Brevet FR2676117A1 — publié le 19921106

DISPOSITIF POUR DELIVRER UNE OUANTITE DETERMINEE DE LIOUIDE. L'invention concerne un dispositif perfectionné, apte à délivrer une quantité déterminée et dosée de liquide, et ce de manière répétitive. De plus en plus fréquemment, l'Industrie se heurte à des difficultés dès lors qu'il s'agit de procéder au dosage de manière répétitive, à des cadences relative- ment élevée, d'une très faible quantité de liquide Ceci est notamment le cas dans l'industrie pharmaceutique, mais également cosmétique et à un degré moindre, dans l'agro-alimentaire.15 On a proposé, depuis quelque temps déjà le principe d'un dosage au moyen d'un piston à course alternative possédant sur sa périphérie une rainure de distribution longitudinale et coulissant dans un cylindre creux Les20 cotes de ces éléments atteignent un degré de précision tel, que l'on peut s'affranchir de l'utilisation de tout joint d'étanchéité L'ascension du piston dans le cylin- dre, provoque l'aspiration du liquide à doser à partir d'une canalisation débouchant dans le corps du cylindre.25 En bout de course ascensionnelle, le piston subit une rotation d'un angle déterminé, par exemple de 180 ', afin de faire correspondre sa rainure avec une autre cana- lisation, débouchant également dans le corps du cylin- dre, et située en position diamétralement opposée à la30 canalisation d'admission La course du piston dans le sens opposé induit l'éjection du liquide hors de la rainure périphérique du piston dans cette canalisation de délivrance ou d'éjection En bout de course, le pis- ton subit à nouveau une nouvelle rotation d'un angle de35 180 O et le cycle décrit recommence. Ce type de dispositif, satisfaisant au niveau dosa- ge, se heurte aux inconvénients suivants. Tout d'abord, la présence d'une impureté au niveau de la rainure peut induire un blocage voire une usure prématurée du cylindre En outre, comme déjà précisé, ce type de dispositif de dosage est couramment utilisé dans l'industrie pharmaceutique ou dans les laboratoires d'analyses médicales Il est donc soumis à des condi-10 tions d'hygiène et de stérilité sévères, de sorte que l'on recherche des éléments facilement décontaminables, et corrélativement de contamination difficile Or, la présence d'une rainure ainsi que des canalisations Ad- mission + Echappement, induit une contamination rela-15 tivement rapide du piston et corrélativement une décon- tamination rendue plus difficile en milieu stérile, du fait de l'existence d'angles, de recoins et d'intersec- tions. On a également proposé un dispositif de dosage analogue, dans lequel le piston n'est pas muni d'une rigole ou rainure périphérique, mais comporte à l'une de ses extrémités un tiroir Celui-ci, changeant de posi- tion corrélativement avec celle du piston dans le cylin-25 dre, sélectionnera successivement la voie Admission ou Echappement Ce dispositif implique les mêmes inconvé- nients que dans les cas précédents, notamment au niveau du blocage, de l'usure, mais également au niveau des difficultés de décontamination. 30 En outre, ces deux types de dispositif ne maîtri- sent pas de manière satisfaisante et répétitive l'égout- tement en fin de chaque cycle de dosage Ce défaut de maîtrise induit des conséquences dommageables notamment,35 lorsque le réceptacle dans lequel le liquide doit être introduit, est scellé par soudage Le dépôt d'une ou plusieurs gouttes au niveau de la zone de soudage em- pêche la réalisation d'une soudure étanche et régulière, rendant ainsi le produit final obtenu impropre notamment 5 à la conservation et par voie de conséquence à sa com- mercialisation. L'invention vise un dispositif du type en question, permettant de s'affranchir des problèmes liés au travail en milieu stérile et hygiénique En outre, elle vise un dispositif perfectionné dans lequel on maîtrise parfai- tement les problèmes d'égouttement en fin d'éjection. Ce dispositif, pour délivrer une quantité déter- minée de liquide comprend: un corps creux définissant une chambre de dosage au niveau duquel débouche une canalisation d'admission ou d'échappement du liquide à doser; un piston, sur lequel se fixe une canalisation similaire; le piston et le corps creux étant animés d'un mouvement relatif alternatif l'un par rapport à l'autre. Ce dispositif se caractérise en ce que le piston est percé sur toute sa longueur, d'un canal destiné à permettre le transfert du liquide de la chambre de do- sage vers le lieu de délivrance de celui-ci sous l'action de son déplacement relatif par rapport au corps creux.30 En d'autres termes et comme il sera mieux compris à la lumière de la description qui va suivre, l'invention consiste à s'affranchir de tout mouvement de rotation du piston dans le corps du cylindre, dont le fonctionnement35 induit des effets inverses par rapport aux dispositifs piston-cylindre traditionnels En effet, l'aspiration et l'éjection du liquide à doser ne résultent plus que du simple mouvement alternatif du piston dans le corps du cylindre. 5 Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les canalisations d'admis- sion et d'échappement ménagées aux extrémités du piston et du cylindre, sont constituées d'un tuyau en matière10 souple, par exemple du silicone Elles sont pourvues chacune d'une vanne d'obturation et de compensation volumique La matière des tuyaux pourra varier en fonc- tion des produits dosés, la seule contrainte étant l'absence de rémanence aux déformations.15 Chacune de ces vannes est constituée de deux jeux de plaques actionnés simultanément, disposés de part et d'autre du tuyau constitutif desdites canalisation d'une part, et d'un doigt également actionné, lesdites plaques20 pincant légèrement le tuyau en amont et en aval du doigt lorsque la vanne est en position ouverte, le doigt étant alors en position escamoté, et s'écartant du tuyau en position fermée, l'obturation du tuyau étant alors ob- tenue 'par fermeture du doigt sur le tuyau, les deux25 vannes respectivement d'admission et de délivrance fonctionnant de manière antagonique l'une par rapport à l'autre. Selon une forme particulièrement avantageuse de l'invention, le liquide délivré dans un récipient appro- prié peut être pesé, analysé, contrôlé sur site, les mesures effectuées étant corrélées avec la course du piston en fonction des données préalablement introduites dans une unité centrale de commande La vitesse d'action35 du piston peut être modulée en cours de fonctionnement de façon à effectuer une variation continue pendant l'opération de dosage elle-même. La manière dont l'invention est réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exem- ple de réalisation qui suit donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annéxées. La figure 1 est une représentation schématique du dispositif conforme à l'invention, selon la configura- tion piston fixe/cylindre mobile. La figure 2 est une représentation en perspective sommaire d'un détail du dispositif conforme à l'inven- tion, selon la configuration piston mobile/cylindre fixe. La figure 3 est une coupe transversale d'une vanne conforme à l'invention en position ouverte. La figure 4 est une représentation schématique analogue à la figure 3, ladite vanne étant en position fermée. Selon l'invention, et comme on l'a représenté sur la figure 1, le dispositif comprend fondamentalement un cylindre ( 1), perçé en son centre d'un orifice cylindri- que Ce cylindre est destiné à recevoir un piston ( 3), de forme cylindrique, dont l'étanchéité sera garantie soit par la présence de joints, segments ou tout autre25 accessoire permettant d'aboutir à ce résultat, soit par la réalisation d'un jeu réduit de un à cinquante micro- mètres, garantissant l'absence de fuite en fonction des liquides manipulés. Les canalisations d'admission et d'échappement sont constituées d'un tuyau souple d'un diamètre approprié, associées à deux vannes de pincement à compensation volumique ( 7), dont l'architecture et le fonctionnement sera décrit en détail ultérieurement. Le piston ( 3) ou le cylindre ( 1) est animé d'un mouvement alternatif généré par le biais d'un moteur ou tout autre système translatif à position contrôlée, à savoir par exemple: 5 courroie crantée avec ou sans codeur de position; vérin électrique, pneumatique, hydraulique avec ou sans codeur de position; bielle manivelle avec ou sans codeur de position; vis/écrou avec ou sans codeur de position. La gestion de ces éléments s'effectue à l'aide de toute motorisation et énergie: pas à pas, courant con- tinu (avec ou sans collecteur) hydraulique régulé, pneu- matique régulé La course du piston ou du cylindre est15 bien entendu contrôlée de manière très précise, puisque, comme il sera décrit ultérieurement, c'est elle qui conditionne la quantité du liquide à doser. Selon une caractéristique fondamentale de l'inven- tion, le piston ( 3) est également percé selon son axe de révolution d'un canal ( 4) débouchant de fait à ses deux extrémités L'une d'elle, prolongée par un tuyau souple, comme pour la canalisation d'admission, est également munie d'une vanne à pincement et à compensation volumi-25 que, décrite ci-après. Ce type de dispositif de dosage est destiné à être monté sur toute installation nécessitant la gestion volumique d'un élément, et le contrôle du processus en30 cours, selon une boucle ouverte ou fermée L'ensemble peut suivre une cadence élevée, et permettre l'associa- tion de tous les éléments de suivi, gérés électronique- ment, tels que: balance, analyse de composition, nature spectrographique, viscosité, débit, couleur, densité,35 etc, dont les mesures sont stockées puis analysées au niveau d'une unité centrale de commande ( 12), typi- quement constituée par un micro-ordinateur Selon les informations introduites dans sa mémoire en fonction des fourchettes autorisées par l'utilisateur, le déplacement du piston pourra être modifié en vitesse ou en course par l'intermédiaire de l'organe de commande ( 11) choisi, 5 celui-ci étant soumis aux injonctions de ladite unité centrale de commande. On a représenté schématiquement sur la figure 2 un mode de réalisation possible de l'actionnement du piston conformément à l'invention Afin de faciliter la repré- sentation schématique, la canalisation d'amenée ( 6) se fait par la base du cylindre ( 1) et la canalisation d'évacuation (échappement) ( 8) est située vers le haut. Néanmoins, le principe de fonctionnement est indépendant15 des choix: élément fixe/élément mobile, admission inférieure/supérieure et corrélativement échappement inférieur/supérieur. Le moteur ( 11) sur injonction de l'unité centrale de commande actionne le mouvement alternatif du piston ( 3) par le biais de la vis ( 31) et de l'écrou ( 18). Sur la figure 1, les deux vannes respectivement d'admission et d'éjection ( 7) sont fixées par tout moyen mécanique traditionnel, respectivement sur l'exemple: admission sur partie mobile support piston, et échap- pement sur bâti. Les vannes dites "à pincement et à compensation volumique" sont analogues et sont respectivement consti- tuées de deux jeux de plaques respectivement ( 25,26) et ( 27,28), actionnées chacune au moyen d'une came ou de tout autre moyen mécanique (non représenté), les plaques de chacun des jeux étant disposée de part et d'autre de35 la canalisation correspondante, soit d'admission soit d'éjection En position ouverte, ces plaques compriment légèrement le tuyau souple, sans toutefois l'obturer. Corrélativement, les deux jeux respectivement ( 25, 26) et ( 27,28) sont disposés de part et d'autre d'un doigt d'obturation constitué par deux éléments ( 29 et ) également situés de part et d'autre du tuyau souple et sont actionnés mécaniquement Lorsque la vanne est en position ouverte, le doigt est lui-même ouvert de sorte que l'admission ou l'éjection peut intervenir (Figure 3). En revanche, en position obturée, chacune des pla- ques de chacun des jeux s'écarte et corrélativement, les deux éléments ( 29 et 30) du doigt se rapprochent jusqu'à obturer totalement le tuyau de silicone (Figure 4) De la sorte, la partie du tuyau située en amont du doigt15 présente une légère augmentation de volume, propre à contenir le liquide, déplacé par le pincement du doigt. De la même manière, la partie du tuyau située en aval du doigt ( 29, 30) s'écarte également, provoquant l'égoutte- ment, particulièrement intéressant au niveau de l'échap-20 pement. Dans un autre mode de fonctionnement de ces vannes, on peut modifier le mouvement relatif des plaques ( 25- 28) et des éléments ( 29,30) d'obturation, afin de géné- rer lors de leur actionnement la création d'une ou de plusieurs gouttes au niveau de l'échappement, voire une micro-pulvérisation. Il va être décrit plus en détail le fonctionnement du dispositif conformément à l'invention (cf figure 1). Lors de la première étape du fonctionnement, la vanne d'admission est ouverte, la vanne d'échappement est fermée, le piston ( 3) étant en position enfoncée35 dans le cylindre ( 1) Lors de la seconde étape, le cy- lindre, sous l'action du moteur ( 11), descend d'une course définie C, déterminée en fonction du volume à doser Cette descente induit l'aspiration et donc l'ad- mission du liquide à doser. 5 Après avoir fermée la vanne d'admission, et après avoir ouvert la vanne d'échappement, le cylindre remonte d'une même course C sous l'action du moteur ( 11), indui- sant par compression, la montée du liquide par le canal10 ( 4) situé selon l'axe de révolution du piston ( 3) Puis l'on recommence ce cycle de manière répétée. La vanne d'échappement se ferme, supprimant par là même, la ou les fatidiques gouttes préjudiciables à l'aval, au traitement des produits. On conçoit ainsi, que seule la course du piston provoque le transfert de liquide, celui-ci n'étant sou- mis à aucune rotation En outre, compte-tenu de la pré-20 sence des vannes à compensation volumique, on conçoit que lors de la fermeture, notamment de la vanne d'éjec- tion, les gouttes résiduelles sont irrémédiablement aspirées, et qu'en revanche, lors de la fermeture de la vanne d'admission, il n'y a pas de risque d'introduction25 intempestive du liquide au niveau du corps ( 2) du cylin- dre ( 1) Par voie de conséquence, la précision des dosa- ge est accrue. En outre, tous les éléments de ce dispositif sont très facilement démontables, notamment le piston, main- tenu au niveau du plateau de solidarisation ( 19) par exemple par de simples vis ( 33), ou par un clips, et ne présente aucun recoin ou angle, de sorte que sa stérilisation est rendue beaucoup plus aisée Il en est de même35 pour le cylindre Corrélativement, du fait même de l'absence de recoins, la contamination des élements constitutifs de ce système de dosage, en contact avec les matériaux "polluants", est rendue beaucoup plus difficile. 5 En outre, ce dispositif présente une grande sou- plesse d'utilisation, une plus grande fiabilité dans le dosage inhérent au fonctionnement très simple du piston, et en outre une étanchéité obtenue par la présence des10 vannes caractéristiques. L'éventuel système de pesée en sortie augmente la précision, et la corrélation effectuée entre la pesée et le moteur permet de corriger quasiment instantanément la15 course du piston ou du cylindre pour définir le volume exact du liquide à doser. La possibilité de faire varier en continu, avec une grande souplesse, sans aucune contrainte figée, le dé- placement du piston ou du cylindre ainsi que la commande des vannes, présente de nombreuses applications notam- ment au niveau des laboratoires d'analyses, de l'indus- trie pharmaceutique, cosmétique, dans l'agro-alimentai- re, et dans l'industrie chimique. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour délivrer une quantité détermi- née de liquide comprenant: un corps creux ( 1), définissant une chambre de dosage cylindrique ( 2), au niveau duquel débouche une canalisation d'amenée ( 6) du liquide à doser; un piston ( 3) cylindrique, dont le diamètre externe correspond au jeu près au diamètre interne de la chambre de dosage ( 2), le corps creux ( 1) et le piston ( 3) étant animés d'un mouvement relatif alternatif l'un par rapport à l'autre, une canalisation de délivrance ou d'éjection ( 8), caractérisé en ce que le piston ( 3) est percé sur toute sa longueur, selon la direction du mouvement relatif, d'un canal ( 4), destiné à permettre le transfert du liquide de la chambre de dosage ( 2) vers le lieu de délivrance de celui-ci sous l'action de son déplacement relatif par rapport au corps creux ( 1).20 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal ( 4) est situé selon l'axe de révolu- tion du piston ( 3). 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les canalisations d'admission ou d'échappement peuvent être indifféremment position- nées sur les extrémités du piston ( 3) ou du corps creux ( 1), et reliées à leur canal respectif. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les canalisations d'amenée ( 6) et de délivrance ou d'éjection ( 8) du liquide à doser sont constituées par un tuyau en matière souple.35 / Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les canalisations d'amenée ( 6) et de délivran- ce ou d'éjection ( 8) du liquide à doser sont réalisées en silicone. 6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les canalisations d'amenée ( 6) et de délivran- ce ou d'éjection ( 8) du liquide à doser sont pourvues chacune d'une vanne d'obturation ( 7,9).10 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des vannes d'obturation ( 7,9) est constituée par: deux jeux de plaques ( 25,26) et ( 27,28), action- nés simultanément, les deux plaques de chacun des jeux étant disposées de part et d'autre de la canalisation correspondante ( 6,8), et d'un doigt également actionné, situé entre les deux jeux de plaques ( 25,26) et ( 27,28), compor- tant deux éléments complémentaires ( 29,30) situés de part et d'autre de la canalisation ( 6,8), lesdites plaques pincant légèrement la canalisation en amont et en aval du doigt lorsque la vanne est en posi- tion ouverte, le doigt étant alors en position escamoté,25 et les plaques s'écartant de la canalisation lorsque la vanne est en position fermée, l'obturation de la canali- sation étant alors obtenue par fermeture du doigt sur la dite canalisation provoquant un pincement. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux vannes ( 7,9) respectivement d'admis- sion et de délivrance fonctionnent de manière antagoni- que l'une par rapport à l'autre. 9/ Dispositif selon l'une des revendication 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des organes de contrôle, destinés à mesurer des paramètres affectés au liquide dosé, notamment la masse dudit liquide, les5 mesures effectuées étant stockées et analysées au niveau d'une unité centrale de commande associée ( 12), indui- sant la variation de la course du piston ( 3) ou du corps creux ( 1), afin d'ajuster avec précision la quantité désirée de liquide délivré