Brevet FR2695688A1 — publié le 19940318

DISPOSITIF DE FIXATION ET D'ASSEMBLAGE RAPIDES DE DEUX ELEMENTS MECANIOUES NON ALIGNES COOPERANT ENTRE EUX. L'invention concerne un nouveau dispositif destiné à permettre la fixation et l'assemblage de deux éléments mécaniques, susceptibles de coopérer entre eux, et nécessitant dans le cadre de cette coopération une parfaite liberté de mouvement. Bien que s'appliquant plus particulièrement aux dispositifs de pompage et de dosage d'une quantité prédéterminée de liquide, et donc notamment au domaine de l'industrie pharmaceutique, chimique, mais également cosmétique ou agroalimentaire, l'invention ne saurait se limiter à ces seules applications. On a décrit dans la demande FR-A-91.05716 du Demandeur, un dispositif de dosage constitué d'un piston et d'un cylindre, animés d'un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, le cylindre faisant acte de chambre de dosage, et au niveau duquel aboutit une canalisation d'amenée du liquide à doser, le piston étant quant à lui percé sur toute sa longueur d'un canal, se prolongeant par une canalisation d'évacuation, permettant ainsi lors de l'actionnement relatif du piston par rapport au cylindre, l'éjection du liquide dosé dans la chambre de dosage constituée par le cylindre en direction du lieu de délivrance dudit liquide. Si certes ce dispositif permet d'assurer de manière hygiénique et efficace le pompage et le dosage de liquide, et ce de manière répétitive, en revanche, il importait compte tenu des cycles répétés des mouvements relatifs du piston par rapport au cylindre, de proposer un système permettant justement le libre déplacement du piston dans le cylindre, de supprimer les contraintes au niveau des zones de coopération de ces deux éléments.En effet, les matériaux utilisés pour les pistons et les cylindres étant typiquement constitués par de l'inox chromé ou de la céramique, et étant usinés pour présenter un jeu quasiment nul afin de permettre un dosage précis d'une part, et d'autre part, d'interdire toute fuite des liquides à doser hors de la chambre de dosage, altérant en outre les conditions hygiéniques, on observe quelquefois un blocage du piston dans le cylindre, dû au phénomène de grippage.Afin de s'affranchir de tels grippages, on s'est aperçu qu'une possibilité pouvait consister à permettre un léger déplacement angulaire du piston et du cylindre par rapport à leur point de fixation, permettant de la sorte une autorégulation de la position de l'un par rapport à l'autre, diminuant donc les contraintes, notamment de frottement, du piston dans le cylindre et partant, annulant tous phénomènes de blocage. En outre, on cherche à s'affranchir de tout usinage très précis de ces élémenets mécaniques, engendrant des surcoûts non négligeables. il existait donc un réel besoin d'un dispositif permettant outre une fixation rapide et aisée de deux éléments mécaniques coulissant l'un dans l'autre de manière répétitive, un auto-positionnement de l'un par rapport à l'autre pour s'affranchir des phénomènes de frottement et autres contraintes surgissant dès lors que deux éléments de ce type coopèrent entre eux. Ce dispositif de fixation et d'assemblage rapides de deux éléments mécaniques coopérant entre eux selon une même direction au moyen d'un organe d'activation consiste à fixer chacun de ces deux éléments audit organe d'activation au moyen d'une rotule, dont l'axe de révolution est parallèle et coaxial à ladite direction de coopération des deux éléments mécaniques. En d'autres termes, l'invention consiste à solidariser de manière non figée lesdits éléments mécaniques à l'organe d'activation assurant leur coopération relative, et ce en utilisant un moyen mécanique autorisant le léger débattement angulaire des dits éléments mécaniques. Avantageusement, la rotule vient se fixer sur lesdits éléments mécaniques à l'extremité opposée de celle au niveau de laquelle intervient la coopération des dits éléments. Selon l'invention, ces rotules sont constituées de deux éléments - un premier élément mâle, solidarisé auxdits éléments mécaniques, et dont la face latérale est sensiblement de forme hémisphérique; - un élément femelle, de forme complémentaire à la face latérale de la partie mâle, fixé sur l'organe d'activation du dispositif, et coopérant avec ledit élément mâle au niveau de sa face latérale. Cet élément femelle est avantageusement constitué de deux parties: - une partie fixe, solidarisée à l'organe d'activation; - une partie dite "à rattrapage de jeux", solidarisée à ladite partie fixe, et destinée à maintenir en permanence un contact étroit avec la face latérale de l'élément mâle. De manière plus spécifique, l'invention est destinée aux dispositifs de pompage et de délivrance d'une quantité déterminée de liquide. Ce dispositif de pompage et de délivrance d'une quantité déterminée de liquide, comprenant un piston et un cylindre animé d'un mouvement relatif alternatif l'un par rapport à l'autre au moyen d'un organe d'activation, comprend: - un cylindre, définissant une chambre de dosage cylindrique, au niveau de laquelle débouche co-axialement une canalisation d'amenée du liquide à doser; - un piston, cylindrique, dont le diamètre externe correspond au diamètre interne du cylindre, percé co-axialement sur toute sa longueur d'un canal, destiné à permettre le transfert du liquide hors de la chambre de dosage vers le lieu de délivrance de celui-ci sous l'action du déplacement relatif du piston par rapport au cylindre, ledit canal se prolongeant par une canalisation de délivrance ou d'éjection. Selon l'invention, la solidarisation respective du piston et du cylindre à l'organe d'activation assurant le mouvement relatif du piston par rapport au cylindre, s'effectue au moyen d'une rotule, dont l'axe de révolution est parallèle à la direction dudit mouvement relatif, et coaxial avec l'axe du piston et du cylindre. En d'autres termes, l'invention consiste à solidariser de manière non figée le piston et le cylindre à l'organe d'activation, et ce, en agissant au niveau des points de fixation respectifs du piston et du cylindre, respectivement d'amenée et d'évacuation du liquide à doser, pour permettre le léger mouvement angulaire du piston respectivement du cylindre, mentionné précédemment. En effet, selon une forme de réalisation de l'invention, les deux rotules sont fixées au niveau des canalisations d'évacuation prolongeant respectivement le piston et le cylindre, et coaxiales à l'axe de révolution du piston et du cylindre. Selon l'invention, ces rotules sont constituées de deux éléments: - un premier élément mâle, solidarisé à la canalisation d'évacuation du piston, respectivement à la canalisation d'amenée du cylindre, dont la face latérale est sensiblement de forme hémisphérique; - un élément femelle, de forme complémentaire à la face latérale de la partie mâle, fixé sur l'organe d'activation du dispositif, et coopérant avec ledit élément mâle au niveau de sa face latérale. La partie mâle comprend un ergot, faisant saillie hors de sa face latérale dans un plan sensiblement vertical, et destiné à coopérer avec une lumière correspondante réalisée dans la partie fixe de l'élément femelle. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique en section du dispositif conforme à l'invention, appliqué à un dispositif de pompage et de délivrance d'une quantité détrerminée de liquide selon la configuration cylindre fixe/piston mobile. La figure 2 est une représentation schématique d'une coupe du système de fixation conforme à l'invention sur un dispositif de la figure 1, effectuée selon un plan horizontal XY. La figure 3 est une représentation schématique en coupe dudit système de fixation selon un plan vertical YZ. Comme déjà précisé, l'exemple qui suit concerne un dispositif de dosage et de délivrance d'une quantité déterminée de liquide. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à cette seule forme de réalisation, et que toute autre application mettant en oeuvre le dispositif de fixation décrit entre dans le champ de la présente invention. Selon l'invention, le dispositif de pompage et de dosage d'une quantité déterminée de liquide comprend fondamentalement un cylindre (1), percé en son centre d'un orifice cylindrique. Ce cylindre est destiné à recevoir un piston (3), de forme également cylindrique, dont le diamètre externe correspond au diamètre interne dudit cylindre (1). En fait, afin de permettre un frottement minimum entre le piston et le cylindre, il existe un jeu réduit, typiquement de un à cinquante micromètres, garantissant l'absence de fuites en fonction du liquide manipulé. Une canalisation d'amenée du liquide à doser (12), prolonge coaxialement ledit cylindre (1) au niveau de l'orifice cylindrique percé en son centre. Le cylindre (1) définit une chambre de dosage (2), au niveau de laquelle le liquide à pomper et à doser est aspiré lors de la course ascensionnelle du piston (3). Celui-ci est percé également en son centre d'un canal (4), se prolongeant à son extrémité supérieure par une canalisation d'évacuation ou d'éjection (13), également coaxiale avec le piston (3) et le cylindre (1). De manière connue, ces deux canalisations (12) et (13) se prolongent ensuite par un tuyau souple de diamètre approprié, associé à des vannes, par exemple de pincement à compensation volumique, destinées à gérer le plus efficacement possible les phénomènes d'égouttement. Selon la forme de réalisation décrite, le cylindre (1) est monté fixe par rapport au bâti (14) du dispositif. Pour ce faire, la canalisation d'amenée (12) du liquide à doser, fixée solidairement au cylindre (1), est en outre fixée au moyen d'une rotule (5,6), elle-même solidarisée au bâti (14) par un axe (15). Cette rotule, d'axe de révolution coaxial avec ladite canalisation (12), comprend deux éléments. Tout d'abord, un élément mâle (5), de face latérale hémisphérique, enserrant fermement ladite canalisation (12). Cette rotule est typiquement réalisée en PTFE (polytétra-fluoroéthylène), verre, céramique, aciers de toute composition, etc..Ladite rotule (5) est maintenue en place par l'élément femelle (6), lui-même constitué de deux parties, une partie fixe proprement dite (16), et une partie à rattrapage de jeu (17), solidaire de la partie fixe (16) et comportant un ressort (18), agissant sur une butée (19), induisant la compression de ladite partie (17) contre la face latérale hémisphérique de la partie mâle (5). De la sorte, on conçoit que le cylindre (1) peut prendre une certaine inclinaison par rapport à l'axe vertical représenté à la figure 1, sans pour autant présenter le moindre jeu au niveau de cette zone de fixation par l'ensemble rotule (5,6). En outre, le serrage par ressort, assurant le rattrapage du jeu, inhérent à l'usure de la rotule, attendu que l'élément femelle (6) est toujours en contact avec sa partie mâle (5). En outre, la forme particulière de l'élément mâle et de l'élément femelle (5) et (6), bloque au jeu près, la rotation suivant l'axe Z. Selon la forme de réalisation décrite, le piston (3) est mobile par rapport au cylindre (1). Pour ce faire, il est fixé par un ensemble rotule (5,6) identique à celui précédemment décrit, à un écrou (7), qui coopérant avec la vis (8), transmet le mouvement rectiligne et alternatif au piston à partir du mouvement rotatif d'un moteur (9), lui-même dirigé et activé par une unité de commande (10). I1 va de soi que, ce système d'activation pourrait être remplacé par tout autre système translatif à position contrôlée, tel que par exemple: - une courroie crantée avec ou sans codeur de position; - un vérin électrique, pneumatique, hydraulique, avec ou sans codeur d'opposition; - une bielle manuelle avec ou sans codeur d'opposition. Bien entendu, la course du piston ou du cylindre est contrôlée de manière très précise, puisque c'est elle qui conditionne la quantité du liquide à doser. A cet égard, il va de soi que le principe de fonctionnement de ce dispositif est indépendant des choix : élément fixe/élément mobile, admission inférieure/supérieure, et corrélativement échappement inférieur / supérieur On conçoit donc que compte tenu du système même de fixation du cylindre et du piston, et quel que soit l'élément mobile par rapport à l'autre, le piston et le cylindre peuvent prendre une orientation légèrement oblique par rapport à la verticale pour tenir compte des contraintes extérieures et ainsi, s'affranchir de tous risques de blocage du piston dans le cylindre. En outre, afin d'annuler tous risques de rotation du piston et du cylindre selon l'axe Z, notamment dans le cadre de dispositif de dosage à pistons ou tiroirs de distribution rotatifs, l'élément mâle (5) présente un ergot (11) faisant saillie dans le plan YZ par exemple, destiné à coopérer avec une lumière complémentaire (20) réalisée dans la partie fixe (16) de l'élément femelle (6) des rotules. De la sorte, la manutention de l'ensemble du dispositif devient aisée, rapide et fiable, de par le principe de ce ressort de serrage qui remplace toutes les autres formes de fixation ou de serrage déjà existantes, et notamment le boulonnage, dipsage, etc . I1 permet en outre de s'affranchir d'un usinage trop précis des pièces mécaniques, altérant quelquefois la résistance mécanique desdites pièces, et engendrant notamment un surcoût du prix de fabrication du dispositif. Un tel dispositif s'avère donc particulièrement approprié pour tous les dispositifs de pompage et de dosage, notamment en petites quantités, dans lequel on fait varier en continu avec une grande souplesse le déplacement du piston ou du cylindre, notamment dans les domaines techniques et industriels qui requièrent de tels dispositifs de pompage. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de fixation et d'assemblage rapides de deux éléments mécaniques (1,3) coopérant entre eux selon une même direction au moyen d'un organe d'activation assurant le mouvement relatif de l'un des éléments mécaniques par rapport à l'autre, caractérisé en ce que la solidarisation de chacun desdits éléments mécaniques à l'organe d'activation s'effectue au moyen d'une rotule (5,6), dont l'axe de révolution est parallèle et coaxial à ladite direction de coopération des deux éléments mécaniques. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rotule vient se fixer sur l'éléments mécanique concerné à l'extremité opposée de celle au niveau de laquelle intervient la coopération des dits éléments. 3/ Dispositif selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que les rotules sont constituées de deux éléments - un premier élément mâle (5), solidarisé auxdits éléments mécaniques (1,3), et dont la face latérale est sensiblement de forme hémisphérique; - un élément femelle (6), de forme complémentaire à la face latérale de la partie mâle (5), fixé sur l'organe d'activation du dispositif, et coopérant avec ledit élément mâle au niveau de sa face latérale. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément femelle est avantageusement constitué de deux parties: - une partie fixe (16), solidarisée à l'organe d'activation; - une partie dite "à rattrapage de jeux" (17,18,19), solidarisée à ladite partie fixe, et destinée à maintenir en permanence un contact étroit avec la face latérale de l'élément mâle. 5/ Dispositif de pompage et de délivrance d'une quantité déterminée de liquide, comprenant un piston (3) et un cylindre (1), animés d'un mouvement relatif alternatif l'un par rapport à l'autre au moyen d'un organe d'activation (7,8,9): - le cylindre (1) définissant une chambre de dosage cylindrique (2), au niveau de laquelle débouche une canalisation d'amenée du liquide à doser (12) coaxiale avec l'axe de révolution du cylindre (1);; - le piston cylindrique (3), coaxial avec le cylindre (1), et dont le diamètre externe correspond au diamètre interne du cylindre, et percé sur toute sa longueur 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 du déplacement relatif du piston (3) par rapport au cylindre (1), le canal (4), coaxial avec le piston (3), se prolongeant par une canalisa-tion de délivrance ou d'éjection (13) également coaxiale avec le piston (3), caractérisé en ce que la solidarisation du piston (3), respectivement du cylindre (1) à l'organe d'activation (7,8,9,14) assurant le mouvement relatif du piston (3) par rapport au cylindre (1) s'effectue au moyen d'une rotule (5,6), dont l'axe de révolution est parallèle et coaxial à la direction dudit mouvement relatif du piston (3) par rapport au cylindre (1). 6/ Dispositif de pompage et de délivrance selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rotule (5,6) est fixée respectivement au niveau de la canalisation d'amenée (12) du liquide et d'éjection ou d'évacuation (13) dudit liquide. 7/ Dispositif de pompage et de délivrance selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la rotule (5,6) est constituée de deux éléments: - un élément mâle (5), solidarisé à la canalisation d'évacuation (13) ou d'amenée (12), respectivement du piston (3) et du cylindre (1), et dont la face latérale est sensiblement hémisphérique; - un élément femelle (6), fixé sur l'organe d'activation (7,8,9,14), de forme complémentaire à la face latérale hémisphérique de l'élément mâle, et coopérant avec ledit élément mâle (5) au niveau de cette face latérale. 8/ Dispositif de pompage et de délivrance selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément femelle (6) comporte deux parties - une partie fixe (16) solidarisée (15) à l'organe d'activation (7,8,9,14); - une partie mobile (17) à rattrapage de jeu, solidarisée à ladite partie fixe (16), et destinée à maintenir en permanence un contact étroit de l'élément femelle (6) sur l'élément mâle. 9/ Dispositif de pompage et de délivrance selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie mobile (17) à rattrapage de jeu, comporte un ressort (18), destiné à appliquer une pression sur un élément mobile (19) pour assurer une pression permanente dudit élément mobile (19) de ladite partie mobile (17) sur l'élément mâle (5). 10/ Dispositif de pompage et de délivrance selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'élément mâle (5) présente un ergot (11), faisant saillie hors de la face latérale, et destiné à coopérer avec un évidement correspondant (20) ménagé au niveau de la partie fixe (16) de l'élément femelle (6), afin d'interdire sa rotation par rapport à son axe vertical de révolution.