polyuréthane par exemple, sur lequel est rapportée une armature 43 en matière plastique. Toutefois , dans ce cas, l'armature 43 est moulée d'une seule pièce à la fois sur une face frontale de l'élément filtrant 42 et sur sa surface latérale. Elle comprend donc, sur la face frontale de l'élément 42, un anneau externe 43a, un moyeu central 43b et des rayons 43c, comme dans le cas de la cartouche illustrée sur les figures 5 et 6, mais les rayons 43c s'étendent jusqu'à une collerette externe 43d qui suit le bord de l'élément filtrant 42.Cette collerette externe 43d est son tour prolongée par une jupe 43e qui entoure la surface latérale de l'élément filtuant 42. Dans sa zone marginale 42al'élément filtrant 42 est légèrement comprimé, pour augmenter l'étanchéité, comme on le verra plus loin. Sur les rayons 43c et/ou l'anneau 43a sont prévus des bossages 44 venant de moulage avec l'armature 43 et qui sont destinés à constituer des appuis pour un pare-flamme 45 lorsque la cartouche est montée dans un corps de filtre 46, comme il est illustré sur la figure 16. Sur la collerette externe 43d sont également prévus d'autres bossages 47 servant d'appui au pare-flamme 45 et au centrage de ce dernier. La jw#et:43e de l'armature 43 est pourvue d'une collerette transversale 43f servant au montage de la cartouche dans le corps de filtre 46. On voit sur la figure 16 que la cartouche 41 est montée et maintenue dans le corps de filtre 46 par serrage, entre le couvercle et le corps de filtre 46, d'un jonc annulaire transversal 47 qui emprisonne la collerette transversale 43f de la jupe 43. Le pare-flamme 45 est plaqué sur les bossages 44 et 47 et il est maintenu par le couvercle du bottier 46. Eventuellement on peut prévoir des organes de fixation traversant les bossages 44, pour maintenir fermement lé pare-flamme 45 sur la cartouche 41. L'un de ces organes 48, tel qu'un rivet, est représenté sur la figure 16. La cartouche filtrante illustrée sur les figures 14 à 16 peut etre fabriquée en utilisant un moule tel qu'illustré sur la figure 17, ce moule étant représenté fermé dans la moitié gauche de cette figure et ouvert dans' la moitié droite. Le moule comporte une partie supérieure fixe 51, dans laquelle s'effectue l'injection de la matière plastique devant constituer l'armature surmoulée,.,et une partie inférieure mobile 52. La partie inférieure mobile comporte elle-même deux éléments pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre, à, savoir un piston de compression central 53 et une empreinte mobile 54. Cette empreinte mobile a une forme tronconique et on engage l'élément filtrant 42 en mousse de polyuréthane à l'intérieur de l'empreinte mobile 54,par le haut, c"est-à-dire du -cte de la petite base de cette empreinte. De ce fait, l'élément filtrant 42 est comprimé quelque peu dans sa zone marginale, lorsqu'il se trouve an position correcte pour le moulage de l'armature, qui est celle représentée dans la partie droite de la figure 17. Dans cette position, la face supérieure de l'élément filtrant 42 est à fleur avec la face 'supérieure de l'empreinte 54, qui détermine la petite base de cette dernière. On a indiqué en trait mixte, dans la partie droite de la figure 17,La la forme de l'élément filtrant 42 au repos,, c'est-à-dire avant compression, cette forme étant cylindrique. Le piston central 53 se trouve placé en-dessous de l'empreinte 54 et de l'élément filtrant 42,lorsque le moule est ouvert. Pour assurer le moulage par injection de l'armature 43, on ferme le moule , ce qui se traduit par un déplacement de l'ensemble mobile 52 vers le haut. De ce fait, l'empreinte inférieure 54 s'engage dans une empreinte correspondante 55 formée dans la partie fixe 51. Dans le fond de l'empreinte fixe 55 sont prévus des gorges et évidements destinés à former-les divers éléments de l'armature 43 sur la face frontale de l'élément filtrant 42. Ce dernier est très fortement écrasé entre le fond de l'empreinte fixe 55 et le piston 53. A titre exemple, dans une fabrication courante, l'élément filtrant 42 qui présente au repos une épaisseur de 35mm, est comprimé ,' pendant l'opération de moulage par injection, jusqu'à une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 0,7 mm. L'empreinte inférieure mobile 54 présente une surface latérale externe 54a qui, lorsque le moule est fermé, est distante de la surface latérale de l'empreinte 55, afin de permettre le moulage de la jupe latérale 43e , comme on le voit dans la partie gauche de la figure 17. Par ailleurs, on voit que le piston 53 présente un évidement latéral 56 dans lequel est refoulée, lors de la compres sinon, la partie marginale de l'élément filtrant 42, comme il est indiqué par 42a dans la partie gauche de la figure 17. Cette partie est donc comprimée et est écartée de la zone de moulage. Par conséquent, lors du moulage par injection qui s'effectue par la partie centrale de l'élément supérieure fixe 51, la partie marginale 42a de l'élément filtrant 42 est maintenue à l'écart de la zone de moulage et elle n'adhère donc pas l'armature 43 obtenue. Lorsque l'on ouvre le moule , après l'injection, cette partie 42a précédemment comprimée se détend et vient s'appliquer contre la ju-pe latérale 43e, en conservant un certain degré de compression assurant l'étanchéité. On voit sur la figure 16 que lorsque la cartouche 41 qui vient d'être décrite est montée dans le corps de filtre 46, l'air à filtrer traverse tout d'abord la face frontale nue de l'élément filtrant 42, puis la face revêtue de l'armature 43 et enfin le pare-flamme 45. La figure 19 illustre une autre disposition dans laquelle l'armature 43 est située en amont , c'est-à-dire sur la face qui est traversée en premier par l'air à filtrer. Dans ce cas, le pareflamme 57 est situé en regard de la face frontale aval de l'élément filtrant 42 qui est dépourvue de l'armature 43 et il ne peut donc pas 'être supporté par cette dernière. Le pare-flamme 57 comporte un empilage de disques perforés ou présentant des crevés décalés en quinconce,cet empilage de disques étant maintenu à sa périphérie par une collerette 58 à section droite en U. Cette collerette est à son tour maintenue dans le boîtier 46 par des lames de ressort 59 judicieusement cambrées. Comme on peut le voir sur la figure 18 l'élément filtrant 42 en mousse de la cartouche 41 dépasse, dans ce cas, au-delà de l'extrémité de la jupe 43e. De ce fait, lorsque la cartouche 41 est montée dans le corps de filtre 46, le pare-flamme 57 comprime quelque peu la partie de l'élément filtrant 42 qui dépasse de la jupe 43e. REVENDICATIONS 1. Cartouche filtrante pour filtre à air caractérisée en ce qu'elle est constituée par un ensemble monobloc comprenant, d'une part, un élément filtrant en mousse à cellules ouvertes, notamment en mousse de polyuréthane et, d'autre part, une armature externe en matière thermoplastique adhérant à une partie au moins de la surface externe de l'élément filtrant. 2. Cartouche filtrante suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément filtrant plan 2,16,42 en mousse à cellules ouvertes sur une face frontale duquel est formée l'armature 3,17,43 en matière thermoplastique. 3. Cartouche filtrante suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'armature -constitue une roue à rayons comprenant un anneau externe 3a, 17a, 43a , un moyeu central 3b, 17b, 43b, et des rayons 3c, 17c, 43c s'étendant entre le moyeu central et l'anneau externe. 4. Cartouche filtrante suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l'armature 3 est légèrement enfoncée dans l'élément filtrant 2. 5. Cartouche filtrante suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'armature 17 présente des cro chets 18 en saillie, venant de moulage avec l'armature, en vue de l'assemblage de la cartouche filtrante avec son support 19. 6. Cartouche filtrante suivant l'une quelconque des revendications 2 5, caractérisée en ce que l'armature 43 comporte une colleret te externe 43d prolongée par une jupe 43e venant de moulage, entourant la surface latérale de l'élément filtrant 42 en mousse sans y adhérer et au voisinage de laquelle la zone marginale de l'élément filtrant 42 est comprimée: 7. Cartouche filtrante suivant la revendication 6, caractérisée en ce que l'armature -43 présente #es-bossages.44,47#deetinés à constitueredes appuis -po#r un psre-flamme 45. 8. Cartouche filtrante suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la jupe 43e. est pourvue d'une collerette transversale 43f servant au montage de la cartouche. 9. Cartouche filtrante suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément filtrant cylindrique 5 en mousse et une armature externe 6, 33 ou interne 27 en forme de grille cylindrique comportant des nervures longitudinales et des nervures circulaires transversales s'entrecroisant, cette armature étant surmoulée en mêXe temps qu'un fond 7,34 obturant l'une des extrémités 10.Procédé de fabrication d'une cartouche filtrante pour filtre à air suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qud l'on place dans un moule en deux parties une couche de mousse à cellules ouvertes, notamment de mousse de polyuréthane , on comprime partiellement ladite couche de mousse entre les deux parties du moule et on moule ensuie par injection une armature thermoplastique sur la couche de mousse préalablement comprimée 11. Procédé de fabrication d'une cartouche filtrante pour filtre à air suivant l'une quelconque des revevendications 6 à8, caractérisé en ce qud l'on place dans un moule en deux parties une couche de mousse à cellules ouvertes plane, on comprime partiellement ladite couche de mousse plane perpendicùlairement à ses deux faces frontales, après avoir comprimé quelque peu transversalement la couche de mousse dans sa- zone marginale, puis on moule par injection une armature thermoplastique s'étendant sur une face frontale de la couche de mousse comprimée et se prolongeant par une jupe entourant, mais à distance, la surface latérale de la zone marginale comprimée de la couche de mousse, si bien qu'après moulage cette zone marginale comprimée se détend partiellement et reste appliquée, sous une certaine pression, contre la face interne de la jupe latérale de l'armature.