Brevet FR2751035A1 — publié le 19980116

La présente invention concerne une pompe doseuse destinée en particulier à équiper une machine de dosage de produits liquides. On connaît des pompes doseuses comportant un corps de pompe délimitant une chambre de pompage cylindrique présentant un orifice d'admission et un orifice de refoulement situés à des extrémités opposées de cette chambre. Un piston associé à une tige de manoeuvre est monté dans la chambre de pompage pour coulisser selon un mouvement alterné entre l'orifice d'admission et l'orifice de refoulement. Ce piston est traversé par un orifice de pompage qui est alternativement ouvert et fermé au moyen d'un clapet anti-retour. Avec ce genre de pompe, le produit à conditionner est en contact avec les deux faces du piston, ce qui résout en partie les problèmes de contamination du liquide qui se posent avec les pompes volumétriques classiques dans lesquelles le produit liquide à doser est en contact avec un seul des côtés du piston (les orifices d'admission et de refoulement de la chambre de pompage étant situés à une même extrémité de cette chambre). Toutefois, dans les pompes existantes, la tige de manoeuvre traverse la paroi du corps de pompe, de sorte qu'il est nécessaire d'assurer une étanchéité entre cette paroi et la tige de manoeuvre. Cette étanchéité pose de-s problèmes délicats, en particulier lorsque le produit à conditionner est abrasif ou chimiquement agressif car le mouvement alternatif de la tige de manoeuvre entraîne un risque de détérioration rapide des joints. Des problèmes importants se posent également dans le cas de produits devant être conditionnés de façon stérile en raison de la pollution qui risque d'être apportée par la tige de manoeuvre dans son mouvement de va-et-vient : il est alors nécessaire de prévoir des dispositifs complexes utilisant des barrières de vapeur ou des fluides stériles, ou encore des membranes qui sont fragiles. Selon l'invention, on propose une pompe doseuse comportant un corps de pompe délimitant une chambre de pompage cylindrique ayant un axe longitudinal et présentant un orifice d'admission et un orifice de refoulement situés à des extrémités opposées, un piston traversé par un orifice de pompage et monté dans la chambre de pompage pour coulisser selon un mouvement alterné entre l'orifice d'admission et l'orifice de refoulement, une tige de manoeuvre du piston, et un clapet monté mobile par rapport au piston entre une position d'ouverture et une position de fermeture de l'orifice de pompage, et un manchon en matériau amagnétique monté fixe dans le corps de pompe parallèlement à l'axe longitudinal de la chambre de pompage et possédant une extrémité fermée située à l'intérieur du corps de pompe et une extrémité ouverte débouchant à l'extérieur du corps de pompe, la tige de manoeuvre étant équipée d'un élément magnétique coopérant, au travers du manchon, avec une bague magnétique entourant le manchon et attelée au piston. Ainsi, la tige de manoeuvre, qui évolue à l'intérieur du manchon, est totalement isolée par celui-ci de l'écoulement à l'intérieur de la chambre de pompage. L'étanchéité est seulement assurée entre le manchon et le corps de pompe qui sont fixes l'un par rapport à l'autre. Il n'y a donc aucun risque de fuite ou de contamination du produit manutentionné. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention - la tige de manoeuvre est équipée d'un second élément magnétique coopérant, au travers du manchon, avec une seconde bague magnétique entourant le manchon et solidaire du clapet. - le clapet et la seconde bague magnétique sont montés pour coulisser sur le manchon et le second élément magnétique est disposé pour rappeler constamment le clapet vers sa position de fermeture. Le champ engendré entre le second élément magnétique et la seconde bague magnétique assure ainsi un rappel magnétique du clapet. A l'inverse de l'effort de rappel élastique exercé par un ressort, le champ de force magnétique diminue à l'ouverture et augmente à la fermeture, ce qui améliore le fonctionnement du clapet anti-retour. Dans une variante de réalisation, le clapet et la seconde bague magnétique sont montés pour pivoter sur le manchon. Selon un mode de réalisation avantageux, la bague magnétique comporte au moins deux anneaux entourant le manchon et reliés par un organe de liaison s'étendant parallèlement au manchon, l'élément magnétique engendrant un champ magnétique parallèle à la direction axiale du manchon et possédant deux extrémités en regard desquelles sont disposés les anneaux de la bague magnétique. On crée ainsi une boucle magnétique : le champ magnétique issu d'une des extrémités axiales de l'élément magnétique est canalisé par l'organe de liaison en direction de l'extré- mité de polarité opposée de l'élément magnétique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention en relation avec les figures ci-jointes parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe par un plan axial d'une pompe doseuse à commande magnétique conforme à l'invention - la figure 2 est une vue agrandie de l'encadré II de la figure 1 - la figure 3 est une vue partielle en coupe par un plan axial, illustrant une première variante de réalisation du piston et du clapet - la figure 4 est une vue schématique en perspective illustrant une seconde variante de réalisation du piston et du clapet. Aux figures 1 et 2, on a représenté une pompe doseuse conforme à l'invention. Cette pompe comporte un corps de pompe 1 délimitant une chambre de pompage cylindrique 2 ayant un axe longitudinal vertical 3 et présentant un orifice d'admission 4 et un orifice de refoulement 5, respectivement situés aux extrémités supérieure et inférieure de la chambre 2. Un piston séparateur 6, ici en forme de disque, est monté dans la chambre 2 pour coulisser longitudinalement selon un mouvement alterné entre l'orifice d'admission 4 et l'orifice de refoulement 5. Le piston 6 est évidé en son centre et présente ainsi la forme d'un anneau plat dont le bord intérieur délimite, avec la face externe du manchon 9, un orifice central de pompage 7. Le déplacement du piston 6 est commandé par une première tige de manoeuvre 8 en matériau amagnétique qui est montée dans un manchon 9 en matériau amagnétique solidaire du corps de pompe 1 et s'étendant coaxialement et intérieurement à celui-ci. Le manchon 9 possède une extrémité fermée 10 située à l'intérieur de la chambre de pompage 2 à proximité de l'orifice de refoulement 5 et une extrémité opposée ouverte 11 fixée au corps de pompe 1 et débouchant à l'extérieur de ce corps de pompe. La première tige de manoeuvre 8 est reliée à l'extérieur du corps de pompe 1 à un dispositif d'actionnement non représenté et pénètre à l'intérieur du manchon 9 par l'extrémité ouverte 11 de celui-ci. A l'intérieur du manchon 9, la première tige de manoeuvre 8 est équipée de deux premiers aimants annulaires permanents 12 engendrant un champ magnétique de direction parallèle à l'axe 3 et encadrées par des anneaux en matériau magnétique 51. Les deux aimants 12 et les anneaux 51 associés sont emmanchés sur une portion d'extrémité 8.1 de faible diamètre de la première tige de manoeuvre 8 et sont séparés par une entretoise 16 en matériau amagnétique. Ces aimants 12 coopèrent avec une première bague magnétique 13 qui est montée extérieurement sur le manchon 9 pour coulisser axialement et qui est attelée au piston 6 par l'intermédiaire de pattes de liaison longitudinales 52 de faible épaisseur. La bague magnétique 13 est réalisée en un materiau de haute perméabilité magnétique. Elle comporte ici une pluralité de barreaux 14 s'étendant parallèlement à l'axe 3 autour du manchon 9 et reliés à quatre anneaux 15 entourant le manchon 9. Les quatre anneaux 15 sont montés par paires associées à chacun des deux aimants 12. Comme cela est mieux visible à la figure 2, les anneaux 15 de chaque paire sont espacés l'un de l'autre et disposés en regard de chacune des deux extrémités axiales de l'aimant 12 correspondant et de l'anneau en matériau magnétique 51 associé. Les extrémités axiales de chaque aimant 12 étant de polarités opposées, il se crée une boucle de champ magnétique circulant à l'intérieur de l'aimant 12, des anneaux 51, des anneaux 15 et des barreaux de liaison 14, comme cela est symbolisé par le trait gras M. On obtient ainsi un couplage magnétique optimum permettant une miniaturisation des aimants 12. Le déplacement du piston 6 à l'intérieur de la chambre de pompage 2 est ainsi commandé par la première tige de manoeuvre 8. On comprend que le bouclage magnétique M qui s'exerce entre les aimants 12 et la bague magnétique 13 assure un couplage de la bague 13, et donc du piston 6, avec la tige 8 selon la direction de l'axe longitudinal 3. Le piston 6 est ainsi solidarisé à la première tige de manoeuvre 8 au travers du manchon 9 et est donc entraîné dans le mouvement de va-et-vient de la tige 8. Cette disposition offre l'avantage d'isoler totalement la première tige de manoeuvre 8 de l'écoulement à l'intérieur de la chambre de pompage 2, de sorte qu'aucune étanchéité n'est à prévoir entre cette tige et le corps de pompe 1. Un clapet anti-retour 17 est monté sur le manchon 9 pour coulisser axialement entre une position d'ouverture et une position de fermeture de l'orifice de pompage 7 du piston 6. Ce clapet 17 se présente ici sous la forme d'un disque de forme complémentaire de l'orifice 7. Le clapet 17 est relié, par l'intermédiaire de barreaux de liaison 18 parallèles à l'axe 3, à un anneau 19. Le clapet 17, les barreaux 18 et l'anneau 19 sont constitués d'un matériau de haute perméabilité magnétique et forment ainsi une seconde bague magnétique 20 analogue à la bague 13 servant à commander le déplacement du piston 6. Cette bague magnétique 20 coopère, au travers du manchon 9, avec un second aimant annulaire 21 fixé sur la portion 8.1 de la première tige de manoeuvre 8. L'aimant 21 est espacé du second aimant 12 par une entretoise 22 en matériau magnétique. Le flux magnétique du second aimant 12 se divise donc dans l'entretoise 22 en une partie de flux qui forme une boucle magnétique avec l'anneau 15 en regard associé au piston 6, et une autre partie qui vient renforcer le flux magnétique de l'aimant 21 de manière à rappeler constamment la bague magnétique 20 vers une fermeture de l'orifice de pompage 7 par le clapet 17. Un clapet 23 est monté sur le manchon 9 pour coulisser selon l'axe 3 entre une position d'ouverture et une position de fermeture de l'orifice de refoulement 5. Le clapet 23 est solidaire d'une troisième bague magnétique 24 analogue aux bagues magnétiques 13 et 20 précédemment décrites. La bague 24 comporte ainsi deux anneaux 25 en matériau de haute perméabilité magnétique espacés l'un de l'autre et reliés par des barreaux de liaison 26 parallèles à l'axe 3. Le clapet 23 est fixé à une extrémité des barreaux 26. La bague magnétique 24 coopère, au travers du manchon 9, avec un troisième aimant annulaire 27 monté pour coulisser dans le manchon 9 et attelé à une seconde tige de manoeuvre 28 qui traverse la première tige de manoeuvre 8 et peut coulisser librement à l'intérieur de celle-ci. En l'espèce, l'aimant 27 est monté entre deux brides 29, 30 en matériau magnétique solidaires de la tige 28. Le clapet 23 peut donc être ouvert ou fermé à volonté en agissant sur la seconde tige de manoeuvre 28 indépendamment de la première tige de manoeuvre 8, l'aimant 27, les brides 29 et 30, et la bague magnétique 24 assurant un couplage magnétique axial du clapet 23 avec la seconde tige de manoeuvre 28. En service, l'orifice d'admission 4 est de préférence mis en charge, c'est-à-dire que la chambre de pompage 2 est alimentée en produit sous pression, à une pression qui est déterminée pour que la force exercée sur le clapet anti-retour 17 soit légèrement inférieure à la force de rappel exercée par l'aimant 21 sur la bague 20 pour une position fermé du clapet anti-retour. Quelle que soit la position du piston 6, le clapet 17 est donc maintenu fermé. Le piston 6 étant à son point mort bas, à proximité de l'orifice de refoulement 5, le clapet 23 est en position fermée et la chambre de pompage est remplie de produit tant au dessus qu'en dessous du piston 6. Lorsque le piston 6 est tiré par la tige 8 vers l'orifice d'admission 4, la pression résultant du déplacement du piston s'ajoute à la pression résultant de l'alimentation sous pression de sorte que le clapet anti-retour 17 est écarté de l'orifice de pompage 7, et ce à l'encontre de l'effort de rappel exercé par l'aimant 21 sur la bague magnétique 20. On notera à ce propos que l'effort de rappel exércé par l'aimant 21 diminue en intensité avec l'éloignement de la bague magnétique 20. L'intensité de l'effort de rappel est donc plus faible en position ouverte du clapet 17 qu'en position fermée. Lors du déplacement du piston 6, le clapet 17 s'ouvre donc rapidement à pleine ouverture et le déplacement du piston 6 s'en trouve facilité. Le produit à conditionner passe ainsi à travers le piston 6 en restant immobile sans refoulement du produit par l'orifice d'admission. Lorsque le piston 6 parvient à son point mort haut, à proximité de l'orifice d'admission 4, la seconde tige de manoeuvre 28 est actionnée pour commander, grâce au couplage magnétique de l'aimant 27 avec la bague 24, le déplacement du clapet 23 en position d'ouverture de l'orifice de refoulement 5. Simultanément, la première tige de manoeuvre 8 est alors actionnée pour repousser le piston 6 vers l'orifice de refoulement 5. La force exercée par le produit sur le clapet anti-retour par suite du déplacement du piston 6 s'ajoute alors à la force de rappel magnétique de l'aimant 21 et referme le clapet anti-retour 17. De préférence, le piston 6 est déplacé à une vitesse sensiblement égale à la vitesse d'écoulement du produit à travers l'orifice de refoulement 5. Le produit se trouve alors sensiblement en équipression au-dessus et en-dessous du piston 6 qui accompagne le produit situé à l'intérieur de la chambre de pompage 2 dans son écoulement vers l'orifice de refoulement. De ce fait, le piston 6 n'est donc pas soumis aux impératifs d'étanchéité exigibles pour un piston ordinaire exerçant une pression de pompage. Il peut ainsi être dépourvu de segment d'étanchéité et être monté avec jeu dans la chambre 2 comme illustré sur la figure 1. En fin de course, lorsque le piston 6 parvient à son point mort bas, à proximité de l'orifice de refoulement 5, la seconde tige de manoeuvre 28 est actionnée pour placer le clapet 23 en position de fermeture de l'orifice de refoulement 5. La pompe doseuse est prête pour un nouveau cycle. Lors du nettoyage de la pompe, il suffit d'en voyer le produit de nettoyage sous forte pression par l'orifice d'admission de la pompe tout en ouvrant le clapet 23. La pression du produit de nettoyage ouvre le clapet anti-retour 17 et maintien celui-ci ouvert pendant toute la durée du nettoyage. Le jeu autour du piston 6 permet en outre un écoulement du produit de nettoyage autour du piston de sorte que la pompe est intégralement nettoyée sans qu'il soit nécessaire de la démonter. On peut également réaliser le nettoyage par un mouvement de va-et-vient du piston et/ou prévoir une chambre de pompage avec une partie élargie en regard de laquelle le piston est déplacé lors du nettoyage afin d'augmenter le jeu entre le bord du piston et la paroi interne de la chambre de pompage et favoriser ainsi l'écoulement du produit de nettoyage autour du piston. A la figure 3, on a représenté une première variante de réalisation du piston et du clapet. Le piston, ici désigné par la référence 40 est directement fixé à l'extrémité inférieure des barreaux 14 de la bague magnétique 13. Le piston 40 ne présente plus d'orifice de pompage central, mais est monté de façon centrale avec un faible jeu fonctionnel sur le manchon 9 et présente un diamètre extérieur sensiblement plus petit que le diamètre intérieur du corps de pompe 1, de sorte que son bord périphérique délimite, avec la face interne du corps de pompe 1, un orifice de pompage périphérique 41. L'obturation de cet orifice de pompage 41 est assurée par un clapet annulaire 42 qui est relié à la bague magnétique 20 par l'intermédiaire de pattes de liaison longitudinales 43. Le clapet 42 est agencé en correspondance avec l'orifice 41 et entoure donc, en position d'obturation, le piston 40. Comme précédemment pour le piston 6, on pourra ménager un léger jeu entre le bord périphérique du clapet 42 et la face interne du corps de pompe 1. Cette variante de réalisation offre l'avantage d'augmenter la section de passage de l'orifice de pompage et d'améliorer l'écoulement en réalisant un seul changement de direction du produit lors de sa traversée du piston. A la figure 4, on a représenté une seconde variante de réalisation du piston et du clapet. Le piston, ici désigné par la référence 30, présente un orifice de pompage 31 décalé par rapport au manchon 9. L'obturation de l'orifice de pompage 31 est assurée par un clapet 32 qui est monté sur le manchon 9 par l'intermédiaire d'une bague magnétique 33 pour pivoter autour de ce manchon. La bague magnétique 33 est réalisée en un matériau de haute perméabilité magnétique et comporte, comme la bague 20 précédemment décrite, deux anneaux 34, 35 reliés par des barreaux de liaison 36 parallèles au manchon 9. L'anneau 35, qui est celui le plus proche du piston 30, se prolonge par une potence 37 dont l'extrémité libre forme le clapet 32. Ce clapet 32 présente une base 38 ayant une face inférieure utile qui glisse sur une face supérieure plane 39 du piston 30 lorsque la bague magnétique 33 pivote autour du manchon 9. Ainsi, lorsque le clapet 32 et sa bague magnétique 33 pivotent vers la position de fermeture de l'orifice de pompage 31, la base 38 du clapet 32 vient recouvrir cette ouverture dans un mouvement latéral de cisaillement, de façon à chasser ou couper les particules solides qui pourraient se trouver en bordure de l'orifice de pompage 31. Le mouvement de la bague magnétique 33 s'effectue de la même manière que précédemment par couplage magnétique de la bague 33 avec un élément magnétique solidaire de la tige 8. Toutefois, le couplage n'est plus seulement axial mais également angulaire, c'est-à-dire que le pivotement de la bague magnétique 33 est couplé à celui de la première tige de manoeuvre 8. L'élément magnétique associé à la tige 8 n'est donc plus constitué par un aimant annulaire, mais se compose par exemple d'une pluralité d'aimants disposés radialement à l'intérieur du manchon 9 en correspondance avec les barreaux de liaison 36 de la bague magnétique 33. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles de l'invention. En particulier, bien qu'il ait été décrit une pompe placée sous charge, dans laquelle le piston remplit seulement une fonction de séparateur et n'exerce quasiment aucune pression de pompage, il est également possible de réaliser une pompe classique dont le piston est équipée d'un segment d'étanchéité pour fournir un travail de pompage, en relation avec un clapet anti-retour sur le conduit d'alimentation. Le système de commande magnétique selon l'invention restant inchangé. Bien que l'aimant de rappel 21 du clapet antiretour 17 ait été illustré dans un mode de réalisation où il est porté par la même tige de commande que les aimants 12 contrôlant la position du piston 6, on peut également réaliser l'invention en montant l'aimant 21 sur une tige de commande séparée dont les mouvements sont synchronisés avec ceux du piston pour ouvrir ou fermer l'orifice de pompage. REVENDICATIONS 1. Pompe doseuse comportant un corps de pompe (1) délimitant une chambre de pompage cylindrique (2) ayant un axe longitudinal (3) et présentant un orifice d'admission (4) et un orifice de refoulement (5) situés à des extrémités opposées, un piston (6 ; 30 ; 40) traversé par un orifice de pompage (7 ; 31 ; 41) et monté dans la chambre de pompage (2) pour coulisser selon un mouvement alterné entre l'orifice d'admission (4) et l'orifice de refoulement (5), une tige de manoeuvre (8) du piston (6; 30 ; 40), et un clapet (17 ; 32 ; 42) monté mobile par rapport au piston (6 ; 30 ; 40) entre une position d'ouverture et une position de fermeture de l'orifice de pompage (7; 31 ; 41), caractérisée en ce qu'elle comporte un manchon (9) en matériau amagnétique monté fixe dans le corps de pompe (1) parallèlement à l'axe longitudinal (3) de la chambre de pompage (2) et possédant une extrémité fermée (10) située à l'intérieur du corps de pompe (1) et une extrémité ouverte (11) débouchant à l'extérieur du corps de pompe (1), et en ce que la tige de manoeuvre (8) s'étend partiellement à l'intérieur du manchon (9) et est équipée d'un élément magnétique (12) coopérant, au travers du manchon (9), avec une bague magnétique (13) entourant le manchon (9) et attelée au piston (6 ; 30 ; 40). 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige de manoeuvre (8) est équipée d'un second élément magnétique (21) coopérant, au travers du manchon (9), avec une seconde bague magnétique (20 ; 33) entourant le manchon (9) et solidaire du clapet (17 ; 32). 3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le clapet (17) et la seconde bague magnétique (20) sont montés pour coulisser sur le manchon (9) et en ce que le second élément magnétique (21) est disposé pour rappeler constamment le clapet vers sa position de fermeture. 4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en regard de l'orifice de refoulement (5), elle comporte un clapet d'obturation (23), attelé à une bague magnétique (24) entourant le manchon (9) et coopérant, au travers de ce manchon, avec un élément magnétique (27) logé dans le manchon (9) et associé à une seconde tige de manoeuvre (28) s'étendant partiellement dans le manchon (9) 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le piston (6) est monté avec du jeu dans la chambre de pompage (2). 6. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le clapet (32) et la seconde bague magnétique (33) sont montés pour pivoter sur le manchon (9). 7. Pompe selon l'une des revendications précéden tes, caractérisée en ce que la bague magnétique (13 ; 20 24 ; 33) comporte au moins deux anneaux (15 ; 17 ; 19) entourant le manchon (9) et reliés par un organe de liaison (14 ; 18; 36) s'étendant parallèlement au manchon (9), l'élément magnétique (12 ; 21) engendrant un champ magnétique parallèle à la direction axiale du manchon (9) et possédant deux extrémités en regard desquelles sont disposés les anneaux (15 ; 17 ; 19) de la bague magnétique (13 ; 20 ; 33).