Brevet FR2690526A1 — publié le 19931029

APPAREIL DE PRELEVEHENT ET DE FILTRATION POUR ANALYSES D'HUILES La présente invention concerne un appareil permettant de faire des prélèvements d'huiles sur des machines ou organes de machines lubrifiés en fonctionnement à partir d'un point du circuit sous-pression et à l'arrêt à partir d'un des éléments tels que réservoir ou bâche. Ces prélèvements sont effectués en vue d'analyses ayant pour but de déterminer la pollution particulaire de l'huile et du circuit. L'intérêt de procéder à des analyses sur des machines ou organes de machines lubrifiés en fonctionnement ou à l'arrêt est connu depuis longtemps.En effet en procédant à des analyses périodiques en laboratoire permettant de contrôler l'étant de l'huile il est possible d'en évaluer le vieillissement et par suite en améliorant sa qualité, d'espacer les vidanges, but recherché sur tous les systèmes lubrifiés et particulièrement sur les moteurs de véhicules automobiles. D'autres analyses visent à évaluer l'état d'usure de ces machines en contrôlant le degré de pollution de l'huile par des particules métalliques, de silice ou par des fibres. L'identification de la nature de ces pollutions permet de déterminer leur provenance et par suite mettre en cause un élément précis de la machine. Les conséquences directes de ces résultats d'analyses sont une meilleure adaptation des huiles de lubrification, une amélioration de la résistance à l'usure et de la fiabilité et par suite de la longévité des machines et des huiles. Dans ces perspectives, la nature et les conditions dans lesquelles sont effectués les prélèvements dépendront étroitement des buts recherchés. Ainsi il sera nécessaire d'opter au préalable sur un type de prélèvement statique ou dynamique. Ce choix impliquera de fixer la localisation du prélèvement sur le circuit de lubrification de la machine. Dans les moteurs thermiques il est courant d'effectuer ces prélèvements dans le réservoir constitué par le carter du moteur au cours ou juste après son fonctionnement alors que l'huile est encore chaude. Pour ce faire différents dispositifs constitués de soupapes, de clapets ou de robinets ont vu le jour. On peut citer une soupape montée à la place du bouchon de vidange (Brevet FR.2.348.363) de même un clapet actionné par le récipient destiné à recueillir ltéchantillon d'huile (Brevet EP 0.163.584). Ce type de prélèvement présente l'inconvénient de ne pas être représentatif de l'huile en circulation dans le circuit souspression du fait que la zone dans laquelle est effectué le prélèvement est située en partie basse, donc propice au dépôt de particules métalliques. Aussi un dispositif de raccordement constitué essentiellement par un robinet de puisage intercalé entre le pressostat usuellement monté sur les moteurs et son embout de raccordement au moteur a fait l'objet d'une invention (Brevet EP. 0. 155.513). Bien que ce dernier dispositif permette d'effectuer un prélèvement dynamique, moteur en fonctionnement, il est nécessaire d'opérer à un recueil de l'échantillon d'huile puis à une filtration par gravité de cette huile pour pouvoir analyser, généralement en laboratoire, les pollutions retenues par le filtre. La nature du filtre utilisé, mais aussi son support évitant par des manipulations successives de perturber les résultats d'analyse ont fait l'objet de réalisations particulières (Brevet MILLIPORE FR.A. 2.663.859). De nombreux paramètres sont susceptibles d'influer sur la représentativité de l'échantillon d'huile prélevé. Outre l'option prélèvement statique ou dynamique, la localisation du prélèvement on peut également citer les conditions dans lesquelles se déroule la filtration : viscosité de l'huile au moment de la filtration (variable selon sa température) ; nature et dimen sions du filtre utilisé ; mode opératoire, gravité, sous-vide, en pression : volume de l'échantillon filtré. Pour que les résultats d'analyses puissent être significatifs et comparables des classes de pollution ont été définies (normes N.A.S 1638 ou N.F.E. 48 - 655 - ISO 4405). L'identification de la nature et de la provenance des pollutions a fait l'objet de dispositifs et de procédés particuliers (Brevets FR.A. 2.545.218 et EP 0.211.689). La nécessité de faire des prélèvements et des analyses in situ sur des machines en fonctionnement a donné lieu à des dispositifs portables. THERMAL CONTROL LTD propose un appareil de prélèvement et un appareil de comparaison permettant de déterminer les classes de contamination de fluides de systèmes hydrauliques. Cet appareil permet un prélèvement statique ou dynamique conduisant à une filtration sous-pression uniquement. Le prélèvement statique nécessite le transfert de l'échantillon d'huile prélevé. La Société HYDAC FILTRES réunit dans une même mallette les différents composants nécessaires pour effectuer les prélèvements et procéder aux analyses correspondantes. Ce système permet un prélèvement statique ou dynamique mais nécessite le transvasement de l'échantillon d'huile prélevé pour effectuer une filtration par aspiration sous-vide uniquement. Quel que soit le mode de prélèvement statique ou dynamique, quel que soit le dispositif particulier permettant d'effectuer ce prélèvement, les appareils portables par leur facilité d'emploi ont permis de multiplier les analyses in situ. Cependant ces appareils sont le plus souvent orientés vers un type de prélèvement déterminé, statique ou dynamique, et un mode de filtration unique, en pression ou sous-vide. En outre ces appareils, bien que d'emploi aisé, se présentent sous forme de composants à assembler sur le site à la manière d'appareils de laboratoire plutôt que comme des appareils opérationnels prêts à l'emploi. Exceptée la filtration directe, sous-pression opérée directement sur un prélèvement d'échantillon d'huile de la machine en fonctionnement il n'est pas possible d'opérer après stockage à la filtration d'un échantillon d'huile dans les conditions de fonctionnement de la machine c'est-à-dire soit à viscosité d'huile déterminée soit à température de fonctionnement connue.L'invention a justement pour objet un appareil de prélèvement pour analyses d'huile portable permettant d'effectuer tant des prélèvements statiques que dynamiques en opérant des filtrations par gravité, aspiration ou souspression. I1 permet en outre de reconstituer les conditions de fonctionnement de la machine en agissant soit sur la viscosité soit sur la température de l'huile préalablement collectée. Selon l'invention l'appareil de prélèvement pour analyses d'huiles constitué de dispositifs de collecte d'échantillons d'huile, d'une cartouche filtrant les particules en suspension dans les échantillons d'huiles collectés, et d'un réservoir gradué recueillant le filtrat se caractérise en ce que, ledit appareil comporte des moyens de chauffage de l'huile collectée et des moyens permettant de procéder à une filtration selon trois modes différents : sous-pression, par gravité, par aspiration. Ces moyens étant connectés à un ensemble monobloc démontable cartouche-réservoir constitué par le support de la cartouche et le réservoir gradué. De préférence les moyens permettant d'effectuer une filtration sous-pression sont constitués, d'un dispositif de prélèvement dynamique réalisé à l'aide d'une liaison montée en dérivation sur le circuit de lubrification de la machine en fonctionnement, d'un régulateur de pression combiné à une vanne. Ces moyens sont connectés à l'ensemble monobloc cartouche réservoir. Cet appareil de prélèvement est conçu et réalisé pour une utilisation opérationnelle extrêmement aisée c'est la raison pour laquelle l'ensemble monobloc cartouche-réservoir est facilement démontable. La cartouche permet de récupérer le filtre sans aucune souillure susceptible de perturber les résultats d'analyse. La liaison permettant d'effectuer le prélèvement dynamique sur la machine en fonctionnement est en général constituée d'un raccord intercalé entre le pressostat et son embout connecté au circuit de lubrification. Le régulateur de pression et la vanne qui lui est associée a pour but de maintenir une pression constante pendant toute la durée du prélèvement et de la filtration, cette pression a une valeur déterminée de façon que les prélèvements successifs soient comparables. Selon une réalisation préférentielle les moyens permettant d'effectuer une filtration par gravité sont constitués d'un récipient, comportant une vanne, fixé sur l'ensemble monobloc cartouche-réservoir. Le récipient est alimenté par un échantillon d'huile préalablement collecté sur la machine à contrôler. Ces moyens sont connectés à l'ensemble monobloc cartoucheréservoir. De préférence également le récipient et sa vanne permettant d'effectuer une filtration par gravité comporte un élément chauffant thermorégulé permettant d'ajuster la température et / ou la viscosité de l'échantillon d'huile préalablement collecté. La filtration par gravité ou par aspiration est généralement effectuée sur un échantillon d'huile préalablement collecté et souvent stocké. Le stockage de longue durée risque de fausser les résultats d'analyse du fait du dépôt dans le fond du réservoir de stockage des particules métalliques en suspension dans l'huile. Il est donc nécessaire de pratiquer à un brassage avant d'effectuer ce prélèvement. Ce prélèvement étant effectué par tout moyen conventionnel, pipette, seringue, ou transvasement direct dans le récipient de l'appareil. L'élément chauf fant thermorégulé plonge directement dans le récipient. Mais il peut être constitué par le récipient lui-même à la manière d'une bouilloire.Son intérêt est de pouvoir reproduire après stockage de l'huile les conditions de fonctionnement de la machine soit en contrôlant la température soit en contrôlant la viscosité. La viscosité de l'huile étant fonction de la température il sera possible de procéder à différentes analyses par exemple mesurer l'influence de la viscosité sur le temps de filtration pour une huile déterminée en faisant varier la température, comparer la filtrabilité de deux huiles différentes ou de deux échantillons d'une même huile en mesurant le temps de filtration à viscosités identiques, voire mesurer la filtrabilité d'une huile conformément à la Norme NF 48690. Selon une réalisation préférentielle les moyens permettant d'effectuer une filtration par aspiration sont constitués, de l'ensemble monobloc cartouche-réservoir dont le réservoir est mis sous-vide et sur lequel est connecté un dispositif de prélèvement statique puisant l'huile collectée dans un carter ou dans un moyen de stockage externe. De préférence également les moyens permettant d'effectuer une filtration par aspiration sont constitués, de l'ensemble monobloc cartouche-réservoir dont le réservoir est mis sous- vide et sur lequel est fixé le récipient et sa vanne, comportant un élément chauffant thermorégulé est alimenté par un échantillon d'huile préalablement collecté. Selon une variante de réalisation une canne chauffante permet d'ajuster la température et/ou la viscosité de l'échantillon d'huile au cours de son transfert entre le dispositif de prélèvement statique et l'ensemble monobloc cartouche-réservoir. De la même façon que ci-dessus la canne chauffante intercalée entre le dispositif de prélèvement statique et l'ensemble monobloc cartouche-réservoir permet d'élever la température de l'huile et contrôler sa viscosité. Cependant ces moyens mis en oeuvre pendant le transfert de l'huile ne sont pas aussi précis que lorsqu'ils sont réalisés sur le récipient de recueil de l'échantillon d'huile, soit pas un élément chauffant régulé soit par le récipient lui-même régulé. Selon une réalisation préférentielle le réservoir de l'ensemble monobloc cartouche-réservoir est mis sous-vide à l'aide d'une pompe à vide branchée sur le réservoir. Ainsi le réservoir est mis sous-vide de façon à aspirer ltéchantillon d'huile soit directement dans un réservoir de stockage soit dans le récipient et sa vanne. Cette huile avant filtration étant éventuellement chauffée soit par une canne chauffante soit par un élément chauffant plongeant dans le récipient soit par le récipient lui-même. Ces différents éléments chauffants sont thermorégulés. La mise sous-vide du réservoir peut être effectuée par une pompe manuelle ou par une trompe à eau ou tout autre moyen permettant de faire le vide électrique. Dans ces derniers cas il est plus facile de contrôler le vide de façon que la filtration soit opérée sous une valeur constante de vide. Selon une réalisation préférentielle la cartouche démontable pour effectuer les analyses insérant la membrane filtrante est elle même intercalée entre deux raccords étanches montés l'un sur l'autre, le réservoir étant monté sur l'un, l'autre servant de connexion aux dispositifs de prélèvements statiques ou dynamique et aux moyens de filtration. La cartouche ainsi intercalée entre deux raccords peut facilement se manipuler après leur désaccouplement. La manipulation de la cartouche évite de souiller la membrane filtrante. En outre la séparation des deux parties de la cartouche peut s'effectuer juste avant l'analyse et la partie inférieure peut servir de support à la membrane pendant son observation sous microscope. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un appareil de prélèvement pour analyses d'huiles selon l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique de l'appareil selon l'invention en configuration de prélèvement dynamique, machine en fonctionnement et filtration sous-pression. - les figures 2 sont des représentations schématiques de l'appareil en configuration de prélèvement statique et filtration par gravité. - les figures 3 sont des représentations schématiques de l'appareil en configuration de prélèvement statique et filtration par aspiration. - les figures 4 sont des représentations schématiques des moyens de chauffage de l'huile en configuration de prélèvement statique et filtration par gravité ou par aspiration. - la figure 5 est une vue schématique en coupe de l'appareil selon l'invention en configuration de prélèvement statique, filtration par aspiration, huile thermorégulée par bol chauffant et thermostat. On a représenté sur la figure 1 l'appareil selon l'invention en configuration de prélèvement dynamique. Ce prélèvement est effectué sur une machine 6 en fonctionnement telle qu'un circuit hydraulique par l'intermédiaire d'une connexion 1 en dérivation sur le pressostat 7. Une liaison souple 8 résistant à la pression du circuit de lubrification du moteur est connectée à un régulateur de pression 4 comportant une vanne 5. Ce régulateur et sa vanne sont fixés sur ensemble monobloc cartouche-réservoir 2-3 à l'aide d'un raccord 9. L'huile ainsi prélevée est régulée en pression et après ouverture de la vanne 5 passe dans la cartouche filtrante 2, le filtrat est recueilli dans le réservoir gradué 3. L'analyse microscopique des pollutions sera faite après désassemblage de l'ensemble 2-3 puis ouverture de la cartouche. Sur les trois figures 2 on a représenté schématiquement les différentes configurations de l'appareil de prélèvement statique lorsque la filtration s'effectue sous gravité. Selon la représentation de la figure 2a l'huile 10 préalablement collectée est disposée dans un récipient 11 comportant une vanne 12. Ce récipient et sa vanne sont fixés sur l'ensemble monobloc cartouche-réservoir 2-3 à l'aide du raccord 9. Après ouverture de la vanne 12 l'huile 10 passe par gravité dans la cartouche filtrante 2, le filtrat est recueilli dans le réservoir gradué 3. Comme précédemment l'analyse microscopique des pollutions sera faite après désassemblage de l'ensemble 2-3 puis ouverture de la cartouche. Les figures 2b et 2c illustrent des modes de remplissage du récipient 11 en huile 10 préalablement collectée. Sur la figure 2b l'huile 10 est simplement transvasée d'un vase 13 au récipient 11. Sur la figure 2c l'huile 10 est aspirée à l'aide d'une seringue 3 voies 14 dans un réservoir 15 pour être refoulée dans le récipient l1 Ce type de filtration n'est pas souvent utilisé on lui préfère en général le-prélèvement dynamique sous-pression ou le prélèvement statique par aspiration précisé ci-dessous. Sur les deux figures 3 on a représenté schématiquement deux configurations de l'appareil de prélèvement statique lorsque la filtration s'effectue par aspiration. Sur la figure 3a l'huile préalablement collectée 10 dans un réservoir 15 est aspirée par l'intermédiaire d'un tuyau 16 ou d'une canne chauffante 22 connecté par un raccord 9 à l'ensemble cartouche-réservoir 2-3. Pour ce faire une pompe à vide 18 est reliée au réservoir 3 par une canalisation 17. Cette pompe à vide est du type électrique régulée pour conserver une valeur constante à la dépression dans le réservoir 3 de façon que la filtration soit opérée à pression constante. Une pompe manuelle voire une trompe à eau peuvent être utilisées pour créer le vide. Sur la figure 3b l'huile 10 est préalablement collectée dans le récipient 11. La configuration est la même que dans la filtration sous gravité mais le vide opéré dans le réservoir 3 par la pompe à vide 18 permet d'effectuer une filtration par aspiration. Les différentes figures 4 illustrent les modes de chauffage de l'huile utilisés pour des configurations variables. Sur la figure 4a un élément chauffant 19 plonge dans l'huile 10 préalablement collectée dans le récipient 11 un thermostat 20 régulant le chauffage permet d'obtenir une température d'huile constante pendant la filtration donc d'opérer à une viscosité constante déterminée par la température de l'huile. Sur la figure 4b l'élément chauffant précédent est remplacé par un bol chauffant 21, une résistance électrique étant noyée entre les deux parois de ce bol. Comme précédemment un thermostat 20 régule la température. Pour ces deux figures la filtration peut être réalisée sous gravité ou par aspiration. Sur la figure 4c une canne chauffante 22 est intercalée dans le circuit de transfert de l'huile du réservoir 15 au récipient 11 à l'aide d'une seringue 3 voies 14 ou tout autre dispositif permettant ce transfert. Ainsi sur la figure 4d, la canne chauffante 22 est intercalée dans le circuit de transfert de l'huile du réservoir 15 à l'ensemble cartouche-réservoir 2-3 préalablement sous-vide. La filtration étant alors opérée sous-vide alors que dans la figure 4c cette filtration peut être faite sous gravité ou par aspiration. Cependant l'utilisation d'une canne chauffante 22 est beaucoup moins précise que l'élément chauffant 19 ou le bol chauffant 21. Ces derniers permettant un meilleur contrôle de la température et une meilleure régulation. La figure 5 illustre un exemple de réalisation de l'appareil selon l'invention en configuration de prélèvement statique, la filtration étant opérée par aspiration. L'huile 10 est préalablement stockée dans un réservoir 15 et transférée dans le bol chauffant 21 à l'aide d'une seringue 3 voies 14 ou d'un récipient 13. Cette opération de transfert n'est pas représentée sur cette figure. Pour reproduire les conditions de fonctionnement de l'huile préalablement collectée cette huile est chauffée par le bol chauffant 21 et régulée par le thermostat 20. Ce bol chauffant d'une capacité d'environ 120 cm3 comporte une résistance chauffante 23 noyée entre ses parois laquelle est raccordée au thermostat 20 alimenté en 220 volts. La vanne 12 est en fait un cylindre terminé par un cone obturant l'orifice du bol. Cette obturation par le dessus du bol permet de limiter en hauteur l'appareil et le rendre plus compact que si une vanne avait été utilisée entre le bol 21 et la cartouche 2. Le bol 21 est monté sur la cartouche 2 par l'intermédiaire d'un raccord 9. Cette cartouche filtrante comprend une membrane filtrante 2a de diamètre 37 mm laquelle est insérée entre les deux parties de la cartouche 2b - 2c. Ces deux parties sont simplement emboîtées l'une sur l'autre. La cartouche et sa membrane sont fabriquées par la Société MILLIPORE. Cette cartouche 2a - 2b - 2c est intercalée entre deux raccords 2d - 2e en matière plastique transparente telle que de l'altuglas. Des joints toriques 24 assurent l'étanchéité entre les différents éléments. Le réservoir 3 transparent est gradué de façon à contrôler le volume d'huile filtrée par la membrane filtrante 2a. La pompe à vide 18 électrique de marque KNF type 75 KN dont le débit d'air est de 5 1 par mn environ est reliée au réservoir 3 par un tuyau 17 et un raccord 3a - 17a. Après chauffage de 100 cm3 environ à 60 degré C, la pompe à vide est mise en route lorsqu'un vide de 600 mm de mercure est obtenu, la vanne 12 est ouverte et l'huile 10 passe à travers la membrane filtrante 2a. Lorsque tout le volume de filtrat atteint 100 cm3 la vanne 12 est remise en position d'obturation, la pompe à vide est arrê tée. Le temps de filtration dans ces conditions est d'environ 5 minutes pour une membrane filtrante de porosité 1,2 micron. La cartouche 2 est désaccouplée du réservoir 3 et du bol 21. Les raccords 2d et 2e sont dévissés et la cartouche 2a - 2b 2c est ainsi récupérée. Les deux parties 2b et 2c sont désembotées, la membrane filtrante 2a reste alors sur la partie inférieure 2c qui servira de support pour l'examen au microscope des pollutions métalliques retenues à la surface de cette membrane. L'appareil, selon l'invention, portable, démontable, permet d'opérer des filtrations tant sous gravité qu'en aspiration. Il permet également de procéder à des filtrations sous-pression par prélèvement dynamique. En outre muni de dispositifs chauffants il peut reproduire les conditions de fonctionnement de l'huile préalablement collectée. Compact il est de maniement facile et répond bien aux buts recherchés. REVENDICATIONS 1). Appareil de prélèvement pour analyses d'huiles constitué de dispositifs de collecte d'échantillons d'huile, d'une cartouche filtrant les particules en suspension ou dissoutes dans les échantillons d'huiles collectés, et d'un réservoir gradué recueillant le filtrat caractérisé en ce que, ledit appareil comporte, des moyens de chauffage de l'huile collectée et des moyens permettant de procéder à une filtration selon trois modes différents : sous-pression, par gravité, par aspiration. Ces moyens étant connectés à un ensemble monobloc démontable cartouche-réservoir (2.3) constitué par le support de la cartouche (2) et le réservoir (3) gradué. 2). Appareil de prélèvement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens permettant d'effectuer une filtration sous-pression, sont constitués d'un dispositif de prélèvement dynamique (1) réalisé à l'aide d'une liaison (8) montée en dérivation sur le circuit de lubrification (7) de la machine en fonctionnement, d'un régulateur de pression (4) combiné à une vanne (5), ces moyens étant connectés à l'ensemble monobloc cartouche - réservoir (2-3). 3). Appareil de prélèvement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens permettant d'effectuer une filtration par gravité, sont constitués d'un récipient (11) comportant une vanne ( 12), lequel est fixé sur l'ensemble monobloc cartoucheréservoir (2-3) et alimenté par un échantillon d'huile (10) préalablement collecté sur la machine à contrôler. 4). Appareil de prélèvement selon une des revendications 1 ou 3 caractérisé en ce que le récipient (11) et sa vanne (12) permettant d'effectuer une filtration par gravité comporte un élé ment chauffant (19) thermorégulé permettant d'ajuster la température et / ou la viscosité de l'échantillon d'huile (10) préalablement collecté. 5). Appareil de prélèvement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens permettant d'effectuer une filtration par aspiration sont constitués, de l'ensemble monobloc cartouche-réservoir (2-3) dont le réservoir (3) est mis sousvide et sur lequel est connecté un dispositif de prélèvement statique puisant l'huile collectée dans un carter ou dans un moyen de stockage externe. 6). Appareil de prélèvement selon l'une des revendications 1 ou 5 caractérisé en ce que les moyens permettant d'effectuer une filtration par aspiration sont constitués, de l'ensemble monobloc cartouche-réservoir (2-3) dont le réservoir (3) est mis sous-vide et sur lequel est fixé le récipient (11) et sa vanne (12), lequel comportant un élément chauffant (19) thermorégulé (20) est alimenté par un échantillon d'huile (10) préalablement collecté. 7) Appareil de prélèvement selon une des revendications 1 ou 3 ou 5 caractérisé en ce qu'une canne chauffante (22) permet d'ajuster la température et / ou la viscosité de lréchantillon d'huile au cours de son transfert entre le dispositif de prélèvement statique et l'ensemble monobloc cartouche-réservoir. 8). Appareil de prélèvement selon une des revendications 1, 5 ou 6 caractérisé en ce que le réservoir de l'ensemble monobloc cartouche-réservoir (2-3) est mis sous-vide à l'aide d'une pompe à vide (18) branchée sur le réservoir (3). 9) Appareil de prélèvement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cartouche (2b - 2c) démontable pour effectuer les analyses insérant la membrane filtrante (2a) est elle même in intercalée entre deux raccords étanches (2d - 2e) montés l'un sur l'autre, le réservoir (3) étant monté sur l'un, l'autre servant de connexion aux dispositifs de prélèvements statiques ou dynamique, et aux moyens de filtration.