Brevet FR2904065A1 — publié le 20080125

La présente invention concerne une unité de pompage à durée de vie élevée, pouvant servir à de nombreux types de prélèvements en vue d'analyses. Elle s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, au pipetage, à la dilution, au rinçage et/ou à la distribution d'échantillons de substances liquides. 15 D'une manière générale, on sait qu'il a déjà été proposé de nombreux dispositifs permettant d'exécuter des cycles de pipetage et de rinçage notamment au sein d'un dispositif d'analyse. 20 Ces dispositifs font habituellement intervenir un module de pompage comportant un corps muni d'une chambre de travail, par exemple cylindrique, et un piston pouvant se présenter sous la forme d'un plongeur qui s'engage avec étanchéité dans la chambre de travail. L'actionnement du piston est alors assuré par un actionneur linéaire faisant intervenir un moteur électrique rotatif, 25 par exemple de type pas à pas et un organe de conversion du mouvement rectiligne en un mouvement de translation rectiligne. Il s'avère que les dispositifs de pompage de ce type actuellement réalisés présentent un certain nombre d'inconvénients : 1 30 2904065 2 - Tout d'abord, le système de conversion utilisé augmente d'une façon importante la complexité de l'ensemble du dispositif ainsi que son coût. Par ailleurs, on se heurte à des problèmes d'alignement entre l'organe 5 d'actionnement à déplacement linéaire et le piston : les défauts d'alignement à ce niveau conduisent à engendrer sur le joint qui réalise l'étanchéité entre le piston et le corps du module de pompage, des contraintes transversales et, en conséquence, des zones où se produisent des frictions anormalement élevées qui conduisent à une usure prématurée du joint. Il s'agit là d'un inconvénient relativement important qui augmente les frais de maintenance et qui, bien souvent, en réduit la durée de vie des pompes. - En outre, un inconvénient des dispositifs de pompage existants réside dans l'absence de caractère modulaire et, en particulier, de possibilité d'interchangeabilité rapide du module de pompage et de l'actionneur. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer tous ces inconvénients. Elle propose à cet effet une unité de pompage réalisé en trois modules pouvant s'assembler ou se démonter aisément, à savoir : • un module de pompage du type susdit comportant un corps muni 25 d'une cavité constituant une chambre de travail, un piston mobile en translation et s'engageant de façon étanche dans la cavité par l'intermédiaire d'un joint disposé entre ledit corps et ledit piston, au moins un canal réalisé dans le corps de manière à pouvoir connecter la chambre de travail à un circuit d'utilisation, ledit corps 30 comprenant une face d'assemblage axée perpendiculairement à l'axe de déplacement du piston, 2904065 3 • un module d'actionnement linéaire comportant un organe d'actionnement mobile en translation coaxialement au piston, et 5 • un module de liaison et de guidage permettant d'assurer une liaison mécanique entre le module de pompage et le module d'actionnement linéaire et un guidage précis du piston coaxialement au joint d'étanchéité, ce guidage étant indépendant des moyens de guidage utilisés par le module d'actionnement. 10 Avantageusement, le couplage entre l'organe d'actionnement et le piston est assuré par l'assemblage, d'une part, d'un joint cylindro-sphérique faisant intervenir une tête sphérique centrée sur l'axe de l'organe d'actionnement et reliée à celui-ci par une portion sous tête de section inférieure au diamètre de 15 la sphère et, d'autre part, d'une gorge cylindrique réalisée dans l'extrémité du piston opposée à l'organe de pompage, perpendiculairement à l'axe dudit piston, cette gorge cylindrique débouchant axialement à l'extérieur par une fente de largeur inférieure au diamètre de la gorge et légèrement supérieur à ladite portion sous tête. La tête sphérique qui est solidaire de l'organe 20 d'actionnement s'engage dans la gorge sphérique et y est retenue axialement dans les deux sens. Néanmoins, elle peut rotuler dans la gorge tout en pouvant se déplacer dans l'axe de la gorge. Ainsi, grâce à ces dispositions, un défaut d'alignement entre l'organe d'actionnement et le piston n'engendrera aucune contrainte susceptible de provoquer une usure prématurée du joint d'étanchéité, voire même un défaut d'étanchéité. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : 2904065 4 La figure 1 est une vue de côté d'une unité de pompage selon l'invention ; La figure 2 est une coupe axiale selon A/A de la figure 1. Dans l'exemple illustré sur ces figures, le module de pompage 1 fait intervenir un module d'actionnement 2 de type vérin à vis comportant : Un moteur électrique pas à pas dont le rotor comprend un alésage central 10 coaxial taraudé dans lequel s'engage une tige 3 présentant une portion filetée qui coopère avec le taraudage. Cette tige 3 présente, par ailleurs, une portion cannelée qui s'engage dans un palier coulissant de section intérieure complémentaire, solidaire de la partie statorique du moteur. L'une des deux extrémités de la tige est prolongée par un embout 4 comportant une tête 15 sphérique 5 reliée à une douille cylindrique 6 par l'intermédiaire d'une portion sous tête 7 de diamètre inférieur à celui de la tête 5 et de la douille cylindrique 6. La douille cylindrique 6 est munie d'un taraudage venant se visser sur un filetage prévu au niveau de l'extrémité de la tige 3. 20 La partie statorique du moteur comprend un manchon de couplage 8 dont la forme extérieure est celle d'un cylindre, étagée. Elle présente un passage central coaxial dans lequel coulisse la tige 3. Le module de pompage 9 est constitué par un bloc, par exemple, cylindrique 25 ou parallélépipédique rectangle réalisé en un matériau usinable et/ou moulable avec précision et possédant un très faible coefficient de dilatation. Il comporte une cavité cylindrique coaxiale 10 débouchant par un orifice situé au centre de l'une de ces faces 11 qui constitue une face d'assemblage. 5 30 2904065 -5- Cette cavité 10, qui constitue la chambre travail de la pompe, communique avec l'extérieur grâce à deux canaux 12, 13 permettant un raccordement à des circuits d'utilisation respectifs. 5 L'un de ces canaux 12 est disposé coaxialement à la cavité 10, à l'opposé de l'orifice. Il débouche au sommet d'une surface conique coaxiale constituant le fond de la cavité. L'autre canal 13 s'étend, quant à lui, perpendiculairement à l'axe de la cavité 10 10, à proximité de la face 11. La cavité 10 comprend, au voisinage de son orifice, un étagement d'alésage dans lequel est engagé un joint torique d'étanchéité 14, au travers duquel coulisse avec étanchéité le piston 15 du module de pompage 9. 15 Ce piston 15, qui consiste en un plongeur de forme cylindrique, présente d'un côté, une extrémité conique 16, de forme sensiblement complémentaire à celle du fond de la cavité 10 et, de l'autre côté, une face terminale plane dans laquelle débouche par une fente une gorge cylindrique diamétrale 16' axée 20 perpendiculairement à l'axe du piston 15. Dans cet exemple, le module de liaison et de guidage 18 consiste ici en un bloc métallique 17 (par exemple en alliage d'aluminium) de forme parallélépipédique dont deux faces FI, F2 opposées servent de face 25 d'assemblage respectivement pour le module de pompage 9 et pour le module d'actionnement 2, et une face latérale 19 qui sert de face de fixation de l'unité de pompage sur un support (par exemple dans un automate d'analyse). Le bloc 17 comprend un alésage central coaxial 20 débouchant dans les faces 30 FI, F2. 2904065 -6- Cet alésage 20 comprend du côté de la face F I un étagement d'alésage s'étendant sur environ de sa longueur dans lequel est disposé un tronçon tubulaire 21 en matériau à faible coefficient de friction (tel que, par exemple, un composé fluocarboné, PTFE, FEP). Ce tronçon tubulaire 21 sert de palier 5 coulissant au piston 15. L'alésage 20 comprend, du côté de la face F2, des étagements dans lesquels s'engagent étroitement les étagements du manchon de couplage 8 du module d' actionnement 2. Ainsi, en position assemblée des trois modules, avec accouplement de la tige 3 et du piston 15, tous les éléments animés par des déplacements en translation sont censés être coaxiaux. 15 Néanmoins, s'il subsiste un défaut d'alignement entre la tige 3 et le piston 15 (par exemple dû à la tolérance dimensionnelle des étagements du module d'actionnement, par exemple dans le cas où le module d'actionnement est acheté tel quel dans le commerce), ce défaut d'alignement ne peut pas avoir de conséquence sur le joint d'étanchéité en raison de la précision du guidage du 20 piston 15 et du type de couplage piston 15/tige 3 utilisé. Cette structure présente, par ailleurs, l'avantage de pouvoir être assemblée ou désassemblée très simplement (par exemple par vissage/dévissage de vis disposées parallèlement à l'axe de l'ensemble tige 3/piston 15). Cette structure permet une interchangeabilité des modules, par exemple pour adapter l'unité du pompage 9 à l'application dont elle fait l'objet. La fixation de l'unité de pompage 9 sur un support peut être assurée au moyen 30 de deux vis passant dans des canaux 22, 23 réalisés dans le module 18 perpendiculairement à la face d'assemblage 19. 10 25 2904065 7 Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit. 5 Ainsi, par exemple, le module de pompage 9 pourrait comprendre au moins une électrovanne commandant le passage de fluide dans l'un des canaux 12, 13. Avantageusement, cette électrovanne pourrait être intégrée au bloc constituant le module de pompage 9. Revendications 1. Unité de pompage à durée de vie élevée, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par l'assemblage d'au moins trois 5 modules interchangeables à savoir : un module de pompage (9) comportant un corps muni d'une cavité (10) constituant une chambre de travail, un piston (15) mobile en translation et s'engageant de façon étanche dans la cavité (10) par l'intermédiaire d'un 10 joint (14) disposé entre ledit corps et ledit piston (15), au moins un canal (12, 13) réalisé dans le corps de manière à pouvoir connecter la chambre de travail à un circuit d'utilisation, ledit corps comprenant une face d'assemblage (11) axée perpendiculairement à l'axe de déplacement du piston (15), 15 un module d'actionnement linéaire comportant un organe d'actionnement (3) mobile en translation coaxialement au piston (15), et un module de liaison et de guidage (18) permettant d'assurer une liaison 20 mécanique entre le module de pompage (9) et le module d'actionnement linéaire (2) et un guidage précis du piston (15) coaxialement au joint d'étanchéité, ce guidage étant indépendant des moyens de guidage utilisés par le module d'actionnement (2), 25 et en ce que le couplage entre l'organe d'actionnement (3) et le piston (15) est assuré, par l'assemblage d'une part, d'un joint cylindro-sphérique faisant intervenir une tête sphérique (5) centrée sur l'axe de l'organe d'actionnement (3) et reliée à celui-ci par une portion sous tête (7) de section inférieure au diamètre de la sphère et, d'autre part, une gorge cylindrique (16') réalisée dans 30 l'extrémité du piston opposée à l'organe de pompage, perpendiculairement à l'axe dudit piston (15), cette gorge cylindrique (16') débouchant axialement à 8 2904065 -9- l'extérieur par une fente de largeur inférieure au diamètre de la gorge et légèrement supérieur à ladite portion sous tête (7). 2. Unité de pompage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module d'actionnement (2) comprend un moteur électrique pas à pas dont le rotor est muni d'un alésage central coaxial taraudé dans lequel s'engage une tige (3) constituant le susdit organe d'actionnement, cette tige (3) comportant une portion filetée qui coopère avec le taraudage, ainsi qu'une portion cannelée qui s'engage dans un palier coulissant, de section complémentaire, solidaire de la partie statorique du moteur, l'une des extrémités de la tige étant prolongée par un embout portant ladite tête sphérique. 3. Unité de pompage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la tête sphérique (5) est reliée à une douille cylindrique (6) par l'intermédiaire d'une portion sous tête (7) de diamètre inférieur à celui de la tête (5) de la douille cylindrique (6), et en ce que la douille cylindrique (6) est munie d'un taraudage venant se visser sur un filetage prévu au niveau de l'extrémité de la tige (3). 4. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie statorique du moteur comprend un manchon de couplage (8) dont la forme extérieure est étagée, et en ce que le module de liaison et de guidage comprend un alésage comportant, d'un côté des étagements d'alésage dans lesquels s'engagent étroitement les étagements du manchon de couplage (8) du module d'actionnement 2. 5. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cavité du module de pompage (9) consiste en un alésage comprenant, au niveau de la face d'assemblage du corps sur le module de liaison et de guidage (18), un étagement d'alésage dans lequel est engagé 2904065 - 10 - un joint torique d'étanchéité (14) au travers duquel coulisse avec étanchéité le piston (15). 6. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisée en ce que la cavité du module de pompage communique avec l'extérieur grâce à au moins un canal (12, 13) permettant un raccordement à un circuit d'utilisation. 7. Unité de pompage selon la revendication 6, 10 caractérisée en ce que le module de pompage comprend au moins une électrovanne commandant le passage de fluide dans le susdit canal, cette électrovanne étant intégrée audit module. 8. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes, 15 caractérisée en ce que le piston présente une forme cylindrique, et en ce que le module de liaison et de guidage (18) consiste en un bloc dont deux faces opposées (FI, F2) servent de face d'assemblage respectivement pour le module de pompage (9) et pour le module d'actionnement (2), et une face latérale qui sert de fixation de l'unité de pompage sur un support, ledit bloc (17) 20 comprenant un alésage central coaxial (20) présentant du côté du module de pompage un étagement d'alésage dans lequel est disposé un tronçon tubulaire (21) en un matériau à faible coefficient de friction qui sert de palier coulissant au piston. 25 9. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le susdit organe d'actionnement est sensiblement coaxial au piston (15).