EP0388269B1

EP0388269B1 - Cassette pour pompe péristaltique à tube déformable, et pompe péristaltique équipée d'une telle cassette

Info

Publication number: EP0388269B1
Application number: EP90400644A
Authority: EP
Inventors: Edouard Malbec
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2010-03-12
Also published as: CN1045634A; FR2644212B1; KR920700351A; DE69006239T2; IE64115B1; ES2048451T3; CA2011988A1; AU627282B2; WO1990010792A1; IL93713A; ZA901920B; BR9005772A; IL93713A0; KR0148344B1; CA2011988C; IE900874L; AU5120690A; JPH07122434B2; DE69006239D1; NZ232882A

Description

L'invention est relative à une cassette pour pompe péristaltique à tube déformable, constituée d'un boîtier qui comporte, au voisinage de chacune de ses extrémités, un chemin de roulement cylindrique contre lequel sont propres à s'appliquer et à rouler des satellites tubulaires, destinés à être entraînés par un moteur, et qui écrasent le tube déformable situé entre les deux chemins de roulements.
FR-A-2 383 333 montre, aux figures 4 et 5, un sous-ensemble formant une cassette amovible avec moteur, pour pompe péristaltique, comprenant des rouleaux satellites tubulaires maintenus écartés angulairement par des rouleaux non travaillants.
Les possibilités d'auto-centrage des rouleaux satellites sont limitées par la présence de ces rouleaux non travaillants ; en outre, le tube déformable présente, en permanence, une zone écrasée que la pompe soit en service ou non, ce qui limite les possibilités de stérilisation de la cassette assemblée, et crée une fatigue par écrasement d'une zone déterminée du tube déformable de la cassette stockée.
Par ailleurs, les rouleaux non travaillants créent des frictions supplémentaires, cause d'une baisse de rendement mécanique.
EP-0 041 267 montre une cassette, sans moteur, pour pompe péristaltique, dont l'agencement est relativement compliqué.
L'invention a pour but, surtout, de fournir une cassette, sans moteur, du genre défini précédemment, qui ne présente plus, ou qui présente à un degré moindre, les inconvénients rappelés ci-dessus. On souhaite en particulier que la cassette soit d'une construction simple et robuste, permette un pompage efficace et des conditions de stockage favorables.
Selon l'invention, une cassette pour pompe péristaltique à tube déformable, du genre défini précédemment, est caractérisée par le fait que les satellites sont montés librement à l'intérieur du boîtier, dans la concavité du tube déformable, ce boîtier comportant, d'un côté au moins, une ouverture centrale d'un diamètre suffisant pour permettre l'entraînement des satellites soit directement à partir d'un plateau rotatif muni de planétaires propres à s'engager dans les satellites tubulaires, soit à partir d'un arbre engagé intérieurement entre les satellites tubulaires, et que, lorsqu'elle est séparée du moteur d'entraînement, les satellites sont ramenés vers le centre sous la pression du tube au repos, ce tube restant ouvert, ce qui rend possible une stérilisation complète aisée.
Ainsi, une même cassette peut être entraînée soit directement par un plateau, ce mode d'entraînement permettant à tout moment de connaître avec précision la position angulaire du plateau et donc des satellites, soit par un arbre central avec possibilité de vitesse de rotation élevée. Les satellites sont réalisés d'une manière simple et économique et leur montage libre à l'intérieur de la cassette est avantageux pour le fonctionnement avec auto-centrage de la pompe. En outre, au stockage, le tube n'est pas écrasé par les satellites ramenés vers le centre.
De préférence, le boîtier présente une gorge intérieure à section concave dans laquelle vient se loger le tube déformable, tandis que les satellites ont une forme extérieure en tonneau, à courbure convexe, combinée avec la courbure concave de la gorge du boîtier, pour appuyer sur le tube déformable, chaque satellite comportant, de part et d'autre de la zone en tonneau, une zone cylindrique propre à rouler sur le chemin de roulement associé; un tel boîtier à profil intérieur concave permet un auto-centrage du tube et des satellites.
Avantageusement, le boîtier comprend une couronne centrale cylindrique sur laquelle est fixé, de part et d'autre, notamment par clipsage ou encliquetage, un flasque comportant un chemin de roulement interne, le flasque situé du côté du moteur d'entraînement comportant une bordure sensiblement tronconique permettant d'assurer la fixation du boîtier sur un carter de moteur d'entraînement par coopération de cette bordure tronconique avec des dents, présentant une certaine élasticité dans le sens radial, prévues sur toute la périphérie d'une couronne dentée liée au carter du moteur.
Les satellites tubulaires sont généralement réalisés en une matière plastique élastique.
L'invention est également relative à une pompe péristaltique equipée d'une cassette telle que définie précédemment, cette pompe comprenant un moteur propre à entraîner les satellites tubulaires.
De préférence, le moteur de la pompe comporte un arbre de sortie muni d'un plateau portant des axes sur lesquels sont montés fous des galets propres à s'engager dans les satellites tubulaires. Le plateau peut comporter, notamment, un axe situé dans le prolongement de l'arbre du moteur et sur lequel est monté fou un galet central avec un jeu d'auto-centrage relativement important, propre à coopérer avec la surface extérieure des satellites.
Le boîtier de la cassette est généralement fermé du côté opposé au moteur par un couvercle rapporté, l'un des chemins de roulements pour les satellites pouvant être prévu sur la face intérieure de ce couvercle.
Dans une réalisation particulière, le plateau de la pompe comporte quatre galets régulièrement espacés et un galet central, tandis que la cassette comporte quatre satellites.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.
La figure 1, de ces dessins, est une vue en perspective d'une pompe péristaltique conforme à l'invention, la cassette étant séparée du plateau.
La figure 2 est une vue du plateau suivant la ligne II-II, figure 5.
La figure 3 est une vue de la cassette suivant la ligne III-III, de la figure 4.
La figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV, figure 3 de la cassette.
La figure 5 est une vue de gauche, avec parties arrachées, du plateau montré sur la figure 2.
La figure 6 est une coupe longitudinale, avec parties en extérieur, de la pompe, le plateau étant monté à l'intérieur de la cassette.
La figure 7 est une coupe d'une autre réalisation d'une pompe conforme à l'invention, la cassette étant représentée en coupe.
La figure 8 est une vue suivant la ligne VIII-VIII, figure 7 de la couronne dentée servant de porte-cassette.
La figure 9, enfin, est une coupe d'une autre réalisation avantageuse de la cassette.
En se reportant aux dessins, on peut voir une pompe péristaltique 1 comprenant un tube déformable 2, notamment en matière plastique, formant le corps de pompe. Ce tube est interposé entre un carter cylindrique externe 3 et des rouleaux internes 4 propres à coopérer avec un organe central d'entraînement 5, lui-même entraîné par un moteur électrique 6.
La pompe 1 comprend une cassette démontable 7 constituée d'un boîtier cylindrique 8 dans lequel est monté le tube 2, ainsi que de satellites tubulaires 9, au nombre de quatre dans la réalisation considérée.
Ces satellites 9 constituent les rouleaux 4 et sont avantageusement réalisés en une matière plastique élastique. Les satellites 9 peuvent être constitués par des tronçons de tube en matière plastique extrudé.
Le tube 2 décrit sensiblement un demi-cercle à l'intérieur du boîtier 8 et sort de ce boîtier par des ouvertures 10̸ suivant des branches 11 sensiblement parallèles.
Lorsque la cassette est démontée, comme représenté sur les figures 1, 3 et 4, les satellites 9 sont libres à l'intérieur du boîtier, et le tube 2 n'est pratiquement pas comprimé.
La face 12 du boîtier destinée à être appliquée contre le moteur 6 comporte une ouverture centrale 13 d'un diamètre suffisant pour permettre l'entraînement des satellites 9 comme expliqué plus loin. Cette face 12 a un diamètre supérieur à celui du boîtier 8 et forme un flasque faisant saillie radialement par rapport au boîtier, flasque dans lequel sont prévues deux boutonnières 14 diamétralement opposées pour permettre la fixation de la cassette 7 sur le moteur 6 pourvu de pions 15 munis de têtes propres à coopérer avec les boutonnières 14.
Le boîtier 8 de la cassette comporte, au voisinage de chacune de ses extrémités, suivant la direction axiale, un chemin de roulement cylindrique 16,17 (voir figure 4) contre lequel sont propres à s'appliquer, et à rouler, les satellites tubulaires 9, le tube déformable 2 étant situé entre les deux chemins de roulement, contre une surface cylindrique 18 dont le diamètre est supérieur à celui des chemins de roulement 16, 17.
Le boîtier 8 est fermé, du côté opposé au moteur entraînement de la pompe, par un couvercle rapporté 19 sur lequel est prévu le chemin de roulement 17 qui constitue la surface interne d'une collerette de centrage du couvercle 19 dans le boîtier. La face interne de ce couvercle 19 comporte un évidement central 20̸.
Les satellites 9 sont maintenus, suivant la direction longitudinale, entre la face interne du couvercle 19 et un épaulement 21 (figure 4) bordant l'ouverture 13 du côté intérieur du boîtier.
La distance l, suivant la direction axiale, entre cet épaulement 21 et la face interne du couvercle 19 n'est que légèrement supérieure à la longueur axiale h des satellites 9 pour assurer un bon maintien de ces satellites et éviter toute mise en oblique. De préférence, la différence l-h est inférieure ou égale à 0̸,2 mm.
Des galets 22, montés fous sur des axes 23 portés par un plateau 24, sont propres à s'engager dans les satellites 9, en passant à travers l'ouverture 13. Les galets 22 sont régulièrement répartis autour de l'axe du plateau 24. Le nombre de ces galets 22 est égal à celui des satellites 9, c'est-à-dire égal à quatre dans l'exemple considéré.
L'extrémité 25 de chaque galet 22 éloignée du plateau 24 a une forme sensiblement tronconique pour faciliter l'entrée du galet dans le satellite 9 correspondant. L'extrémité de l'axe 23 est munie d'une tête 26 propre à maintenir le galet 22 suivant la direction longitudinale.
Le diamètre d des galets 32 est légèrement inférieur au diamètre interne f (figure 4) des satellites 9. Le jeu, c'est-à-dire la différence f-d est avantageusement de l'ordre de 0̸.3 mm.
Un galet central 27 est monté libre en rotation sur un axe 28 qui est situé dans le prolongement de l'arbre du moteur 6 lorsque le plateau 24 est fixé sur cet arbre du moteur.
Ce galet central 27 comporte également une extrémité tronconique qui vient se loger dans l'évidement 20̸ (voir figure 6). La tête de l'axe 26 est logée totalement à l'intérieur d'un alésage prévu à l'extrémité de ce galet 27.
Comme visible sur la figure 5, la longueur du galet 27 est supérieure à celle des galets 22. Ainsi, lorsque cet ensemble est engagé dans l'ouverture 13 et la cassette 7, l'extrémité du galet 27 pénètre, en premier, dans l'espace 29 (voir figure 3) compris entre les satellites 9 et provoque l'écartement de ces satellites, ce qui facilite l'engagement des galets 22 dans lesdits satellites.
Le galet 27 est monté sur son axe 28 avec un jeu radial d'auto-centrage (différence entre le diamétre de l'alésage interne du galet 27 et le diamètre externe de l'axe 28) relativement important, notamment de l'ordre de 0̸,5 mm.
Ce galet 27, notamment grâce au jeu d'auto-centrage important, procure un équilibre dynamique de toutes les pressions.
La fixation du plateau 24 sur l'arbre de sortie du moteur peut être assurée par tout moyen, notamment par des vis de blocage telles que 30 (figure 1) orientées radialement.
Lorsque la cassette 7 est stockée, séparément du moteur 6 et des galets 22 et 27, les satellites 9 sont ramenés vers le centre sous la pression du tube 2 au repos, comme visible sur la figure 3, ce tube restant ouvert jusqu'à stabilisation des satellites dans une position tangentielle d'appui réciproque. Ceci permet d'éviter un collage entre les parois du tube lors du stockage, collage qui pourrait se produire si le tube était stocké écrasé.
Le tube 2 peut être maintenu en place par deux bagues d'arrêt soudées prévues pour être coincées dans des logements précis sous la pression d'une collerette d'appui solidaire du couvercle de la cassette.
En fabrication de série, ce tube 2 se monte dans la cassette très rapidement.
Ceci étant, le fonctionnement de la pompe est le suivant.
La cassette 7 ayant été mise en place sur le plateau 5, les galets 22 se trouvent à l'intérieur des satellites tubulaires 9, lesquels sont en appui contre le galet central 27. La cassette est encliquetée sur le bâti du moteur par une légère rotation qui, après engagement des ergots 15 dans la partie de grand diamètre de la boutonnière 14, place lesdits ergots dans la partie plus étroite de cette boutonnière que ne peut traverser la tête des ergots 15.
Les galets d'entraînement 22 viennent se loger avec un léger jeu à l'intérieur des satellites tubulaires 9, tandis que le galet d'appui central 27 vient exercer sa pression contre l'extérieur des satellites 9 qui s'écartent jusqu'à l'étanchéité de fermeture du tube 2 corps de pompe sur lui-même. Ce montage peut être réalisé en quelques secondes, d'une seule main.
L'action de pompage est obtenue lorsque le moteur 6 est mis en rotation, entraînant le plateau 5 et les satellites 9.
Les galets 22, entraînés par le plateau 5, n'attaquent pas directement le tube 2 corps de pompe, ce qui permet d'éviter l'étirement du corps de pompe vers l'orifice de refoulement et la tendance à la fermeture de l'orifice d'aspiration. Il en résulte une courbe de débit de la pompe en fonction de la vitesse de rotation relativement régulière. Le galet libre central 27 procure un appui et un équilibre dynamique de toutes les pressions de fonctionnement.
Par un choix judicieux de l'épaisseur de paroi des satellites 9 on peut agir sur la pression de sortie des fluides pompés.
En se reportant aux figures 7 et 8, on peut voir une variante de réalisation d'une cassette et d'une pompe conformes à l'invention. Les éléments des figures 7 et 8 jouant des rôles identiques ou similaires à des éléments déjà décrits à propos des figures précédentes sont désignés par des références numériques égales à la somme du chiffrre 10̸0̸ et de la référence utilisée sur les figures précédentes, sans que leur description soit reprise en détail.
Le boîtier 10̸8 de la cassette 10̸7 comprend une couronne centrale cylindrique 31 sur laquelle est fixé, de part et d'autre par encliquetage, un flasque 32, 33, chaque flasque comportant l'un des chemins de roulement 116, 117. Le flasque 33 forme le couvercle 119 qui est déporté suivant la direction axiale par rapport à la bordure servant à l'encliquetage sur la couronne 31.
Le flasque 32 situé du côté du moteur d'entraînement 10̸6 comporte une bordure 34 sensiblement tronconique dont le diamètre augmente en direction du moteur 10̸6. Cette bordure 34 permet d'assurer la fixation du boîtier et de la cassette 10̸7 sur le carter du moteur d'entraînement 10̸6 par coopération de ladite bordure 34 avec des dents 35 prévues sur toute la périphérie d'une couronne dentée 36 liée au carter du moteur 10̸6.
Les dents 35 font saillie radialement par rapport au plan moyen de la couronne, comme visible sur la figure 7 et sont régulièrement réparties sur toute la circonférence comme visible sur la figure 8. Un espace 37 sépare deux dents successives. Chaque dent 35 présente une certaine élasticité dans le sens radial, notamment par flexion à sa racine, pour permettre la franchissement de l'extrémité de grand diamètre de la bordure 34 et la préhension de la surface tronconique de ladite bordure. L'effet de rampe créé par les surfaces inclinées des dents et de la bordure 34 permet d'appliquer avec une pression axiale la partie du flasque 32 en regard de la zone de la couronne 36 située à l'intérieur, dans le sens radial, des dents 35.
La couronne 36 constitue un porte-cassette particulièrement simple et avantageux, permettant la mise en place de la cassette d'une seule main, sans avoir à imposer une orientation particulière prédéterminée de la cassette 10̸7 par rapport au carter du moteur 10̸6.
Dans l'exemple de réalisation considéré sur la figure 7, l'organe d'entraînement 10̸5 est constitué par un arbre engagé intérieurement entre les satellites tubulaires 10̸4.
La figure 9 représente une variante de réalisation dont les éléments jouant des rôles identiques à des éléments déjà décrits à propos des figures 1 à 6 sont désignés par des références numériques égales à la somme du nombre 20̸0̸ et de la référence utilisée sur ces figures 1 à 6.
Le boîtier 20̸8 présente une gorge intérieure 37 à section concave, tournée vers l'axe du boîtier, dans laquelle vient se loger le tube déformable 20̸2. Les satellites 20̸9 ont une forme extérieure en tonneau 38, à courbure convexe combinée avec la courbure concave 37 de la gorge du boîtier.
Les satellites 20̸9 comportent, de part et d'autre de la zone en tonneau 38, une zone cylindrique 39, 40̸ propre à rouler sur le chemin de roulement associé 216, 217. Les satellites 20̸4 peuvent comporter un logement intérieur cylindrique pour permettre l'entrée de planétaires semblables à ceux représentés sur la figure 1.
Le boîtier 20̸8 de la figure 9, à profil intérieur concave, permet un auto-centrage du tube et des satellites 20̸9 de sorte qu'il n'est pratiquement plus nécessaire de prévoir des épaulements de part et d'autre des satellites pour les maintenir suivant la direction axiale. Il en résulte une diminution sensible de l'usure des satellites, et une durée de vie plus grande de la cassette. On réduit en outre l'échauffement. L'étanchéité réalisée par l'écrasement du tube 20̸2 entre la surface concave 37 et la surface convexe 38 du galet est meilleure, notamment au niveau de la commissure. Ceci permet d'obtenir des pressions de refoulement de la pompe plus élevées et une économie d'énergie pour un même débit.
La cassette et la pompe conformes à l'invention présentent de nombreux avantages.
Il y a un auto-centrage entre la pompe et le moteur, sans pression radiale, protégeant les paliers du moteur. Un rattrapage automatique de jeu se produit, et les contraintes axiales sur les axes des galets sont supprimées.
Le fonctionnement de la pompe est silencieux et son montage est facile lors d'une fabrication de série. Le faible coût de fabrication et la facilité de montage permettant l'utilisation de cassettes jetables notamment pour les applications médicales.
Le corps de pompe présente une endurance maximale alors que les tolérances de fabrication restent faciles à tenir avec des pièces en matière plastique brutes de moulage.
Il est possible d'effectuer une stérilisation à l'oxyde d'éthylène par l'accès de circulation ambiante dans le tube ouvert de la cassette au repos.
Un minimum de pièces sont en mouvement avec des frictions réduites et des contraintes dynamiquement équilibrées procurant un excellent rendement mécanique, et offrant la possibilité d'utilisation de moteurs de faible puissance, moins onéreux et plus fiables. Une ventilation naturelle maximale se produit, lors du fonctionnement, ce qui évite l'échauffement.
Une précision des débits des pompes est obtenue grâce à la possibilité de standardisation plus poussée dans le montage automatique des tubes corps de pompe dans les cassettes, avec des cotes rigoureuses. Le plateau d'entraînement, monté sur l'axe moteur, peut être facilement changé et est d'un faible coût en raison de la mécanique élémentaire fabriquée en matière plastique.
Les satellites tubulaires 9, comme déjà indiqué, peuvent être obtenus économiquement par tronçonnage de tube extrudé, ce qui évite un moule de production onéreux.
Il existe une bonne compatibilité de fonctionnement de cette pompe avec des moteurs pas-à-pas ou des moto-réducteurs asservis.
Il est possible de fabriquer facilement les pièces tournantes en matériaux à haute résistance tels que des polyimides, des fibres de carbone, des fibres aramid, destinés à des applications de technologie avancée.
Les contrôles de qualité des cassettes sont facilement réalisables en fin de chaîne de fabrication, permettant un étalonnage rigoureux du débit des cassettes.
Il est à noter qu'avec quatre satellites, le tube 2 est fermé, par écrasement, en au moins deux endroits.

Claims

Cassette pour pompe péristaltique à tube déformable, constituée d'un boîtier qui comporte, au voisinage de chacune de ses extrémités, un chemin de roulement cylindrique contre lequel sont propres à s'appliquer et à rouler des satellites tubulaires, destinés à être entraînés par un moteur, qui écrasent le tube déformable situé entre les deux chemins de roulement, caractérisée par le fait que les satellites (9, 109, 209) sont montés librement à l'intérieur du boîtier (8, 108, 208), dans la concavité du tube déformable, ce boîtier comportant, d'un côté au moins, une ouverture centrale (13, 113, 213) d'un diamètre suffisant pour permettre l'entraînement des satellites soit directement à partir d'un plateau rotatif (5) muni de planétaires (22) propres à s'engager dans les satellites tubulaires, soit à partir d'un arbre (105) engagé intérieurement entre les satellites tubulaires, et que, lorsqu'elle est séparée du moteur, les satellites (9, 109, 209) sont ramenés vers le centre sous la pression du tube (2, 102, 202), au repos ce tube restant ouvert, ce qui rend possible une stérilisation complète aisée.
Cassette selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le boîtier (208) présente une gorge intérieure (37) à section concave dans laquelle vient se loger le tube déformable (202), tandis que les satellites (209) ont une forme extérieure en tonneau (38), à courbure convexe, combinée avec la courbure concave de la gorge (37) du boîtier, pour appuyer sur le tube déformable, chaque satellite (209) comportant, de part et d'autre de la zone en tonneau, une zone cylindrique (39, 40) propre à rouler sur un chemin de roulement associé (216, 217), le profil concave (37) du boîtier assurant un autocentrage du tube et des satellites.
Cassette selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le boîtier (108) comprend une couronne centrale cylindrique (31) sur laquelle sont fixés, notamment par encliquetage de part et d'autre, des flasques (32, 33), chaque flasque comportant un chemin de roulement interne (116, 117), le flasque (32) situé du côté du moteur d'entraînement (106) comportant une bordure (34) sensiblement tronconique permettant d'assurer la fixation du boîtier (108) sur un carter de moteur d'entraînement par coopération de cette bordure tronconique (34) avec des dents (35) prévues sur toute la périphérie d'une couronne dentée (36) liée au carter du moteur.
Cassette selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les satellites tubulaires (9, 109, 209) sont réalisés en une matière plastique élastique.
Pompe peristaltique équipée d'une cassette selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un moteur dont l'arbre de sortie est muni d'un plateau (24) portant des axes (23) sur lesquels sont montés fous des galets (22) propres à s'engager dans les satellites tubulaires, le plateau (24) comportant notamment un axe (28) situé dans le prolongement de l'arbre du moteur et sur lequel est monté fou un galet central (27) avec un jeu d'autocentrage relativement important.
Pompe selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le boîtier (8) de la cassette est fermé, du côté opposé au moteur, par un couvercle (19) rapporté, l'un (17) des chemins de roulement pour les satellites (9) étant prévu sur la face intérieure de ce couvercle (19).
Pompe selon la revendication 5 ou 6, caractérisée par le fait que le plateau (24) porte quatre galets (22) et un galet central (27).