Brevet FR2783726A1 — publié le 20000331

* z 2783726 Cette invention se rapporte à un mécanisme destiné au montage d'un rotor sur un élément rotatif d'une centrifugeuse ou d'un séparateur centrifuge, et au démontage de celui-ci. Les centrifugeuses ou les séparateurs centrifuges classiques comprennent des rotors dans lesquels des échantillons devant être analysés sont placés. Les rotors sont entraînés en rotation à des vitesses élevées. Dans la plupart des centrifugeuses, les rotors sont remplaçables. En ce qui concerne ces centrifugeuses, un utilisateur peut choisir un rotor convenant le mieux à un échantillon devant être analysé. Dans une centrifugeuse de la technique antérieure, un moyeu de rotor est fixé à un arbre rotatif, et un rotor remplaçable est monté sur le moyeu de rotor à l'aide de boulons et dTécrous. En ce qui concerne cette centrifugeuse de la technique antérieure, un utilisateur doit serrer les écrous par rapport aux boulons avant de lancer le fonctionnement de la centrifugeuse. Dans ce cas, afin d'empêcher que les écrous ne soient desserrés pendant le fonctionnement de la centrifugeuse, l'application de couples importants aux écrous est nécessaire lorsqu'ils sont serrés. Le brevet japonais numéro 2 601 042 décrit une machine centrifuge qui comprend un moteur muni d'un trou d'accouplement s'étendant axialement. Avant de lancer le fonctionnement de la machine centrifuge, on place le rotor sur un arbre tournant de façon que l'arbre tournant s'étende jusque dans le trou d'accouplement du rotor. Dans la machine centrifuge du brevet japonais numéro 2 601 042, l'arbre tournant comporte une gorge s'étendant de façon radiale, qui se trouve dans le trou d'accouplement du rotor lorsque le rotor est positionné relativement à l'arbre tournant. Un élément d'enclenchement s'adapte de façon coulissante dans la gorge de l'arbre tournant. L'élément d'enclenchement est relié à la paroi de l'arbre tournant par l'intermédiaire d'un ressort de rappel. Pendant le fonctionnement de la machine centrifuge, lorsque l'arbre tournant tourne, l'élément d'enclenchement est soumis à une force centrifuge, et est de ce fait déplacé radialement vers l'extérieur en s'opposant à la force du ressort de rappel. Ainsi, l'élément d'enclenchement est amené en contact avec la paroi interne du rotor et pressé contre celle-ci, en assurant une liaison fiable entre le rotor et l'arbre tournant. 2 2783726 Une considération devra être apportée à une centrifugeuse envisageable dans laquelle un rotor sur un arbre tournant se trouve dans l'air, et le rotor entraîne de l'air radialement vers l'extérieur et également vers le bas par la rotation de celui-ci. Pendant le fonctionnement de cette centrifugeuse envisageable, le rotor est soumis à une sustentation. Si la sustentation dépasse une force de liaison du rotor et de l'arbre tournant, le rotor se séparera de l'arbre tournant en direction du haut. Un but de cette invention est de fournir un mécanisme fiable destiné à monter un rotor sur un arbre tournant et à démonter un rotor d'un arbre tournant, tel qu'un moyeu de rotor dans une centrifugeuse ou un séparateur centrifuge. Un premier aspect de cette invention procure un mécanisme de montage et de démontage destiné à un rotor dans une centrifugeuse. Le mécanisme comprend un arbre tournant, un moyeu de rotor agencé sur l'arbre tournant, un trou d'accouplement agencé dans le rotor afin de loger le moyeu de rotor, un poids relié au moyeu de rotor et qui peut être déplacé radialement relativement au moyeu de rotor, le poids étant situé dans le trou d'accouplement du rotor et étant en regard d'une surface interne d'une paroi du rotor, et un moyen destiné à engendrer une force de liaison du rotor et du moyeu de rotor pendant la rotation du moyeu de rotor, la force de liaison engendrée étant supérieure à une différence entre le poids du rotor et une force ascensionnelle appliquée au rotor. Un second aspect de cette invention est fondé sur le premier aspect de celle-ci, et procure un mécanisme de montage et de démontage dans lequel le moyen comprend une surface inclinée qui fait partie de la surface interne de la paroi du rotor, et le poids qui vient en contact avec la surface inclinée. Un troisième aspect de cette invention est fondé sur le premier aspect de celle-ci, et procure un mécanisme de montage et de démontage dans lequel le moyen comprend une surface inclinée sur le poids, et une partie de la surface interne de la paroi du rotor qui vient en contact avec la surface inclinée. Un quatrième aspect de cette invention procure un mécanisme de montage et de démontage destiné à un rotor dans une centrifugeuse. Le mécanisme comprend un élément tournant, un trou d'accouplement ménagé dans le rotor afin de loger l'élément 3 2783726 tournant, un poids relié à l'élément tournant et pouvant être déplacé radialement relativement à l'élément tournant, le poids étant situé dans le trou d'accouplement du rotor et étant en regard d'une surface interne d'une paroi du rotor, et une surface inclinée contenue dans la surface interne de la paroi du rotor, dans lequel le poids est pressé contre la surface inclinée de la paroi du rotor par une force centrifuge pendant la rotation de l'élément tournant, et la pression du poids contre la surface inclinée provoque une force de liaison du rotor à l'élément tournant pendant la rotation de l'élément tournant. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un séparateur centrifuge conforme à un premier mode de réalisation de cette invention. La figure 2 est une vue en section transversale d'un moyeu de rotor et d'un poids dans le séparateur centrifuge de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe agrandie du poids et des éléments environnant dans le séparateur centrifuge de la figure 1. La figure 4 est un diagramme des relations d'une force ascensionnelle et d'une autre force avec la vitesse angulaire, qui apparaissent dans le séparateur centrifuge de la figure 1. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un rotor et d'un moyeu de rotor dans un séparateur centrifuge conforme à un second mode de réalisation de cette invention. La figure 6 est une vue en perspective d'une bague de montage dans le séparateur centrifuge de la figure 5. En faisant référence à la figure 1, une centrifugeuse ou un séparateur centrifuge d'un premier mode de réalisation de cette invention comprend un rotor 8 monté de façon amovible sur un moyeu de rotor cylindrique 5. Le rotor 8 est coaxial au moyeu de rotor 5 lorsqu'il est monté sur celui- ci. La surface inférieure du rotor 8 comporte un alésage borgne central ou bien un trou d'accouplement central 6 destiné à loger de façon coaxiale le moyeu de rotor 5. Lorsque le rotor 8 se trouve dans sa position normale (sa position montée) par rapport au moyeu de rotor 5, le moyeu de rotor 5 s'étend jusque dans le trou d'accouplement 6 du rotor 8. Le moyeu de rotor 5 est fixé de façon coaxiale à une partie supérieure d'un arbre tournant 3 qui est un arbre de 4 2783726 sortie d'un moteur 7. Lorsque le rotor 8 est monté sur le moyeu de rotor 5, le rotor 8 est relié mécaniquement au moteur 7 par l'intermédiaire du moyeu de rotor 5 et de l'arbre tournant 3, de sorte qu'il peut être entraîné en rotation par le moteur 7. L'arbre tournant 3 présente une élasticité donnée, conçue de manière à réduire la charge sur un palier du moteur 7, lorsqu'une vibration ou bien une oscillation se produit pendant la rotation du rotor 8. Le rotor 8 comporte des trous destinés à loger des tubes 10 contenant des échantillons devant être analysés ou séparés. Pendant la rotation du rotor 8, les échantillons dans les tubes sont soumis à des forces centrifuges, et sont séparés par les forces centrifuges en des composants différents. La surface de la circonférence du moyeu de rotor 5 comporte une gorge ou bien un évidement dans lequel un poids (un élément d'enclenchement) 4 s'adapte de façon coulissante. Le poids 4 peut se déplacer radialement relativement au moyeu de rotor 5 sur une faible plage donnée. La position du poids 4 est décalée par rapport à l'axe central du moyeu de rotor 5, c'est-à-dire l'axe de rotation du moyeu de rotor 5. Une broche Ai fixée au rotor 8, fait saillie suivant l'axe à partir de la paroi de celui-ci jusque dans le trou d'accouplement 6. La surface supérieure du moyeu de rotor 5 comporte une gorge annulaire coaxiale par rapport au moyeu de rotor 5. La gorge annulaire dans la surface supérieure du moyeu de rotor 5 est conçue de façon à loger une partie inférieure de la broche Ai. Lorsque le rotor 8 se trouve dans sa position normale (sa position montée) par rapport au moyeu de rotor 5, la broche Ai s'étend jusque dans la gorge annulaire dans la surface supérieure du moyeu de rotor 5. Comme indiqué sur les figures 1 et 2, des broches B1 et B2, fixées au moyeu de rotor 5, font saillies suivant l'axe vers le haut à partir de la paroi de celui-ci jusque dans la gorge annulaire de la surface supérieure de celui-ci. Lorsque le moyeu de rotor 5 tourne relativement au rotor 8, l'une des broches B1 et B2 vient en contact avec la broche Ai. Le contact entre la broche Ai et l'une des broches B1 et B2 permet au rotor 8 de tourner de façon solidaire avec le moyeu de rotor 5. Le poids 4 présente une section transversale approximativement semi-circulaire. Le poids 4 présente une 2783726 circonférence externe qui épouse une partie de la circonférence externe du moyeu de rotor 5. Comme indiqué sur la figure 3, la paroi du rotor 8 qui définit une face suivant la circonférence du trou d'accouplement 6 comporte une gorge annulaire 11. Lorsque le rotor 8 se trouve dans sa position normale (sa position montée) par rapport au moyeu de rotor 5, la gorge annulaire 11 correspond en position au poids 4. Le poids 4 comporte un trou traversant axial 4a de section transversale circulaire. Une tige 13 présentant une section transversale circulaire, et fixée au moyeu de rotor 5, s'étend suivant l'axe à travers le trou 4a du poids 4. Ainsi, le poids 4 est relié au moyeu de rotor 5 par l'intermédiaire de la tige 13. La liaison par l'intermédiaire de la tige 13 permet au poids 4 de tourner de façon solidaire avec le moyeu de rotor 5. En outre, la liaison par l'intermédiaire de la tige 13 empêche la séparation du poids 4 depuis le moyeu de rotor 5. Le diamètre extérieur de la tige 13 est inférieur au diamètre du trou 4a du poids 4, de sorte que le poids 4 peut se déplacer radialement relativement au moyeu de rotor 5 sur une plage limitée donnée. Comme indiqué sur la figure 3, la paroi du rotor 8 présente une surface chanfreinée ou une surface biseautée 11A qui définit une face inclinée inférieure de la gorge annulaire 11. La surface chanfreinée 11A est également appelée surface inclinée. Un coin ou bord externe inférieur du poids 4 peut rencontrer la surface chanfreinée 11A du rotor 8. Pendant le fonctionnement du séparateur centrifuge, le poids 4 reçoit une force centrifuge F2 conformément à la rotation de celui-ci. Le poids 4 est déplacé radialement vers l'extérieur par la force centrifuge F2, de sorte que le coin ou bord externe inférieur du poids 4 rencontre la surface chanfreinée 11A du rotor 8. Pendant le fonctionnement du séparateur centrifuge, le coin ou bord externe inférieur du poids 4 est pressé contre la surface chanfreinée 11A du rotor 8 par la force centrifuge F2. En même temps, le contact du poids 4 contre la surface chanfreinée 11A du rotor 8 provoque une force F3 de sollicitation du rotor 8 vers le bas. La force orientée vers le bas F3 permet au rotor 8 d'être fermement maintenu et fixé par rapport au moyeu de rotor 5. Lorsque: le fonctionnement du séparateur centrifuge est suspendu, le rotor 8 peut être démonté du moyeu de rotor 5 grâce à un déplacement vers le haut du rotor 8 relativement au moyeu 6 2783726 de rotor 5. Pendant le démontage du rotor 8 depuis le moyeu de rotor 5, le poids 4 est déplacé de façon régulière radialement vers l'intérieur car le coin ou bord externe inférieur du poids 4 coulisse sur la surface chanfreinée 11A du rotor 8. De ce fait, il est possible de réaliser un démontage régulier du rotor 8 depuis le moyeu de rotor 5. En faisant référence à la figure 3, l'angle 0 (angle d'inclinaison) entre la surface chanfreinée 11A du rotor 8 et la direction verticale est égal à une valeur prédéterminée. De préférence, la valeur prédéterminée de l'angle d'inclinaison 0 est dans la plage de 20 degrés à 40 degrés en vue d'un démontage facile du rotor 8 depuis le moyeu de rotor 5. Les paramètres se rapportant au poids 4 sont choisis"comme suit. Les trous dans le rotor 8 destinés à loger les tubes d'échantillons 10 sont inclinés suivant un angle donné afin de procurer une meilleure efficacité de séparation des échantillons. De ce fait, pendant la rotation du rotor 8, un vide apparaît au niveau de la surface supérieure du rotor 8, de sorte qu'une force ascensionnelle F1 agit sur le poids 4 (se reporter à la figure 3). Comme indiqué sur la figure 4, la force ascensionnelle F1 est proportionnelle au carré de la vitesse angulaire du rotor 8. Plus particulièrement, la force ascensionnelle F1 est donnée par l'équation suivante. F1 = C.O2 (1) dans laquelle C indique une constante donnée dépendant de la forme du rotor 8. La force centrifuge F2, laquelle agit sur le poids 4 pendant la rotation du rotor 8 (pendant la rotation du moyeu de rotor ), est donnée par l'équation suivante. F2 = m.r.o2 (2) dans laquelle "m" indique la masse du poids 4, et "r" indique la distance (la distance de décalage) entre l'axe de rotation et le centre de gravité G du poids 4 (se reporter à la figure 3). Comme mentionné précédemment, pendant le fonctionnement du séparateur centrifuge, le coin ou bord externe inférieur du poids 4 est pressé contre la surface chanfreinée 11A du rotor 8 par la force centrifugeuse F2. En même temps, le contact du poids 4 contre la surface chanfreinée 11A du rotor 8 provoque une force F3 de sollicitation du rotor 8 vers le bas. La force orientée vers le bas F3 est donnée par l'équation suivante. 7 2783726 F3 = F2etanO = mer*e2etanO (3) dans laquelle 0 indique l'angle d'inclinaison de la surface chanfreinée 11A du rotor 8 par rapport à la direction verticale (se reporter à la figure 3) Afin d'empêcher la séparation du rotor 8 depuis le moyeu de rotor 5, il est préférable de satisfaire la relation suivante. F3 + Meg>F1 (4) dans laquelle M indique la masse du rotor 8, et "g" indique l'accélération de la pesanteur. Comme indiqué sur la figure 4, la valeur "F3 + Mog" augmente à mesure que la vitesse angulaire O du rotor 8 s'élève. Comme indiqué dans la relation (4) et également comme indiqué sur la figure 4, il est préférable que la valeur "F3 + Mog" soit supérieure à la valeur "Fl". La combinaison des équations (1) et (3), et de la relation (4) résulte en la relation suivante. m.reCo2etanO + Meg>Ceo2 (5) Ainsi, il est préférable de choisir la masse "m" du poids 4, la distance de décalage "r", et l'angle d'inclinaison 0 de la surface chanfreinée 11A du rotor 8 de manière à satisfaire la relation (5) On devra noter qu'une force de liaison du rotor 8 et du moyeu de rotor 5 qui est provoquée par un frottement entre la surface interne principale du rotor 8 et la surface externe principale du moyeu de rotor 5 n'est pas supposée se produire en présence d'une vibration auto-entretenue du rotor 8. Ainsi, une telle force de liaison est omise de la relation (5) La relation (5) signifie que la somme de la force "merro2etanO" de sollicitation du rotor 8 vers le bas et du poids "M*g" du rotor 8 est supérieure à la force ascensionnelle "Ce-2" agissant sur le rotor 8. En d'autres termes, la relation (5) signifie que la force "moreC2etanO" de sollicitation du rotor 8 vers le bas est supérieure à la différence entre la force ascensionnelle "COC2" agissant sur le rotor 8 et le poids "Meg" de celui-ci. On devra noter que la surface chanfreinée 11A peut être formée sur le poids 4 plutôt que sur le rotor 8. La figure 5 représente une partie d'un second mode de réalisation de cette invention qui est similaire au premier mode de réalisation de celle-ci, à l'exception de modifications de conception indiquées ci-dessous. 8 2783726 Dans le mode de réalisation de la figure 5, la surface supérieure d'un moyeu de rotor 5 comporte une gorge ou bien un évidement dans lequel un poids 4 est situé. Un trou d'accouplement 6 dans un rotor 8 communique avec un évidement supérieur 8A dans le rotor 8. La paroi du rotor 8 présente une surface chanfreinée ou bien une surface biseautée 11A qui définit au moins une partie d'un bord supérieur du trou d'accouplement 6. La surface chanfreinée 11A est également appelée une surface inclinée. Dans le cas o le rotor 8 se trouve dans sa position normale (sa position montée) par rapport au moyeu de rotor 5, le poids 4 peut rencontrer la surface chanfreinée 11A du rotor 8. Dans le mode de réalisation de la figure 5, une broche 13 fixée au moyeu de rotor 5 s'étend à travers le poids 4 suivant une direction approximativement diamétrale. Le poids 4 peut tourner autour de la broche 13. Lorsque le moyeu de rotor 5 tourne, le poids 4 subit une force centrifugeuse F2. Dans le cas o le rotor 8 se trouve à sa position normale (sa position montée) par rapport au moyeu de rotor 5, le poids 4 est entraîné en rotation autour de la broche 13 par la force centrifuge F2, de sorte qu'une partie du poids 4 rencontre la surface chanfreinée 11A du rotor 8. Pendant la rotation du moyeu de rotor 5, la partie du poids 4 est pressée contre la surface chanfreinée 11A du rotor 8 par la force centrifuge F2, sur un principe de fonction de levier. En même temps, le contact du poids 4 contre la surface chanfreinée 11A du rotor 8 provoque une force F3 de sollicitation du rotor 8 vers le bas. La force orientée vers le bas F3 permet que le rotor 8 soit maintenu et fixé fermement par rapport au moyeu de rotor 5. La force F3 de sollicitation du rotor 8 vers le bas est calculée à partir de la force centrifuge F2, tandis qu'une force provoquée par la fonction de levier est prise en compte. Ensuite, la force calculée F3 est introduite dans la relation (4) indiquée précédemment. Il est préférable de choisir la masse "m"' du poids 4 ainsi que l'angle d'inclinaison 0 de la surface chanfreinée 11A du rotor 8 de manière à satisfaire la relation (4) résultante. Dans le mode de réalisation de la figure 5, une extrémité inférieure du moyeu de rotor 5 présente une forme hexagonale. Une bague de montage 14 est fixée à la surface inférieure du 9 2783726 rotor 8 par des boulons 15. Comme indiqué sur la figure 6, la bague de montage 14 comporte une ouverture hexagonale 14A dans laquelle l'extrémité inférieure du moyeu de rotor 5 peut s'adapter. En conséquence, le rotor 8 peut être relié au moyeu de rotor 5 par l'intermédiaire de la bague de montage 14. La liaison par l'intermédiaire de la bague de montage 14 permet au rotor 8 de tourner de façon solidaire avec le moyeu de rotor 5. On devra noter que la surface chanfreinée 11A peut être formée sur le poids 4 plutôt que sur le rotor 8. 2783726 REVENDICATIONS 1. Mécanisme de montage et de démontage destiné à un rotor (8) dans une centrifugeuse, comprenant: un arbre tournant (3), un moyeu de rotor (5) disposé sur l'arbre tournant, un trou d'accouplement (6) agencé dans le rotor afin de loger le moyeu de rotor, un poids (4) relié au moyeu de rotor et pouvant être déplacé radialement relativement au moyeu de rotor, le poids (4) étant situé dans le trou d'accouplement (6) du rotor et étant en regard d'une surface interne d'une paroi du rotor, et un moyen destiné à engendrer une force de liaison du-rotor et du moyeu de rotor pendant la rotation du moyeu de rotor, la force de liaison engendrée étant supérieure à une différence entre le poids du rotor et une force ascensionnelle appliquée au rotor. 2. Mécanisme de montage et de démontage selon la revendication 1, dans lequel le moyen comprend une surface inclinée (11A) qui constitue une partie de la surface interne de la paroi du rotor (8), et le poids (4) qui vient en contact avec la surface inclinée (11A). 3. Mécanisme de montage et de démontage selon la revendication 1, dans lequel le moyen comprend une surface inclinée (11A) sur le poids (4), et une partie de la surface interne de la paroi du rotor (8) qui vient en contact avec la surface inclinée (11A). 4. Mécanisme de montage et de démontage destiné à un rotor (8) dans une centrifugeuse, comprenant: un élément rotatif (5), un trou d'accouplement (6) ménagé dans le rotor (8) afin de loger l'élément rotatif (5), un poids (4) relié à l'élément rotatif (5) et pouvant être déplacé radialement relativement à l'élément rotatif, le poids étant situés dans le trou d'accouplement (6) du rotor (8) et étant en regard d'une surface interne d'une paroi du rotor, et 11 2783726 une surface inclinée (11A) contenue dans la surface interne de la paroi du rotor (8), dans lequel le poids (4) est pressé contre la surface inclinée (11A) de la paroi du rotor (8) par une force centrifuge pendant la rotation de l'élément rotatif (5), et la pression du poids (4) contre la surface inclinée (11A) provoque une force de liaison du rotor (8) à l'élément rotatif (5) pendant la rotation de l'élément rotatif.