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FILTRE INDISPENSABLE AVEC L'ENTRAINEMENT HYDRAULIQUE

Les particules de pollution, comme la rouille,
les fibres et le sable, doivent même être
filtrées de l'huile nouvelle (photo microscope à 100x)

Un filtre dans l'hydraulique, parfois appelé hydrofiltre, est aujourd'hui un composant indispensable d'un entraînement hydraulique, stationnaire ou mobile, outdoor ou indoor. Un système de filtre est peut-être bien la partie principale d'un Condition Monitoring System (CMS), qui est même la partie de contrôle d'un projet de maintenance proactive. Et pourtant, les connaissances sont encore trop peu présentes pour envisager une conception qualitative des machines et des installations avec de véritables systèmes de contrôle ciblés et ce, en raison du... coût.

FILTRES DANS LES ‘GOLDEN SIXTIES’ ET AVANT

Un livre sur les filtres publié en 1963: “Des filtres sont utilisés pour protéger les éléments fragiles d'un entraînement hydraulique contre les dégâts, le grippage ou l'obstruction causée par des pollutions telles que la poussière, le sable et les particules d'usure métalliques.” En principe, un filtre est constitué d'un corps avec des raccordements d'arrivée et d'évacuation, dans lequel est placé un filtre. Selon la construction de l'élément filtrant, on distingue principalement les filtres à fentes, les filtres en toile, les filtres en matériau fritté et les filtres à aimant.

Filtre à fentes

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Les éléments d'un filtre à fentes sont constitués de minces disques ou fils métalliques assemblés dont la forme représente des ouvertures similaires à des fentes ayant une hauteur à partir d'environ 0,08 mm.  

Filtre en toile

Les éléments filtrants en toile sont constitués d'une toile en laiton d'un maillage à partir d'environ 0,06 mm. Les éléments dans leur forme la plus simple consistent en un manteau de toile cylindrique. Mais pour obtenir une grande surface filtrante par unité de volume, on applique généralement les éléments en forme d'étoile ou de maillon.

Filtres à aimant

Dans les filtres magnétiques, l'élément filtrant consiste en un ou plusieurs aimants permanents qui attirent et retiennent les particules d'acier dans les liquides. Dans les applications les plus simples, les aimants sont tout simplement placés dans le réservoir d'huile.

Filtres en matériau fritté

Avec les servosystèmes électrohydrauliques, on recourt à des éléments fabriqués en métal fritté ou papier poreux. Généralement, le liquide est d'abord nettoyé par un filtre à fentes ou un filtre en toile, afin d'éviter une souillure rapide du micro-filtre. Dans les années 60, les pressions de service étaient relativement basses. Donc, les diamètres des vérins pour une même force étaient grands et les débits pour une vitesse donnée (très) élevés. Les éléments filtrants se composent de fils métalliques tissés, de papier poreux ou autre matériau 'brut', ce qui fait que la surface de passage pour le débit donné est grande et que tout le filtre est très grand. Ils sont appelés cuves filtrantes et sont parfois munis de pieds d'appui. Pour des surfaces unitaires avec des fibres épaisses, il n'y a qu'une petite surface de passage. Pour les fibres minces, il s'agit d'une grande surface de passage. L'ordre de grandeur se situe de 4 à 5, la surface totale du filtre peut donc être jusqu'à 4,5 fois plus petite pour le même débit avec les fibres fines. Pour une même surface de filtre, on peut donc laisser passer jusqu'à 4,5 fois plus de liquide. L'appellation du maillage a été indiquée en ‘mesh’, ‘mesh’ ne devant pas être comparé à une certaine mesure (100 mesh signifie 100 mailles par unité de surface et correspond à 149 μm). Le micromètre est bel et bien une dimension, mais alors du 'diamètre' de la maille. Plus il y a de 'mesh', plus le maillage est petit. Les filtres de 100 mesh ou 200 mesh figuraient parmi les filtres les plus utilisés.

TRAVAIL PLUS COMPACT

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Vers les années 70, la pression de service est devenue plus élevée parce qu'on a voulu travailler de façon plus compacte. Les vérins sont devenus plus étroits, et pour un même transfert de force, la pression devait donc augmenter. Avec comme conséquence que le matériau utilisé devait aussi offrir une plus grande résistance. Les pompes devaient aussi être exécutées plus petites (car: un débit plus petit pour une même vitesse), mais elles devaient bel et bien résister à des pressions supérieures. De plus, le jeu du tiroir dans le corps de valve devait diminuer radicalement pour garder la perte interne suffisamment basse. La formule suivante illustre bien ceci: π b³ D Δp Q = 12 μ Lavec:Q = le flux volumiqueb = le jeu entre le tiroir et la vanne D = le diamètre du tiroirΔp = la chute de pressionμ = la viscosité L = la longueur de l'alésage.Très important est le jeu, car b est élevé au cube dans la formule. Ceci a pour conséquence qu'un petit jeu peut laisser passer des particules moins grandes et que le maillage du filtre doit être (nettement) plus petit.Ceci fut le gros défi, car10 μm était unanimement admis comme le filtre le plus fin dans l'industrie. Dans l'industrie, l'aéronautique n'était pas comprise; les normes y sont différentes. La question était de savoir ce que signifiait ce 10 μm. En fait, le chiffre était la valeur nominale indiquée par le fabricant du filtre.La filtration nominale est une valeur arbitraire en micromètre du fabricant de filtres. La reproductibilité ne peut cependant pas être établie, elle a donc été refusée.Les jeux plus petits avaient pour conséquence que l'on devait sans cesse mieux définir les pollutions car entre-temps, les plastiques étaient partout présents et la contamination de l'air était de pire en pire. La filtration absolue est le diamètre de la plus grande particule dure sphérique qui peut traverser le filtre sous des conditions de test spécifiques. C'est une indication de la plus grande ouverture dans l'élément filtrant. Cette détermination est bel et bien reproductible et en partie normalisante. Mais il s'agit d'une définition incomplète: les autres ouvertures de passage ne sont pas déterminées en taille. Il se peut donc que le degré de filtration absolu pour deux filtres soit identique, disons 20 μm, mais que les autres ouvertures de passage aient par exemple une taille de 16 μm pour l'un et de10 μm pour l'autre. Aussi, la définition du degré de filtration absolu nécessite la présence d'un second chiffre qui indique la moyenne.

NOUVEAUX MILIEUX FILTRANTS

Le temps est venu d'introduire les milieux filtrants en réponse aux défis de l'évolution des composants d'un système hydraulique. La toile métallique est proscrite parce qu'elle est trop sensible à la corrosion, à la rouille et autre; le papier, ou plutôt la ‘cellulose’, est proscrit parce qu'inconciliable avec les pressions élevées et fluctuantes. Il reste donc: la fibre de verre, liée à la résine. La fibre de verre est inerte par rapport à la plupart des influences de l'oxydation, de la température et des acides. La liaison résineuse résiste aussi aux pics de pression et est en même temps encore assez flexible pour 'absorber' les pics.