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CA 02357795 2001-07-05
WO 00/40504 PCT/FR99/03050
Machine de remplissage
comportant des moyens perfectionnés de nettoyage
L'invention concerne une machine de remplissage comportant des
moyens perfectionnés de nettoyage.
L'invention concerne notamment les machines qui permettent de
remplir des récipients creux, tels que des bouteilles ou des pots, avec un
produit, par exemple un produit alimentaire.
De telles machines comportent généralement un carrousel rotatif qui
porte une série de becs de remplissage. Les récipients sont engagés sur le
carrousel en un point donné du cercle que celui-ci décrit, en étant disposés
en dessous d'un bec de remplissage. Une fois le récipient en place sous le
bec, ce dernier est alimenté en produit de manière que le produit soit
déversé à l'intérieur du récipient. Lorsqu'un degré voulu de remplissage
est atteint, l'alimentation du bec est interrompue par une vanne interposée
dans le circuit d'alimentation du bec et le récipient est alors dégagé du
carrousel, ceci bien entendu avant que le carrousel n'ait effectué un tour
complet.
La disposition de multiples becs sur un carrousel permet à la
machine d'assurer simultanément le remplissage de plusieurs récipients.
Ceci permet d'assurer le remplissage d'un nombre important de récipients
dans un laps de temps donné, en dépit du fait que le remplissage est une
opération qui est relativement longue. En effet, il faut notamment éviter
que le produit ne mousse trop, ce qui pourrait conduire à un remplissage
uniquement partiel du récipient ou à une perte de produit par débordement.
Une machine de remplissage peut ainsi comporter plus d'une centaine de
becs.
Bien entendu, l'opération de remplissage doit être effectuée en
évitant toute contamination du produit. Cela est crucial lorsque le produit
est un produit alimentaire et encore plus dans le cas des produits lactés
par exemple.
Aussi, il faut procéder à intervalles réguliers au nettoyage de la
machine de remplissage, en veillant notamment à un nettoyage rigoureux
de toutes les parties de la machine qui sont destinées à être au contact du
produit. Il faut toutefois aussi veiller à ce que les autres parties de la
machine qui sont à proximité du produit restent propres.
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Le nettoyage peut consister à enlever toute trace du produit, à
enlever les poussières et autres corps étrangers, voire à éliminer les
contaminants biologiques ou bactériologiques. Au sens du présent brevet,
le nettoyage peut donc aussi bien recouvrir les notions de lavage, de
désinfection, de décontamination ou de stérilisation.
Le nettoyage est généralement réalisé à l'aide d'un agent de
nettoyage liquide ou gazeux que l'on fait circuler dans le circuit emprunté
par le produit à l'intérieur de la machine.
Pour limiter la consommation d'agent de nettoyage, et surtout pour
faciliter sa récupération en vue de son recyclage éventuel, on préfère faire
circuler l'agent à l'intérieur d'un circuit fermé.
Dans ce but, il est connu de munir chaque bec de la machine de
remplissage d'une coupelle mobile qui, lors d'une phase de nettoyage de la
machine, est amenée en position sur le bec correspondant. La coupelle
vient par exemple s'emmancher de manière étanche sur le bec de
remplissage et elle est reliée à un circuit d'évacuation de l'agent de
nettoyage. La coupelle occupe alors sensiblement la place du récipient
sous le bec de remplissage. Ainsi, il est possible d'injecter l'agent de
nettoyage dans le circuit d'alimentation du bec de manière qu'il assure le
nettoyage de l'intérieur du bec, de la vanne et du circuit.
Cependant, ces dispositifs connus ne permettent d'assurer le
nettoyage que de la partie interne du bec de remplissage qui est contact
direct avec le produit. Les parties immédiatement à proximité, telles que
les surfaces externes du bec, ne sont pas atteintes par l'agent de
nettoyage.
Or, si des impuretés s'accumulent au voisinage du bec, elles sont
par exemple susceptibles de se détacher au moment du remplissage et de
venir au contact du produit, voire de tomber dans le récipient. Il est donc
nécessaire de prévoir des moyens qui permettent un nettoyage efficace
des parties externes du bec.
Par ailleurs, lorsque la machine dispose d'un carrousel muni d'un
nombre important de becs, il est intéressant de prévoir une structure
mobile qui permette de mettre en place l'ensemble des moyens de
nettoyage correspondants à chaque bec. Dans le dispositif connu
précédemment décrit, les coupelles sont portées par une structure mobile
qui se déplace entre une position escamotée et une position de service. Ce
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déplacement s'effectue selon une direction parallèle à l'axe de rotation du
carrousel, la structure s'escamotant vers le bas.
Or, compte tenu de cette direction de déplacement, ce dernier doit
se faire sur une course relativement importante pour dégager entièrement
le volume nécessaire au passage des récipients lorsque la machine est en
service. L'amplitude de ce déplacement et la masse de la structure de
support des coupelles nécessitent donc de prévoir des actionneurs qui sont
eux même volumineux et lourds. Ainsi, l'ensemble de la structure et des
moyens d'actionnement se présente comme un ensemble particulièrement
encombrant qu'il est difficile d'intégrer à la machine.
De plus, le poids et l'encombrement de l'ensemble en rendent
impossible son montage sur le carrousel. On est donc conduit à monter cet
ensemble directement sur le bâti fixe de la machine, ce qui implique que
les coupelles ne peuvent suivre le mouvement de rotation du carrousel. La
phase de nettoyage ne peut alors se faire que si le carrousel est à l'arrêt.
Ceci présente un double inconvénient. D'une part, il faut alors
prévoir des moyens précis d'indexation angulaire du carrousel pour
s'assurer que, lorsque la structure de support des coupelles est amenée à
sa position de nettoyage, chacun des becs soit exactement en
correspondance avec l'une des coupelles. D'autre part, le nettoyage ne
pouvant être effectué au cours de la rotation du carrousel, certaines
parties du circuit d'alimentation peuvent ne pas être parfaitement
nettoyées. Ainsi, le circuit comporte généralement un distributeur tournant
qui permet de transmettre le produit qui est stocké dans un réservoir fixe
jusqu'à chacun des becs portés par le carrousel. Le nettoyage se faisant à
l'arrêt, il est difficile de garantir un nettoyage parfait du distributeur.
L'invention a donc pour but de proposer une nouvelle conception
d'une machine de remplissage qui incorpore des moyens de nettoyage
permettant d'assurer un nettoyage des parties internes et externes du bec
de remplissage, ces moyens devant êtres à la fois simples, fiables, peu
encombrants et faciles à mettre en oeuvre, ceci même dans le cas d'une
machine comportant de nombreux becs.
Dans, ce but, l'invention propose une machine de remplissage du
type comportant au moins un bec de remplissage par lequel s'écoule un
produit, le bec étant destiné à être amené en regard de l'ouverture d'un
récipient à remplir, caractérisée en ce que le bec de remplissage est
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enfermé dans un carter fixe solidaire d'un châssis qui supporte le bec, le
carter comportant un orifice de passage en regard duquel est agencé le
bec, et le carter comportant un volet d'obturation mobile qui, dans une
position fermée, obture l'orifice et ferme le carter de manière étanche, et
en ce que la machine comporte des moyens pour faire circuler, à l'intérieur
du carter, un agent de nettoyage.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- le volet d'obturation est commandé par des moyens d'actionnement
entre sa position fermée et une position ouverte dans laquelle l'orifice du
carter est dégagé ;
- les moyens d'actionnement du volet comportent un vérin à pression
de fluide à double action ;
- le carter est de forme tubulaire, l'orifice étant aménagé dans une
paroi latérale du carter, et le volet d'obturation comporte un manchon
tubulaire qui coulisse sur le carter selon l'axe de ce dernier ;
- à une extrémité axiale arrière, le volet comporte une collerette
radiale qui coulisse de manière étanche dans une chambre délimitée,
radialement, entre deux parois cylindriques, et, axialement, entre deux
parois radiales, la paroi radiale avant étant pourvue d'une ouverture
annulaire au travers de laquelle le manchon du volet coulisse de manière
étanche ;
- la collerette sépare de manière étanche deux parties de la chambre
dont chacune peut être reliée sélectivement à une source de fluide sous
pression pour provoquer le déplacement du volet entre ses positions
ouverte ou fermée ;
- le volet est agencé radialement à l'extérieur du carter
- le carter s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire à
la direction d'écoulement du produit ;
- l'agent de nettoyage est introduit dans le carter par le bec de
remplissage ;
- l'agent de nettoyage est évacué au travers d'un port auxiliaire qui
débouche à l'intérieur du carter ;
- le port auxiliaire est agencé au niveau d'un point bas du carter
- en cours de remplissage, un gaz stérile est injecté dans le carter et
s'évacue au travers de l'orifice du carter en entourant l'écoulement du
produit entre le bec de remplissage et le récipient ;
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- le gaz stérile est injecté dans le carter au travers du port
auxiliaire ;
- l'alimentation du bec de remplissage est commandée par une vanne
qui est déportée par rapport au bec, la vanne étant reliée au bec par une
5 conduite d'alimentation ;
- la vanne est agencée en dessous du bec de remplissage
- la vanne est agencée sensiblement en dessous du récipient à
remplir, ce dernier étant lui-même agencé en dessous du bec de
remplissage ;
- le bec est porté par un carrousel rotatif, et le carter fixe est
solidaire du carrousel ; et
- la machine comporte plusieurs becs de remplissage dont chacun
est enfermé dans un carter fixe pourvu d'un obturateur mobile permettant
de fermer le carter de manière étanche.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à
la lecture de la description détaillée qui suit, ainsi que dans les dessins
annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale illustrant une
partie d'un carrousel d'une machine de remplissage conçue selon
l'invention ;
- la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 montrant plus
particulièrement le carter de nettoyage d'un bec de remplissage ainsi qu'un
volet d'obturation et ses moyens d'actionnement, le volet étant illustré en
position ouverte ;
- la figure 3 est une vue identique à celle de la figure 2 dans laquelle
le volet est illustré en position d'obturation ;
- les figures 4 et 5 sont des vues en coupe par un plan horizontal
perpendiculaire à l'axe de rotation du carrousel dans lesquelles on a plus
particulièrement illustré les moyens d'actionnement du volet mobile, ce
dernier étant représenté respectivement en position ouverte et en position
d'obturation.
On a illustré sur la figure 1 de manière schématique et partielle une
machine de remplissage 10 destinée à assurer le remplissage de
récipients, tels que des bouteilles 12, avec un liquide, par exemple un
liquide plat tel que de l'eau. Bien entendu, l'invention peut être appliquée
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dans le cas du remplissage de tout type de récipient avec tout type de
produit.
La machine 10 est une machine rotative qui comporte un carrousel
14 monté tournant par rapport à un bâti fixe 16, autour d'un axe Al qui,
par commodité, sera qualifié de vertical.
Le carrousel 14 comporte une série de postes de remplissage 18 qui
sont écartés angulairement de manière régulière autour de l'axe Al mais
dont un seul est illustré sur les figures. Chaque poste de remplissage 18
est à même de réaliser le remplissage d'une bouteille 12. II comporte à cet
effet notamment un dispositif 20 de support de la bouteille 12, un bec de
remplissage 22 par lequel débouche le produit destiné à remplir la
bouteille, et un circuit d'alimentation qui est interposé entre le bec 22 et
un
distributeur tournant 24 de la machine 10.
Le circuit d'alimentation comporte une conduite d'alimentation
présentant deux tronçons amont 26 et aval 28 entre lesquels on a agencé
une vanne 30 qui permet de commander le débit de produit dans le circuit
et donc la distribution du produit dans le récipient.
Le distributeur tournant 24 est agencé en partie basse du carrousel
14, radialement au centre de celui-ci. Il comporte une partie fixe sur
laquelle sont raccordés des tuyaux d'alimentation (non représentés) qui
sont fixes par rapport au bâti 16 et qui permettent notamment d'alimenter
le carrousel en produit, et de plus, comme cela apparaîtra ultérieurement,
en agent de nettoyage et en air sous pression.
Le distributeur 24 comporte par ailleurs une partie tournante 32 sur
laquelle sont raccordés des conduites dont la conduite d'alimentation 26,
28. Les deux parties du distributeur tournant 24 comportent des moyens de
communication qui permettent de relier sélectivement les tuyaux
d'alimentation fixes aux conduites correspondantes du carrousel.
Chaque poste de remplissage 18 comporte une colonne verticale
creuse 34 qui est fixée par son extrémité inférieure sur un plateau
horizontal 36 et qui porte, à son extrémité supérieure, le bec de
remplissage, lequel s'étend vers l'extérieur, sensiblement selon un rayon
par rapport à l'axe A1 .
La vanne 30 est agencée en dessous du plateau 36, sensiblement à
la verticale du bec de remplissage 22 associé, de sorte que le tronçon aval
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28 de la conduite d'alimentation s'étend au travers d'un perçage 40 du
plateau 36 et à l'intérieur de la colonne 34.
Conformément à l'invention, la colonne 34 porte, à son extrémité
supérieure, un carter 38 dans lequel se trouve enfermé le bec de
remplissage 22, ceci afin de permettre un nettoyage simple du bec.
Comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 2 à 5, la
partie terminale du tronçon aval 28 de la conduite d'alimentation s'étend
dans un plan radial par rapport à l'axe A1, de sorte que le carter est fixé
en excroissance radialement vers l'extérieur par rapport à la colonne 34.
Le carter 38 comporte une embase 42 qui est fixée sur la colonne 34 et qui
est prolongée radialement vers l'extérieur par une paroi tubulaire de
révolution 44 d'axe radial A2. La paroi 44 est fermée à son extrémité
radiale externe par une paroi d'extrémité 46 qui est par exemple constituée
par un bouchon vissé de manière étanche sur la paroi 44.
La partie terminale de la conduite d'alimentation 28 traverse
l'embase 42 de manière étanche pour déboucher dans l'espace fermé
délimité par la paroi tubulaire 44. Le bec de remplissage 22 est recourbé
vers le bas pour se trouver en regard d'un orifice 48 aménagé dans la
paroi 44, cet orifice 48 étant lui-même en regard de l'ouverture de
remplissage de la bouteille 12 lorsque cette dernière est en place sur son
support 20.
Conformément aux enseignements de l'invention, le carter 38
comporte un volet mobile 50 qui permet d'obturer l'orifice 48 afin que le
carter délimite un espace parfaitement fermé et étanche dans lequel le bec
22 se trouve enfermé.
Le volet 50 est constitué d'un manchon 52 tubulaire de révolution qui
est monté coulissant sur la paroi tubulaire 44, à l'extérieur de celle-ci. Le
volet 50 peut ainsi se déplacer entre une position ouverte illustrée aux
figures 2 et 4, dans laquelle il est reculé de manière à dégager l'orifice 48,
et une position d'obturation illustrée aux figures 3 et 5, dans laquelle il
est
avancé de manière à recouvrir l'orifice 48.
L'extrémité arrière du manchon 52 présente la forme d'une collerette
54 qui coulisse de manière étanche à l'intérieur d'une chambre annulaire
délimitée autour de la paroi tubulaire 44 par une coque tubulaire 56 d'axe
A2 qui entoure l'extrémité arrière de la paroi 44. La collerette 54 joue ainsi
le rôle d'un piston qui délimite dans la chambre deux parties avant 58 et
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arrière 60. Le volume respectif de ces deux parties 58, 60 est donc
variable en fonction de la position de la collerette, et donc de la position
du volet 50, le long de l'axe A2.
Aussi, en imposant dans l'une ou l'autre des parties 58, 60 de la
chambre une pression de fluide, on impose au volet 50 un déplacement
vers l'une ou l'autre de ses positions ouverte ou d'obturation. En d'autres
termes, la collerette 54 et les deux parties 58, 60 de la chambre forment
un vérin à pression de fluide à double action.
Pour ce faire, l'embase 42 du carter 38 comporte deux trous
d'admission de fluide sous pression dont un premier 62 est relié à la partie
avant 58 de la chambre et dont le second 64 est relié à la partie arrière 60.
Comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, le premier trou d'admission
62 communique en réalité avec une galerie de distribution 66 qui est
aménagée dans l'épaisseur de la coque 56 et qui s'étend axialement en
parallèle de la chambre pour déboucher à l'avant de la coque dans une
gorge annulaire 68 qui est en communication avec la partie avant 58 de la
chambre.
Lorsque le premier trou d'admission 62 est relié à une source de
fluide sous pression (non représentée), le volet 50 est forcé vers sa
position arrière ouverte dans laquelle l'orifice 48 du carter 38 est dégagé.
Au contraire, lorsque le second trou d'admission 64 est relié à la source de
fluide sous pression, le volet 50 est forcé vers l'avant jusqu'à sa position
d'obturation. Au cours de ces déplacements, le manchon tubulaire 52 du
volet 50 coulisse de manière étanche au travers d'une ouverture annulaire
délimitée à l'extrémité avant de la chambre entre la coque 56 et la paroi
tubulaire 44. Lorsque le volet est en position ouverte, le manchon 52 est
presque intégralement reçu à l'intérieur de la chambre.
Ce dispositif d'actionnement du volet est particulièrement simple à
mettre en oeuvre dans la mesure où la plupart des machines de
remplissage utilisent déjà un fluide sous pression comme source d'énergie
pour diverses fonctions, si bien que l'implantation du dispositif ne
nécessite que l'adjonction d'électrovannes de commande de l'alimentation
des trous d'admission 62, 64. En général, le fluide sous pression qui sera
utilisé est de l'air comprimé susceptible d'être amené jusqu'au carter par le
biais du distributeur tournant 24. Toutefois, le fluide peut aussi provenir
d'un réservoir de stockage embarqué sur le carrousel.
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De plus, la présence d'un tel dispositif d'actionnement est
particulièrement avantageuse en ce qu'elle ne nécessite pas d'intervention
humaine directement sur la machine 10 pour ouvrir ou fermer le volet 50.
En effet, une telle intervention demeure toujours une source possible de
contamination.
Lorsque la machine comporte plusieurs becs, on peut prévoir que
chaque poste de remplissage 18 soit muni de sa propre électrovanne de
commande du volet 50. L'actionnement des volets 50 se fait
individuellement et peut alors éventuellement être décalé dans le temps
d'un bec à l'autre.
Cependant, lorsque la machine comporte un nombre important de
becs de remplissage, la machine peut comporter une électrovanne de
commande unique pour tous les becs.
Dans les deux cas, l'actionnement des volets peut, grâce à
l'invention, se faire simultanément sur tous les becs en un temps très
court. Avantageusement l'actionnement des volets peut être effectué même
lorsque le carrousel est en cours de rotation.
Cependant, on pourra prévoir d'autres moyens d'actionnement
automatique du volet que ceux qui ont été décrits. Le volet pourrait ainsi
être commandé par un vérin autonome de type pneumatique, hydraulique
ou électromagnétique, voire par un jeu de cames.
De même, le volet mobile qui a été décrit est constitué par un
manchon coulissant. Cependant, sans sortir du cadre de l'invention, on
pourra également prévoir de le réaliser sous tout autre forme, par exemple
sous la forme d'un volet articulé.
Lorsque le carter 38 est fermé par le volet 50, il est possible
d'organiser à l'intérieur de celui-ci une circulation d'un agent de nettoyage
permettant de nettoyer non seulement l'intérieur du bec 22, mais aussi
l'extérieur de celui-ci. Pour ce faire, on fait par exemple circuler au
travers
de la conduite d'admission, de la vanne 30 et du bec 22, un liquide de
nettoyage qui vient remplir le carter 38. Le liquide est alors évacué du
carter au travers d'un port auxiliaire 70 qui est aménagé dans l'embase 42
et qui débouche à l'intérieur du carter. Le port auxiliaire 70 est par
exemple relié par une conduite auxiliaire 72 et par le distributeur 24 à un
dispositif de récupération et de recyclage du liquide de nettoyage, ce qui
permet d'en limiter la consommation.
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De préférence, ~ le port auxiliaire 70 est agencé de manière à
déboucher au niveau d'un point bas du carter 38 pour permettre une
évacuation la plus complète possible du liquide de nettoyage par la
conduite auxiliaire 72.
5 De manière avantageuse, pour améliorer encore les qualités de
propreté du remplissage à l'aide d'une telle machine, on peut prévoir
d'injecter à l'intérieur du carter 38, au moment du remplissage, un gaz
stérile tel que de l'air stérile, de l'azote ou dioxyde de carbone. Le gaz
stérile remplit alors le volume interne du carter 38 et s'échappe au travers
10 de l'orifice 48 en entourant le jet de produit qui est délivré par le bec
de
remplissage en direction de la bouteille 12. Ainsi, entre le bec 22 et la
bouteille 12, le produit est isolé par une enveloppe de gaz stérile et n'est
pas exposé aux éventuelles sources de pollution environnantes.
Avantageusement, le gaz stérile peut être introduit dans le carter 38 au
travers du même port auxiliaire 70 qui sert à l'évacuation de l'agent de
nettoyage au cours des phases de nettoyage de la machine.
Selon une des caractéristiques de l'invention, la vanne 30 qui
commande la circulation du produit dans la conduite d'alimentation 26, 28
est déportée par rapport au bec de remplissage. En effet, la longueur du
tronçon aval 28 de la conduite qui relie la vanne 30 au bec 22 peut
atteindre une longueur supérieure à un mètre. Cette disposition présente
plusieurs avantages.
Un premier avantage réside dans la possibilité d'agencer la vanne 30
dans un endroit où elle est aisément accessible pour pouvoir en assurer la
maintenance. En effet, dans la machine décrite, elle se situe dans la partie
radiale externe du carrousel, et non pas au centre de celui-ci, derrière le
bec 22, comme cela est le cas dans les machines antérieurement connues.
Un second avantage se révèle particulièrement dans le cas des
machines comportant un nombre important de becs 22. En effet, l'espace
angulaire disponible pour chaque poste de remplissage se trouve limité. En
disposant les vannes 30 associées à chacun de ces becs 22 sur un cercle
de grand diamètre, chaque vanne dispose d'un espace suffisant pour
permettre une implantation aisée et pour ne pas que l'encombrement soit
un critère trop déterminant quant au choix de la technologie mise en
oeuvre pour la vanne.
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De plus, la vanne étant déportée loin des becs, cela permet de
libérer beaucoup d'espace autour de ces derniers. II est ainsi possible de
concevoir des carénages aux formes relativement simples qui ne se
transforment pas en pièges à poussières difficiles à nettoyer.
Enfin, l'espace ainsi gagné au niveau du bec de remplissage permet
de disposer aisément autour de celui-ci le carter 38 qui rend possible le
nettoyage simple et efficace du bec, le carter pouvant être de dimension
réduite.
La machine qui vient d'être décrite est conçue de manière que le bec
de remplissage ne vienne pas au contact de la bouteille 12 lors du
remplissage. Cependant, l'homme du métier pourra aisément, à l'aide ses
seules connaissances générales, transposer les enseignements de
l'invention au cas des machines de remplissage dans lesquelles le bec
vient au contact de la bouteille, par déplacement vertical de la bouteille ou
du bec.
