Brevet FR2764343A1 — publié le 19981211

L'invention concerne un dispositif de refoulement dosé de liquides. Des dispositifs pour le refoulement dosé de milieux refoulables, tels que des liquides, sont également dénommés brièvement "pompe de dosage". Au contraire par exemple de pompes de débit continu qui administrent physiquement des quantités de liquide en débit continu, la fonction des pompes de dosage est de distribuer à intervalles réguliers déterminés des quantités définies de liquides refoulés, c'est- à-dire des dosages. Parmi les pompes de ce type, on fait la distinction entre les pompes de dosage avec soupape et sans soupape, les pompes de dosage sans soupape étant au premier plan pour des petites quantités, c'est-à-dire des dosages. La présente invention va traiter du problème des pompes de dosage de ce dernier type (appelées pompes dans ce qui suit) Dans ces pompes, le dispositif de refoulement proprement dit, habituellement une unité à cylindre et à piston, doit assumer deux fonctions, en premier lieu le simple refoulement et en second lieu la mesure des dosages délivrés. Le refoulement est obtenu par déplacement axial du piston (course) et la mesure en exploitant la course par rotation (course + rotation) du piston, qui ouvre et ferme les ouvertures respectives d'entrée et de sortie dans le cylindre. La rotation du piston s'effectue au moyen d'un entraînement rotatif et la course par l'intermédiaire d'un palpeur passant sur une came de commande pendant le mouvement de rotation. Une pompe connue comprend une unité à cylindre et à piston comprenant une sortie et une entrée s'étendant transversalement au sens axial et un piston rotatif et mobile axialement dans le cylindre. L'extrémité de piston dépassant du cylindre est logée dans un accouplement qui coopère pour sa part avec un entraînement rotatif. L'accouplement porte, sur sa surface avant tournée vers le cylindre, le palpeur qui franchit la came de commande. Ainsi, l'accouplement se déplace axialement sur la même trajectoire que le piston. La came de commande (dans ce qui suit surface de glissement) est disposée (normalement rodée I( et affûtée suivant un angle de 1,5 degrés) sur la surface annulaire avant du cylindre opposée à l'accouplement, surface qui est alors franchie par le palpeur. Dans les pompes connues, de fortes marques d'usure sur la surface d'étanchéité du piston sont déjà constatées après une période relativement courte de fonctionnement. Celles- ci sont dues à une pression latérale de piston qui résulte pour sa part de la jonction rigide entre le piston et le palpeur (dans ce qui suit patin). La disposition de la surface de glissement sur le cylindre par affûtage et rodage est de fabrication onéreuse, et dans le cas o la surface de glissement présente des usures, il faut changer le cylindre complet qui est un composant cher. Le formage de la surface de glissement sur la surface avant du 2'5 cylindre présente l'autre inconvénient qu'il ne faut pas exclure une imprégnation de la surface de glissement par le liquide refoulé sortant éventuellement du trou de cylindre en raison de problèmes d'étanchéité. L'imprégnation entraîne une souillure de la surface de glissement et dans le cas de liquides refoulés agressifs, une détérioration ou destruction du patin. L'angle suivant lequel se trouve la surface de glissement par exemple par rapport à la paroi externe périphérique du cylindre (angle de chanfrein) détermine la hauteur de la course ou du trajet du piston dans le cylindre et, sur différentes longueurs de parcours, la zone de refoulement de la pompe connue. La pompe connue ne se prête pas à une modification pour des portions d'agents refoulés plus importantes ou plus petites; pour ce faire, il faudrait changer au moins le cylindre, mais la plupart du temps c'est toute l'unité cylindre / piston que l'on remplace avec un angle modifié de surface de glissement. On sait qu'avec une pompe du type connu la viscosité du liquide refoulé et le nombre de tours du piston déterminent Il la quantité refoulée par rotation (c'est-à-dire la quantité d'un dosage). Avec des nombres de tours constants et une viscosité invariable, la quantité refoulée par rotation est constante. La constance est un critère important de fonctionnement pour les pompes du type abordé ici. En partant de l'alimentation électrique de l'entraînement rotatif, les vitesses de rotation du piston peuvent varier. La viscosité de l'agent refoulé peut également se modifier par exemple en raison de la température. La pompe connue ne prévoit pas de moyens pour effectuer pendant le fonctionnement de la pompe des réglages qui maintiennent à un niveau constant les quantités refoulées par rotation. En se basant sur la pompe connue, l'invention s'est donné pour but de créer une pompe perfectionnée par rapport à la pompe connue. A cette fin, l'invention se rapporte à un dispositif pour le refoulement dosé de liquides, comprenant une pompe axiale à piston, commandée par une came et entraînée au moyen d'un entraînement rotatif. Le dispositif comprend une came de commande séparée de la pompe axiale à piston. La came de commande est disposée dans le dispositif (pompe) à distance de la pompe axiale à piston. Le dispositif comprend un accouplement relié à l'entraînement rotatif et un piston de la pompe axiale à piston. Le piston est articulé à la Cardan à l'accouplement. La quantité de fluide refoulé de la pompe axiale est modifiable par échange des cames de commande. 1 régulable au moyen d'un dispositif de réglage. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention apparaitront au cours de la description qui suit d'un exemple préféré de l'invention, description faite en référence aux dessins annexes dans lequels: - la figure 1 représente partiellement en coupe une pompe conçue suivant l'invention. - la figure 2 montre un détail de la figure 1, La figure 3 illustre un détail de la figure 1, Tel que représente en la figure 1, la pompe 10 suivant l'invention comprend un carter 11, une pompe axiale à piston 12 logée dans le carter, un entraînement rotatif 13 disposé sur le carter 11 avec un dispositif moteur 14 logé dans le carter 11, et d'un accouplement 15 logé également dans le carter, qui relie la pompe axiale à piston 12 au dispositif moteur 14. Entre la pompe axiale à piston 12 et l'accouplement 15, il est prévu un dispositif de commande 16 effectuant des déplacements d'élévation dans la pompe axiale à piston 12. La pompe axiale à piston 12 coopère avec un système de réglage 17 permettant de réguler la quantité de liquide refoulée de la pompe 10. La pompe axiale à piston 12 (un dispositif piston / cylindre) comprend un cylindre 20 avec un piston 21 logé de manière mobile axialement et en rotation dans son perçage interne 24. Le cylindre 20 est fermé à une extrémité au moyen d'un couvercle de cylindre 22 qui est traversé de manière étanche uniquement par une tige de réglage 23 du dispositif de réglage 17 en s'engageant dans le perçage interne 24. A proximité du couvercle de cylindre 22, c'est-à-dire à l'extrémité côté couvercle, deux perçages situés sur une ligne diamétrale traversent le cylindre 20. Parmi ces deux perçages, le perçage portant la référence 25 est le perçage d'aspiration, la référence 26 désigne le perçage de sortie. Les perçages 25 et 26 sont reliés à des dispositifs de lu raccordement pour l'admission et l'évacuation des liquides refoulés. Un second jeu de perçages comportant des dispositifs de raccordement (sans référence) servent à nettoyer la pompe par purge à la fin d'une opération de pompage ou lors d'un changement de produit refoulé. Le piston 21, logé en rotation et axialement mobile dans le perçage interne 24 du cylindre 20, est muni sur un côté d'un évidement 27 à son extrémité côté couvercle. Cet évidement 27 a pratiquement la forme d'un palier se composant d'une surface perpendiculaire à l'axe longitudinal et d'une surface parallèle à l'axe longitudinal du piston 21 partant de l'extrémité côté couvercle du piston 21. La longueur de la surface s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal est dimensionnée de manière à couper le plan des deux perçages 25, 26 dans chaque position axiale du piston. Les bords latéraux de l'évidement 27 ouvrent et ferment en alternance les perçages 25, 26, formant ainsi ce que l'on peut appeler une commande marginale. De préférence, la pompe axiale à piston 12, c'est-à-dire le cylindre 20 et le piston 21, est réalisée en matière céramique. En tant que tel, l'oxyde d'aluminium a fait ses preuves et pour des applications spéciales de la pompe, l'oxyde de zirconium ou le saphir. La tige de réglage 23 du dispositif de réglage est appliquée à une extrémité contre la surface de l'évidement 27, surface qui s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal du piston 21 et à l'autre extrémité, elle est reliée à un organe de réglage 29 du dispositif de réglage 17, l'organe étant bloqué par encliquetage (cran d'arrêt 28). Par actionnement de l'organe de réglage 29, le piston 21 est déplacé axialement, ce qui se répercute immédiatement sur la quantité de liquide refoulée avec la commande marginale décrite. Le dispositif de réglage prévu suivant l'invention, autorise un réglage, c'est-à-dire une I) régulation, de la quantité refoulée, de +/- 30%. La régulation pouvant être exécutée au moyen du dispositif de réglage 17 résout d'une part le problème des variations de volume de liquide refoulé (déclenchées par des vitesses de rotation et/ou des viscosités variables) connu dans le cas de pompes sans dispositif de réglage de l'art antérieur et d'autre part, elle élargit le champ d'application d'une pompe conçue suivant l'invention en permettant par son intermédiaire de régler, à des débits de refoulement nominaux donnés, des quantités refoulées plus ou moins ) importantes sans pour autant nécessiter le remplacement de la pompe axiale à piston 12, tel que cela est le cas dans l'état de la technique. A titre d'exemple explicatif, cela signifie qu'une pompe munie d'une régulation suivant l'invention (par exemple une pompe de microdosage) d'un débit nominal de refoulement de 30 il est réglable à des quantités refoulées comprises entre 20 [l et 40 il. La pompe axiale à piston 12, c'est-à-dire son cylindre 20, est logée côté couvercle partiellement dans une partie de carter 32 dont la paroi avant porte le dispositif de () réglage 17, tandis que sa surface avant côté accouplement (accouplement 15) est prolongée par une autre partie de carter 33. La partie de carter 33 (nommée ci-après carter de commande 33) est représentée séparément sur la figure 2. C'est un corps cylindrique symétrique en rotation comportant un évidement axial 35 et une première surface avant 34 s'étendant en angle droit par rapport à l'axe longitudinal. A partir de cette surface avant 34, l'évidement 35 est élargi en forme de cavité formant palier 36, dans lequel vient se loger une extrémité, à savoir l'extrémité côté accouplement du cylindre 20. Si l'on amène en face avant les parties de carter 32 et 33 en prise réciproque, le cylindre est alors logé dans les parties de carter 32, 33 tandis que le piston 21 fait saillie du carter de commande lW 33 en direction de l'accouplement 15 en traversant l'évidement 35. De la même manière, un évidemment formant palier 38 part d'une seconde surface avant 37, qui est opposée et parallèle à la premier surface avant 34, évidement dont l'axe longitudinal A forme un angle E par rapport à l'axe longitudinal B du carter de commande. La paroi périphérique 39 et le fond 40 sont situés ainsi suivant des angles prédéterminés par rapport à l'axe longitudinal du carter de commande 33, la paroi périphérique 39 et le fond 40 de l'évidement 38 s'étendant en angle droit l'un par rapport à l'autre. D'après la figure 1, l'évidement 38 sert de logement à une came de commande stationnaire 41; cette came et un patin 42, disposé et entraîné sur un accouplement rotatif 15, constituent les éléments essentiels déterminant la course du piston 21, du dispositif de commande 16. La came de commande cylindrique 41, munie de surfaces avant parallèles, présente un perçage axial central 43 que traverse le piston 21 en alignement se trouve placée, après l'entrée dans l'évidement 38, par ses surfaces avant (dont l'une devient la surface de commande) et par la paroi périphérique, suivant le même angle e par rapport à l'axe longitudinal du carter de commande 33 que le fond 40 et la paroi périphérique 39. Il est prévu une came de commande logée dans un carter de commande 33 et comportant une surface de commande. la surface de commande est ainsi séparée du cylindre. En outre, au moyen du carter de commande 33, la came de commande 41 est maintenue à une distance C axialement par rapport à la surface avant du cylindre 20, côté accouplement. Ainsi, on obtient les avantages suivants par rapport à une pompe traditionnelle. La procédure onéreuse du formage de la surface de commande sur la surface du cylindre est supprimée et à la place du formage direct, on adopte la solution de technique de fabrication sensiblement plus simple et plus économique faisant intervenir le carter de commande 33 avec la came de commande 41. Le mariage de matériaux de la came de commande 41 et du patin 42 est simple à optimiser. De préférence, on associe une céramique pour la came de commande 41 et une matière plastique pour le patin 42 afin de se rapprocher ainsi de l'autolubrification. Si la surface de commande présente des traces d'usure, il suffit de changer la came de commande 41. Du fait que la came de commande est placée à distance du cylindre 20, c'est-à-dire de sa surface avant, une imprégnation de la surface de commande par le liquide refoulé sortant du cylindre est évitée. On évite ainsi l'usure du patin par des agents refoulés agressifs. La pompe réalisée suivant l'invention permet une utilisation en tant que pompe dite de base pour le réglage de quantités refoulées déterminées à partir d'une plage de quantités refoulées appropriées pour l'utilisateur, ce qui en revanche n'est pas possible avec les pompes connues. Des quantités refoulées souhaitées de la plage peuvent être réglées de manière simple par remplacement des carters de commande et de la came de commande, cette dernière devant se situer par rapport au carter de commande 33 suivant un angle E spécifique pour la quantité refoulée. Cela est également favorisé par les coûts relativement faibles des carters de commande 33 individualisés, spécifiques aux quantités refoulées, et munis d'une came de commande 41. La pompe suivant l'invention permet un remplacement des carters de commande 33 comportant une came de commande 41 par une régulation simple de quantités refoulées, le réglage effectué étant modulable en fonction des quantités au moyen du dispositif de réglage 17. A son extrémité libre dépassant du cylindre 20, le piston 21 est articulé à la Cardan à l'accouplement 15. A la Cardan signifie que le piston 21 et l'accouplement 15 sont lu amenés en rotation sans la résultante de forces de cisaillement quand la ligne médiane axiale du piston 21 et celle de l'accouplement 15 ne coïncident pas en extension axiale. Dans ce but, l'extrémité du piston 21 est articulée tel que représente en la figure 3 au piston 21 au moyen d'une douille oscillante 46. La douille oscillante 46 comprend une partie tubulaire 47 et une partie supérieure 48. L'extrémité du piston 21 est logée et fixée dans la partie supérieure 47 tandis que la partie supérieure 48 traverse l'accouplement 15 au centre dans un perçage 49. La partie supérieure 48 est logée et fixée dans le perçage 49 au moyen d'une tige 50 qui s'étend transversalement à la partie supérieure 48 et qui traverse un perçage 51 dans le corps de l'accouplement 15 et un perçage 52 dans la partie supérieure 48. Le perçage 52 s'élargit de manière identique en formant un cône à partir des deux extrémités de perçage jusqu'au milieu de l'extension longitudinale du perçage 51 si bien que la tige 50 maintient en contact linéaire la partie supérieure 48 contre l'accouplement 15. Comme représenté à la figure 3, le diamètre du perçage 49 est supérieur à celui de la partie supérieure 48, cela donne un espace annulaire de forme cylindrique entre le perçage 49 et la partie supérieure 48, dont la surface interne limite un mouvement de la partie supérieure 48 par une orientation du piston 21, par exemple perpendiculairement au plan du dessin. Dans le cas de déplacements dans le plan du dessin, les surfaces coniques des élargissements procurent l'espace de pivotement nécessaire, la surface interne de l'espace annulaire limitant également, dans ce cas, le mouvement de pivotement. Le diamètre du perçage 49 et celui de la partie supérieure 48 et le dimensionnement des élargissements coniques du perçage 51 sont dimensionnés de telle sorte que l'accouplement 15 puisse osciller avec suffisamment de liberté par rapport au piston 21 pour diminuer sur le piston 21 la force transversale autrement générée par le patin. Sur son extrémité tournée vers la came de commande 1" 41, l'accouplement 15 est muni d'un évidement 53 logeant partiellement la douille oscillante 46 et ayant pour but de faciliter l'accouplement 15 et de créer de la place pour les mouvements oscillants de la douille oscillante 46. Sur sa face avant tournée vers la surface de commande, l'accouplement porte à distance de son axe horizontal un patin 42 qui selon un écart choisi franchit par précontrainte, sous l'action de ressorts 54, la surface de commande, c'est-à-dire en touchant et en passant sur la surface de commande. Cette articulation oscillante, c'est- 2 à-dire à la Cardan, du piston 21 à l'accouplement 15 (ou inversement) permet d'éliminer les forces transversales (pression axiale latérale) qui étaient responsables de l'usure entre le piston 21 et le cylindre 20 dans les pompes connues. L'accouplement pour sa part est en prise avec le dispositif moteur 14 (bridé sur l'entraînement de rotation 13). Pour ce faire, la surface de commande 58 d'un bloc moteur 57 porte deux broches 59 qui sont disposées à équidistance de l'axe longitudinal du bloc moteur 57 sur une ligne diamétrale de manière décentrée et en faisant saillie en direction de l'accouplement 15. Les broches 59 s'engagent dans des perçages disposés en conséquence (non montré) dans le corps d'accouplement 15 par glissement, si bien que l'accouplement 15 est mobile axialement, en un mouvement de va-et-vient (oscillant), dans le carter 60 par rapport au dispositif moteur 14 et en direction du carter de commande 33. Au moyen des ressorts 54, l'accouplement 15 est suspendu sur ressort contre le dispositif moteur 14 (logé dans le carter 60), les broches 59 servant de fixation aux ressorts 54 et récupérant le couple qui est produit par le patin 42 à la rotation de l'accouplement 15. Le mode de fonctionnement de la pompe selon l'invention est le suivant. Quand l'entraînement de rotation 13 est fixe et 1<> que le piston 21 se trouve à l'intérieur du cylindre 20 en position la plus enfoncée, l'évidement 27 en palier recouvre le perçage d'aspiration 25 et le perçage de sortie 26. Au début de la rotation du piston 21, le perçage d'aspiration 25 est ouvert par l'évidement en forme de palier 27. En même temps, le patin 42 se déplace également sur la came de commande 41 qui, par la position inclinée de 1,5 degrés par exemple, déplace le piston 21 par compression des ressorts 54 et le fait sortir du cylindre par déplacement correspondant de l'accouplement 15 en 2( direction du dispositif moteur. Cette course génère dans la chambre de pompe (dans l'espace annulaire libéré dans le cylindre 20) un vide qui a pour conséquence que la chambre de pompe se remplit de liquide refoulé. Le processus d'aspiration se termine après une rotation d'environ 175 2 degrés. Le patin 42 se trouve directement sur le point le plus haut de la came de commande 41. Par voie de conséquence, le piston 21 ferme le perçage d'aspiration 25 et le perçage de sortie 26 et après une rotation supplémentaire d'environ 5 degrés, l'évidement 27 ouvre le perçage de sortie. Du fait du plan incliné sur lequel se déplace le patin 42, le piston 21 expulse le liquide de la chambre de pompe à l'aide des forces d'expansion des ressorts en agissant sur l'accouplement 15. A son point le plus bas, la procédure de pompage est terminée -- le piston 21 et le patin 42 se trouvent à leur point le plus inférieur, ce dernier étant sur la came de commande 41. Pour finir, la pompe se trouve à nouveau à sa position de départ. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le refoulement dosé de liquides, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe axiale à piston (12), commandée par une came (41) et entraînée au moyen d'un entraînement rotatif (13). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une came de commande (41) séparée de la l0 pompe axiale à piston (12). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la came de commande (41) est disposée dans le dispositif (pompe 10) à distance de la pompe axiale à piston (12). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un accouplement (15) relié à l'entraînement rotatif (13) et un piston (21) de la pompe axiale à piston (12). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (21) est articulé à la Cardan à l'accouplement (15). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de fluide refoulé de la pompe axiale (12) est modifiable par échange des cames de commande (41). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la quantité de fluide refoulé de la pompe axiale est régulable au moyen d'un dispositif de réglage (17).