Brevet FR2425381A1 — publié le 19791207

La présente invention a pour objet un dispositif de remplissage avec dosage d'un récipient de faible volume en produits liquides ou semi-liquides, du type comprenant une buse d'alimentation en fluide sous pression. Il est souvent particulièrement important, lors du remplissage de petits récipients de faible volume à l'aide de produits liquides ou semi-liquides, notamment de produits alimentaires ou pharmaceutiques, de verser dans chaque récipient une quantité de produit dosée avec grande précision, tout en respectant les conditions d'hygiene requises et en optimisant le rendement de I'opération de distribution de produit qui doit pouvoir être effectuée automatiquement. On connaît de nombreux systèmes de remplissage de récipients avec des produits liquides ou pâteux, qui mettent en oeuvre des ensembles doseurs à volume réglable munis chacun d'un piston et reliés chacun d'une part à une source commune de produit et, d'autre part à un distributeur individuel de produit. Les distributeurs sont en nombre égal au nombre de doseurs. Chaque doseur est muni à son entrée d'une soupape interposée entre la source de produit et le doseur, et chaque distributeur présente au moins une tubulure de sortie obturable par une soupape. Un tel système connu comporte encore des moyens pour commander les pistons des doseurs pour refouler le produit contenu dans ces derniers vers les distributeurs, d'une part, et alternativement les soupapes des doseurs et des distributeurs, d'autre part. De tels systèmes de remplissage de récipients permettent en principe la délivrance de volumes relativement précis de produit. Toutefois, la séparation des fonctions de remplissage et de dosage conduit à une complexité relativement grande, du fait qu'à chaque distributeur de produit doit être associé un ensemble doseur indépendant. Ainsi, un retard ou une avance dans la fermeture d'une soupape par rapport à l'autre suffit à modifier la quantité de produit délivrée. Par ailleurs, les ensembles doseurs qui sont alimentés à partir d'une même conduite d'alimentation et présentent des courses de piston qui ne sont pas réglables individuellement ne permettent pas d'obtenir des volumes de produit rigoureusement identiques pour les différents doseurs. Cet inconvénient ne peut être supprimé que par la réalisation d'alésages tres précis pour chacun des doseurs ou par un réglage individuel de course de piston, ce qui, dans tous les cas, conduit à un accroissement du coût qui est prohibitif. Il est encore a noter que le transvasement des produits liquides ou pâteux dans des doseurs empêche de réaliser facilement les opérations de remplissage entièrement en milieu stérile et rend les opérations de nettoyage plus compliquées pour éliminer les restes de produit attachés aux parois des doseurs. La présente invention vise précisément à remédier aux inconvénients précités et à permettre d'effectuer les opérations de remplissage de petits récipients en produits liquides ou pâteux notamment en produits aqueux, de façon à la fois simple et rapide tout en assurant simultanément un dosage de la quantité de produit délivré. La présente invention a encore pour but de permettre de réaliser les opérations de remplissage en diminuant les opérations de transvasement et les risques de pollution du produit traité. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif du type mentionné au-début, qui, conformément à l'invention, comprend des moyens de détermination d'un niveau de fluide capables d'entre introduits de façon temporaire dans la cavité du récipient à remplir, lesdits moyens de détermination d'un niveau de fluide commandant l'alimentation de ladite buse en fluide sous pression. Ainsi, selon l'invention, le produit à conditionner n'es pas transféré dans un ensemble doseur independant, mais des moyens de controle de la quantité de produit versé sont introduits temporairement dans le récipient à remplir lui-même et réalisent le dosage pendant l'opération de remplissage elle-même. La simplicité du dispositif et la rapidité de l'opération de remplissage peuvent ainsi être accrues tandis que les risques de pollution peuvent être réduits. De façon plus particulière, selon l'invention, lesdits moyens de détermination d'un niveau de fluide comprennent une électrode supérieure et une électrode inférieure qui sont solidaires d'un support présentant au moins une surface d'appui, et les électrodes sont reliées à un circuit électrique de commande d'une vanne agissant directement ou indirectement sur un organe d'obturation du circuit d'alimentation de la buse en fluide sous pression. L'électrode supérieure est elle-même de preférence réglable en hauteur par rapport au support de sorte que le volume de produit à verser peut etre réglé avec précision et l'on peut obtenir avec plusieurs dispositifs distincts de remplissage -des quantités de produit rigoureusement identiques. Afin de permettre un remplissage de récipients de façon rapide à l'aide d'un fluide amené par la buse d'alimentation sous une pression relativement importante, le dispositif selon l'invention comprend, suivant une caractéristique particulière, un écran protecteur associé à l'électrode supérieure, le dit écran s'étendant sensiblement verticalement de préférence à faible distance de ladite électrode supérieure, entre cette dernière et la buse d'alimentation en fluide, et ledit écran se prolongeant vers le bas au-delà de l'extrémité inférieure de l'électrode supérieure. Un tel écran protecteur empêche que les vagues ou les bulles formés lors de l'éjection du produit dans le récipient- par la buse ne viennent en contact avec l'électrode supérieure et provoquent un arrêt prématuré ou retardé-de l'alimentation en fluide. De par la présence d'un écran protecteur, la surface libre du produit versé dans le récipient ne présente, au voisinage de l'électrode supérieure que très peu d'irrégugrité ou une irrégularité insignifiante et constitue un plan lorsqu'elle vient en contact avec cette dernière, de sorte que le volume de produit versé est, pour une différence de niveau entre l'élec- trode inférieure et l'électrode supérieure donnée et pour une forme et des dimensions de récipient données, parfaitement régulier. Selon un mode de réalisation particulier, ledit écran protecteur est constitué par I'électrode inférieure elle-meme montée coaxialement par rapport à l'électrode supérieure, à l'exté- rieur de cette dernière. L'écran protecteur peut être constitué par une plaque en forme de portion de cylindre ou de cône fixée sur ledit support. De façon préférentielle, le support porte-électrodes est muni d'une surface d'appui extérieure capable de venir en contact sur des rails de guidage des récipients à remplir ou un plan de référence supportant les récipients. I1 est commode que le support porte-électrodes serve également de support à la ou aux buses d'alimentation en produit. I1 peut être avantageux qu'un même support porte-électrodes avec une surface d'appui unique comporte plusieurs sous-ensembles constitues par l'association d'une électrode supérieure réglable en hauteur munie éventuellement d'un écran protecteur, d'une électrode inférieure, et d'une buse d'alimentation en fluide sous pression, chaque sous-ensemble servant au remplissage avec dosage d'un récipient individuel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui fait suite de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés unique ment à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique avec coupe axiale d'un premier mode de réalisation de I"invention, - la figure2 est une vue de détail selon le plan IN IN de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue dsun ensemble de dispositifs selon l'invention, - la figure 5 montre un dispositif selon liulvention uti- lisé pour une opération de remplissage partiel. Le dispositif de remplissage tel que représenté sur le dessin peut notamment être monté dans une machine de conditionne ment de produits laitiers liquides ou sniliquides Comme on le sait, une telle machine de conditionnement comprend un poste de formage des récipients, un poste de remplissage avec le produit à condi tionner, et un poste de fermeture et de scellement des récipients remplis. Le- dispositif selon l'invention est prévu au poste de remplissage d'une telle machine de conditionnement qui, du fait qu'elle ne fait pas partie de l'invention, ne sera pas décrite ici en détail. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit, posé sur une surface de référence 2, un récipient 1 de faible capacité qui doit être rempli d'une quantité prédéterminée de produit liquidez récipient 1 peut avoir une capacité par exemple de l'ordre du litre, ou de quelques litres, mais cette capacité peut être beaucoup plus faible, par exemple de llordre de quelques centilitres Le récipient 1 peut présenter diverses formes ou configurations, un simple étalonnage permettant, pour un récipient de forme donnée, de déterminer le volume correspondant à une différence de niveau donnée. Par ailleurs, la matière dans laquelle est réalisé le récipient 1 peut également être très variée et adaptée aux diverses applications envisagées.L'invention s'applique par exemple particulièrement bien au remplissage d'une succession de bouteilles ou de gobelets. Un dispositif 100 selon l'invention est adapté pour permettre le remplissage du récipient 1 à l'aide d'une quantité prédéterminée de produit. Un support 101 capable de reposer de façon amovible par une surface d'appui 110 sur la surface de référence 2 porte une électrode supérieure 102 et une électrode inférieure 103. Par électrode supérieure 102, il faut entendre une électrode dont la partie active 120 située à l'extrémité libre inférieure de l'élec- trode est la plus haute, tandis que l'électrode inférieure 103 présente une partie active 130 situéeà l'extrémité libre inférieure de l'électrode 103, qui est plus basse que l'extrémité 120. L'électrode 102 et l'électrode 103 sont réglables en hauteur grâce à un moyen de réglage tel qu'un filetage 121, respectivement 131, coopérant avec un filetage solidaire du support 101.Chacune des électro- des 102,103 présente une partie active reliée par des fils de connexions 122,132 respectivement qui sont connectées à un circuit électrique 104 qui détecte le passage de courant entre les électrodes 102 et 103 et commande la fermeture d'une électrovanne 105 lorsqu'un courant circule entre les deux électrodes 102 et 103. L'électrovanne 105 commande l'alimentation de la buse 112 qui traverse le support 101 au niveau de l'ouverture 111 et plonge à l'intérieur du récipient 1. Lorsque l'électrovanne 105 est ouverte, le produit à conditionner 4 arrive sous pression par la buse 112 et se répand dans le récipient 1 à partir-de l'extrémité inférieure 113 en formant certaines turbulances 40 dans la zone située immédiatement sous la buse 112. Le niveau du liquide 4 monte peu à peu dans le récipient 1. Lorsque le liquide ou lapât atteint le niveau de la plaque 123, les bulles et les remous sont brisés et la surface 41 du produit situé au-delà de la plaque 123, par rapport à la buse 112, est régulière et plane.L'écran de protection constitué par la plaque 123 est de préférence sensiblement vertical et s'étend sur une distance relativement importante endessous de la partie inférieure 120 de l'electrode 102. A titre d'exemple, l'écran 123 peut s'étendre, en-dessous de l'extrémité 120 sur une longueur voisine de la moitié de la distance comprise entre la position moyenne de l'extrémité 120 de l'électrode 102 et l'extrémité 113 de la buse 112. La plaque 123, située entre la buse 112 et l'électrode 102 est disposée au voisinage de l'électrode 102 et entoure de préférence,au moins partiellement, celle-ci (voir fig. 2). L'écran 123 peut affecter la forme d'une portion de cylindre ou de cône.Toutefois, de très nombreuses variantes peuvent être envisagées et d'autres formes sont possibles Lorsque le niveau de produit 4, stabilisé au voisinage de l'électrode 102 par l'écran de protection 123 atteint l'extré- mité libre inférieure 120 de l'électrode supérieure 102, le cou- rant transmis par les ions présents dans le produit 4 circule entre les électrodes 102 et 103 et provoque, par l'intermédiaire du circuit amplificateur de commande 104, la fermeture instantanée de ltelectrovanne 105 et l'arrêt de l'alimentation en produit de la buse 112.Le dosage du produit versé dans le récipient 1 s'opère ainsi par détection de larrivée du produit versé à un niveau prédéterminé, lui-même en relation avec un volume déter ming de produit versé dans le récipient 1. De la sorte, remplis sage et dosage sont deux opérations effectuées simultanément, et le produit à distribuer dans des récipients n 'a pas à être transvasé au préalable dans un doseur indépendant. Par ailleurs, il est à noter que l'utilisation de détecteurs de niveaux de fluide dans le récipient associés à des moyens de stabilisation de la surface du fluide au voisinage de ces détecteurs conduit à une précision très grande dans le dosage effectué, même lorsque les récipients sont de faible ca pacité et ne doivent recevoir qu'une très faible quantité de produit. En effet, le support porte-électrodes 101 est lui-même muni d'une surface d'appui 110, située notamment à sa périphérie, laquelle surface d'appui vient reposer sur une surface de référence 2 supportant le récipient 1. La position des extrémités 120, 130 des électrodes 102, 103 est ainsi déterminée avec pré- cision par rapport au fond du récipient 1.Les électrodes 102, 103 sont elles-mêmes réglables en hauteur par rapport au support 101. Naturellement, les électrodes 102, 103 ou le support 101 sont munis d'éléments assurant une isolation électrique entre les parties actives des deuxélectrodes 102, 103. La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel l'électrode basse 103' assure ellemême le rôle de l'écran de protection 123 de la fig. 1. L'elec- trode 103' est disposée coaxialement à l'électrode 102 à l'ex térieur de cette dernière et à faible distance. De la sorte la paroi même de l'électrode extérieure creuse 103' assure le rôle d'écran de protection pour l'électrode 102. L'électrode 103' constitue en effet une barrière pour les vagues ou bulles formées dans la partie 40 du produit débouchant à la sortie 113 de la buse 112.La surface 41 du produit se trouvant au voisinage de l'électrode 102, entre l'extrémité inférieure 120 de celle-ci et l'extrémité inférieure 130' de l'électrode 103' est ainsi régulière et sensiblement plane, provoquant lorsqu'elle atteint ltextremité 120 une coupure franche et précise de l'alimentation en produit. Comme dans le cas de la fig. 1, les électrode 102, 103', isolées par l'élément 125, peuvent être réglées en hauteur grâce à leur pas de vis 121', 131! respectivement. Le reste du fonctionnement est analogue à ce qui a été decrit précédemment. Une autre variante de réalisation est visible sur la fig. 3. En effet, la fig. 3 montre un dispositif de remplissage 100 dans lequel sur des surfaces de références constituées par le rebord 10 du récipient 1, le rebord 10 reposant lui-même sur des rails de guidage 3 qui permettent d'assurer une suspension et un guidage du récipient du récipient 1.Ainsi, la surface de référence 2, 3 sur laquelle porte la surface d'appui 110, 110' du porte-électrodes 101 peut être choisie de façons diverses et doit simplement être constituée, d'une manière générale, par une surface par rapport à laquelle est située de façon précise une partie du récipient à remplir (fond, rebord superieur, !- Le mouvement relatif de rapprochement et d'éloignement entre un récipient 1 et un dispositif de remplissage 100 peut naturellement être fait indifféremment par déplacement vertical du récipient ou de l'ensemble 100, à l'aide de moyens de manoeuvre connues en soi. La figure 4 représente un exemple de réalisation de l'invention dans lequel un ensemble 200 comportant un support porte-électrodes 201 muni d'une surface d'appui 210 comporte plusieurs sous-ensembles de remplissage et controle le niveau de produit. Ces sous-ensembles comprennent chacun de la manière décrite plus haut une buse 112, une électrode haute 102, une électrode basse 103 ainsi qu'un élément formant écran protecteur tel que 123. Chaque sous-ensemble est situé en regard d'un récipient à remplir amené dans une position bien définie, par exemple par glissement sur des rails 3.Dans un tel mode de réalisation, le support 201 commandé par un bras ou cadre unique 215 peut en une seule opération venir reposer par sa surface d'appui 210 sur une surface de référence et positionner les divers sous-ensembles de distribution dosée de produit face à des récipients I eu-memes disposés de façon bien précise par rapport à ladite surface de référence. Chaque électrode reste individuellement-reglable de manière à pouvoir par exemple permettre de compenser des variations de forme de récipients provenant de moules légèroenent différents dont chacun est associé à un dispositif de remplissage 100.Ainsi, il est assure que des récipients de fonmes légèrement différentes sont resplis (de volumes de produit rigoureusement identiques). ta figure 5 montre un dispositif selon l'invention ap pliqué au remplissage partiel d'un récipient. Dans de nombreux cas, afin de réduire le temps d'immobilisation de chaque récipient à remplir, dans une chaîne de traitement en continu, les opérations de remplissage sont effectuées en plusieurs temps, par exemple en deux ou trois temps. Ainsi, sur la fig. 5, on voit un récipient 1 rempli partiellement d'un volume 4a dans un premier poste de remplissage comprenant une buse 112 d'alimentation en fluide commande par une vanne 105a. Le volume 4a ne nécessite pas de dosage précis et la vanne 105a peut etre commandée automatiquement,par exemple à l'aide d 'une minuterie, came,... Le récipient I est rempli dans un deuxième temps jusqu'au volume 4b de fluide à laide d'une buse d alimentation 112b reliée à une vannel05b elle-meme commandée automatiquement comme la vanne 105a. Le volume 4b n'a pas besoin d'être dose avec précision, mais doit rester inférieur au volume total voulu.Dans un dernier temps, le remplissage du récipient 1 est complété jusqu'à un volume 4c de fluide à l'aide d'un dispositif de remplissage avec dosage conforme à l'invention. Une buse d'alimentation 112c est reliée à une électrovanne 105c elle-même commandée par l'ensemble de détection à électrodes 101, 102, 103, 123. Ainsi, l'invention s'applique à la réalisation d'une opération de remplissage jusqu'à un volume prédéter- miné à partir d'un récipient déjà rempli partiellement avec un volume qui n'est pas lui-même connu de façon précise. Le dispositif selon l'invention peut subir de nombreuses variantes et comporter diverses adjonctions. Ainsi, une détection de récipients ou pots défectueux peut être effectuée grâce par exemple à la mise en oeuvre d'un système de temporisation qui, après un temps déterminé, plus long que le temps de remplissage, provoque le déclenchement d'un signal susceptible de comander une alarme par exemple sonore ou visuelle et/ou l'evacuation et le rejet d'un récipient à remplir lorsque l'électrode supérieure n'a pas déjà elle mEme détecté la fin du reEplissage du récipient. En effet, dans ce cas, il s'agit en général d'un récipient percé, qui doit être évacué et rejeté. On notera que dans le cas du mode de réalisation représenté sur la fig. 5, il est possible de commander le remplissage des récipients alimentés par les buses 112a, 112b et 112c respectivement, à l'aide du seul dispositif 100 muni des électrodes 102, 103 plongeant dans le récipient à remplir complète- ment dans lequel s'effectue la dernière partie du remplissage. En effet, après une période transitoire au début des opérations de remplissage, pour une série de récipients remplis successivement à chacun des postes de remplissage partiel, il s'établit un équilibre de sorte que les volumes 4a, 4b, remplis pendant que s'effectue au dernier poste de remplissage le complément au volume 4c, gardent sensiblement la même valeur-pour les differents récipients remplis successivement à chacun des postes de remplissage partiel. Le système de remplissage en plusieurs phases permet notamment de prévoir un réalage fin et précis du volume total versé dans un récipient, en autorisant pour la dernière phase de remplissage un debit de fluide plus faible que pour les phases précédentes. En effet, dans ce cas, le niveau de fluide dans la dernière partie du remplissage, qui est moins importante en volume que les premières parties, monte avec une régularité accrue qui accroît également la précision de la détection par I'électrode supérieure 102. De nombreuses variantes peuvent être envisagées. Ainsi, selon une caractéristique particulière, 1'écran protecteur 123 est perforé ou ajouré de maniere a régulariser la montée du fluide sans entraver son passage à travers l1écran. Par ailleurs, l'écran, qui est de préférence fixé au support 101, peut également, dans certaines applications être monté sur la buse 112 elle-même. REVENDICATIONS 1. Dispositif de remplissage avec dosage d'un récipient de faible volume en produits liquides ou semi-lîquides, du type comprenant une buse d'alimentation en fluide sous pression, caractérise en ce qu'il comprend des moyens de determination d'un niveau de fluide capables d'être introduits de façon temporaire dans la cavité du récipient à remplir, et en ce que lesdits moyens de détermination d'un niveau de fluide commandent l'alimentation de ladite buse en fluide sous pression. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination d'un niveau de fluide -comprennent une électrode supérieure et une électrode inférieure qui sont solidaires d'un support présentant au moins une surface d'appui, et en ce que les électrodes sont reliées à un circuit électrique de commande d'une vanne agissant directement-ou indirectement sur un organe d'obturation du circuit d'alimentation de la buse en-fluide sous pression. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détermination d'un niveau de fluide sont munis de moyens de protection au moins partielle interposés entre la buse d'alimentation'en fluide et lesdits moyens de détermination d'un niveau de fluide. 4. Dispositif selon la revendication 2 et la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection comprennent un écran protecteur associé à l'électrode supérieure, et en ce que ledit écran s'étend sensiblement verticalement entre l'électrode supérieure et la buse d'alimentation en fluide et se prolonge vers le bas au-delà de l'extrémité inférieure de l'électrode supérieure. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de protection sont munis de perforations. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit écran protecteur est constitue par l'électrode inférieure elle-même, montée coaxialement par rapport à l'électrode supérieure, à l'extérieur de cette dernière. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'écran protecteur est constitué par une plaque en forme de portion de cylindre ou de cône fixée sur ledit support. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que au moins l'électrode supérieure est réglable en hauteur par rapport au support. 9 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le support porte-électrodes est muni d'une surface d'appui extérieure capable de venir porter sur des rails de guidage du bord des récipients à remplir ou un plan de référence supportant les récipients. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 , caractérisé en ce que le support porte-electrodes sert également de support à la buse de remplissage, 1l Dispositif selon l'une quelconque dés revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'un même support porte-electrodes avec une surface d'appui unique comporte plusieurs sousensembles constitués par l'association d'une électrode supérieure réglable en hauteur munie éventuellement d'un écran protecteur, d'une électrode inférieure, et d'une buse d'alimentation en fluide sous pression, chaque sous-ensemble servant au remplissage avec dosage d'un récipient individuel. 12. Dispositif selon leune quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qulil comprend en outre des moyens de temporisation assurant le déclenchement d'un signal d'alarme un temps prédéterminé après le début de remplissage d'un récipient si les moyens de détermination d'un niveau de fluide n'ont pas eux-memes délivré un signal de commande pendant ledit temps prédéterminé. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination d'un niveau de fluide commandent directement l'alimentation en fluide sous pression de la buse d'alimentation d'un dernier récipient dans lequel sont disposés lesdits moyens de détermination d'un niveau de fluide, et de buses supplémentaires alimentant chacune un récipient supplémentaires à remplir partiellement disposé dans un poste de remplissage situé en amont par rapport au poste de remplissage dudit dernier récipient.