EP2188527B1 - Pompe péristaltique linéaire à doigts ainsi qu'une membrane et un doigt pour une telle pompe - Google Patents

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EP2188527B1
EP2188527B1 EP08804227A EP08804227A EP2188527B1 EP 2188527 B1 EP2188527 B1 EP 2188527B1 EP 08804227 A EP08804227 A EP 08804227A EP 08804227 A EP08804227 A EP 08804227A EP 2188527 B1 EP2188527 B1 EP 2188527B1
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EP
European Patent Office
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membrane
fingers
track
pumping
coupling means
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EP2188527A1 (fr
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Rémy WOLFF
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Fresenius Vial SAS
Original Assignee
Fresenius Vial SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
    • F04B43/082—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members the tubular flexible member being pressed against a wall by a number of elements, each having an alternating movement in a direction perpendicular to the axes of the tubular member and each having its own driving mechanism
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/021—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms the plate-like flexible member is pressed against a wall by a number of elements, each having an alternating movement in a direction perpendicular to the plane of the plate-like flexible member and each having its own driving mechanism
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/14—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action having plate-like flexible members

Definitions

  • the invention relates to a linear peristaltic finger pump comprising a membrane placed between the pumping fingers and the tubing, and a membrane and fingers for such a pump.
  • Peristaltic pumps consist of a series of parallel fingers moved by a vertical back and forth motion. The movement of each finger is offset from the previous one so that the ends of the fingers form a sinusoidal which moves in the direction of pumping. The end of fingers is pressed on a flexible tubing placed between them and a support plate. The lowest finger causes an occlusion that migrates downstream from the finger pump to the last finger. When the last finger is in the occlusion position, the at least one first finger is again in the occlusion position thus causing the fluid contained in the tubing to move.
  • the membrane is compressed between the pumping fingers and the backing surface (usually the door covered with a hard plastic material), as is the tubing. It can often be observed that the membranes, after several years of operation, are damaged in the zone of contact of the fingers. This is due to the fatigue of the material which is subjected to repeated cycles of compressive stresses and friction (micro displacements). On the counter-support surface, on the contrary, no damage is observed. This shows that hard plastics resist compression stresses much better than soft plastics. During the life of the device, it is common to change the membrane at least once. Obviously, the main problem is the cost of the part, but also the cost of labor (This may be relatively large depending on how the membrane is assembled and whether it is necessary to recalibrate the pump after such replacement). With the wear of the membrane, there is a decrease in the accuracy of the pump which can be a major drawback for peristaltic pumps for medical purposes.
  • the tubing is successively compressed and released during pumping. During the phase where the tubing is not compressed, it must return to its initial cylindrical shape so as to circulate the liquid. To resume its original shape, the tubing is generally aided by its own elasticity and by the pressure of the fluid upstream of the pump (which corresponds to the height of the liquid).
  • the flexible membrane which is normally flat, itself opposes the reshaping of the tube. Indeed, to return to its original form, the tube must push and deform the membrane. This phenomenon can be observed after long periods of pumping: the elasticity of the tube is degraded and a decrease in its elastic properties is observed.
  • US 4,909,710 A discloses a pump provided with a membrane interposed between the finger and the tubing and for separating the fingers from the pumping zone and isolating the tubing and the pumping area of the peristaltic mechanism. It can be seen in the figures that this membrane is stretched by its lateral edges on the end of the fingers.
  • the objective of the invention is therefore to develop a membrane which on the one hand is more resistant to wear due to the friction of the fingers on one of its faces and which on the other hand does not support by itself. even on the tubing so as not to disturb it when it resumes its normal cylindrical shape.
  • This object is achieved according to the invention in that means are provided for maintaining the part of the membrane on which the fingers, called the chenille part, are in permanent contact with the fingertips for the duration of the cycle. pumping, even in the absence of tubing.
  • a more resistant material for the part called chenille This material will be stiffer than the rubber usually used, but thanks to the holding means in contact, the caterpillar will not remain in support against the tubing, but instead will be raised by the finger.
  • the accuracy of the pump will be guaranteed longer and we will avoid membrane changes that are tedious and costly in terms of time and personnel.
  • the means for permanently contacting the caterpillar with the fingertips are constituted by means for mechanically coupling the caterpillar and the end of at least one finger. It is of course possible to mechanically couple the caterpillar and the end of at least one finger. It is of course possible to mechanically couple the track to the end of all the fingers. However, it may be sufficient to couple it only to the end of some fingers, in particular at the end of a single finger, for example one of the middle fingers.
  • At least the means for permanently contacting the caterpillar with the ends of fingers having two neighbors have a degree of freedom parallel to the pumping direction to allow the crawler has a reciprocating motion substantially parallel to the pumping direction with respect to the end of said fingers during a pumping cycle.
  • the membrane may be provided in the part on which the fingers support during use, part called chenille, means for mechanically coupling the latter to the end of at least one finger, which coupling means constitute part of the means for maintaining in permanent contact the ends of the fingers with the caterpillar.
  • At least the means for mechanically coupling the crawler to the fingertips having two neighbors have a degree of freedom parallel to the pumping direction to allow the crawler to have a reciprocating translational motion. substantially parallel to the pumping direction with respect to the end of said fingers during a pumping cycle.
  • the membrane is preferably constituted by a rigid frame provided with means for fixing the membrane in the pump, the caterpillar and a flexible intermediate membrane connecting the caterpillar to the frame so that the membrane forms a sealed continuous surface, said intermediate membrane being preferably overmolded on the frame and the caterpillar.
  • the caterpillar can move not only to follow the movements of back and forth fingers, but also in the direction of flow in relative motion relative to the ends of the fingers.
  • the choice of a more resistant material for the track is compensated by the flexibility of the intermediate membrane.
  • the coupling means are constituted by mushroom-shaped elements engageable in grooves extending in the pumping direction and placed at the end of one or more pumping fingers.
  • the coupling means are constituted by rings placed on the crawler parallel to the pumping direction and in which can penetrate tenons placed at the end of one or more pumping fingers, the rings in front of interacting with fingers having two adjacent fingers preferably being oblong with their major axis parallel to the pumping direction and / or the rings to cooperate with the upstream and downstream fingers being preferably circular.
  • the caterpillar although attached to the ends of the fingers, may have a relative movement with respect thereto, movement substantially parallel to the direction of flow. This makes it possible to compensate for the difference in distance between the ends of two successive fingers as a function of the progress of the pumping cycle. According to the embodiment, it is possible to distinguish the upstream and downstream fingers and the intermediate fingers that are characterized by the presence of two adjacent fingers.
  • this is achieved by choosing circular rings for the upstream and downstream fingers.
  • the crawler is locked in longitudinal translation with respect to the upstream and downstream fingers.
  • Another solution is to place a central tongue between two successive coupling means, perpendicular to the pumping direction, preferably in the middle of the caterpillar.
  • the invention also relates to pumping fingers for the peristaltic pump according to the invention.
  • a finger can be provided with means for cooperating with the coupling means of the membrane, the cooperation means constituting part of the means for maintaining in permanent contact the ends of the fingers and the caterpillar.
  • the cooperation means are constituted by a groove extending in the direction of pumping.
  • the cooperation means consist of a tenon extending perpendicularly to the pumping plane.
  • the object of the invention comprises on the one hand a membrane (110, 210) for separating the pump unit from the outside, and in particular of the tubing in which the liquid to be pumped is located, and secondly the fingers (151, 152, 155, 250) to cooperate with the membrane (110, 210).
  • holding means in contact consist on the one hand of coupling means located on the face of the membrane directed towards the fingers and secondly means for cooperating with these coupling means and placed at the end of the fingers directed towards the membrane.
  • the membrane of the invention (110, 210) consists of a rigid frame (111, 211), a caterpillar (112, 212) and an intermediate membrane (113, 213).
  • the membrane is liquid-tight and serves to protect the pumping unit against the intrusion of foreign objects and dust. It is placed between the pumping fingers and the tubing containing the liquid to be pumped.
  • the frame (111, 211) is preferably made of a relatively rigid material, for example polyamide 6. It is provided with fixing means (114, 214) for fixing it to the pump. It may be holes (114) for the passage of fastening screws as in the first embodiment, or of tabs (214) latching as in the second embodiment. On the face intended to be in contact with the tubing, the frame (111, 211) may also be provided with means (215) for fixing said tubing.
  • the intermediate membrane (113, 213) is made of a very flexible material, for example TPE (thermoplastic elastomer). It is preferably overmolded on the frame (111, 211) and on the track (112, 212).
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the shape of the intermediate membrane (113, 213) is chosen such that, in the absence of external stress, the caterpillar (112, 212) is in a plane offset from the tubing side with respect to the plane of the frame (111, 211), as shown for example the cut of the figure 8 .
  • the flexibility of the intermediate membrane (113, 213) must be such that it offers practically no resistance to the vertical and horizontal translation movement of the track (112, 212).
  • the track (112, 212) is made of a material sufficiently flexible to accompany the movements of the fingers (151, 152, 155, 250), while being strong enough not to wear under the effect of finger friction.
  • the flexibility of the piece can be obtained by two means: either a very fine piece with a material of high stiffness (for example a 0.1 mm thick steel sheet could be suitable) or a thick piece with a soft material or low modulus of elasticity.
  • a very fine piece with a material of high stiffness for example a 0.1 mm thick steel sheet could be suitable
  • a thick piece with a soft material or low modulus of elasticity for example, we can choose for the caterpillar a compound of the family of high density polyethylenes or polyamides.
  • the polyamide 12 Grilamid® L 20 W 20 from the company EMS-Chemie works very well.
  • the membrane of the invention is provided on the track (112, 212) with coupling means for coupling to each of the fingers (151, 152, 155, 250) of the pump unit.
  • the objective of the invention is indeed that the caterpillar follows the movements of the fingers. In other words, the caterpillar must not only be resting on the tubing when a finger is in the occlusion position, but it must also follow the withdrawal movement of the finger so as not to exert pressure on the tubing when finger is in the up position.
  • the curve defined by the fingertips corresponds to a sinusoidal figures 3 and 10 .
  • its total length measured between the two outer fingers (351, 355) remains constant. It is therefore not necessary that the caterpillar (112, 212) is elastic, it is sufficient that it is flexible enough to follow the sinusoidal movement of the fingers (151, 152, 155, 250).
  • the distance between two successive fingers (351, 352/353, 354) varies as a function of the progress of the cycle back and forth. It is smaller when the fingers (351, 352) are near the ends of their race and more important when the two fingers (353, 354) are close to the center of their race.
  • the distance between the first two fingers (351, 352) is about 4.2 mm, while between the third and fourth fingers (353, 354) is about 4.4 mm. It is therefore necessary, if the caterpillar is not elastic that it can follow the movement of the fingers (151, 152, 155, 250) with the possibility of translating in a slight movement back and forth by compared to the fingers (151, 152, 155, 250).
  • the coupling means must not be too rigid and thus have a degree of freedom in the flow direction of the fluid.
  • the coupling means (120) are constituted by a series of rings (121, 122) in which can penetrate pins (161) placed at the ends of the fingers (151, 152, 155).
  • the rings (121, 122) are placed on the face of the track which in the mounted state is on the side of the pump block. In the example presented, they are divided into two groups, the first group being placed on one longitudinal side of the track, the other being arranged on the other side. This facilitates the mounting of the rings (121, 122) on the pins (161).
  • the pins (161) are placed substantially at the end of the fingers (151, 152, 155), perpendicular to the flow plane.
  • the coupling means consist of mushroom-shaped detent elements (220).
  • These mushrooms (220) consist of a rod (221) surmounted by a plate (222). This plate (222) is dimensioned and placed on the rod (221) so that it is formed in the transverse plane ( Fig. 6b ) shoulders (223).
  • the fingers (250) intended to cooperate with these mushrooms (220) are provided at their end with a groove (260).
  • This groove (260) is arranged such that in the mounted state, the groove (260) is parallel to the flow plane. At its opening, the groove is provided with two shoulders (261).
  • the width of the groove (260) is at least equal to the width (transverse) of the plate (222) of the mushroom, and the opening between the two shoulders (261) is at least equal to the width (transverse) of the stem (221) of the mushroom.
  • the mushroom penetrates into the groove (260), the shoulders (223) of the mushrooms (220) being in abutment against the shoulders (261) of the groove (260).
  • the plate (222) is pointed or rounded on the face opposite the rod (221) and that at least one of the walls the groove (260) is made by an elastic plate that can yield when the mushroom (220) is introduced.
  • the mushrooms (220) can move in the grooves (260) in a movement parallel to the direction of flow perpendicular to the plane of the groove. figure 8 .
  • a retaining tab (217) which will be placed between two successive fingers. It is better to place it in the center as in the figure 9 .
  • the holding means in contact with the invention it is possible to choose for the part of the membrane on which the fingers support a relatively hard material that will not wear under the effect of finger friction.
  • the relative stiffness of this caterpillar does not interfere with the tubing when it returns to its open cylindrical state, because the holding means in contact force the caterpillar to follow the withdrawal movement of the fingers away from the tubing.

Description

  • L'invention concerne une pompe péristaltique linéaire à doigts comprenant une membrane placée entre les doigts de pompage et la tubulure, ainsi qu'une membrane et des doigts pour une telle pompe.
  • Les pompes péristaltiques sont constituées d'une série de doigts parallèles mus d'un mouvement de va-et-vient vertical. Le mouvement de chaque doigt est décalé par rapport au précédent de telle sorte que les extrémités des doigts forment une sinusoïdale qui se déplace dans le sens du pompage. L'extrémité de doigts vient appuyer sur une tubulure souple placée entre ceux-ci et une plaque d'appui. Le doigt le plus bas provoque une occlusion qui migre vers l'aval de la pompe de doigt en doigt jusqu'au dernier. Lorsque le dernier doigt est en position d'occlusion, le premier doigt au moins est à nouveau en position d'occlusion provoquant ainsi le mouvement du fluide contenu dans la tubulure.
  • Pour protéger le bloc de pompage des agressions extérieures, telles que la pénétration de liquides ou de corps étrangers, il est habituel de placer entre l'extrémité des doigts et la tubulure une membrane souple fixée au boîtier de la pompe.
  • Ces membranes ont deux inconvénients principaux : leur usure due au frottement des doigts et l'effet de leur élasticité sur le retour de la tubulure à sa forme normale.
  • La membrane est compressée entre les doigts de pompage et la surface de contre appui (généralement la porte recouverte d'un matériau plastique dur), tout comme la tubulure. On peut fréquemment observer que les membranes, après plusieurs années de fonctionnement, sont endommagées au niveau de la zone de contact des doigts. Ceci est dû à la fatigue du matériau qui est soumis à des cycles répétés de contraintes en compression et de frottements (micro déplacements). Sur la surface de contre appui, au contraire, on n'observe aucun endommagement. Ceci montre que les matériaux plastiques durs résistent bien mieux aux contraintes de compression que les plastiques mous. Pendant la durée de vie de l'appareil, il est courant de changer la membrane au moins une fois. Évidemment, le problème principal est celui du coût de la pièce, mais aussi celui du coût de la main-d'oeuvre (celui-ci peut être relativement important selon la façon dont la membrane est assemblée et selon s'il est nécessaire de calibrer à nouveau la pompe après un tel remplacement). Avec l'usure de la membrane, on constate une diminution de la précision de la pompe ce qui peut être un inconvénient majeur pour les pompes péristaltiques destinées à des usages médicaux.
  • Par ailleurs, la tubulure est successivement compressée et relâchée durant le pompage. Au cours de la phase où la tubulure n'est pas compressée, elle doit reprendre sa forme cylindrique initiale de manière à pouvoir faire circuler le liquide. Pour reprendre sa forme initiale, la tubulure est généralement aidée d'une part par sa propre élasticité et d'autre part par la pression du fluide en amont de la pompe (qui correspond à la hauteur de liquide). Cependant, la membrane souple, qui est normalement plane, s'oppose elle-même à la remise en forme du tube. En effet, pour revenir à sa forme d'origine, le tube doit pousser et déformer la membrane. On peut constater ce phénomène après de longues périodes de pompage : l'élasticité du tube est dégradée et l'on observe une baisse de ses propriétés élastiques.
  • Dans la pompe du document DE 32 02 251 A1 qui divulgue les caratéristiques du préambule de la revendication 1, les extrémités libres de doigts péristaltiques sont enfermés par une membrane de recouvrement commune afin de protéger la tubulure. Cette membrane est fixée au boîtier de la pompe au niveau des deux extrémités de la course de pompage.
  • Le document US 4 909 710 A divulgue une pompe munie d'une membrane interposée entre les doigt et la tubulure et destinée à séparer les doigts de la zone de pompage et d'isoler la tubulure et la zone de pompage du mécanisme péristaltique. On peut voir sur les figures que cette membrane est tendue par ses bords latéraux sur l'extrémité des doigts.
  • L'objectif de l'invention est donc de développer une membrane qui d'une part soit plus résistante à l'usure due au frottement des doigts sur l'une de ses faces et qui d'autre part n'appuie pas par elle-même sur la tubulure pour ne pas la gêner lorsqu'elle reprend sa forme cylindrique normale.
  • Cet objectif est atteint conformément à l'invention du fait que des moyens sont prévus pour maintenir la partie de la membrane sur laquelle appuient les doigts, partie appelée chenille, en contact permanent avec l'extrémité des doigts durant toute la durée du cycle de pompage, même en l'absence de tubulure. Ainsi, il est possible de choisir un matériau plus résistant pour la partie appelée chenille. Ce matériau sera plus rigide que le caoutchouc habituellement utilisé, mais grâce aux moyens de maintien en contact, la chenille ne restera pas en appui contre la tubulure, mais sera au contraire soulevée par le doigt. Ainsi, on pourra choisir un matériau plus résistant qui ne s'usera pas. La précision de la pompe sera garantie plus longtemps et on évitera des changements de membrane fastidieux et coûteux en temps et en personnel.
  • Il est préférable que les moyens pour mettre en contact permanent la chenille avec les extrémités de doigts soient constitués par des moyens pour coupler mécaniquement la chenille et l'extrémité d'au moins un doigt. Il est bien sûr possible de coupler mécaniquement la chenille et l'extrémité d'au moins un doigt. Il est bien sûr possible de coupler mécaniquement la chenille à l'extrémité de tous les doigts. Cependant, il peut suffire de la coupler seulement à l'extrémité de certains doigts, en particulier à l'extrémité d'un seul doigt, par exemple un des doigts du milieu.
  • Pour permettre l'usage d'un matériau non élastique, il est préférable qu'au moins les moyens pour mettre en contact permanent la chenille avec les extrémités de doigts ayant deux voisins aient un degré de liberté parallèle à la direction de pompage pour permettre à la chenille d'avoir un mouvement de translation de va-et-vient sensiblement parallèle à la direction de pompage par rapport à l'extrémité desdits doigts durant un cycle de pompage.
  • Afin d'éviter que la chenille ne migre en même temps que le liquide sous l'effet de pompage des doigts, il est préférable de prévoir dans la pompe des moyens de blocage du mouvement général de la chenille dans la direction de l'écoulement.
  • Dans la pratique, la membrane peut être munie dans la partie sur laquelle appuient les doigts lors de l'utilisation, partie appelée chenille, de moyens pour coupler mécaniquement cette dernière à l'extrémité d'au moins un doigt, lesquels moyens de couplage constituent une partie des moyens pour maintenir en contact permanent les extrémités des doigts avec la chenille.
  • Il est préférable qu'au moins les moyens pour coupler mécaniquement la chenille aux extrémités de doigts ayant deux voisins aient un degré de liberté parallèle à la direction de pompage pour permettre à la chenille d'avoir un mouvement de translation de va-et-vient sensiblement parallèle à la direction de pompage par rapport à l'extrémité desdits doigts durant un cycle de pompage. En jouant sur sa géométrie et/ou sur son matériau, on pourra choisir une chenille qui soit flexible sans être élastique. Ainsi, la chenille peut être réalisée dans un matériau flexible, mais non élastique.
  • La membrane est de préférence constituée d'un cadre rigide muni de moyens pour la fixation de la membrane dans la pompe, de la chenille et d'une membrane intermédiaire souple reliant la chenille au cadre de sorte que la membrane forme une surface continue étanche, ladite membrane intermédiaire étant de préférence surmoulée sur le cadre et la chenille. Grâce à la membrane intermédiaire souple, la chenille peut se déplacer non seulement pour suivre les mouvements de va-et-vient des doigts, mais également dans la direction d'écoulement selon un mouvement relatif par rapport aux extrémités des doigts. Le choix d'un matériau plus résistant pour la chenille est compensé par la souplesse de la membrane intermédiaire.
  • Afin d'assurer un jeu suffisant pour permettre le déplacement de la chenille dans les trois directions de l'espace tout en évitant que la membrane intermédiaire ne soit étirée, il est prévu de dimensionner cette dernière de sorte à repousser la chenille en direction opposée aux moyens de couplage en absence de contrainte notamment de la part des doigts de pompage.
  • Dans un premier mode de réalisation, les moyens de couplage sont constitués par des éléments en forme de champignon pouvant s'engager dans des gorges s'étendant dans la direction de pompage et placées à l'extrémité d'un ou plusieurs doigts de pompage.
  • Dans un deuxième mode de réalisation, les moyens de couplage sont constitués par des anneaux placés sur la chenille parallèlement à la direction de pompage et dans lesquels peuvent pénétrer des tenons placés à l'extrémité d'un ou plusieurs doigts de pompage, les anneaux devant coopérer avec des doigts ayant deux doigts voisins étant de préférence oblongs avec leur grand axe parallèle à la direction de pompage et/ou les anneaux devant coopérer avec les doigts amont et aval étant de préférence circulaires.
  • Dans les deux cas, la chenille bien qu'accrochée aux extrémités des doigts, peut avoir un mouvement relatif par rapport à ceux-ci, mouvement sensiblement parallèle à la direction d'écoulement. Cela permet de compenser la différence de distance entre les extrémités de deux doigts successifs en fonction de l'avancement du cycle de pompage. Selon le mode de réalisation, on peut distinguer les doigts amont et aval et les doigts intermédiaires se caractérisant par la présence de deux doigts voisins.
  • Afin d'éviter que la chenille ne migre en même temps que le liquide sous l'effet de pompage des doigts, il est préférable de prévoir sur la chenille des moyens de blocage du mouvement général de la chenille dans la direction de l'écoulement.
  • Dans le deuxième mode de réalisation, ceci est obtenu en choisissant des anneaux circulaires pour les doigts amont et aval. Ainsi, la chenille est bloquée en translation longitudinale par rapport aux doigts amont et aval. Une autre solution consiste à placer une languette centrale entre deux moyens de couplage successifs, perpendiculairement à la direction de pompage, de préférence au milieu de la chenille.
  • Afin d'augmenter la résistance de la membrane, il est préférable de prolonger la chenille de part et d'autre des moyens de couplage par deux languettes d'extrémité.
  • L'invention concerne également des doigts de pompage pour la pompe péristaltique conforme à l'invention. Un tel doigt peut être muni de moyens pour coopérer avec les moyens de couplage de la membrane, les moyens de coopération constituant une partie des moyens pour maintenir en contact permanent les extrémités des doigts et la chenille.
  • Dans un premier mode de réalisation, les moyens de coopération sont constitués par une gorge s'étendant dans la direction de pompage. Dans un second mode de réalisation, les moyens de coopération sont constitués par un tenon s'étendant perpendiculairement au plan de pompage.
  • L'invention est décrite ci-dessous à l'aide de deux exemples de réalisation présentés sur les figures qui montrent :
    • Figure 1 :
    une vue en perspective d'un premier mode de réalisation de la membrane conforme à l'invention, vue du côté des moyens de couplage ;
    Figure 2 :
    vue en perspective de la membrane de la figure 1, vue du côté opposé aux moyens de couplage ;
    Figure 3 :
    vue en perspective de la chenille de la membrane de la figure 1 montée sur les doigts de la pompe ;
    Figure 4 :
    vue en perspective d'un second mode de réalisation de la membrane conforme à l'invention, vue du côté des moyens de couplage ;
    Figure 5 :
    vue en perspective de la membrane de la figure 4, vue du côté opposé aux moyens de couplage ;
    Figure 6 :
    vue agrandie des moyens de couplage de la membrane de la figure 4 ;
    Figure 7 :
    vue en perspective d'un doigt muni de moyens pour coopérer avec les moyens de couplage de la membrane de la figure 4 ;
    Figure 8 :
    vue en coupe du doigt de la figure 7 et de la membrane de la figure 4 clipsée dessus ;
    Figure 9 :
    vue éclatée de la membrane de la figure 4 ;
    Figure 10 :
    vue en coupe du bloc de pompage d'une pompe péristaltique mettant en évidence les différentes distances entre deux doigts successifs.
  • L'objet de l'invention comprend d'une part une membrane (110, 210) servant à séparer le bloc de pompage de l'extérieur, et notamment de la tubulure dans laquelle se trouve le liquide à pomper, et d'autre part les doigts (151, 152, 155, 250) devant coopérer avec la membrane (110, 210). Pour garantir que la membrane reste en contact permanent avec les doigts et donc suit leur mouvement de va-et-vient, on a prévu des moyens de maintien en contact qui sont constitués d'une part de moyens de couplage situés sur la face de la membrane dirigée vers les doigts et d'autre part de moyens pour coopérer avec ces moyens de couplage et placés à l'extrémité des doigts dirigée vers la membrane.
  • Pour simplifier la description, on se réfèrera à la « direction d'écoulement » ou au « plan d'écoulement ». Il s'agit de la direction prise par la tubulure lors de l'utilisation et du plan parallèle à cette direction et aux doigts de pompage. Des « directions transversales » ou des « plans transversaux » sont des directions ou des plans perpendiculaires à la « direction d'écoulement » ou au « plan d'écoulement ». Lors de la description de la membrane ou des doigts, la référence à ces repères se rapporte à leur état monté.
  • La membrane de l'invention (110, 210) est constituée d'un cadre rigide (111, 211), d'une chenille (112, 212) et d'une membrane intermédiaire (113, 213). La membrane est étanche au liquide et sert à protéger le bloc de pompage contre l'intrusion d'objets étrangers et de poussière. Elle est placée entre les doigts de pompage et la tubulure contenant le liquide à pomper.
  • Le cadre (111, 211) est réalisé de préférence dans un matériau relativement rigide, par exemple du polyamide 6. Il est muni de moyens de fixation (114, 214) pour le fixer à la pompe. Il peut s'agir de trous (114) pour le passage de vis de fixation comme dans le premier exemple de réalisation, ou bien de languettes (214) d'encliquetage comme dans le second exemple de réalisation. Sur la face destinée en être en contact avec la tubulure, le cadre (111, 211) peut être également muni de moyens (215) pour fixer ladite tubulure.
  • La membrane intermédiaire (113, 213) est réalisée dans un matériau très souple, par exemple du TPE (élastomère thermoplastique). Elle est de préférence surmoulée sur le cadre (111, 211) et sur la chenille (112, 212). La forme de la membrane intermédiaire (113, 213) est choisie de telle sorte, qu'en absence de contrainte extérieure, la chenille (112, 212) se trouve dans un plan décalé du côté de la tubulure par rapport au plan du cadre (111, 211) comme le montre par exemple la coupe de la figure 8. La souplesse de la membrane intermédiaire (113, 213) doit être telle qu'elle n'offre pratiquement pas de résistance au mouvement de translation vertical et horizontal de la chenille (112, 212).
  • La chenille (112, 212) est réalisée dans un matériau suffisamment flexible pour accompagner les mouvements des doigts (151, 152, 155, 250), tout en étant suffisamment résistant pour ne pas s'user sous l'effet du frottement des doigts. La flexibilité de la pièce peut être obtenue par deux moyens : soit on choisit une pièce très fine avec un matériau de haute raideur (par exemple une feuille d'acier d'épaisseur 0,1 mm pourrait convenir), soit une pièce épaisse avec un matériau mou ou à faible module d'élasticité. Par exemple, on pourra choisir pour la chenille un composé de la famille des polyéthylènes haute densité ou des polyamides. Le polyamide 12 Grilamid® L 20 W 20 de la société EMS-Chemie fait très bien l'affaire. Il se caractérise notamment par les caractéristiques mécaniques suivantes :
    Module d'élasticité à l'essai de traction (1 mm/min) : 500 MPa
    Résistance à la traction au seuil de fluage (50 mm/min) : 30 MPa
    Allongement à la traction au seuil de fluage (50 mm/min) : 20 %
    Charge de rupture (50 mm/min) : 40 MPa
    Allongement à la rupture (50 mm/min) : > 50 %
    Résistance sur éprouvette entaillée
    (Charpy, 23° C) : 40 kJ/m2
    (Charpy, -30 °C) : 3 kJ/m2
    Dureté Shore D : 65
  • La membrane de l'invention est munie sur la chenille (112, 212) de moyens de couplage pour la coupler à chacun des doigts (151, 152, 155, 250) du bloc de pompage. L'objectif de l'invention est en effet que la chenille suive les mouvements des doigts. En d'autres termes, la chenille doit non seulement être appuyée sur la tubulure lorsqu'un doigt est en position d'occlusion, mais elle doit également suivre le mouvement de retrait du doigt pour ne pas exercer de pression sur la tubulure lorsqu'un doigt est en position haute.
  • La courbe définie par l'extrémité des doigts correspond à une sinusoïdale comme le montrent clairement les figures 3 et 10. Quel que soit l'état d'avancement de la courbe, sa longueur totale mesurée entre les deux doigts extérieurs (351, 355) reste constante. Il n'est donc pas nécessaire que la chenille (112, 212) soit élastique, il suffit qu'elle soit suffisamment flexible pour suivre le mouvement sinusoïdale des doigts (151, 152, 155, 250). Cependant, la distance entre deux doigts successifs (351, 352 / 353, 354) varie en fonction de l'avancement du cycle de va-et-vient. Elle est plus petite lorsque les doigts (351, 352) sont proches des extrémités de leur course et plus importante lorsque les deux doigts (353, 354) sont proches du centre de leur course. Dans l'exemple de la figure 10, la distance entre les deux premiers doigts (351, 352) est d'environ 4,2 mm, tandis qu'entre le troisième et le quatrième doigts (353, 354) elle vaut environ 4,4 mm. Il est donc nécessaire, si la chenille n'est pas élastique que celle-ci puisse suivre le mouvement des doigts (151, 152, 155, 250) en ayant la possibilité de se translater selon un faible mouvement de va-et-vient par rapport aux doigts (151, 152, 155, 250). Les moyens de couplage ne doivent donc pas être trop rigides et présentent ainsi un degré de liberté dans la direction d'écoulement du fluide.
  • Dans le premier mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3, les moyens de couplage (120) sont constitués par une série d'anneaux (121, 122) dans lesquels peuvent pénétrer des tenons (161) placés aux extrémités des doigts (151, 152, 155). Les anneaux (121, 122) sont placés sur la face de la chenille qui à l'état montée se trouve du côté du bloc de pompage. Dans l'exemple présenté, ils sont partagés en deux groupes, le premier groupe étant placé sur un côté longitudinal de la chenille, l'autre étant disposé sur l'autre côté. Cela facilite le montage des anneaux (121, 122) sur les tenons (161). Les tenons (161) sont placés sensiblement à l'extrémité des doigts (151, 152, 155), perpendiculairement au plan d'écoulement. Ces anneaux sont bien visibles sur la figure 3 qui montre une chenille (112) dont tous les anneaux (121, 122) sont de forme oblongue. Comme le montre la figure 1, il est cependant préférable que les anneaux des extrémités (122) soient pratiquement circulaires, tandis que les anneaux intermédiaires (121) conservent une forme oblongue allongée dans le sens de l'écoulement. Cela permet de maintenir les extrémités amont et aval de la chenille pratiquement fixes par rapport à leur doigt respectif (151, 155) tout en laissant la possibilité à la chenille (112) de glisser selon un mouvement de va-et-vient sur les doigts intermédiaires (152). On observe ainsi sur la figure 3 que les anneaux du 3ème doigt et du 9ème doigt (en partant de la gauche), doigts se situant en position extrême, sont quasiment centrés sur leur tenon respectif, tandis qu'on observe par exemple que l'anneau du 5ème doigt est décalé sur la gauche par rapport à son tenon. La chenille a donc un mouvement de translation relatif par rapport aux extrémités de doigts intermédiaires (152).
  • Dans un deuxième exemple de réalisation de l'invention présenté aux figures 4 à 9, les moyens de couplage sont constitués d'éléments d'encliquetage en forme de champignon (220). Ces champignons (220) sont constitués d'une tige (221) surmontée d'une plaque (222). Cette plaque (222) est dimensionnée et placée sur la tige (221) de telle sorte qu'il se forme dans le plan transversal (fig. 6b) des épaulements (223).
  • Les doigts (250) destinés à coopérer avec ces champignons (220) sont munis à leur extrémité d'une gorge (260). Cette gorge (260) est disposée de telle sorte qu'à l'état monté, la gorge (260) soit parallèle au plan d'écoulement. Au niveau de son ouverture, la gorge est munie de deux épaulements (261). La largeur de la gorge (260) est au moins égale à la largeur (transversale) de la plaque (222) du champignon, et l'ouverture entre les deux épaulements (261) est au moins égale à la largeur (transversale) de la tige (221) du champignon. À l'état monté représenté à la figure 8, le champignon pénètre dans la gorge (260), les épaulements (223) des champignons (220) étant en appui contre les épaulements (261) de la gorge (260).
  • Pour faciliter l'encliquetage des champignons (220) dans les gorges (260), il est préférable que la plaque (222) soit en pointe ou arrondie sur la face opposée à la tige (221) et que l'une des parois au moins de la gorge (260) soit réalisée par une plaque élastique pouvant céder lors de l'introduction du champignon (220).
  • Grâce aux épaulements (223, 261), les champignons (220) peuvent se déplacer dans les gorges (260) selon un mouvement parallèle à la direction d'écoulement perpendiculaire au plan de la figure 8. Pour éviter que la chenille (212) ne migre sous l'effet du mouvement général des doigts, comme le fait le fluide dans la tubulure, il est préférable de prévoir une languette de retenue (217) qui viendra se placer entre deux doigts successifs. Il est préférable de la placer au centre comme dans la figure 9.
  • De même, pour éviter que la membrane intermédiaire (213) ne se déchire au niveau des extrémités amont et aval de la chenille (212), il est possible de prolonger cette dernière dans la direction d'écoulement par deux languettes d'extrémité (216) de sorte que la partie rigide de la chenille encaisse les sollicitations et fasse une transition plus douce avec la partie souple.
  • Grâce aux moyens de maintien en contact de l'invention, il est possible de choisir pour la partie de la membrane sur laquelle appuient les doigts un matériau relativement dur qui ne s'usera pas sous l'effet du frottement des doigts. La relative rigidité de cette chenille ne gêne cependant pas la tubulure lorsqu'elle revient à son état cylindrique ouvert, car les moyens de maintien en contact contraignent la chenille à suivre le mouvement de retrait des doigts en l'écartant de la tubulure.
  • Grâce au matériau plus résistant de la chenille, il n'est plus nécessaire de remplacer la membrane durant la durée de vie de la pompe. On évite ainsi des réétalonnages fastidieux.
    • Liste des références :
  • 110 210 Membrane
    111 211 Cadre de la membrane
    112 212 Chenille de la membrane
    113 213 Membrane intermédiaire de la membrane
    114 214 Moyens de fixation de la membrane
    215 Moyens pour fixer la tubulure
    216 Languettes d'extrémité
    217 Moyens de retenue
    120 220 Moyens de couplage
    121 Anneau de couplage intermédiaire
    122 Anneau de couplage extérieur
    221 Tige du champignon
    222 Plaque du champignon
    223 Épaulement du champignon
    250 Doigt
    151 351 Doigt extérieur
    152 352, 353, 354 Doigts intermédiaires
    155 355 Doigt extérieur
    160 260 Moyens coopérant avec les moyens de
    couplage
    161 Tenon de couplage
    261 Épaulement

Claims (14)

  1. Pompe péristaltique linéaire à doigts comprenant une membrane (110, 210) placée entre les doigts de pompage (151, 152, 155, 250) et la tubulure, des moyens (120, 160, 220, 260) étant prévus pour maintenir la partie de la membrane sur laquelle appuient les doigts, partie appelée chenille (112, 212), en contact permanent avec l'extrémité des doigts (151, 152, 155, 250) durant toute la durée du cycle de pompage, même en l'absence de tubulure, caractérisée en ce que les moyens pour mettre en contact permanent la chenille (112, 212) avec les extrémités de doigts (152, 250) sont constitués d'une part de moyens de couplage (120, 121, 122, 220) situés sur la chenille (112, 212) et d'autre part de moyens de coopération (160, 260) pour coopérer mécaniquement avec les moyens de couplage (120, 121, 122, 220) de la chenille et placés à l'extrémité dirigée vers la membrane d'au moins un doigt (151, 152, 155, 250).
  2. Pompe péristaltique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins les moyens pour mettre en contact permanent la chenille avec les extrémités de doigts (152, 250) ayant deux voisins ont un degré de liberté parallèle à la direction de pompage pour permettre à la chenille (112, 212) d'avoir un mouvement de translation de va-et-vient sensiblement parallèle à la direction de pompage par rapport à l'extrémité desdits doigts (152, 250) durant un cycle de pompage.
  3. Pompe péristaltique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est munie de moyens (122, 217) de blocage du mouvement général de la chenille (112, 212) dans la direction de l'écoulement.
  4. Membrane (110, 210) pour pompe péristaltique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est munie dans la partie sur laquelle appuient les doigts lors de l'utilisation, partie appelée chenille (112, 212), de moyens de couplage (120, 220) pour coupler mécaniquement cette dernière (112, 212) à des moyens de coopération (160, 260) placés à l'extrémité d'au moins un doigt (151, 152, 155, 250), lesquels moyens de couplage (120, 220) constituent une partie des moyens pour maintenir en contact permanent les extrémités des doigts (151, 152, 155, 250) avec la chenille (112, 212).
  5. Membrane (110, 210) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle est munie de moyens (122, 217) de blocage du mouvement général de la chenille (112, 212) dans la direction de l'écoulement.
  6. Membrane (110, 210) selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'au moins les moyens (120, 220) pour coupler mécaniquement la chenille (112, 212) aux extrémités de doigts (152, 250) ayant deux voisins ont un degré de liberté parallèle à la direction de pompage pour permettre à la chenille (112, 212) d'avoir un mouvement de translation de va-et-vient sensiblement parallèle à la direction de pompage par rapport à l'extrémité desdits doigts durant un cycle de pompage.
  7. Membrane (110, 210) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la chenille (112, 212), par la combinaison de sa géométrie et de son matériau, est flexible, mais non élastique.
  8. Membrane (110, 210) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la membrane est constituée d'un cadre (111, 211) rigide muni de moyens (114, 214) pour la fixation de la membrane (110, 210) dans la pompe, de la chenille (112, 212) et d'une membrane intermédiaire (113, 213) souple reliant la chenille (112, 212) au cadre (111, 211) de sorte que la membrane forme une surface continue étanche, ladite membrane intermédiaire (113, 213) étant de préférence surmoulée sur le cadre (111, 211) et la chenille (112, 212).
  9. Membrane (110, 210) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la membrane intermédiaire (113, 213) est dimensionnée de sorte à repousser la chenille (112, 212) en direction opposée aux moyens de couplage (120, 220) en absence de contrainte notamment de la part des doigts de pompage.
  10. Membrane (210) selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisée en ce que les moyens de couplage sont constitués par des éléments en forme de champignon (220) pouvant s'engager dans des gorges (260) s'étendant dans la direction de pompage et placées à l'extrémité d'un ou plusieurs doigts de pompage (250).
  11. Membrane (110) selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisée en ce que les moyens de couplage sont constitués par des anneaux (120) placés sur la chenille (112) parallèlement à la direction de pompage et dans lesquels peuvent pénétrer des tenons (161) placés à l'extrémité d'un ou plusieurs doigts de pompage (151, 152, 155), les anneaux (121) devant coopérer avec des doigts (152) ayant deux doigts voisins étant de préférence oblongs avec leur grand axe parallèle à la direction de pompage et/ou les anneaux (122) devant coopérer avec les doigts (151, 155) amont et aval étant de préférence circulaires et formant des moyens de blocage de la chenille (112).
  12. Membrane (210) selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisée en ce que les moyens de blocage de la chenille (212) sont constitués par une languette de retenue (217) placée entre deux moyens de couplage (220) successifs, perpendiculairement à la direction de pompage, de préférence au milieu de la chenille (212).
  13. Membrane (210) selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisée en ce que la chenille (212) se prolonge de part et d'autre des moyens de couplage (220) par deux languettes d'extrémité (216).
  14. Doigt de pompage (151, 152, 155, 250) pour une pompe péristaltique selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens de coopération (160, 260) pour coopérer mécaniquement avec les moyens de couplage (120, 220) de la partie de la membrane (110, 210) sur laquelle appuient les doigts lors de l'utilisation, partie appelée chenille (112, 212), les moyens de coopération (160, 260) constituant une partie des moyens pour maintenir en contact permanent les extrémités des doigts et la chenille, ces moyens de coopération (160, 260) étant constitués par une gorge (260) s'étendant dans la direction de pompage ou par un tenon (161) s'étendant perpendiculairement à au plan de pompage.
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