Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02381235 2002-02-06
WO 01/14241 PCT/FR00/02322
Machine de remplissage comportant au moins une enceinte à
atmosphère contrôlée
L'invention concerne le domaine des machines de remplissage de
récipients.
Elle concerne plus particulièrement les machines de remplissage de
récipients comportant au moins un poste de remplissage muni d'une
enceinte étanche destinée à recevoir au moins un récipient à remplir. Dans
1o ce type de machine, l'enceinte est ouverte pour permettre le chargement
ou le déchargement du récipient, et elle est refermée pour permettre le
contrôle de l'atmosphère dans l'enceinte au cours du remplissage du
récipient. L'enceinte est notamment délimitée par une paroi supérieure au
niveau de laquelle débouche un bec de remplissage, par une paroi latérale
sensiblement cylindrique, et par une paroi de fond.
Une telle machine est par exemple décrite dans la demande de
brevet WO-99/05061. Elle permet notamment d'effectuer le remplissage de
récipients avec des produits qui nécessitent d'ëtre soutirés dans des
conditions particulières de pression.
Dans le domaine alimentaire, on sait en effet que certaines boissons
telles que la bière doivent être soutirées sous une pression inférieure à la
pression atmosphérique tandis que d'autres, telles que les sodas
carbonatés, sont de préférence soutirées sous une pression supérieure à
la pression atmosphérique.
Les machines comportant des enceintes à atmosphère contrôlée
permettent, en adaptant la pression à l'intérieur de l'enceinte étanche, de
limiter voire d'annuler la différence de pression entre l'intérieur et
l'extérieur du récipient en~~ cours de remplissage. Cela est notamment utile
pour permettre le remplissage de récipients en matériau thermoplastique
obtenus par soufflage, surtout si ceux-ci sont fabriqués juste avant d'être
remplis et sont amenés à la machine de remplissage avant d'ëtre
parfaitement stabilisés en température.
L'invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'une
telle machine et notamment une nouvelle conception des enceintes de
remplissage pour permettre à la fois d'en diminuer le coût de fabrication et
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le coût d'exploitation, et pour permettre un fonctionnement optimal de la
machine avec des récipients de taille variable.
Dans ce but, l'invention propose une machine de remplissage du
type décrit plus haut, caractérisée en ce que caractérisée en ce que la
machine comporte des moyens pour modifier le volume de l'enceinte
fermée.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- la forme d'une pièce interchangeable, et le poste de remplissage
est susceptible de recevoir différentes parois de fond pour modifier le
l0 volume de l'enceinte fermée ;
- l'ouverture et la fermeture de l'enceinte sont obtenues par
coulissement axial de la paroi latérale, la paroi de fond restant immobile.
- la position axiale de la paroi de fond est réglable pour modifier le
volume de l'enceinte fermée ;
- la paroi de fond comporte un port de régulation qui débouche dans
l'enceinte et au travers duquel l'atmosphère de l'enceinte est contrôlée ;
- la paroi de fond est montée sur un socle sur lequel elle est en
appui axialement vers le bas lorsque l'enceinte est ouverte ; la paroi de
fond est montée sur le socle avec un jeu axial, et lorsque l'enceinte est
2o fermée, la paroi de fond est en appui axialement vers le bas contre une
surface d'appui liée à la paroi latérale ;
- le socle de la paroi de fond comporte un fût tubulaire axial dont
une extrémité supérieure présente une assise sur laquelle la paroi de fond
est susceptible de s'appuyer lorsque l'enceinte est ouverte ; le port de
régulation de la paroi de fond est relié par une canalisation de régulation
46 à un raccord solidaire d'une extrémité inférieure du fût tubulaire, et la
canalisation de régulation est reçue à l'intérieur du fût tubulaire ;
- la canalisation de~ régulation est constituée d'un tube rigide qui est
solidaire axialement de la paroi de fond et qui est montée avec un jeu axial
3o à l'intérieur du fût tubulaire ;
- la paroi latérale comporte un palier inférieur qui est monté à
coulissement sur le fût tubulaire pour assurer le guidage de la paroi
latérale entre une position basse ouverte et une position haute fermée ;
- le poste de remplissage comporte des moyens de verrouillage qui
permettent de verrouiller axialement la paroi latérale sur la tête de
remplissage lorsque l'enceinte est fermée ;
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- la paroi latérale est composée de deux parties qui, lors de
l'ouverture ou de la fermeture de l'enceinte, se déplacent selon des sens
opposés ; et
- le poste de remplissage comporte des moyens de support du
récipient qui sont mobiles entre au moins une position de chargement et
une position de remplissage dans laquelle l'intérieur du récipient est isolé
de l'intérieur de l'enceinte.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à
la lecture de la description détaillée qui suit ainsi que dans les dessins
i0 annexés dans lesquels
- les figures 1 à 3 sont des vues schématiques en coupe axiale d'un
premier mode de réalisation d'un poste de remplissage d'une machine
selon l'invention, le poste de remplissage étant représenté successivement
en position de chargement/déchargement du récipient, en position de
i5 vidage de l'enceinte, et en position de remplissage ;
- les figures 4 et 5 sont des vues agrandies des détails D4 et D5 de
la figure 1 ;
- les figures 6 et 7 sont des vues agrandies des détails D6 et D7 de
la figure 3 ;
20 - la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 3 dans laquelle
on peut voir le poste de remplissage muni d'une paroi de fond d'enceinte
adaptée au remplissage de récipients de petit format ;
- les figures 9 et 10 sont des vues similaires à celles des figures 1 et
3 illustrant un deuxième mode de réalisation de l'invention qui comporte
25 une paroi de fond dont la position axiale est réglable ;
- la figure 11 est une vue du deuxième mode de réalisation de
l'invention illustrant le poste de remplissage réglé pour le remplissage d'un
récipient de faible volume; et
- les figures 12 et 13 sont des vues similaires à celles des figures 1
3o et 3 illustrant un troisième mode de réalisation de l'invention.
On a illustré sur les figures 1 à 8 un premier mode de réalisation
d'une machine de remplissage conforme aux enseignements de l'invention.
Plus exactement, on a représenté sur ces figures un poste de
remplissage 10 d'une machine qui peut comporter un nombre important de
35 postes de remplissage montés sur un carrousel rotatif. Pour une plus
grande clarté de la description, on considérera que l'axe de rotation du
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carrousel est vertical et que les récipients sont remplis en position
verticale.
Dans l'exemple illustré, le carrousel comporte une armature
supérieure 12 et une armature inférieure 14. L'armature supérieure 12
supporte une tête de remplissage 15 du poste 10 considéré. Cette tête 15
comporte notamment un bec de remplissage 16, qui n'est illustré ici que de
manière très schématique, et qui est destiné à délivrer une quantité
déterminée de produit dans un récipient 18 amené sous le bec 16. Le
dosage du produit peut être de type volumétrique, débitmétrique ou
1o pondéral. II peut encore s'agir d'un dosage par détection du niveau de
remplissage du récipient 18.
On peut voir sur les figures que le récipient est destiné à être
maintenu sous le bec 16 grâce à des moyens de préhension qui sont
agencés au niveau de la tête de remplissage 15 qui comportent une
fourchette 20 apte à saisir le récipient 18 en dessous d'une collerette 22
située à la base de son col. En effet, la machine de remplissage selon
l'invention est particulièrement adaptée au remplissage des bouteilles en
matériau thermoplastique, par exemple en polyéthylène téréphtalate (PET).
La fourchette 20 est montée à l'extrémité inférieure d'une tige 24 qui
2o coulisse verticalement dans la tête de remplissage 15 entre une position
basse de chargement ou de déchargement du récipient 18, illustrée aux
figures 1 et 2, et une position haute de remplissage illustrée à la figure 3.
En position basse, le col est dégagé du bec 16 tandis que, en position
haute, le col du récipient 18 est plaqué contre le bec de remplissage 16'.
Le poste de remplissage 10 est du type dans lequel le récipient 18
est enfermé dans une enceinte étanche 26 au cours du remplissage. Le but
de cet agencement est de pouvoir contrôler l'atmosphère qui règne à
l'intérieur et à l'extérieur du récipient 18, tant du point de vue de la
composition du gaz que du point de vue de la pression de ce gaz.
3o Comme on peut le voir sur la figure 3, l'enceinte 26 est délimitée par
une paroi latérale 28 cylindrique d'axe vertical et, à ses deux extrémités,
par la tête de remplissage 15 d'une part, et par une paroi de fond 30
d'autre part.
Pour permettre le chargement et le déchargement de la bouteille 18
dans l'enceinte 26, celle-ci doit pouvoir être ouverte. Selon ce premier
mode de réalisation l'invention, il est prévu que l'ouverture et la fermeture
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de l'enceinte soient obtenues par coulissement vertical de la paroi latérale
28, la paroi de fond 30 restant sensiblement fixe.
En effet, on peut voir que la paroi de fond 30 est montée à
l'extrémité supérieure d'une colonne 32 qui s'étend verticalement selon
5 l'axe A1 du poste 10 depuis l'armature inférieure 14. Comme cela sera
explicité plus loin, il est prévu dans ce premier mode de réalisation de
l'invention que la paroi de fond 30 soit montée sur la colonne 32 avec un
léger jeu axial.
La paroi latérale 28 est constituée d'un tube axial 34 et de deux
1o viroles inférieure 36 et supérieure 38 qui sont liées l'une à l'autre par
des
tirants (non représentés) de sorte que le tube 34 est comprimé axialement
entre les deux viroles. Grâce à cette construction, on peut prévoir de
réaliser le tube 34 en un matériau transparent tel que le verre, le
polymetacrylate de méthyle (PMMA) ou un polycarbonate.
~5 La virole inférieure 36 comporte un palier de guidage qui coulisse
axialement sur une face cylindrique externe de la colonne 32. Elle est de
plus reliée â un vérin 40 qui est disposé parallèlement à l'axe du poste de
remplissage et qui peut ainsi commander la paroi latérale 28 entre une
position haute de fermeture de l'enceinte 26 et une position basse dans
2o laquelle l'enceinte 26 est ouverte pour autoriser le chargement ou le
déchargement d'un récipient.
Bien entendu, il est prévu des moyens pour assurer l'étanchéité
entre la virole inférieure 36 et la colonne 32 d'une part, et, d'autre part,
entre la virole supérieure 38 et la tête de remplissage 15, puisque, en
25 position haute de la paroi, la virole supérieure 38 vient au contact de la
tête 15.
On notera que la virole inférieure 36 comporte un galet 42 qui est
destiné à coopérer avec ~un chemin de came (non représenté) agencé le
long de la trajectoire circulaire du poste de remplissage 10 lorsqu'il est
3o entraîné en rotation avec le carrousel. Le système à came et galet permet
de maîtriser au mieux les déplacements verticaux de la paroi latérale 28 en
fonction de la position angulaire du poste 10 autour de l'axe du carrousel,
le vérin 40 n'étant utilisé que pour fournir la force nécessaire au
déplacement.
35 Selon une autre caractéristique de ce mode de réalisation, le
contrôle de l'atmosphère à l'intérieur de l'enceinte 26 se fait au travers de
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la paroi de fond 30. En effet, ce contrôle suppose de relier l'intérieur de
l'enceinte 26 soit à des systèmes d'aspiration, soit à des sources de gaz
sous pression. Pour cela, la paroi de fond 30 comporte un port de
régulation 44 qui est relié par une canalisation de régulation 46 à une prise
de raccordement 48 solidaire de l'armature inférieure 14. En l'occurrence,
la prise de raccordement 48 est aménagée à proximité de l'extrémité
inférieure de la colonne 32.
Dans l'exemple illustré, la canalisation 46 est réalisée sous la forme
d'un tube rigide et elle est reçue à l'intérieur de la colonne 32 qui est
1o tubulaire. L'extrémité supérieure de la canalisation est engagée dans le
port de régulation 44 de la paroi de fond 30 pour communiquer avec
l'enceinte 26. La canalisation 46 et la paroi de fond 30 sont liées l'une à
l'autre d'une part de manière étanche, et d'autre part de manière telle que
la canalisation 46 est solidaire axialement de la paroi de fond 30. A cet
effet, la canalisation est montée dans l'alésage interne de la colonne 32 de
manière à pouvoir coulisser axialement, tout en étant guidée radialement
selon l'axe A1. Ainsi, l'intérieur de l'extrémité supérieure de la colonne 32
forme un palier 50 de guidage de l'extrémité supérieure de la canalisation
46. De même, une embase inférieure 52, qui assure la fixation de la
colonne 32 sur l'armature inférieure 14, est aménagée de manière à former
un palier de guidage pour l'extrémité inférieure de la canalisation 46.
Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, l'extrémité inférieure de
la canalisation 46 est fermée axialement mais il est prévu des perçages
radiaux 54 qui mettent en communication l'intérieur de la canalisation avec
une gorge annulaire 56 creusée dans la partie formant palier de l'embase
52. Des zones d'étanchéité 57 entre l'embase 52 et la canalisation 46 sont
prévues axialement de part et d'autre de la gorge 56. La hauteur axiale de
la gorge 56 est telle que les perçages 54 de la canalisation 46 restent en
regard de la gorge quelle que soit la position axiale de la canalisation. On
verra en effet que celle-ci ne se déplace que peu. Bien entendu, l'embase
52 comporte un orifice radial 58 qui relie la gorge 56 à l'extérieur et qui
forme la prise de raccordement 48.
Grâce à la fixité de la paroi de fond 30, il est facile de relier le port
de régulation à diverses sources de pression ou de dépression sans avoir
recours à des canalisation flexibles dont la mise en oeuvre est toujours
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délicate lorsqu'une grande course de déplacement est nécessaire, comme
dans le cas de la paroi latérale mobile 28.
De plus, il est avantageux de contrôler l'atmosphère au travers de la
paroi de fond 30, et non pas au travers de la tête de remplissage 15, car
cela permet de libérer de l'espace au niveau de la tête 15. Par ailleurs,
lorsqu'on relie l'enceinte 26 à une source de dépression pour vider
l'enceinte, on bénéficie de l'action de la gravité pour évacuer d'éventuelles
particules ou poussières.
Enfin, le port de régulation 44 fera naturellement office de drain si
du liquide venait à remplir l'enceinte. Ce cas peut se trouver notamment si
la machine comporte un système dit de "nettoyage en place" par lequel
une circulation de liquide de nettoyage est organisée dans les enceintes
en position fermée, en l'absence de récipients.
De manière schématique, dans le cas d'un soutirage sous
dépression, le remplissage d'un récipient sur une machine conforme â
l'invention se déroule de la manière suivante. Lors de la révolution du
carrousel, le poste de remplissage considéré est d'abord situé dans une
zone de chargement au niveau de laquelle il se présente avec l'enceinte 26
ouverte tel qu'illustré à la figure 1. Des moyens de transferts introduisent
2o alors dans l'enceinte 26 un récipient vide qui est accroché sur la
fourchette
20. Comme on peut le voir à la figure 2, l'enceinte 26 est refermée et on
évacue l'air contenu dans l'enceinte, à la fois à l'intérieur et à l'extérieur
du récipient. Selon l'illustration de la figure 3, le col du récipient 18 est
alors plaqué contre le bec de remplissage 16 par la remontée de la tige 24
qui porte la fourchette 20, ceci afin de séparer de manière étanche
l'intérieur du récipient du reste de l'enceinte 26. Le remplissage peut être
alors effectué, à la suite de quoi le poste de remplissage atteint une zone
de déchargement dans laquelle l'enceinte 26 est ouverte pour permettre
l'extraction du récipient plein. Le poste de remplissage atteint alors
directement de nouveau la zone de chargement.
Selon un aspect de l'invention qui est spécifique à ce premier mode
de réalisation, et en dépit de l'utilisation d'un fond sensiblement fixe 30,
l'utilisation de l'enceinte 26 avec une pression supérieure à la pression
atmosphérique n'entraîne pas d'efforts axiaux tendant à écarter les deux
armatures 12, 14 l'une de l'autre.
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En effet, on peut voir sur les figures 1, 4 et 5 que, lorsque la paroi
latérale 28 est en position basse, la paroi de fond 30 est en appui
axialement vers le bas contre l'extrémité supérieure 50 de la colonne 32.
Au contraire, juste avant d'arriver en position haute, la virole inférieure 36
de la paroi latérale 28 vient en appui, par une face annulaire 60 tournée
vers le haut, contre une face annulaire inférieure 62 de la paroi de fond
30. En continuant sa remontée vers la position haute, la paroi latérale 28
entraîne avec elle la paroi de fond 30 qui se soulève alors de la colonne
32. Bien entendu, ce soulèvement n'a pas besoin d'être important : un
l0 déplacement de un à cinq millimètres peut suffire.
Une fois la paroi latérale 28 en position haute, tel qu'illustré sur les
figures 3, 6 et 7, des crochets de verrouillage 64 de la tête 15 coopèrent
avec des doigts 65 de la virole supérieure 38 pour assurer la fixation axiale
de la paroi latérale 28, et donc du fond 30, sur la tête de remplissage 15.
De la sorte, même en présence d'une surpression dans l'enceinte 26,
l'action des forces de pression sur la paroi de fond 30, en l'occurrence
exercée verticalement vers le bas, n'est pas répercutée sur l'armature
inférieure 14. L'armature supérieure 12 n'est pas non plus sollicitée par les
forces de pression qui s'exercent dans la chambre 26 car celles-ci
2o s'équilibrent entre elles, si bien que la structure de la machine n'a nul
besoin d'être particulièrement renforcée.
En comparant les figures 5 et 7, on peut voir que, la canalisation 46
étant solidaire de la paroi de fond 30, son extrémité inférieure s'est
déplacée par rapport à l'embase 52. Cependant, du fait de la faiblesse de
ce déplacement, les perçages 54 de la canalisation 46 restent en regard
de la gorge 56 pour maintenir l'enceinte 26 en communication avec la prise
de raccordement 48.
Comme on peut le voir à la figure 8, on a illustré un moyen
particulièrement simple pour réduire le volume interne de l'enceinte 26
lorsque la machine est destinée à assurer le remplissage de récipients de
petit format.
Dans ce cas, on peut en effet décider de remplacer la paroi de fond
telle qu'illustrée sur les figures 1 à 3 par une paroi de fond 31 présentant
un volume beaucoup plus important. Ainsi, sans changer aucun autre
élément de la machine, on diminue le volume interne de l'enceinte 26. De
la sorte, lorsque le remplissage est effectué en surpression, on peut
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réduire de façon importante la quantité de gaz à fournir à la partie de
l'enceinte 26 qui se trouve à l'extérieur du récipient. Lorsque le
remplissage est effectué sous dépression, on peut notamment réduire le
temps de pompage, c'est-à-dire le temps nécessaire pour passer de la
pression atmosphérique normale à la pression de remplissage. Bien
entendu, on prévoira de préférence des moyens d'assemblage rapides
entre la paroi de fond 30, 31 et le canal d'alimentation 46 pour pouvoir
changer rapidement la configuration de la machine en fonction du volume
du récipient à remplir.
1o Bien entendu, on pourrait aussi appliquer ce moyen de réduction de
volume dans le cas d'une machine du type de celle décrite dans le
document WO-99/05061 dans laquelle, pour chaque enceinte, la paroi de
fond est solidaire de la paroi latérale.
Sur les figures 9 à 1 1 , on a illustré un deuxième mode de réalisation
i5 de l'invention qui pourra par exemple être mis en oeuvre dans les cas de
remplissage sous une pression inférieure à la pression atmosphérique ou
sous une légère surpression. On pourra aussi le mettre en oeuvre dans les
cas où le remplissage doit être effectué à la pression atmosphérique mais
dans un milieu gazeux de composition particulière.
20 Dans ces cas, le problème de l'écartement des armatures supérieure
12 et inférieure 14 ne se pose pas et il est donc possible de lier rigidement
la paroi de fond 30 de l'enceinte 26 à l'armature inférieure 14. Aussi, on a
choisi de lier la paroi de fond 30 et la canalisation 46 à un socle 66 dont la
position axiale par rapport à l'armature inférieure 14 est réglable, par
25 exemple par un système vis/écrou 68. Dans l'exemple illustré, le socle 66
présente la forme d'un fourreau tubulaire dans lequel la paroi latérale 28
de l'enceinte 26 est guidée axialement. Bien entendu, la canalisation
d'alimentation 46, par laquelle l'atmosphère de l'enceinte 26 est contrôlée,
s'étend coaxialement au centre de l'ensemble socle/paroi latérale, et elle
3o débouche vers le bas au travers d'une extrémité inférieure fermée du socle
66. Par construction, le socle 66 et la paroi de fond 30 occupent toujours
la mëme position relative. Aussi, comme on peut le voir en comparant les
figures 10 et 1 1 , en déplaçant le socle 66 par rapport à l'armature
inférieure 12, on rapproche plus ou moins la paroi de fond 30 de la tête de
35 remplissage 15, ce qui permet de faire varier le volume de l'enceinte 26.
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Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant car il permet
de réaliser la modification de volume de manière très rapide, en une seule
opération pour tous les postes de remplissage de la machine. Cette
opération peut d'ailleurs être commandée à distance si l'on souhaite ne
5 pas intervenir directement sur la machine, par exemple quand celle-ci
fonctionne dans une ambiance stérile ou à contamination réduite.
On remarquera que, dans ce mode de réalisation, la paroi latérale 28
n'est soumise à aucun effort axial lors de la mise sous pression de
l'enceinte 26. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens
1o particuliers de verrouillage de la paroi latérale en position haute.
On peut voir par ailleurs que l'extrémité inférieure de la paroi
latérale 28, qui est en permanence reçue à l'intérieur du fourreau formant
socle 66, comporte une paroi transversale inférieure 70 qui est traversée
de manière étanche par la canalisation 46. De la même façon, la paroi de
fond 30 est en contact étanche avec la paroi latérale 28. Ainsi, la paroi
transversale 70 délimite, entre la paroi de fond 30 et l'extrémité inférieure
du socle 66, deux chambres annulaires à volume variable 72, 74. On peut
ainsi utiliser ces chambres à la manière d'un vérin double effet pour
commander les déplacements de la paroi latérale 28, la paroi transversale
70 faisant office de piston.
Sur les figures 12 et 13, on a illustré une variante de réalisation de
l'invention dans laquelle la paroi latérale 28 est divisée en deux parties
haute et basse. Par rapport à la position fermée illustrée à la figure 13, on
peut voir que l'ouverture de l'enceinte 26 est obtenue en escamotant une
partie basse 76 de la paroi latérale vers le bas, et une partie haute 78 vers
le haut. Ainsi, la partie basse 76 s'escamote autour de la paroi de fond 30
qui est fixe. La partie haute 78 s'escamote en venant entourer la tête de
remplissage 15. Avec cette construction, la course de chacune des parties
76, 78 de la paroi latérale 28 se trouve réduite et l'encombrement axial de
l'ensemble se trouve mieux réparti en haut et en bas du poste de
remplissage.
