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May 26, 2023

Ce nouveau joint en PTFE pourrait améliorer les pompes à insuline et autres dispositifs médicaux

26 avril 2018 Par Chris Newmarker Dans les applications dynamiques nécessitant une étanchéité à des vitesses et pressions faibles à modérées, les ingénieurs de conception remplacent les joints toriques en élastomère sous-performants par

26 avril 2018 Par Chris Newmarker

Dans les applications dynamiques nécessitant une étanchéité à des vitesses et pressions faibles à modérées, les ingénieurs de conception remplacent les joints toriques en élastomère sous-performants par des joints « C-ring » en PTFE alimentés par ressort.

David Wang, Bal Seal Ingénierie

Lorsque les joints toriques et autres méthodes d'étanchéité traditionnelles échouent, les ingénieurs d'équipements de diagnostic et d'administration de médicaments adoptent un nouveau moyen plus rentable d'améliorer les performances de leurs conceptions matérielles existantes : le joint « C-ring » en PTFE alimenté par ressort.

Le joint C-ring a été développé pour la première fois pour un outil de diagnostic employant un piston fonctionnant dans un bain-marie d'environ 100°F, effectuant un mouvement alternatif à une vitesse de 5 pieds par minute. Les conditions opératoires étaient douces, mais les tolérances étaient grandes. La conception originale prévoyait un joint torique en élastomère pour sceller le piston, mais le joint torique n'était pas en mesure de maintenir une étanchéité constante et l'équipement fuyait.

Les prototypes étant déjà construits, les ingénieurs ont commencé à chercher une alternative. Les coupelles en U ou les joints à lèvres standard, qui seraient généralement utilisés dans une application à piston, n'étaient pas une option viable en raison des grandes tolérances radiales. De plus, les installer sur une rainure complète n'était pas pratique. L'installation nécessiterait trop d'étirement, ce qui entraînerait une déformation du joint et une défaillance prématurée.

En 2016, Bal Seal Engineering, concepteur de joints basé à Foothill Ranch, en Californie, a proposé une solution expérimentale : un ressort hélicoïdal incliné enveloppé dans un anneau en PTFE en forme de C. Le sceau a fonctionné exactement comme prévu. En combinant les propriétés de faible friction du PTFE avec une géométrie de chemise simplifiée, le « joint en C » offre une étanchéité fiable et constante ainsi qu'un fonctionnement plus fluide et plus silencieux qu'un joint torique. De plus, le joint en C peut être installé dans le presse-étoupe complet, ce qui n'est normalement pas recommandé avec des matériaux non élastomères. En conséquence, l’anneau en C a été installé sans aucune modification de la conception matérielle d’origine et sans l’utilisation d’outils spécialisés.

Ce joint d'étanchéité en C d'origine est utilisé depuis deux ans. L'utilisation de l'anneau en C a permis d'améliorer les performances du produit et de prolonger la durée de vie de l'équipement, réduisant ainsi les temps d'arrêt et les coûts de maintenance.

Les unités d'imagerie médicale, les pompes à insuline, les ventilateurs et les dispositifs d'administration de médicaments s'appuient généralement sur des joints toriques pour assurer l'étanchéité dans des espaces axiaux courts. Mais lorsqu'une capacité de déviation radiale extrême est requise, les joints toriques ne peuvent pas compenser, ce qui entraîne souvent une usure, une déformation permanente et des fuites. Malgré ces inconvénients, les ingénieurs ont continué à utiliser des joints toriques car d'autres solutions (par exemple, les coupelles en U, les joints à lèvres) sont incapables de répondre aux exigences de déflexion radiale et nécessitent normalement plus d'espace axial qu'un joint torique.

Le joint en C est différent car il peut s'insérer dans le petit espace axial généralement prévu pour les joints toriques, contrairement aux configurations de joints standard. De plus, le C-ring est entièrement personnalisable, en fonction des besoins de l'application. Il peut être configuré avec des lèvres ultra fines et flexibles pour les applications cryogéniques ou avec une lèvre épaisse pour une application dynamique où le joint nécessite plus de résistance à l'usure.

Étant donné que l'anneau en C s'adapte aux mouvements rotatifs et alternatifs, il s'agit d'une solution polyvalente potentiellement utile dans une variété de produits nécessitant une étanchéité à vitesse lente à modérée, notamment les robots médicaux, les équipements médicaux portables et les connecteurs de sonde/tuyau. L'anneau en C peut s'adapter à un degré de tolérance radiale inhabituellement élevé, au moins cinq fois supérieur à celui d'une configuration de joint standard d'une section transversale similaire. Les plages de tolérance dépendent de la pression ambiante, du type de fluide et des conditions de finition de surface. L'anneau en C fonctionne également bien dans les applications statiques, où les composants nécessitent une protection contre les contaminants environnementaux.

En supprimant le matériau PTFE de la conception initiale de la gaine de l'anneau en C, les ingénieurs ont pu améliorer son élasticité et sa souplesse. En conséquence, l’anneau en C s’est avéré plus extensible et flexible que prévu initialement, ce qui le rend utile pour les applications non rondes. L'anneau en C est déjà utilisé dans une pompe d'administration de médicaments à piston ovale. Et comme la chemise d'étanchéité peut être fabriquée en PTFE vierge ou chargé, l'anneau en C est un joint extrêmement polyvalent, compatible avec le matériel fabriqué à partir de métaux et de plastiques couramment utilisés.