EP1074735A2

EP1074735A2 - Pompe à piston actionnée par excentriques réglables

Info

Publication number: EP1074735A2
Application number: EP00810698A
Authority: EP
Inventors: Lütolf Anton
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-02-07
Also published as: EP1074735A3

Abstract

Une micropompe comprend un cylindre (16) à l'intérieur duquel se déplace un piston (4). Le cylindre comporte deux conduits d'admission/refoulement (17, 18). Un premier excentrique excentrique (6) et un second excentrique (7) sont montés respectivement à l'intérieur d'une première coulisse (25) et à l'intérieur d'une seconde coulisse (26) réalisées dans le corps du piston, l'ensemble étant agencé de façon que le mouvement dudit premier excentrique dans ladite première coulisse génère un mouvement axial (course) du piston à l'intérieur du cylindre, et en ce que le mouvement du second excentrique dans ladite seconde coulisse génère un mouvement latéral (tangage) dudit piston.

Description

La présente invention concerne une pompe comprenant un axe d'entraínement, un cylindre à l'intérieur duquel se déplace un piston, ledit cylindre comportant deux conduits d'admission/refoulement, l'axe d'entraínement étant relié au piston par l'intermédiaire de deux excentriques.

L'invention concerne plus particulièrement une micropompe.

On sait que les coûts de réalisation d'une pompe sont d'autant plus élevés que les débits à transporter sont faibles et s'approchent de zéro, tout en devant être régulés avec précision. En effet, dans le cas où la pompe comporte des soupapes, lorsque le débit s'approche de zéro, il n'y a plus de flux qui traversent les soupapes. Ces dernières ne travaillent plus et deviennent sensibles à la moindre impureté contenue dans le fluide à transporter, ou à la coagulation ou la cristallisation lorsque le fluide est un liquide.

Pour modifier ou régler le débit des pompes connues, il faut soit modifier la course de la pompe ou son régime.

Le document DE 40 04 142 A1 décrit une machine à piston dont la course, et partant le débit, peut être modifiée grâce à deux excentriques. La machine comprend deux axes concentriques, portant les deux excentriques, dont l'un tourne à l'intérieur de l'autre. L'axe intérieur engrène avec un engrenage intérieur de l'excentrique extérieur au moyen d'une roue dentée traversant une lumière de l'excentrique intérieur et de l'axe extérieur. Ce dispositif d'entraínement du piston est complexe et onéreux à réaliser, difficile à équilibrer dynamiquement. De plus, la longueur du corps de cylindre doit pouvoir être ajustée en fonction d'une modification de la course du piston.

Les documents US 4,028,015 et US 5,937,736 décrivent des compresseurs à piston oscillant dans un cylindre dont les parois latérales ou frontales comportent des ouvertures d'admission/refoulement. L'oscillation du piston est obtenue au moyen d'un seul excentrique d'entraínement. Toute variation du débit de ces compresseurs se fait nécessairement par variation de la vitesse de rotation de l'axe d'entraínement.

Dans le cas d'une pompe péristaltique, qui n'a pas de soupape, le tube de la pompe ne se prête pas à une pression élevée et n'est pas adapté à une longue durée de vie de la pompe. D'autre part, le débit d'une pompe péristaltique n'est pas linéaire et les risques d'éclatement du tube rendent le choix d'une telle pompe souvent inadéquat. De plus, le débit d'une pompe péristaltique ne peut être modifié que par un changement de son régime et sa précision de dépasse pas ±5%.

D'autres systèmes de pompes, comme la pompe à engrenage par exemple, ne sont pas toujours bien adaptés selon le type de liquide à transporter ou aux conditions particulières, telles que des arrêts prolongés où une grande hauteur d'aspiration. Ces pompes nécessitent souvent une valve solénoïde, comme par exemple un giffard, inadapté pour des petits débits. En effet, lorsqu'il est minuscule, un gicleur se bouche facilement.

Le but de la présente invention est de proposer une micropompe simple et peu coûteuse à réaliser, d'un emploi sûr, insensible aux impuretés, permettant une grande précision de réglage de son débit dans toute sa plage de réglage et pouvant également travailler à très haute-pression.

A cet effet, l'invention a pour objet une pompe telle que définie d'entrée, comportant au moins un organe permettant de réaliser un déphasage de l'ouverture desdits conduits par rapport à la course du piston.

Le réglage du débit de la micropompe selon l'invention repose sur le déphasage de l'ouverture et de la fermeture des orifices d'admission/refoulement par rapport à la course du ou des piston(s).

On décrit ci-après une forme d'exécution d'une micropompe selon l'invention, donnée à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé dans lequel :

la figure 1 est une vue latérale et en perspective d'une micropompe selon l'invention,
la figure 2 est une vue en coupe verticale selon le plan XY de la figure 1,
la figure 3 est une vue en coupe verticale, dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 2 de la plaque de base du corps de pompe,
la figure 4 est une vue en élévation latérale, dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 2 de l'ancre 10 de la figure 2,
la figure 5 est une vue de dessus de la plaque de base de la figure 3,
la figure 6 est une vue en élévation, par la gauche, de l'excentrique 7 de la figure 2,
la figure 7 est une vue en élévation, de gauche, du piston 4 de la figure 2.

La micropompe représentée sur les figures 1 et 2 comporte un corps de pompe constitué d'un bloc 1 et d'une plaque de base 2. Comme le montre la figure 1, le bloc 1, vu en élévation, présente une forme générale en U. Les deux branches du U sont percées dans leur partie supérieure de deux ouvertures circulaires coaxiales qui reçoivent deux douilles cylindriques 3. La partie inférieure centrale du bloc 1 est percée d'une ouverture cylindrique verticale, qui constitue un cylindre 16 avec la plaque de base 2, qui constitue la tête lorsque le bloc 1 est monté sur la plaque 2 au moyen de quatre vis 13. Un joint corde 15 placé dans une gorge circulaire assure l'étanchéité entre la plaque 2 et le bloc 1.

Un piston 4 agit à l'intérieur du cylindre 16. La plaque 2 est percée de deux ouvertures qui constituent deux conduits d'admission et de refoulement 17 et 18. Comme le montrent les figures 3 et 5, les conduits d'admission 17, 18 communiquent avec l'intérieur du cylindre par une ouverture de faible diamètre et avec l'extérieur par des conduits de diamètre supérieur, qui peuvent être filetés (non-montré) pour permettre le raccordement de tuyaux d'amenée et d'évacuation de fluide. Le piston 4 est muni à sa partie inférieure d'une ancre 10, en forme de T inversé, dont la partie de tige 19 du T est montée de façon à pouvoir coulisser à l'intérieur d'un logement 20 réalisé dans la partie médiane du piston. La partie inférieure du piston 4 est alésée de façon à former un logement 21 de plus grand diamètre accueillant un ressort 14 qui s'appuie d'une part contre le fond de l'alésage 21 et d'autre part contre la barre 22 du T de l'ancre 10. La partie constituant la barre 22 du T est donc pressée par l'intermédiaire du ressort 14 contre la tête de cylindre et contre les ouvertures des conduits d'admission/refoulement 17, 18 de la pompe. A cet effet, la face inférieure de la barre du T comporte des organes 23, 24, destinés à coopérer avec les entrées des conduits d'admission/refoulement 17, 18 et à jouer le rôle de soupapes. Dans sa partie supérieure, le piston 4 comporte un premier logement 25 constituant une coulisse horizontale à l'intérieur de laquelle est logé un premier excentrique 6, monté sur un arbre d'entraínement 5 solidaire du dispositif d'entraínement (non-représenté) de la pompe, de sorte que la rotation de l'arbre 5, qui entraíne l'excentrique 6, provoque un mouvement vertical du piston, c'est-à-dire la course du piston, à l'intérieur du cylindre et modifie ainsi le volume de la chambre interne du cylindre. Le piston 4 comporte également, en regard du ler logement 25, un second logement 26 constituant une coulisse verticale à l'intérieur de laquelle est logé un second excentrique 7, monté sur l'arbre 5 de façon à conférer un mouvement latéral, c'est-à-dire un mouvement de tangage ou d'oscillation, au piston 4 lors de la rotation de l'arbre 5.

Les deux excentriques 6 et 7 sont montés sur l'arbre 5 de façon que l'on puisse modifier leur position angulaire relative, c'est-à-dire leur déphasage. A cet effet, l'un des excentriques, 6, peut être bloqué sur l'arbre d'entraínement 5, à l'aide d'une goupille 11, alors que l'autre excentrique 7 est monté sur l'arbre de façon à pouvoir le faire pivoter autour de son axe pour régler sa position angulaire par rapport à l'excentrique 6 bloqué sur l'arbre. A cet effet, un écrou 8 est monté sur l'arbre 5 et traverse la douille 3; il appuie sur l'excentrique 7 et appuie celui-ci contre l'excentrique 6 par l'intermédiaire d'une rondelle 9. Le réglage du déphasage de l'excentrique 7 par rapport à l'excentrique 6 est visible et ajustable grâce à une découpe 27 sur l'excentrique 7.

La liaison entre le piston 4 et le bloc 1 pour obtenir l'étanchéité de la chambre interne du cylindre 16 peut être réalisée par un joint O-ring 12. Elle peut également être réalisée par un dispositif à soufflet ou à jupe. On peut noter qu'un joint O-ring est facile à changer mais qu'il est soumis à une usure plus grande qu'un dispositif à soufflet qui, s'il est bien choisi, a une durée de vie très grande.

L'ouverture des conduits d'admission/refoulement 17, 18 s'effectue par le pivotement de l'ancre 10, 19, 22 sous l'action du second excentrique 7 agissant sur le piston 4, l'un des organes 23, 24 de ladite ancre s'appuyant sur une des deux ouvertures lorsque l'autre s'ouvre, indépendamment de la position axiale du piston.

Lors de la rotation de l'arbre 5, alors que le mouvement du premier excentrique 6 dans la coulisse horizontale 25 imprime au piston sa course verticale, le deuxième excentrique 7 agissant dans la coulisse verticale 26 fait tanguer horizontalement le piston. La variation du mouvement du piston et des valeurs relatives de débit de la pompe par rapport au débit maximum, en fonction du déphasage _ϕ des excentriques est représentée sur le tableau 1.

Ainsi, lorsque les deux excentriques sont déphasés de 90° ou de 270°, le mouvement du piston est linéaire, représenté par une ligne droite inclinée à 45° (le cos _ϕ = 0). Dans ce cas, admission et refoulement de fluide sont identiques, et le débit résultant de la pompe est nul. Dans les positions à 0° et 180°, le mouvement du piston est rond et le débit est maximum. Entre 0° et 90° et entre 180° et 270°, le mouvement du piston devient elliptique et engendre un débit dans un sens ou dans l'autre, inférieur au débit maximum.

Pour faire une analogie avec le moteur Otto, l'arbre à came et la transmission de la distribution sont remplacés par le tangage du piston, avec pour avantage une construction simple, puisqu'il suffit de monter deux excentriques sur un arbre, chacun des excentriques agissant dans des coulisses respectives réalisées à l'intérieur du piston et de munir le dit piston d'un poussoir qui ouvre et ferme les admissions. Au total, seulement cinq éléments, c'est-à-dire deux excentriques, un piston, un arbre d'entraínement et une ancre servant de soupapes, sont nécessaires pour réaliser le mouvement de cette micropompe.

Entre autres avantages on peut également noter que le flux et le reflux à l'intérieur de la pompe sont d'une valeur constante et maximale mais que le débit résultant global peut varier du maximum au zéro sans modifier le régime, c'est-à-dire la vitesse de rotation de la pompe, ni la course du piston. Du fait du réglage mécanique de l'ouverture des soupapes, la présence d'une impureté dans le fluide à transporter, de même que la coagulation ou la cristallisation lorsqu'il s'agit de liquide, ne risquent plus d'entraver le fonctionnement de la pompe.

On peut noter également que le réglage du déphasage des excentriques de la micropompe selon l'invention est plus simple à réaliser que le changement du régime des micropompes connues.

De plus, le débit de la micropompe selon l'invention est extrêmement précis, puisqu'il résulte de la différence entre l'admission et le refoulement.

Le mode d'exécution décrit ci-dessus comprend au total 20 pièces, y compris les vis et joints. L'homme du métier comprendra aisément que ce nombre de pièces peut être fortement réduit, par exemple en réalisant le corps de pompe en une seule pièce injectée. Le coût de fabrication de la micropompe peut donc être très faible, ce qui permet des applications en grande série, par exemple dans des lavevaisselle professionnels.

Claims

Pompe comportant un axe d'entraínement (5), un cylindre (16) à l'intérieur duquel se déplace un piston (4), ledit cylindre comportant deux conduits d'admission et de refoulement (17, 18), le dit axe d'entraínement étant relié au dit piston par l'intermédiaire de deux excentriques (6, 7), caractérisée en ce que ladite pompe comporte au moins un organe (10) permettant de réaliser un déphasage de l'ouverture desdits conduits par rapport à la course du piston.
Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un organe (10) est monté en coulissement à l'extrémité du piston (4), de façon à pousser ledit organe à l'encontre des conduits d'admission (17, 18), l'ensemble étant agencé de façon que l'ouverture d'un des dits conduits d'admission sous l'action du mouvement du piston implique la fermeture de l'autre conduit.
Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit organe (10) présente la forme d'un T (19, 22) et porte deux soupapes (23, 24), agencées respectivement en face de deux ouvertures d'admission/refoulement, chacune des deux soupapes étant alternativement pressée contre l'ouverture qui lui fait face sous l'action d'un ressort (14).
Pompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier excentrique (6) et un second excentrique (7) montés respectivement à l'intérieur d'une première coulisse (25) et à l'intérieur d'une seconde coulisse (26) réalisées dans le corps du piston (4), l'ensemble étant agencé de façon que le mouvement dudit premier excentrique dans ladite première coulisse génère un mouvement vertical (course) du piston à l'intérieur du cylindre (16), et en ce que le mouvement du second excentrique dans ladite seconde coulisse génère un mouvement latéral (tangage) dudit piston.
Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que les premier (6) et second excentriques (7) sont montés en regard sur l'axe d'entraínement (5) et agencés de façon à pouvoir modifier leur position angulaire relative.