Brevet FR2644521A1 — publié le 19900921

POPE DOSEUSE A PISTONS ET A DOUBLE EFFET La présente invention est relative aux pompes doseuses et, plus particulièrement, aux pompes conçues pour délivrer de quelques microlitres à quelques millilitres minute d'un produit, le plus souvent liquide, devant être fourni en doses précises reproductibles. L'objet de l'invention vise, plus particulièrement, les pompes doseuses à débit variable utilisées en laboratoires, dans de nombreuses applications, parmi lesquelles il convient de citer, à titre d'exemple uniquement, l'addition ou l'aspiration automatique contrôlée de produits divers. La technique'antérieure connaît pour assumer la fonction ci-dessus, différents types de pompes qui sont, actuellement, fréquemment employés. Le premier type concerne les pompes dites péristaltiques dont le fonctionnement est basé sur des strictions mobiles imposes à un tube souple pour délimiter, à l'intérieur de ce dernier, des cellules déplacées axialement et contenant le produit à distribuer. De tel les pompes possèdent l inconvénient de connaître des fluctuations de débit en fonction de la fatigue du tube et de la vitesse des organes mobiles imposant les strictions au tube souple. Il convient de citer, également, les pompes à pistons et à clapets. Une pompe du type ci-dessus n'est pas satisfaisante, en raison de la complexité de réalisation pour des faibles dimensions, de l'absence de fiabilité des clapets et des volumes morts que ces derniers empechent de maîtriser correctement. Les pompes à pistons et à clapets sont, par ailleurs, d'utilisation limitée, en raison de la sensibilité de réaction chimique que les clapets présentent, généralement, en présence des produits de réaction fréquemment utilisés en laboratoires. Il convient de citer, également, les pompes à pistons dépourvues de clapets, telles que celles divulguées par les brevets français.782 769 et 2 492 008 (89-19 431). Des pompes du genre ci-dessus sont relativement simples d'architecture et comprennent un corps de pompe contenant deux pistons déplacés dans le même sens. L'un des pistons est commandé positivement pour effectuer régulièrement La course totale de La pompe, tandis que l'autre piston est du type libre et n'accompagne le piston commandé que sur une partie de la course de ce dernier. Il peut être considéré que des pompes du type ci-dessus donnent satisfaction pour produire des doses reproductibles, de faible volume de produit, devant être introduites à intervalles de temps définis dans une solution primaire. Ces pompes recèlent, toutefois, un inconvénient majeur lorsqu'iL convient de fournir un débit sans à-coups et régulier car le fonctionnement en simple effet, pour chaque cycle de déplacement de l'atteLage piston commandé-piston lié, produit, immanquablement, des fluctuations qu'il convient, au contraire, d'atténuer, sinon d'éliminer. L'invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant des perfectionnements aux pompes du type à pistons, dépourvues de clapets, de manière à leur conférer une grande simplicité de réalisation, de montage, d'entretien, une grande régularité de débit variable par réduction, sinon éLimination, des fluctuations en relation avec Les cycles de fonctionnement successifs. Pour atteindre Les objectifs ci-dessus, la pompe doseuse à pistons et à double effet est caractérisée en ce qu'elle et réalisée de manière que : - Le moyen d'admission est constitué par une lumière ménagée dans le plan médian transversaL du cylindre et le moyen de refoulement est formé par deux Lumières disposées- à égale distance, de part et autre de ce pLan, - les pistons délimitent entre eux une capacité de volume constant, sont liés en déplacement synchrone de même sens et sont mobiles de part et d'autre du plan médian transversal sur une course au moins egale à la mesure axiale de la capacité, - et un piston libre formant navette est monté dans la capacité qu'il divise en deux chambres à volumes inversement variables. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique de la pompe à pistons conforme à l'invention. Les fig. 2 à 4 sont des vues schématique+ illustrant, à plus petite échelle, des phases caractéristiques du cycle de fonctionnement de la pompe. La pompe à pistons et à double effet, illustrée par la fig. 1, comprend un corps de pompe 1 délimitant un cylindre 2 se présentant sous la forme d'un alésage rectiligne, de diamètre constant. Le corps 1 peut être réalisé en de nombreuses matières appropriées, dans tous les cas choisies pour permettre une usinabilité précise et pour présenter une inertie aux produits devant être distribués. A titre d'exemple, le corps de pompe 1 est, de préférence, réalisé en carbure de silicium. Le corps de pompe 1 présente, en relation avec un plan médian transversal P, perpendiculaire å l'axe x-x' du cylindre 2, des moyens 3 d'admission et des moyens 4 de refoulement. Les moyens d'admission 3 sont constitués par une lumière 5 pratiquée dans le corps 1 selon le plan P pour déboucher à l'intérieur dudit corps. La lumière 5 est pourvue de moyens 6 de raccordement à une canalisation 7 d'amenée du produit, de préférence liquide, devant être pompé. Les moyens 4 sont constitués par deux lumières de refoulement 81 et 82 qui sont ménagées dans le corps de pompe 1 à une égale distance d, de part et d'autre du plan médian transversal P. Les lumières de refoulement 81 et 82 communiquent avec un chambrage 9 délimité latéralement par ou rapporté sur le corps de pompe 1 et pourvu de moyens 10 de raccordement avec une canalisation de refoulement 11. Le cylindre 2 contient deux pistons 121 et 1Z2 coulissants qui sont liés en déplacement synchrone de meme sens par un moyen d'accouplement 13. Dans un exemple de réalisation, te moyen 13 peut être du type mécanique et retie positivement en les rendant solidaires les tiges de piston 141 et 142. Le moyen 13 est, de préférence aussi, constitué, réalisé ou prévu pour être associé ou, encore, former directement un système de commande 15 capable d'animer les pistons 121 et 12z a L'intérieur du cylindre 2 d'un déplacement rectiLigne alternatif selon Les flèches f1 et f2. Les pistons 121 et 122 sont montés de façon étanche à l'intérieur du cylindre 2, soit directement par lueur tolérance d'usinage et/ou les caractéristiques de lueur matière constitutive, soit, encore, par L'interposition de joints ou garnitures d'étanchéité 161, 162, représentés uniquement å titre d'exemple sous la forme de joints toriques. Des moyens de guidage des tiges 141 et 142 sont également prévus sous la forme, par exempLe, de chapeaux 171 et 172 fermant les extrémités du corps de.pompe 1. Les pistons 121 et 122 sont liés positivement, de manière à délimiter, par Leurs faces en regard et à L'intérieur du cylindre 2, une capacité 18, de volume constant dans l'exemple selon ta fig. 1. Il doit être considéré que des moyens peuvent être prévus, par exempLe sur l'accouplement 13, pour rendre La mesure axiale de la capacité 18 réglabLe à partir d'une valeur minimale qui est, par exemple, la mesure axiale d séparant chaque lumière de refoulement du plan P. Les moyens d'accouplement 13 et de commande 15 sont réalisés de façon à permettre, par Le déplacement rectiligne alternatif selon Les flèches f1 et f2, de faire passer la capacité 18 par transfert axial d'un côté ou de L'autre du pLan transversal médian P. Les pistons 121 et 122 sont, de préférence, réalisés en carbure de silicium ou en polytétrafluoroéthylène. Selon les perfectionnements correspondants à l'invention, outre les dispositions ci-dessus, il est prévu de disposer, à l'intérieur de la capacité 18, un piston Libre 19 constituant une navette. La hauteur axiale du piston 19 est choisie pour que la mesure résiduelle libre de la capacité 18 constitue la cylindrée effective de la pompe. A titre d'exemple, La hauteur axiale de la navette 19 est égale å la moitié de l'étendue axiale de la capacité 18. La navette 19 est réalisée de manière à posséder un coulissement serré étanche par rapport au cylindre 2, de façon à pouvoir occuper, en l'absence de sollicitation déséquilibrée sur ses deux faces, une position stabLe en constituant une cloison étanche interposée dans la capacité 18, entre les faces en regard des pistons 121 et 122.A titre d'exemDle, une tel Le fonction est assurée en réalisant le piston libre 19 en polytétrafluoro- méthylène, afin d'éviter de recourir à la présence nécessaire d'un joint ou d'une garniture d'étanchéité périphérique. La pompe décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante. En considérant une première mise en service, la fig. 1 représente un état de fonctionnement dans lequel l'attelage des pistons 121 et 122 est amené en butée dans la course selon la flèche f1 par les moyens de commande 15. Dans cet état, le piston 122 a poussé le piston libre 19 au-delå du plan médian transversal P et se trouve en contact avec ce piston libre. il en résulte que le volume utile de la capacité 18 se trouve alors entièrement délimité sous la forme d'une chambre 201, entre le piston 19 et le piston 121, une telle chambre 201 étant en relation, par la lumière 81 avec le chambrage de refoulement 9. Dans cet état et en considérant un premier cycle de fonctionnement, la chambre 201 est vide et la lumière d'admission 5 obturee par Le piston 122. Lors du coulissement dans le sens de la flèche f2, sous l'impulsion de l'organe de commande 15, l'attelage des pistons 121 et 122 se déplace dans le même sens, sans incidence initiale sur la position du piston libre 19. La chambre 201 décroît progressivement de volume, alors que, simultanément, une partie du volume utile de la capacité 18 se crée sous la forme d'une chambre 202, entre le piston 122 et le piston libre 19. Comme cela apparat à la fig. 2, cette chambre 202 découvre, lors de sa création, la Lumière d'admission 5, ce qui permet un remplissage de cette chambre au fur et à mesure que son volume variable croit, en relation inverse avec la variation de volume décroissante de la chambre 201.Ainsi, au cours du premier cycle de déplacement dans le sens de la fleche f2 de l'attelage des pistons 121 et 122, il se produit une admission oans la chambre 202 qui se constitue progressivement pour occuper un volume de remplissage exacterent égal au volume utile de la capacité 18, lorsque le piston 121 vient au contact du piston libre 19, te que cela est ilLustré par la fig. 2. Il convient de considérer que cet état de fonctionnement intervient apures, sens-lemetst, une demi-course de déolacerent sans le sens de la flèche f2. A partir de La position illustrée par la fig. 2, La aeuxieme partie de La course de déplacement, dans le sens de La flèche f2, a pour effet de déplacer, dans le sens correspondant, le piston libre 19 par L'intermédiaire du piston 121 qui amène la navette au-delà du plan médian transversal P. De cette manière, la lumière d'admission 5 est fermée et la chambre 202 se trouve entièrement transférée en relation de communication avec la lumière de refoulement 82, au terme de la seconde partie de ta course de déplacement dans le sens de la flèche f2, comme illustré par la fig. 3. A partir de cette étape de fonctionnement, Le moyen de commande 15 inverse le déplacement de L'atteLage des pistons pour amorcer un dépLacement rectiligne inverse dans le sens de la flèche f. Ce déplacement réduit orogressivement te volume de la chambre 202, ce qui produit le refoulerient sous pression de la fraction de fluide liquide précédemment admis. Le refoulement s'effectue par la lumière 82, le chambrage 9 et la canalisation de refoulement 11. Simultanément, le recul du piston 21, par rapport au piston libre 19, ouvre la lumière d'admission 5, ce qui produit une admission de fluide à l'intérieur de la chambre 201, au fur et à mesure que le volume de cette dernière croit, en même temps que décroît celui de la chambre 202. Le transfert de la cylindrée s'effectue donc, comme au temps précédent, en même temps qu'interviennent simultanément Le refoulement de la chambre 202 et l'admission dans la chambre 201. Comme précédemment, en fin de première partie de cycle de déplacement dans le sens de la flèche f1, le piston 121 vient en butée contre le piston navette 19, lorsque le volume utile de la capacité 19 a été entièrement transféré pour constituer Le volume de la chambre 201. Dans cet état illustré par la fig. 4, une phase d'admission complète est intervenue Dour la chambre 201, au moment où l'action du piston 122 repousse te piston navette 19 pour masquer la Lumière d'admission 5. La deuxième partie de la course dans le sens de la fleche f1 ramène La pompe dans L'état selon La fig. 1, dans lequel la chambre 201 se trouve en communication avec l'orifice de refouLement 81 Le refoulement de la fraction de fluide précédemment admise intervient alors dans ta phase de fonctionnement correspondant à la première course dans le sens de déplacement selon La flèche f2. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, chaque course complète dans un sens, de l'attelage des pistons 121 et 122 oroduit, simultanément, une phase de refoulement de la fraction de Liquide précédemment admis dans une chambre, L'admission et Le remplissage progressif de La seconde chambre, puis le transfert de cette chambre remplie en état de communication avec les moyens de refoulement en même temps que les moyens d'admission se trouvent occultés ou masqués par le piston navette 19. S'agissant d'une pompe a pistons à déplacement rectiligne alternatif, les moyens de l'invention remettent ainsi de fournir une dose de fluide refoulé par course alternative permettant, ainsi, de qualifier la pompe de type à double effet. Il en résulte une production d'un débit plus régulier, pouvant être variable, en fonction de la vitesse de déplacement alternatif imposée à l'attelage des pistons par l'organe de commande 15. il peut être possible de faire varier, également, la cylindrée de la tapacité 18 en modifiant l'écartement relatif entre Les pistons 127 et 122, par L'intermédiaire de moyens de réglage incorporés au moyen 13. Dans le cas de construction conduisant a une cylindrée fixe, iL est avantageux de ménager Les lumières de refoulement à une distance du plan médian transversal au moins égale à ta mesure axiale utile de la capacité 18. Il est également possible de modifier la cylindrée de la capacité 18 en changeant Le piston navette 19 pour le remplacer par un piston de hauteur différente. La hauteur minimale du piston 19 est, toutefois, à considérer en relation avec La aimensien axiale aIe de la lumière d'admission 5, de manière a masquer totalement cette dernière Lors des phases de transfert selon Les courses a'*ernati;es pour éviter Les interférences refoulement-admission et à maintenir L'étanchéité entre admission et refoulement Lorsque la pompe est au repos et ce quelle que soit La position de la navette 19. L'invention n'est pas limitée à L'exemple decrit et representé, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Pompe doseuse à pistons et à double effet, du type comprenant un corps de pompe (1) délimitant un cylindre (2) pourvu d'un ou de moyens d'admission (3) et de refoulement (4) et contenant deux pistons (121, 122) coulissants disposés en vis-à-vis, carctérisée en ce que - Le moyen d'admission (3) est constitué par une lumière (5) ménagée dans le plan médian transversaL (P) du cylindre et le moyen de refoulement (4) est formé par deux lumiéres (8î, 82) disposées à égale distance, de part et d'autre de ce plan, - les pistons (121, 122) délimitent entre eux une capacité (18) de volume constant, sont Liés en déplacement synchrone de même sens et sont mobiles de part et d'autre du plan médian transversal sur une course au moins égale à la mesure axiale de La capacité, - et un piston libre (19) formant navette est monté dans La capacité qu'il divise en deux chambres (201 202) å volumes inversement variables. 2 - Pompe doseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (19), formant navette, est monté à coulissement serré, étanche, à l'intérieur du cylindre. 3 - Pompe doseuse selon La revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la capacité (18) possède une mesure axiale inférieure ou égale au double de la hauteur du piston libre. 4 - Pompe doseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lumières de refoulement (81 82) sont situées à une distance du plan médian transversal au moins égale à la mesure axiale de la capacité. 5 - Pompe doseuse selon La revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que Les lumières de refoulement communiquent avec un chambrage commun (9) délimité par le cylindre et raccordé à un circuit de refoulement (11). 6 - Pompe doseuse selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que Le piston navette (19) possède une hauteur au moins égale à L'étendue axiale de la lumiére d'admission.