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CA 02011988 1999-04-07
CASSETTE POUR POMPE PÉRISTALTIOUE A TUBE DÉFORMABLE,
ET POMPE PÉRISTALTIOUE ÉOUIPÉE D'UNE TELLE CASSETTE
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 qui écrasent le
tube déformable situé entre les deux chemins de roulements.
Une cassette de ce genre est montrée, par exemple,
par EP-0 041 267. Toutefois, l'agencement de cette cassette
est relativement compliqué et limite les possibilités
d'utilisation de ladite cassette.
L'invention a pour but, surtout, de fournir une
cassette du genre défini précédemment qui soit d'une
construction simple et robuste, qui permette un pompage
efficace et dont les possibilités d'utilisation sont
augmentées.
Selon l'invention, une cassette pour pompe
péristaltique à tube déformable, du genre défini
précédemment, est caractérisée par le fait que les
satellites sont tubulaires et 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.
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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 de la
pompe.
Lorsque la cassette 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.
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,
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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 équipée 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.
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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
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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
troncons 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 10 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 diamétra-
lement 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
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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
d'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 20.
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 _ des
satellites 9 pour assurer un bon maintien de ces satellites
et éviter toute mise en oblique. De préférence, la
différence l-_ est inférieure ou égale à 0,2 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.
. .. , ~ . . .
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Le diamètre _ des galets 22 est légèrement
inférieur au diamètre interne f (figure 4) des satellites
9. Le jeu, c'est-à-dire la différence f-_ est avantageu-
sement de l'ordre de 0,3 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 extré-
mité tronconique qui vient se loger dans l'évidement 20(voir figure 6). La tête de l'axe 28 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, 1 ' 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
20 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 diamètre de
l'alésage interne du galet 27 et le diamètre externe de
l'axe 28) relativement important, notamment de l'ordre de
0,5 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
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vis de blocage telles que 30 (figure 1) orientées radiale-
ment.
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
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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 chiffre
100 et de la référence utilisée sur les figures
précédentes, sans que leur description soit reprise en
détail.
Le boîtier 108 de la cassette 107 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.
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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 106 comporte une bordure 34 sensiblement
tronconique dont le diamètre augmente en direction du
moteur 106. Cette bordure 34 permet d'assurer la fixation
du boîtier et de la cassette 107 sur le carter du moteur
d'entraînement 106 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 106.
~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 le franchissement de llextxémité 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 3~ 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 107 par rapport au carter du moteur 106.
Dans l'exemple de réalisation considéré sur la
figure 7, l'organe d'entraînement 105 est constitué par un
. . .
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arbre engagé intérieurement entre les satellites tubulaires
104.
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 200 et de la référence utilisée sur ces figures 1 à
6.
Le boîtier 208 présente une gorge intérieure 37 à
section concave, tournée vers l'axe du boîtier, dans
laquelle vient se loger le tube déformable 202. Les
satellites 209 ont une forme extérieure en tonneau 38, à
courbure convexe combinée avec la courbure concave 37 de la
gorge du boîtier.
Les satellites 209 comportent, de part et d'autre
de la zone en tonneau 38, une zone cylindrique 39, 40
propre à rouler sur le chemin de roulement associé 216,
217. Les satellites 204 peuvent comporter un logement
intérieur cylindrique pour permettre llentrée de
planétaires semblables à ceux représentés sur la figure 1.
Le boîtier 208 de la figure 9, à profil intérieur
concave, permet un auto-centrage du tube et des satellites
209 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 202 entre la surface concave 37 et la
surface convexe 38 du galet est meilleure, no~a~ent au
niveau de la commissure. Ceci permet d'obtenir des
.... . ...... ~ . _.___ ........ ..
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12
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 co~t de fabrication et la facilité de montage
permettent 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
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12a
cassettes, avec des cotes rigoureuses. Le plateau
d'entraînement, monté sur l'axe moteur, peut être
facllement changé et est d'un falble co~t en ralson de la
mécanlque élémentalre fabrlquée en matlère plastlque.
Les satellltes tubulaires 9, comme déjà indiqué,
peuvent être obtenus économiquement par tronconnage de tube
extrudé, ce qui évite un moule de production onéreux.
Il existe une bonne compatlbillté de
fonctlonnement de cette pompe avec des moteurs pas-à-pas ou
des moto-réducteurs asservls.
Il est posslble de fabriquer facilement les pièces
tournantes en matériaux à haute résistance tels que des
polyimldes, des flbres de carbone, des flbres aramld,
destlnés à des appllcatlons de technologle avancée.
Les contrôles de quallté des cassettes sont
facllement réalisables en fin de chaîne de fabrication,
permettant un étalonnage rlgoureux du déblt des cassettes.
Il est à noter qu'avec quatre satellites, le tube
2 est fermé, par écrasement, en au molns deux endrolts.
.
