Brevet FR2519066A2 — publié le 19830701

FR 2519066 A2 19830701 FR 8221691 A 19821223 1 - La présente invention se rapporte à des filtres ou crépines en matière plastique renforcée formés par enroulement de filaments, du type général - décrit dans la demande de brevet principal Plus parti- culiîrement, l'invention est relative à un procédé de fabrication de filtres ou crépines formés par enroule- ment de filaments sur un mandrin nervuré, grâce auquel on peut produire des filtres ou crépines ayant diffé- rentes largeurs de fentes afin de-répondre à différentes conditions d'utilisation prévues Par exemple, une situation peut nécessiter une largeur de fentes de 1,27 mm tandis qu'une autre peut nécessiter une largeur de fentes de 2,54 mm, voire même de 3,81 mm Dans le brevet américain N O 3 658 128, il est évident que la réalisation d'une largeur de fente quelconque nécessi- terait une réduction autour du diamètre du filtre cylin- drique fini Une telle opération d'usinage aurait naturellement pour effet de couper un grand nombre des fibres et de détruire le revêtement de résine protecteur qui les enrobe, rendant ainsi les extrémités sectionnées poreuses à l'eau ou autres liquides qui, en l'absence d'un revêtement protecteur supplémentaire, pourraient s'infiltrer par capillarité le long des fibres et les détériorer Les grands angles de dépouille des surfaces latérales des fils ou barres de forme triangulaire du filtre du brevet américain précité permettraient un changement relativement important de la largeur des - fentes Cependant, la forme triangulaire représentée des fils se traduirait par une perte importante de matière des fils lorsque le diamètre du filtre serait réduit par tournage pour produire une large fente. Le filtre présenterait également une diminution importante de sa résistance au flambage lorsqu'il serait formé -2- avec de larges fentes étant donné que la résistance au flambage varie proportionnellement au cube de l'épaisseur utile du fil dans la direction radiale Les angles de dépouille des surfaces latérales bien plus petits des fils du filtre ou crépine décrit dans le brevet principal permettent d'enrouler les fils formant la surface du filtre avec un pas bien plus serré, ce qui permet d'obtenir des pourcentages de "surface d'ouverture" du filtre plus élevés que ceux obtenus avec les fils du brevet américain précité, étant donné que les fils sont bien plus étroits et bien plus serrés que ceux décrits dans ce brevet Cependant, le petit angle de dépouille limite considérablement la gamme des largeurs de fentes qui peuvent peuvent être produites sur un mandrin donné. Ceci est dû au fait qu'on modifie la largeur des fentes en enroulant des quantités plus ou moins importantes de filaments dans l'espace délimité par les rainures hélicotdales du mandrin, ce qui modifie la hauteur du fil Le petit angle de dépouille nécessite un changement relativement important de la hauteur radiale du fil pour produire un changement relativement petit de la largeur des fentes Ainsi, pour qu'un mandrin donné soit capable de produire des filtres ayant une résistance au flambage minimale prédéterminée, pour une gamme donnée de largeurs des fentes, il serait nécessaire que les filtres ayant les fentes les plus étroites aient une dimension radiale bien plus grande que les filtres ayant les fentes les plus larges et une résistance au flambage bien plus grande que nécessaire. L'un des buts de l'invention est de réaliser un filtre ou crépine formé par enroulement de filaments ayant un diamètre nominal donné, qui peut être fabriqué avec une large gamme de dimensions en largeur des fentes sur un unique mandrin Un autre but de l'invention est de réaliser un tel filtre qui ne nécessite qu'un changement -3- relativement petit de son diamètre pour produire un changement important dans la largeur des fentes Encore un autre but est de réaliser un tel filtre ainsi qu'un appareil et un procédé pour sa fabrication tels qu'on puisse obtenir des proportions relativement importantes de surface d'ouverture des fentes et une résistance au flambage importante en utilisant des quantités minimales de matière. Ces buts ainsi que d'autres sont atteints par l'appareil de l'invention dans lequel les surfaces des parois latérales des nervures ou saillies à section décroissante formées sur le mandrin, qui forment les fils de la surface du filtre hélicoïdal, ont, dans leurs parties radialement les plus intérieures, un angle de dépouille relativement petit et, dans leurs parties radialement les plus extérieures, un angle de dépouille bien plus grand Ces angles de dépouille différents ont pour effet que la partie intérieure du fil du filtre, laquelle constitue la plus grande partie de l'épaisseur totale de paroi du filtre, a une section transversale relativement étroite et un petit angle de dépouille, par exemple d'environ 30 La partie intérieure fournit la résistance principale au flambage du filtre La partie extérieure du fil du filtre a un angle de dépouille bien plus grand, par exemple d'environ 150 L'angle de dépouille important permet d'avoir un changement minimal d'épaisseur de paroi pour un changement donné des dimensions des fentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé sur lequel la Fig 1 est une vue latérale représentant un mandrin d'un type approprié pour la fabrication du -4- filtre suivant l'invention; la Fig 2 est une vue latérale, avec coupe partielle, d'un filtre auquel est appliquée l'invention; les Figs 3 a et 3 b sont des vues, à plus grande échelle, de quelques unes des nervures, arêtes ou saillies du mandrin de la Fig 1, montrant leur relation avec les filaments qui sont enroulés sur lui pour former des filtres ou fils entre lesquels sont respectivement formées des fentes de filtrage larges et étroites; les Figs 4 a et 4 b sont des vues analogues à celles des Fig 3 a et 3 b dont elles ne diffèrent que par le fait qu'elles montrent des fils de filtres entre lesquels sont respectivement formées des fentes de filtrage larges et étroites et qui ont été formés sur un mandrin du type décrit dans le brevet principal; les Figs 5 a et 5 b sont des vues analogues à celles des Figs 3 a et 3 b dont elles ne diffèrent que par le fait qu'elles montrent des fils de filtres entre lesquels sont respectivement formées des fentes de filtrage larges et étroites et qui ont été formés sur un mandrin du type décrit dans le brevet américain N O 3 658 128 précité. Sur la Fig 1 à laquelle on se référera, on a désigné dans son ensemble par la référence 10 un mandrin qui convient pour être utilisé pour la fabri- cation du filtre ou crépine formé par enroulement de filaments suivant l'invention Le mandrin 10 est du type décrit au brevet principal en ce sens qu'il comporte une partie d'extrémité lisse amovible 12, une partie d'extrémité filetée amovible 14 et une série de segments nervurés 16 quicomportent des nervures 18 Les éléments du mandrin sont tous montés sur un support cylindrique (non représenté) qui est conçu pour pouvoir être retiré lorsque les segments nervurés 16 sont aplatis ou démontés par un déplacement vers l'intérieur après qu'un filtre ait été formé sur eux Les nervures 18 formées sur chaque segment sont uniformément espacées les unes des autres et les nervures formées sur tous les segments, lorsque ceux-ci sont assemblés, se trouvent sur le lieu géométrique d'une hélice Les espaces 20 entre les nervures 18 axialement adjacentes définissent la forme des filaments enrobés de résine (non représentés) qui y sont enroulés pour former les parties d'enveloppe en fils d'un filtre Comme expliqué dans le brevet princi- pal, on peut enrouler un unique faisceau de filaments enrobés de résine, longitudinalement entre les saillies d'extrémité crantées 24 et les tétons saillants 26, et circonférentiellement pour produire un filtre ou crépine ayant la forme représentée sur la Fig 2 excepté que le filetage mâle 32 ' sur la partie d'extrémité mâle 32 est formé ensuite au moyen d'un outil de tour. La partie d'extrémité femelle 34 du filtre 30 comporte un filetage interne 34 ' qui est formé directement sur la partie d'extrémité filetée 14 du mandrin La partie intermédiaire 36 munie de fentes de filtrage est constituée par des fils 38 enroulés en hélice qui délimitent des fentes 40 Les fils 38 sont soutenus dans une disposition espacée les uns des autres par des barres de support 42. Les Figs 3 a et 3 b sont des vues en coupe à plus grande échelle qui montrent quelques unes des nervures 18 de la Fig 1 On voit que les nervures 18 ont leurs parties de parois inférieures 18 a disposées à un petit angle de dépouille - ' et leurs parties de parois supérieures ou d'extrémité 18 b disposées à un angle de dépouille f bien plus grand Comme on le voit sur la Fig 3 a, le fait de prévoir deux angles de dépouille. permet de former les fils 38 pour obtenir une large fente 6 - de filtre de largeur '-> 38, par exemple de 3,81 mm, et une section transversale relativement haute avec un pas relativement serré P 18 de 10,160 mm, par exemple, étant donné que l'angle de dépouille o est, de préférence, très petit, par exemple de 3 Etant donné que l'angle de dépouille / est bien plus grand, par exemple de 150, on voit sur la Fig 3 b que, lorsque les fils 38 ' sont formés plus épais de façon à obtenir une largeur LV'38 de fente relativement étroite, par exemple de 1,27 mm, la profondeur supplémentaire requise est bien moindre que si la surface de paroi 18 b faisait le même petit angle que la surface 18 a On voit en considérant les Figs 4 a et 4 b sur lesquelles les nervures 118 représentées font un angle Y constant d'environ 150, qu'il est possible de former les fils 138 pour obtenir des fentes W 138 de 3,810 mm ou de former les fils 138 ' pour obtenir des fentes W'138 de 1,27 mm Cependant, le pas P 118 entre les nervures 118 doit être accru de 10,160 mm à 12,7 mm pour permettre une telle gamme de largeurs de fentes. La construction de la technique antérieure représentée sur les Figs Sa et 5 b nécessite que le pas P 218 entre les nervures 218 soit accru encore davantage, à 21,59 mm pour permettre une gamme de largeurs de fente, Co 38, Lut 238 ' allantde 1,27 à 3,810 mm. Si l'on admet que les nervures des divers mandrins représentés sur les Figs 3 a, 3 b, 4 a, 4 b, Sa, 5 b sont dimensionnées et espacées de façon à produire un filtre ayant un diamètre extérieur de 406,4 mm lorsque les fentes du filtre ont une largeur de 3,81 mm, et de façon à permettre de former des ouvertures de fentes comprises entrel,27 à 3,810 mm, et de façon à obtenir une pression de flambage critique minimale du filtre résultant de 517 k Pa, on peut facilement calculer que la construction perfectionnée à deux angles de dépouille de la Fig 3 b présente des avantages importants Par exemple, -7- les fils 38, 38 ' ont des surfaces de section transversale 2 2 respectives de 59,55 mm et de 95,74 mm par rapport à 2 2 69,68 mm et 118,06 mm pour les fils 138, 138 ' et à 2 2 136,77 mm et 178,71 mm pour les fils 238, 238 ' La plus petite section transversale des modes de réalisa- tion des Figs 3 a, 3 b nécessite moins de passes d'enrou- lement et moins de matière pour sa formation Les modes de réalisation des Figs 3 a, 3 b ont également une surface d'ouverture nettement plus grande des fentes LQ 38, '38 par unité de longueur du filtre Ainsi, pour une longueur donnée du filtre, une énergie de pompage bien plus faible sera nécessaire pour faire passer un volume donné de liquide à travers le filtre Exprimé d'une autre manière, la même quantité de surfaces d'ou- verture de fente peut être obtenue avec une plus petite longueur de filtre Plus précisément, dans le cas des exemples représentés respectivement sur les Figs 3 a, 3 b, 4 a, 4 b, 5 a et 5 b On peut calculer que la surface d'ouverture en pourcentage de la longueur totale est respectivement de 28,5 %, 9,6 %, 22,8 %, 7,7 %, 13,4 % et 4,5 % On peut calculer que la pression de flambage critique des six-exemples de filtres est respectivement de 655 k Pa, 1875 k Pa, 531 k Pa, 1517 k Pa, 690 k Pa et 1131 k Pa Bien que le mode de réalisation de la Fig 5 a soit légèrement meilleur à cet égard, les modes de réalisation des Figs 3 a et 3 b ont une résistance au flambage nettement supérieure à celle des modes de réalisationdes Figs 4 a, 4 b et 5 b On a effectué les calculs en utilisant les dimensions et les angles ci- dessus mentionnés et en admettant les largeur et hauteur maximales suivantes pour chacun des modes de réalisa- tion des Figs 3 a-5 b: 6,35 mm, 12,7 mm; 8,83 mm, 17,45 mm; 8,83 mm, 12,7 mm; 11,43 mm, 17,45 mm; 17,78 mm, 15,39 mm et 20,32 mm, 17,6 mm. Un avantage supplémentaire de l'invention représentée sur les Figs 3 a, 3 b par rapport aux modes de réalisation des Figs 5 a, 5 b est qu'il y a une diffé- rence de hauteur relativement importante entre la hauteur du fil 38 et celle du fil 38 ' par rapport à celle qui existe entre les fils 238 et 238 ' Ainsi, une petite variation dans la quantité de matière enroulée entre les nervures 18 effectuée en vue d'obtenir une petite largeur de fente donnée W '38 aura beaucoup moins d'effet sur l'obtention de la largeur de fente désirée que ceci ne serait le cas pour le mode de réalisation de la Fig 5 b dans lequel de très petits changements de hauteur du fil 238 ' peuvent produire des changements très importants dans la largeur W' des fentes. Il est préférable que l'angle Oi auquel la partie principale 18 a de la longueur du côté de la nervure 18 est formée ne soit supérieur à 5 environ et, de pré- férence, qu'il ne soit pas supérieur à 30 environ Une certaine obliquité est nécessaire pour faciliter l'en- lèvement des segments du mandrin par un déplacement radial vers l'intérieur par rapport au filtre après que le filtre a été enroulé et durci Cependant, l'emploi d'un angle o trop grand entraîne un gaspillage de matière étant donné que la capacité des fils 38, 38 ' de filtre à résister au flambage dépend dans une bien plus grande mesure de la hauteur du filtre que de sa largeur On considère également préférable que l'angle ( 3 auquel la petite partie 18 b de la longueur du côté de la nervure 18 est formée soit d'au moins 100 et, de préférence, d'environ 150 Etant donné que les parties de paroi latérale de la partie de surface d'usure des fils 38,38 ' sont formées par les parties de paroi 18 b, on voit que si l'on utilisait un angle A plus petit il serait néces- saire de rendre le fil 38 ' bien plus haut pour permettre 251906 i -9d'obtenir avec un unique mandrin la variation de largeur des fentes de d, à ' 38 représentée sur les Figs. 38 3 3 a, 3 b La hauteur supplémentaire requise accroîtrait inutilement la résistance au flambage des filtres ayant de petites ouvertures de fente au prix d'une importante quantité supplémentaire de matière Cependant, l'angle " ne doit pas non plus être trop grand étant donné qu'il serait alors difficile d'obtenir une largeur de fente c)'38 uniforme désirée car il n'est pas possible de remplir exactement toutes les rainures entre les nervures adjacentes 18 avec un volume et une densité identiques de matière d'enveloppement constituée par des filaments enrobés de résine. - REVENDICATIONS - 1 Filtre ou crépine ( 30) pour puits> du type décrit au brevet principal, formée entièrement en matière plastique renfor- cée par des filaments et comportant une partie allongée ( 36) for- mant filtre comportant des fentes ( 40), formées par un enroulement hélicoidal, et des parties d'extrémité non fendues ( 32, 34) qui en sont solidaires, lesdits filaments ou brins, dont chacun est enrobé de résine, étant disposés à la fois dans la direction longitudinale et dans la direction circonférentielle sur toute la longueur du filtre, l'une desdites parties d'extrémité non fendues ( 68 ') ayant un file- tage femelle ( 72) intérieur formé par au moins une couche de fila- ments circonférentiels enroulés en hélice qui sont positionnés ra- dialement à l'intérieur de tous les filaments longitudinaux, la se- conde partie d'extrémité non fendue ( 68 ") ayant au moins un brin de filaments longitudinaux ( 78) positionné radialement à l'intérieur de tous ses filaments circonferentiels, caractérisé en ce que la section transversale des fils ( 38, 38 ') qui constituent la partie du filtre comportant des fentes a, dans son ensemble, une forme tra- pézoidale dont la plus grande dimension s'étend dans une direction radiale par rapport au filtre, les côtés supérieur et inférieur de cette section transversale étant approximativement parallèles entre eux et les côtés s'étendant à peu près radialement conver- geant vers l'intérieur, ces deux derniers côtés étant inclinés d'un angle ( longueur à partir du cbté supérieur. 2 Filtre ou crépine selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de convergence de ladite plus grande partie ( 18 a) n'est pas supérieur à environ 5 . 251906 i -il - 3 Filtre ou crépine selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de convergence de ladite plus grande partie ( 18 a) n'est pas supérieur à environ 3 . 4 Filtre ou crépine selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle de convergence de ladite plus petite partie ( 18 b) est d'au moins 100. Filtre ou crépine selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle de convergence de ladite plus petite partie ( 18 b) est d'environ 5 . 6 Appareil pour fabriquer un filtre ou crépine, tel que défini suivant les revendications 1 à 5, par enroulement de filaments, du type comprenant un mandrin ( 10) muni de ner- vures hélicoïdales ( 18), formé en plusieurs segments et aplatis- sable, utilisé pour former un faisceau de filaments de renforce- ment enrobés de résine en un fil enroulé en hélice formant la surface du filtre, caractérisé en ce que les nervures ( 18) des segments du mandrin sont formées de telle sorte que leurs faces latérales, vues dans un plan axial du mandrin, sont inclinées dans des directions qui convergent vers l'extérieur sur la plus grande partie ( 18 a) de leur longueur radiale, à partir de leur partie infé- rieure, d'un angle (Oa) relativement petit et sur la petite partie restante ( 18 b) de leur longueur radiale, d'un angle ( P) relative- ment plus grand, ladite petite partie étant adaptée pour être en contact, sur des parties plus ou moins grandes de son étendue ra- diale, avec des épaisseurs plus ou moins grandes de filaments de renforcement enrobés de résine, selon la largeur désirée des fentes du filtre entre les fils adjacents de l'enroulement en hélice ( 38, 38 ') disposés entre les nervures adjacentes du mandrin, de manière que ladite plus grande partie ( 18 a) de la longueur radiale des nervures ( 18) forme une partie de base de support relativement étroite et de section légèrement convergente vers 12 - l'intérieur des fils du filtre tandis que ladite petite partie ( 18 b) de la longueur radiale des nervures forme une surface d'usure notablement plus large. 7 Appareil pour fabriquer un filtre ou crépine selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle de conver- gence de ladite plus grande partie ( 18 a) de la longueur radiale des nervures ( 18) n'est pas supérieur à environ 5 . 8 Appareil pour fabriquer un filtre ou crépine selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle de convergence de ladite plus grande partie ( 18 a) de la longueur radiale des nervures ( 18) n'est pas supérieur à environ 30. 9 Appareil pour fabriquer un filtre ou crépine selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'angle de convergence de ladite petite partie ( 18 b) de la longueur radiale des nervures est d'au moins 100. 10 Appareil pour fabriquer un filtre ou crépine selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'angle de convergence de ladite petite partie ( 18 b) de la longueur radiale des nervures est d'environ 15 .