Brevet FR2673852A1 — publié le 19920918

Perfectionnements apportés aux cartouches de filtration comprenant un élément filtrant constitué Par une feuille plissée. L'invention concerne les cartouches de filtra- tion pour fluides pollués (tels que huile, carburant, air d'alimentation d'un moteur à combustion interne) comprenant un élément filtrant tubulaire délimité inté- rieurement et extérieurement par deux surfaces cylindri- ques à génératrices parallèles reliant entre elles deux faces planes annulaires transversales, élément constitué par une feuille plissée perméable au fluide à filtrer et non aux impuretés à séparer. Dans les modes de réalisation actuels desdites cartouches, la surface cylindrique délimitant intérieu- rement l'élément filtrant est en général de révolution comme la surface cylindrique extérieure et le plissage de la feuille filtrante est généralement effectué en accordéon, c'est-à-dire avec alternance du pliage selon des sens opposés, autour d'arêtes de pliage rectilignes parallèles aux génératrices ci-dessus, les tronçons plans ou pans de feuille filtrante pliée s'étendant selon des directions radiales ou peu inclinées sur des rayons de l'élément tubulaire et se succédant selon la25 direction circonférentielle de cet élément. Le serrage de ces plis est limité par la lon- gueur circonférentielle du cercle directeur du cylindre délimitant intérieurement l'élément tubulaire. Au niveau de ce cylindre, les pans de feuille filtrante sont quasiment jointifs, étant juste séparés les uns des autres par le jeu nécessaire pour livrer passage au fluide filtré ou à filtrer. Comme le nombre et donc l'épaisseur totale de feuilles composant l'élément filtrant sont les mêmes à tous les niveaux radiaux de cet élément, et comme la longueur du cercle directeur définissant le cylindre extérieur de l'élément tubulaire est supérieure à celle du cercle directeur définissant son cylindre intérieur, les plis sont moins serrés vers l'extérieur et sont donc séparés mutuellement par des espaces relativement lar- ges: la largeur de ces espaces est supérieure à celle simplement nécessaire au passage du fluide et il en résulte un manque à gagner pour le rendement de la fil- tration par unité de volume de l'élément filtrant. Pour remédier à cet inconvénient, c'est-à-dire augmenter le degré de remplissage par la feuille fil- trante plissée du volume global occupé par l'élément filtrant tubulaire, il a déjà été proposé d'ajouter des plis plus petits entre certains des plis normaux, dans les portions, de l'élément, les plus proches de sa face cylindrique extérieure, la section droite de l'ensemble des plis se présentant alors sous la forme d'une suc- cession annulaire de M reliés entre eux deux à deux par les bases de leurs ailes adjacentes (voir brevet FR-1 594 622). La performance filtrante des éléments de ce typer pour un volume donné de ces éléments, est supé- rieure à celle des éléments correspondants présentant un plissage simple en accordéon. Mais dans les modes de réalisation connus de ces éléments, les plis de la feuille filtrante sont droits, c'est-à-dire exécutés le long d'arêtes rectilignes pa- rallèles aux génératrices des surfaces cylindriques définissant les faces intérieures et extérieures desdits éléments. Or il a été proposé également d'améliorer les éléments filtrants du genre ci- dessus, c'est-à-dire présentant un plissage simple en accordéon, en plissant la feuille filtrante selon des plis qui ne sont plus droits, mais qui s'étendent selon des lignes brisées en zigzag la feuille filtrante est alors plissée selon deux directions perpendiculaires entre elles, savoir non plus seulement selon la direction circonférentielle de l'élément filtrant, mais aussi selon sa direction axi- ale. Un tel plissage double, dit "chevronné" permet de régler le degré de remplissage en feuille filtrante du volume disponible pour celle-ci, en modifiant le degré de serrage des plis, c'est-à-dire le nombre de ces plis contenu dans une longueur donnée, non seulement selon la direction circonférentielle, comme dans le cas du plissage droit, mais aussi selon la direction axiale (voir brevet FR-1 106 780). La performance filtrante des éléments de ce dernier type, pour un volume donné de ces éléments, est, ici encore, améliorée par rapport à celle des éléments présentant un plissage simple en accordéon à plis droits. Chacune des deux caractéristiques exposées ci- dessus permet donc d'améliorer le remplissage du volume d'un élément filtrant en feuille filtrante, et donc sa performance de filtration pour un volume donné. Jusqu'à ce jour, ces deux caractéristiques avaient été seulement mises en oeuvre indépendamment l'une de l'autre. On pouvait penser en effet qu'elles s'excluaient mutuellement et que les accroissements cumulés de maté- riau filtrant dus aux deux types de plissage complé- mentaire considérés aboutiraient à des bourrages préju- diciables à la filtration. La demanderesse a eu l'idée de combiner les deux caractéristiques en question et elle a constaté que le préjugé ci-dessus mentionné n'était pas justifié dans la pratique et qu'au contraire la performance filtrante obtenue pour la cartouche correspondante était améliorée par rapport à chacune des deux solutions précédentes considérée isolément. Plus précisément, les éléments filtrants du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés: en ce que, d'une part, la section droite de l'ensemble de leurs plis se présente sous la forme d'une succession annulaire de M reliés entre eux deux à deux par les bases de leurs ailes adjacentes, et en ce que, d'autre part, les arêtes des plis s'étendent selon des lignes brisées en zigzag. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes: des bossages ou autres reliefs sont prévus sur la feuille filtrante de façon à maintenir les pans adjacents de cette feuille, après son plissage, suffi- samment écartés les uns des autres pour assurer une bonne circulation du fluide entre ces pans, l'élément filtrant est délimité intérieure- ment et extérieurement par deux surfaces cylindriques de révolution coaxiales et le rapport entre le diamètre de la surface extérieure et celui de la surface intérieure est de l'ordre de 3, la feuille filtrante est constituée en un papier dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,5 mm, c'est- à-dire comprise entre 0,4 et 0,6 mm. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limi- tative. La figure 1, de ce dessin, montre en perspec- tive, portions arrachées, une cartouche filtrante éta- blie selon l'invention. La figure 2 montre en partie une coupe trans- versale de cette cartouche. Ladite cartouche, destinée en général à filtrer l'huile de lubrification d'un moteur à combustion in- terne, mais utilisable également pour filtrer d'autres fluides tels que le carburant liquide ou l'air alimen- tant un moteur du genre ci-dessus, comprend, d'une façon connue en soi: un élément filtrant 1 tubulaire et de révolu- tion autour d'un axe X, élément constitué en papier poreux plissé, et deux flasques transversaux ou rondelles 2 d'axe X coiffant respectivement les deux extrémités axiales de l'élément I et fixés de façon étanche sur ces deux extrémités, généralement par collage. C'est essentiellement le plissage du papier constitutif de l'élément 1 qui fait l'objet de la pré- sente invention. Ce plissage est déductible du plissage classique en accordéon étoilé à plis droits par deux plissages complémentaires exécutés respectivement selon la direc- tion circonférentielle et selon la direction axiale de l'élément filtrant. On rappelle que le plissage classique en accor- déon étoilé à plis droits correspond à un plissage du papier selon des arêtes de pliage rectilignes parallèles à l'axe X, exécuté à tour de rôle selon des sens in- verses, chaque arête de pliage raccordant entre eux deux tronçons ou '" pans" de papier plans et rectangulaires, les plans bissecteurs des dièdres constitués par les pans successifs comprenant tous l'axe X et étant donc tous orientés radialement autour de cet axe X. Le premier plissage additionnel qui est exécuté sur cette structure en accordéon étoilé concerne la zone périphérique de l'élément filtrant. Chacun des plis en V occupant cette périphérie dans la structure plissée en accordéon antérieure est ici remplacé par un pli en W, la hauteur du pli inversé médian de chaque W étant inférieure à celle de ses ailes latérales, et notamment de l'ordre de la moitié de cette dernière. On voit clairement sur la figure 2 que cette mesure permet d'augmenter le remplissage en papier de la zone périphérique de l'élément filtrant: en définitive, cette zone périphérique comprend plus de papier par unité de volume que la zone intérieure dudit élément, contrairement à ce que l'on observait dans la structure antérieure. Alors que ce premier plissage additionnel est exécuté selon la direction circonférentielle de la car- touche, le second plissage additionnel est effectué selon la direction longitudinale de celle-ci. Ce dernier plissage consiste à donner aux arêtes des différents plis, non plus la forme de droites paral- lèles à l'axe, comme dans les cartouches connues à plis droits, mais la forme de lignes brisées en zigzag, comme connu dans les cartouches filtrantes présentant un plis- sage à chevrons. On voit en A et en B sur la figure 1 deux telles arêtes s'étendant respectivement dans les surfaces cy- lindriques intérieure et extérieure de l'élément fil- trant. On voit également en C une arête intermédiaire correspondant au pli inversé médian d'un plissage inter- médiaire en W ou en M. Chacune de ces arêtes brisées A, B et C est com- posée d'une suite de segments de droite se raccordant les uns aux autres selon des angles a. Ces différents segments ont des longueurs iden- tiques et les angles a ont tous également des valeurs identiques tout en étant alternativement de sens con- traires. La valeur de l'angle î est avantageusement com- prise entre 60 et 90 degrés, étant de préférence de l'ordre de 80 degrés. En outre toutes les arêtes des lignes brisées A, B et C sont identiques entre elles. Comme visible sur la figure 1, les différentes arêtes de chacune de ces trois familles sont pratique- ment adjacentes et imbriquées les unes dans les autres. Il est à noter que la surface plissée de l'élé- ment filtrant ci-dessus décrit est développable et peut donc être obtenue par simple plissage d'une feuille initialement plane. Il est à noter en outre que, si le degré de ser- rage mutuel des plis, et donc les angles de pliage cor- respondants, est déterminé une fois pour toutes, pour un élément filtrant tubulaire donné, selon la direction circonférentielle, il n'en est pas de même selon la direction axiale: il est en effet facile de modifier à volonté le degré de serrage mutuel des plis, et donc les angles de pliage correspondants, selon cette direction axiale, en rapprochant ou écartant mutuellement les deux extrémités axiales de l'élément selon ladite direction axiale. On peut ainsi régler dans chaque cas le degré de remplissage du volume intérieur de la cartouche filtran- te en matériau filtrant de façon à obtenir le rendement de filtration optimum. Des bossages ou autres reliefs (non représentés) sont avantageusement prévus sur la feuille filtrante de façon que lors de l'application des divers pans de cette feuille les uns contre les autres, il demeure entre eux un espace suffisant pour assurer une libre circulation du fluide à filtrer ou du fluide filtré. La feuille filtrante est avantageusement consti- tuée en un papier dont l'épaisseur est généralement comprise entre 0,2 et 1,2 mm, cette épaisseur étant de préférence de l'ordre du demimillimètre, c'est-à-dire comprise entre 0,4 et 0,6 mm. Le rapport entre les diamètres des deux surfaces cylindriques de révolution délimitant intérieurement et extérieurement l'élément filtrant 1 est de préférence de l'ordre de 3. Sur la figure 1, on voit en 3 une cloison métal- lique cylindrique perforée qui longe la face intérieure de l'élément filtrant, éventuellement à une petite dis-10 tance radiale de cette face, et qui définit la dimension axiale dudit élément en formant entretoise entre les deux flasques annulaires d'extrémité 2: ces flasques sont appliqués axialement contre les deux tranches terminales axiales de ladite cloison 3.15 Cette cloison est dessinée de façon à faire communiquer avec l'intérieur de la cartouche filtrante la totalité des espaces compris entre les grandes jambes des M constitutifs de la feuille plissée. En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'une cartou- che filtrante dont la constitution résulte suffisamment de ce qui précède. Cette cartouche présente de nombreux avantages par rapport à celles antérieurement connues, notamment en ce qui concerne le rendement élevé de la filtration pour un volume donné global de la cartouche, vu la forte densité du "remplissage" en papier plissé du volume glo- bal disponible pour l'élément filtrant tubulaire. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réali- sation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment: celles o la surface cylindrique délimitant extérieurement l'élément filtrant 1 ne serait pas de révolution et admettrait comme directrice une courbe fermée autre qu'un cercle, cette courbe étant notamment elliptique ou ovale, celles o l'une au moins des faces transver- sales terminales de l'élément filtrant ne serait pas recouverte jointivement par un flasque, la fermeture désirable de certains des plis au niveau desdites faces pouvant être obtenue à l'aide de cordons de colle (non représentés) localisés au niveau des tranches de ces plis, lesdits cordons pouvant être formés isolément ou10 faire partie d'une galette de colle durcie, et celles o le matériau constitutif des feuilles filtrantes serait autre qu'un papier, étant par exemple un non-tissé, un feutre ou encore une toile métallique ou plastique, ou même une feuille perforée. REVENDICATIONS 1 Cartouche de filtration comprenant un élément filtrant tubulaire ( 1) délimité intérieurement et exté- rieurement par deux surfaces cylindriques à génératrices parallèles reliant entre elles deux faces planes annu- laires transversales ( 2), élément constitué par une feuille filtrante plissée, caractérisée en ce que, d'une part, la section droite de l'ensemble des plis de la feuille se présente sous la forme d'une succession annu- laire de M reliés entre eux deux à deux par les bases de leurs ailes adjacentes, et en ce que, d'autre part, les arêtes (A,B,C) des plis s'étendent selon des lignes brisées en zigzag. 2 Cartouche selon la revendication 1, carac- térisée en ce que des bossages ou autres reliefs sont prévus sur la feuille filtrante de façon à maintenir les pans adjacents de cette feuille, après son plissage, suffisamment écartés les uns des autres pour assurer une bonne circulation du fluide entre ces pans. 3 Cartouche selon l'une quelconque des précé- dentes revendications, caractérisée en ce que l'élément filtrant est délimité intérieurement et extérieurement par deux surfaces cylindriques de révolution coaxiales et en ce que le rapport entre le diamètre de la surface extérieure et celui de la surface intérieure est de l'ordre de 3. 4 Cartouche selon l'une quelconque des précé- dentes revendications, caractérisée en ce que la feuille filtrante est constituée en un papier dont l'épaisseur est de l'ordre du demi-millimètre, c'est-à-dire comprise entre 0,4 et 0,6 mm.