Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 00/40505 PCT/FR99/03049
MACHINE DE REMPLISSAGE AVEC.TETES DE REMPLISSAGE COMPORTANT CHACUNE UNE VANNE
DEPORTEE VERS LE BAS
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 pont 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 mouse trop, ce qui pourrait conduire à un remplissage
uniquement partiel du récipient ou à une perte de produire par
débordement. Une machine de remplissage peut ainsi comporter plus d'une
centaine de becs, chaque bec comportant une vanne associée.
Dans les machines de remplissage connues, la vanne de distribution
qui commande le débit de produit au travers de la conduite d'alimentation
est accolée au bec de remplissage. La vanne et le bec sont alors soit
directement intégrés dans un même boîtier, soit séparés l'un de l'autre
d'une très courte distance.
Cependant, le fait d'avoir la vanne à proximité du bec pose des
problèmes d'encombrement, notamment dans le cas des machines à
carrousel comportant un nombre important de becs. Ainsi, les contraintes
d'encombrement dans la zone du carrousel où sont agencés les becs
conduisent généralement à des conceptions de machines dans lesquelles
les vannes sont peu accessibles. Ce manque d'accessibilité rend la
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maintenance des vannes malaisée et, en cas de panne, augmente la durée
de la réparation.
Par ailleurs, ces fortes contraintes d'encombrement peuvent
conduire à l'impossibilité d'utiliser certains types de vannes.
Pour remédier à ces inconvénients, 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 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 conduite
d'alimentation.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- la vanne est déportée verticalement vers le bas par rapport au bec
de remplissage ;
- la vanne est déportée verticalement vers le bas par rapport au
récipient à remplir, ce dernier étant lui-même agencé en dessous du bec
de remplissage ;
- la vanne est agencée sensiblement à l'aplomb du bec de
remplissage ;
2o - la vanne comporte un pointeau d'obturation vertical qui est
entièrement reçu dans une chambre de circulation verticale au travers de
laquelle s'écoule le produit, l'extrémité inférieure de la chambre de
circulation est délimitée par un siège contre lequel le pointeau vient en
appui vers le bas pour interrompre la circulation du produit, et le pointeau
est soulevé vers le haut dans la chambre de circulation par un champ
électromagnétique pour étre décollé du siège afin d'autoriser le passage
du produit au travers de la vanne ;
- la machine comporte plusieurs postes de remplissage comportant
chacun un bec de remplissage et une vanne associée, et les postes de
3o remplissage sont portés par un carrousel rotatif et sont décalé
angulairement les uns des autres de manière régulière autour de l'axe de
rotation du carrousel ;
- les vannes sont agencées dans une partie radiale externe du
carrousel ;
- le bec de remplissage est enfermé dans un carter fixe solidaire
d'un support du bec, le carter comportant un orifice de passage en regard
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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 la machine comporte des moyens pour faire circuler, à
l'intérieur du carter, un agent de nettoyage.
- 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 ;
- Le carter s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire
à la direction d'écoulement du produit ; et
1o - Le carter fixe de chaque poste de remplissage est solidaire du
carrousel.
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
2o volet d'obturation et ses moyens d'actionnement, le volet étant illustré en
position ouverte ; et
- la figure 3 est une vue identique à celle de la figure 2 dans
laquelle le volet est illustré 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
dans le cas du remplissage de tout type de récipient avec tout type de
produit.
3o 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 A1 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 A1 mais
dont un seul est illustré sur les figures. Chaque poste de remplissage 18
est à méme de réaliser le remplissage d'une bouteille 12. II comporte à cet
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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
l0 14, radialement au centre de celui-ci. II 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 des tuyaux
d'alimentation fixes aux conduites correspondantes du carrousel.
2o 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 22, 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
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.
Bien entendu, l'opération de remplissage doit être effectuée en
3o 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. 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
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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
5 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, la colonne 34 de la machine décrite porte, à son
1o extrémité supérieure, un carter 38 dans lequel se trouve enfermé le bec de
remplissage 22, ceci afin de permettre un nettoyage simple du bec 22 et
afin de créer un circuit fermé.
Comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 2 et 3, 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
2o radiale externe par une paroi d'extrémité 46 qui est par exemple constituée
par un bouchon visé 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.
Avantageusement, le carter 38 comporte un volet mobile 50 qui
3o 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 à la
figure 2, dans laquelle il est reculë de manière à dégager l'orifice 48, et
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une position d'obturation illustrée à la figure 3, 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
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.
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
2o 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.
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
3o 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
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dispositif de récupération et de recyclage du liquide de nettoyage, ce qui
permet d'en limiter la consommation.
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.
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
1o 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
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 l'invention, la vanne 30 qui commande la circulation du
2o produit dans la conduite d'alimentation 26, 28 est déportée, en
l'occurrence dëportée verticalement vers le bas, par rapport au bec de
remplissage.
En effet, on a vu que cette vanne 30 est agencée en dessous du
plateau 36 alors que les récipients à remplir sont destinés à venir au
dessus de celui-ci lorsqu'ils sont en place sur leur support, les récipients
se trouvant alors eux-mêmes en dessous du bec de remplissage.
Dans la configuration illustrée, la vanne 30 se trouve donc
sensiblement à l'aplomb du bec auquel elle est associée.
De la sorte, dans la machine selon l'invention, la longueur du
3o tronçon aval 28 de la conduite qui relie la vanne 30 au bec 22 est au moins
égale à 50 centimètres et elle 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
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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.
Par ailleurs, on peut voir que la vanne 30 est reliée par deux
raccords démontables 76 respectivement aux tronçons amont 26 et aval 28
de la conduite d'alimentation . Ainsi, en cas de défaillance de la vanne, il
est très facile d'y accéder et de la démonter pour la remplacer en un temps
minimum pour une nouvelle vanne en état de marche, ce qui permet de
réduire considérablement le temps d'immobilisation de la machine, et donc
le temps d'arrêt de la chaîne de production dans laquelle la machine
s'insère.
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 18 se trouve limité.
En disposant les vannes 30 associées à chacun de ces becs 22 sur un
cercle de grand diamètre, sensiblement de même diamètre que le cercle
sur lequel sont agencés les becs 22, chaque vanne 30 dispose d'un espace
suffisant pour permettre une implantation aisée et pour que
l'encombrement ne soit pas un critère trop déterminant quant au choix de
la technologie mise en oeuvre pour la vanne.
2o Ainsi, dans la machine illustrée on a choisi d'utiliser des vannes
électromagnétiques du type de celles décrites dans les documents DE-A-
1.600.719 ou FR-A-2.206.726.
Comme cela est illustré très schématiquement sur la figure 1, ce
type de vanne comporte un noyau 78 qui est susceptible de se déplacer
dans une chambre de circulation 80 au travers de laquelle le produit doit
circuler. La chambre de circulation 80 est globalement verticale et elle est
délimitée à son extrémité inférieure par un siège 82 contre lequel le noyau
78 vient s'appuyer pour interrompre la circulation du produit au travers de
la vanne 30.
3o Pour ouvrir la vanne, des moyens électromagnétiques 84 tels que
des bobinages ou des aimants permettent de créer autour de la chambre
des champs magnétiques qui provoquent un soulèvement du noyau 78 de
manière qu'il se décolle du siège 82, libérant ainsi le passage pour le
produit.
Un avantage de ce type de vanne est qu'elle du type normalement
fermée, c'est-à-dire que sous le seul effet de son poids, le noyau 73
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retombe contre le siège 82 et obture le passage du produit. Ainsi, en cas
de défaillance des moyens électromagnétiques, la vanne 30 se referme
automatiquement. Cela est obtenu sans qu'il soit nécessaire de disposer
des moyens de rappel élastique dans la chambre de circulation 80, laquelle
se révèle ainsi particulièrement simple à nettoyer.
Toutefois, cet avantage n'est bien entendu obtenu qu'en conservant
la vanne dans la position verticale représentée. Ainsi, l'orientation de la
vanne étant imposée, il est nécessaire de disposer d'un certain espace
pour l'implanter, ce que permet la conception selon l'invention.
1o De plus, la vanne étant déportée loin des becs, cela permet de
libérer beaucoup d'espace autour de ces derniers, il est ainsi possible de
concevoir des carénages aux formes relativement simples qui ne se
transforment par en pièces à poussières difficile à nettoyer.
Enfin, le volume du bec de remplissage 22 ne renfermant pas le
volume de la vanne, la carter 38 dans lequel le bec 22 se trouve enfermé
peut être lui aussi de volume réduit.
