Brevet FR2619518A1 — publié le 19890224

Dispositif d'entraînement et de support pour centrifugeuse La présente invention concerne un dispositif d'en- trainement et de support pour centrifugeuses. Dans les centrifugeuses un bol qui porte un échan- tillon devant faire l'objet d'une séparation est entraîné en rotation par un moteur fixe souvent porté par un système de supports élastiques d'un type ou d'un autre. Dans les centrifugeuses destinées à séparer du sang en continu, le sang entier est amené au bol tournant et les fractions sé- parées sont évacuées du bol tournant en passant par des voies d'écoulement comportant des segments qui tournent avec le bol et d'autres segments qui sont fixes et communi- quent avec le donneur/patient ou avec des récipients col- lecteurs prévus sur un appareil de contr8le et de commande. Dans certains cas une liaison sans joint est établie entre les segments rotatifs et ceux fixes par des tubes portés par un bras qui tourne à une vitesse moitié moins grande que celle du bol. Dans des systèmes de centrifugation de la technique antérieure,des composants rotatifs ont été équi- librés statiquement et dynamiquement par rapport à l'axe de rotation afin de réduire les vibrations. Or il s'est avéré que la vibration de centrifugeu- ses pouvait être réduite dans le cas d'un bol centrifuge entraîné en rotation autour d'un axe de rotation par un moteur s'appuyant sur des supports élastiques, en disposant les supports dans un plan de montage qui est perpendiculai- re & l'axe de rotation et en faisant en sorte que le centre de gravité de l'ensemble formé du moteur et du bol se trouve - au voisinage du plan de montage. De façon plus précise, un dispositif d'entraîne- ment pour centrifugeuse, agencé selon l'invention, se carac- terise en ce qu'il comprend: - un socle comportant plusieurs supports élasti- ques qui sont espacés autour d'un axe de rotation et coupés par un plan de montage perpendiculaire à cet axe de rota- tion; et - un ensemble bol centrifuge-moteur d'entraînement qui comprend un bol centrifuge rotatif et un moteur d'en- traînement soutenus par les supports, le moteur d'entraîne- ment pouvant être amené & faire tourner le bol autour d'un axe de rotation, le bol centrifuge et le moteur d'entraînement ayant ensemble leur centre de gravité situé au voisinage du plan de montage pour réduire les vibrations. Dans des formes de réalisation préférées de l'in- vention, le bol rotatif est équilibré statiquement et dynami- quement par rapport à l'axe de rotation; le bol rotatif comprend un bras porte-tubes rotatif venant en prise avec des tubes d'entrée et de sortie d'un côté, et un contrepoids s'étendant à partir de l'autre côté du bol; le moteur comporte un contrepoids sur sa face inférieure; les supports élastiques reposent sur une plaque qui est reliée à un élément de base par l'intermédiaire d'un socle creux en forme de colonne dans lequel est logé le moteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion apparaitront à la lecture de la description de la forme de réalisation préférée et des revendications. La forme de réalisation préférée est décrite ci- dessous à 1 'aide du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue schématique, en partie éclatée, d'un socle et d'un ensemble, formé d'un bol cen- trifuge et d'un moteur d'entraînement, selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un support élastique faisant partie du socle de la figure 1; et la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un élément constitutif formant fourrure du bol de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté un dispositif 10 destiné à l'entraînement d'une centrifugeuse et comprenant un socle 12 et un ensemble 14, formé d'un bol centrifuge et d'un moteur d'entraînement, à monter fixe sur le socle 12. Le socle 12 est monté fixe dans un appareil de contrôle et de commande (non représenté) muni de roues pour pouvoir être déplacé en roulant. Le socle 12 comprend un élément de base 16, une partie creuse 18 en forme de colonne, et une plate-forme 20 au-dessus de cette dernière. Trois supports élastiques 22 sont montés sur la plate-forme 20 et sont symétriquement espacés autour du trou 24 et de l'axe de rotation 26. Comme représenté sur la figure 2, chaque support élastique 22 comprend une enveloppe 28 en acier inoxydable et une rondelle élastique 30 en caoutchouc naturel. Une bague métallique 32 est noyée dans la rondelle 30 et logée 2 619518 dans un évidement annulaire 34, orienté vers l'intérieur, de l'enveloppe 28. Une paroi cylindrique 36 en métal définit un alésage central pour recevoir des boulons 38 (figure 1) destinés à assujettir l'ensemble 14 formé du bol centrifuge et du moteur d'entraînement. Chaque support élastique 22 présente un taux de déformation élastique axiale, ou rapport charge-déformation, de 22,86 kg/cm. Comme représenté sur les figures 1 et 3, l'ensem- ble 14 formé du bol centrifuge et du moteur d'entraînement prend appui sur des supports 22 par l'intermédiaire d'une bague de montage 40 présentant des trous 42 pour recevoir des boulons 38. Le moteur 44 et le contrepoids 46 sont sus- pendus sous la bague 40. Des bras porte-tubes fixes 48, 50 s'étendent vers l'extérieur à partir de la bague 40 et au- dessus du bol rotatif 52 qui comporte une fourrure amovible 54 (figure 3) présentant un évidement 56 pour recevoir un conduit d'une tuyauterie jetable (non représentée). Le moteur 44 est relié à la bague 40 par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission 57 comprenant des dents d'engre- nages coniques fixes 59 situées au-dessus de la bague 40. Le bol rotatif 52 comporte tous les éléments rota- tifs de l'ensemble 14, y compris le mandrin 58 (sur lequel est montée la fourrure 54), les engrenages coniques verti- caux 60, l'enveloppe 62 (sur laquelle les engrenages 60 sont montés de façon à pouvoir tourner), le bras porte- tubes rotatif 64 et le contrepoids 66. Le bras 64 et le contrepoids 66 sont montés sur l'enveloppe 62. Les engrena- ges 60 sont entraînés par le moteur 44 et font tourner l'enveloppe 62 du fait que leurs dents viennent en prise avec les dents 59 et font en outre tourner le mandrin 58 par rapport à eux du fait que leurs dents viennent en prise avec les dents de l'engrenage conique sous le mandrin 58. Ainsi l'enveloppe 62, le bras 64 et le contrepoids 66 tour- nent tous à une vitesse moitié moins grande que la vitesse de rotation du mandrin 58. Lorsqu'un conduit séparateur jetable est monté sur la fourrure 54 et que ceux-ci sont placés ensemble sur le mandrin 58 les tubes d'entrée et de sortie s'étendent à partir du fond de la fourrure 54, à travers le trou 70 dans l'enveloppe 62, autour du bras 64 et vers le haut à travers le crochet 72 du bras 64 en di- rection du porte-tubes fixe 74 monté sur les bras porteurs 48, 50. Le centre de gravité de l'ensemble 14 se situe dans le plan de montage passant par les rondelles précitées 30. L'utilisation du contrepoids 46 et le fait que la bague soit placée haut aident & obtenir cet état de choses. En outre, chacun des étages tournants du bol rotatif 52 (c'est-à- dire les composants tournant à pleine vitesse avec le mandrin 58 et ceux tournant à une vitesse moitié moindre avec l'enveloppe 62) sont équilibrés statiquement et dyna- miquement par rapport à l'axe de rotation 26. Pour obtenir l'équilibre statique le bras de couple pour la masse d'un côté d'un plan passant par l'axe 26 équilibre le bras de couple pour la masse de l'autre c6té. Afin d'obtenir l'équilibre dynamique les centres de masse pour les masses des deux c6tés opposés d'un plan passant par l'axe 26 doi- vent se trouver dans le même plan horizontal perpendiculai- re à l'axe 26. Le bol rotatif 52 présente une symétrie géométrique à l'exception du bras 64 qui est équilibré par le contrepoids 66, et certains types de fourrure 54 qui présentent des vides et poids internes pour s'équilibrer eux-mêmes. En cours de fonctionnement le moteur 44 fait tour- ner la fourrure 54 et le conduit en U jetable, monté dans cette dernière, à la vitesse voulue. Du sang s'écoule vers le conduit et des constituants sanguins séparés s'é- coulent à partir de ce dernier par l'intermédiaire de tubes portés par le bras 64 qui tourne à une vitesse moitié moin- dre que celle de la fourrure 54 et empêche les tubes de se tordre. La façon dont l'ensemble bol centrifuge-moteur d'entraînement est monté au niveau du plan de montage a pour effet de réduire les vibrations (comme expliqué en détail plus loin), de laisser une seule fréquence naturelle qui reste de préférence à éviter ainsi que de faciliter le transport et la manutention (puisque l'ensemble ne se désé- quilibre pas pour différents angles d'orientation), et per- met des mouvements de l'appareil de contrôle de la centri- fugeuse durant le fonctionnement sans occasionner de mouve- ment giroscopique. Pour expliquer l'avantage du dispositif en matière de réduction des vibrations il faut définir la fréquence naturelle et la fréquence de précession. La fréquence naturelle de l'ensemble supporté, wn, donnée par l'équation suivante: wn = V c o Ic est le moment d'inertie polaire de l'ensemble 14 au- tour de son centre de masse (approximativement 3,571 kg.m/s2); et K est la rigidité des trois supports de moteur équidis- tants, définie par l'équation suivante: K = 1/2 a2 k o a = le diamètre du cercle sur lequel sont montés les boulons 38 (17,78 cm), et k = le taux de déformation élastique axiale d'un seul support élastique (22,86 kg/cm). K vaut 3612,67 kg.cm et Wn égale environ 300 tr/min. Par conséquent, la fréquence naturelle augmente avec l'accrois- sement de la rigidité des supports de moteur. En règle gé- nérale, pour éviter la transmission de vibrations dues à un déséquilibre la fréquence de fonctionnement, Wp, doit être sensiblement différente de la fréquence naturelle. La fréquence de précession, wp, qui ne dépend pas d'un déséquilibre et est donnée par l'équation suivante, doit être sensiblement différente de la fréquence naturelle pour éviter une résonance des deux. Wp (I/IC)wP o IF est le moment d'inertie de pièces rotatives autour de l'axe 26 qui tournent à la fréquence de fonctionne- ment (environ 0,38 kg.cm/s2). La fréquence de précession est donc toujours égale à envi- r on 1/10 de la v ite s se de fonctionnement. A la fréquence de fonctionnement maximale de 2400 tr/mn la fréquence de précession est d'environ 240 tr/mn, valeur qui est suffisamment inférieure à la fréquence naturelle de 300 tr/mn pour éviter en grande partie la précession. A des vitesses de fonctionnement plus faibles la fréquence de précession est encore plus réduite, ce qui augmente la différence. Afin de supprimer encore mieux le risque de précession et de réduire l'amplitude de vibration à la fréquence naturelle un amortissement visqueux est ajouté aux systèmes, en utilisant soit une matière visco- élastique, soit un amortisseur hydraulique pour empêcher - des mouvements vibratoires de l'ensemble 14 au voisinage de la fréquence naturelle. Ainsi, par exemple, des éléments 80 en caoutchouc pourraient être montés entre le contrepoids 46 et l'intérieur de la partie 18 en forme de colonne; un autre emplacement pour de tels éléments pourrait se situer entre les bras 48, 50 et un élément fixe de la machine de centrifugation. La fréquence de fonctionnement maximale de 2400 tr/mn est sensiblement supérieure à la fréquence naturelle. La fréquence de fonctionnement passe par la fréquence natu- relle en cas de mise en vitesse ou de ralentissement et est voisine de la fréquence naturelle durant certains proces- sus. Même lorsque les deux fréquences sont voisines l'une de l'autre il ne se pose pas de problèmes de résonance puisque l'amplitude de déplacement causée par le déséquili- bre est très faible en raison de l'équilibre et du mode de montage mentionné plus haut ainsi que de l'amortissement introduit dans le système. Z619515 D'autres formes de réalisation de l'invention peu- vent être prévues dans le cadre de l' invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'entraînement pour centrifugeuses, caractérisé en ce qu'il comprend - un socle (12) comportant plusieurs supports élasti- ques (22) qui sont espacés autour d'un axe de rotation (26) et coupés par un plan de montage perpendiculaire à cet axe de rotation; et - un ensemble bol centrifuge-moteur d'entraînement (14) qui comprend un bol centrifuge rotatif (52) et un moteur d'entraînement (44) soutenus par les supports (22), le moteur d'entraînement (44) pouvant être amené à faire tourner le bol (52) autour d'un axe de rotation (26), le bol centrifuge (52) et le moteur d'entraînement. (44) ayant ensemble leur centre de gravité situé au voisi- nage du plan de montage pour réduire les vibrations. 2 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le bol rotatif (52) est équilibré stati-, quement et dynamiquement par rapport à l'axe de rotation (26). 3 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le bol rotatif (52) comporte un bras porte-tubes rotatif (64) prévu d'un côté pour venir en prise avec des tubes d'entrée et de sortie s'étendant vers et & partir d'un conduit séparateur du bol centrifuge et un contrepoids (66) s'étendant à partir de l'autre côté. 4 - Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que l'ensemble (14) comprend un bras porte- tubes fixe (48, 50) qui est monté sur le moteur et comporte une partie (74) montée au-dessus du bol et venant en prise avec un tube. - Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le bol (52) comporte une paire d'engrena- ges (60) qui entraîne le bras (64), et le contrepoids (66) à une vitesse moitié moins grande que la vitesse de rota- tion du conduit séparateur de liquide, les engrenages (60) étant montés de deux côtés opposés de l'axe (26). 6 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le socle (12) comporte une plate-forme qui porte les supports (22) en des endroits éloignés de l'axe (26) et un trou (24) à travers lequel passe l'ensemble (14) formé du bol et du moteur. 7 - Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le socle (12) comporte un élément de base (16) et une partie (18) en forme de colonne supportant la plate-forme placée sur cette dernière, la partie en forme de colonne comportant une région destinée à recevoir le moteur (44). 8 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'ensemble (14) comprend un contrepoids (46) monté sur la face infer ieure du moteur. 9 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les supports élastiques (22) comportent chacun une enveloppe métallique (62) et une rondelle élas- tique (30), laquelle supporte ledit ensemble (14) dans une partie centrale de la rondelle et est supportée autour de la périphérie de la rondelle par l'enveloppe métallique. - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre un amortisseur vis- queux monté entre l'ensemble (14) et un élément fixe relié de manière fixe au socle ou comprenant celui-ci. 11 - Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre un amortisseur vis- queux monté entre le contrepoids (46) et la partie (18) en forme de colonne.