Brevet FR2450781A1 — publié le 19801003

La présente invention concerne les becs de remplissage a clapet magnétique ou commandés pour machine de remplissage, et, plus particulièrement, un bec de remplissage a clapet à double étage. Il existe dans les machines de remplissage pour délivrer des quantités controlées de produits, plus particulièrement liquides, dans des récipients, différents types de becs de remplissage munis de dispositifs de fermeture contrôlés à boisseau à tiroir ou, le plus souvent à clapet. QueLque soit le type de dispositif adopté, ces becs de remplissage présentent des problèmes lors de certaines conditions d'utilisation, plus particulièrement à l'ouverture ou à la fermeture.En effet, pendant ces deux périodes, les conditions d'écoulement peuvent être gravement per turbées par les variations de section de passage dans le conduit de décharge du bec, de sorte qu'il en résulte d'une part, des dif- ficultés, lefplus souvent difficiles à surmonter, pour obtenir, la formation parfaite du jet de remplissage lors de la mise en régime et, d'autre part, des difficultés tout aussi i.mportantes lors de l'interruption du régime pour passer en position de fermeture. En effet, selon le type de produit délivré et, pour les liquides, les conditions de viscosité et surtout de débit, les va riations de section résultant du dêplacernent de l'organe obtura- teur du bec de remplissage occasionnent inévitablement des dévia - tions ou des déformations du jet résultant en des Bclaboussures non contrôlées et/ou en la formation de gouttes, ce qui, outre les problèmes de souillure de l'installation et des récipients à remplir, occasionne également des pertes non négligeables du produit de remplissage.Ces problèmes de desorganisation du jet de remplissage se posent avec encore plus d'acuité dans les installations de remplissage automatiques du type 9 dosage pondéral où les dispositifs de pesage prennent en compte la force d'impact du jet délivré, voire le poids de la colonne suspendue de produit de remplissage. Des solutions ont été proposées pour remédier partiellement à ces problèmes, notamment en adjoignant à la base du bec de remplissage une buse de canalisation et de guidage ou une grille d'uniformisation de jet et de rétention de goutte. Toutefois, ces dispositifs peuvent présenter également des problèmes propres en fonction du type de produit de remplissage, par exemple de colmatage ou d'adhérence avec des produits visqueux et partiellement volatils comme la peinture. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de commande d'ouverture, respectivement de fermeture, d'un bec de remplissage en deux temps, permettant, avec des moyens extrêmement simple; et fiables de s'affranchir des problèmes classiques de ruptures des condi tions a d'écoulement lors de ces opérations d'ouverture et de fer- meture. Pour ce faire, selon une caractéristique de la présente invention, le procédé de commande d'une tête de remplissage, com-prenant l'étape de déplacer de façon commandable un premier moyen de clapet pour ouvrir, respectivement fermer, un orifice de décharge défini par un premier siège avec lequel coopère le premier moyen de clapet en aval d'un conduit relié à un réservoir pour le produit, comprend l'étape d'asservir au déplacement du premier moyen de clapet un second moyen de clapet coopérant avec un second siège disposé en amont du premier clapet dans le sens normal d'écoulement du produit, pour déplacer ce second moyen de clapet dans le même sens que le premier moyen de clapet, en séquenceavec lui. La présente invention a pour autre objet de proposer un bec de remplissage pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, ne mettant en oeuvre qu'un nombre extrêmement réduit d'éléments, de construction simple et robuste, et convenant à tout type de produit, plus particulièrement liquide , dans de larges gammes de débit de décharge. Pour ce faire, selon une autre caractéristique de la présente invention, le bec de remplissage du type comprenant un corps présentant un passage interne pour le produit de remplissage susceptible d'être relié à un conduit en provenance d'un ré- servoir pour ce produit, un premier siège formé dans ce passage interne, un premier moyen de clapet commandable coopérant sé- lectivement avec ce premier siège, et des moyens pour déplacer de façon contrôlée le premier clapet entre une position de fermeture en contact contre le premier siège et une position dtou verture, comporte un second siège formé dans le passage interne entre le premier moyen de clapet et ledit conduit d'alimentation et un deuxième moyen de clapet monté dans le passage, normalement sollicité pour coopérer avec le second siège, des moyens étant prévus pour déplacer le second moyen de clapet vers sa position d'ouverture lorsque le premier moyen de clapet est- dépla- cé vers sa position d'ouverture. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le second moyen de clapet comprend une-surface de butée susceptible de coopérer avec un élément solidaire mécaniquement du premier moyen de clapet lorsque celui-ci a été déplacé de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture. On comprendra quten raison de cet agencement, le premier moyen de clapet, ou clapet de décharge, est commandé à déplacement de façon contrôlée, le second moyen de clapet, ou clapet de rétention, n'étant commandé, dans le même- sens de déplacement que le premier moyen de clapet, qu'en fonctionde ce déplacement du premier moyen de clapet, c'est- -dire, par exemple, lors de l'opération d'ouverture, avec un retard par rapport au déplacement du premier clapet. I1 s'ensuit donc que le produit prisonnier dans la conduite d'alimentation ne se deverse pas immédiatement lors de l'ouverture du clapet de décharge, mais seulement lorsque le clapet de rétention s'ouvre, de sorte que les problè- mes d'établissement du jet, liés notamment aux forts débits, ne se posent pas au niveau de l'orifice de déchargeobturable par le premier moyen de clapet, éliminant ainsi les phénomènes d'éclaboussure et de déviations de jet , celui-ci étant instantanément formé de façon homogène à la sortie du bec de remplissage. Inversement, lors de l'opération de fermeture, le second clapet ou clapet de rétention vient le premier fermer le passage du produit si bien qu'au moment de la fermeture de l'orifice de décharge par le premier clapet, il n'y a sensiblement plus aucune surpression dans la chambre intermédiaire entre les deux clapets, ce qui permet une fermeture sans éclaboussure de l'orifice de décharge. En outre, lors des opérations d'ouver- ture, la quantité de produit emprisonnée entre les deux clapets est évacuée sans problème lors de l'ouverture du premier moyen de clapet en préalable au passage du débit principal de déchar- ge lors de l'ouverture ultérieure du second clapet. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels : Les figures 1 à 3 représentent schématiquement, dans un premier rnode de réalisation de bec de remplissage, les différentes étapes du procédé selon la présente invention ; La figure 4 représente une variante du bec de remplissage représenté sur les figures 1 à 3 ; et La figure 5 représente un autre mode de réalisation du bec de remplissage selon la présente invention. En référence aux figures 1, 2 et 3, on a représenté un bec de remplissage comportant, successivement de haut en bas, une cuve de stockage ou un conduit dWalimentation 1 en provenance de cette cuve de stockage, et un corps de bec, généralement référencé 2, comprenant un passage interne 3 pour le produit depuis le conduit 1 jusqu'à l'orifice de décharge inférieur 4.Dans le mode de réalisation représenté, le passage interne.3 est cons titué d'un alésage cylindrique 5 dans lequel est monté à coulissement un premier clapet ou clapet de décharge 6 se présentant sous la forme d'un cylindre creux reçu à coulissement dansl'alXsa- ge 5 et portant, à sa partie inférieure, une tête 7 définissant la partie de clapet proprement dite et des ouvertures sensiblement radiales8 pour établir une communication entre l'intérieur du cylindre creux et une partie inférieure élargie 9 du passage interne communiquant avec l'orifice de décharge 4.Une butée 10 est prévue sur le clapet 6 pour limiter son mDuemDnt ascensionnel La tête de clapet 7 comporte une portée conique 11 susceptible de coopérer avec un siège également conique 12 formé au voisinage de l'orifice de décharge 4. Le premier clapet 6,réalisé en un matériau magnétique, est normalement sollicité par gravité pour être dans la position de fermeture représentée sur la figure 1 et son ouverture est commandée magnétiquement par des enroulements 13 disposés autour de l'alésage 5. Conformément à la présente invention, en amont du premier clapet 6 est prévu un second clapet 7, représenté ici sous la forme d'une bille, capable de sélectivement obturer l'extrémité inférieure du conduit 1 en venant en appui sur la portée circulaire 14 formé au droit du raccordement entre le conduit 1 et l'alésage 5. A la partie supérieure du premier clapet 6 est prévu un doigt 15 dirigé vers le second clapet 7. Conformément au procédé selon la présente invention, la mise en oeuvre du bec de remplissage s'opère de la façon suivante. En position complète de fermeture, les éléments constitutifs sont dans la position représentée sur la figure 1. Pour entamer la phase d'ouverture, un courant est adressé à l'enroulement 13 pour que celui-ci gênée un champ magnetique déplaçant le premier clapet 6, vers le haut, comme figure par la flèche 16 sur la figure 2. La tête de clapet 5 du premier clapet 6 dégage donc ainsi l'orifice de décharge 4 mais le second clapet 7 demeure dans sa position de fermeture sur son siège. Le produit contenu dans la chambre basse 9 peut s'écouler normalement, à très faible débit par l'orifice de décharge 4.Avant que le mouvement ascensionnel du premier clapet 6 ne soit interrompu par les butées 10, le doigt 15 vient repousser la bille 7 hors de son siège 14 pour établir ainsi la communication entre le conduit d'alimentation 1 et l'orifice de décharge 4, comme représenté sur la figure 3, l'écoulement du produit s'effectuant alors sans problème d'établissement de régime transitoire au niveau de l'orifice de décharge 4, comme figuré par les flèches. La séquence de fermeture s'opère de façon exactement inverse à la séquence d'ouverture précédemment décrite A partir de la position de pleine ouverture représentée sur la figure 3, l'enroulement 13 est désexcité et le premier clapet 6 redescend vers sa position de fermeture sous l'effet de son poids et de la pression du produit dans le passage 3. Lorsque le premier clapet 6 arrive dans la position représentée sur la figure 2, le doigt 15 ne s'oppose plus au retour en position de fermeture du clapet 7 qui vient en butée sur son siège,obturant ainsi l'écou- lement du produit.Des quantités résiduelles de produit se trouvant dans- le passage 3 et la chambre basse 9 s'écoulent légè- rement en l'absence de pression amont, à la suite de quoi le premier clapet 6 revient dans sa position de fermeture représentée sur la figure 1. On notera sur les figures 1 à 3, et de façon plus visible sur la figure 4, la configuration particulière de l'extrémité inférieure de la tête 7 du premier clapet 6. L'orifice de décharge 4 est en fait défini par une portion cylindrique de faible hauteur dans laquelle vient s'engayer, en position de fermeture du premier clapet 6, une collerette 17 de diamètre et de hauteur correspondante et de faible épaisseur formée à la base de la tête 7 du clapet 6. La collerette 17 est définie intérieurement par un évidement 18 s'e-tendant axialement vers l'interieur du clapet et formant une chambre interne ouverte vers le bas dans la tête de clapet 7.La paroi extérieure de la collerette 17 est prolongée vers le haut par une partie de paroi s'évasant coniquement pour former la portée de clapet 11 destinée à cooperer avec le siège conique 12 au niveau de l'embouchure de l'orifice 4 dans la chambre basse 9. L'épaisseur de la collerette 17 est réduite au minimum, par exemple 1 à 1,5 mm, et avantageusement biseautee pour former un bord inférieur se présentant sous la forme d'une arête circulaire 19. L'exigüité de cette arrête, alliée à la dépression qui se forme dans la chambre interne 18 lors de l'écoulement du jet, évite, lors de l'opération de fermeture, la formation de gouttes retenues à l'extrémité inférieure de la tête 7 du clapet, rendant ainsi inutile l'aménagement d'une grille au niveau de l'orifice de décharge 4. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le second clapet est ici constitué d'un clapet coulissant 70 se présentant sous la forme d'un cylindre creux 71 monté à coulissement, comme le premier clapet 6, dans l'alésage 5 et terminé, 3 sa par-tie supérieure, par une tête cylindrique 72 ayant des bords inférieurs chanfreinés 73 pour former une portée conique destinée à coopé- rer avec le siège 14 à la base du conduit 1. Des lumières 74- sont prévues pour permettre le passage du produit depuis le conduit 1 jusqu'à l'intérieur de la partie cylindrique 71. Celle-ci se termine à sa base, par une surface annulaire 75 destinée à venir coopérer avec la surface annulaire supérieure d'épaisseur réduite 76 de la partie cylindrique 60 du premier clapet 6. On comprendra que, comme dans la séquence représentée sur les figures 1 à 3, lors du soulèvement du premier clapet 6, au moyen des enroulements 13 alimentés en courant par une ligne 19, le clapet 6 dégage tout d'abord l'orifice de décharge 4 puis vient, par son bord annu -laire supérieur 76, en butée contre le bord annulaire inférieur 75 du clapet 70 pour finalement soulever celui-ci hors de son siège 14 et permettre l'écoulement du produit depuis le conduit 1 jusqu'à l'orifice de décharge 4 comme représenté par les flèches. On notera que dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, le bec de remplissage 2 comprend un corps central 20, dans lequel est formé l'alésage 5, et un chemisage extérieur 21 entourant les enroulements 13 et relié au conduit 1 ou directe ment au réservoir par une bride 22. La chambre basse 9 et i'orifi- ce de décharge 4 sont formés dans une pièce d'extrémité 23 rapportée sur le bord central-20 par une douille filetée 24.. Le premier clapet 6 est réalisé en un matériau magnétique, par exemple en un acier inoxydable magnétique au chrome, et le second clapet 70 en un matériau amagnétique, par exemple un acier inoxydable nickelchrome. On a représenté sur la figure 5, un bec de remplissage à clapet commandé par une tige 25 s'étendant à l'intérieur du passage de produit depuis le conduit 1 jusqu'à la chambre basse 9 dans laquelle est logé le premier clapet 6', lequel est relié à ladite tige 25. Des moyens d'actionnement de la tige 25 (non représentés) sont prévus au-dessus du bec de remplissage. Dans ce mode de réalisation, le bec de remplissage est formé par un corps 26, relié par des vis 27 à une plaque supérieure 28 solidarisée à la base du conduit d'alimentation 1. Dans le corps 26, sortménagées successivement, une chambre interne supérieure 29, cylindrique droite et une partie tronconique 30 se raccordant à la chambre basse 9, laquelle présente une paroi circulaire droite 31 servant de guidage au déplacement du premier clapet 6'. Celui-ci est maintenu centré et guidé dans la chambre 9 par des ailettes radiales 32 de façon que la collerette intérieure 17 puisse s'engager à glissement juste dans l'orifice de décharge 4. Comme dans les modes de réalisation précé-- dents, la collerette 17 est prolongée vers le haut par une partie conique divergente formant portée 11 pour coopérer avec le siège 12 adjacent à l'orifice de décharge 4. On voit mieux sur la figure 5 le bord mince biseauté 19 de la collerette l7. Dans ce mode de réalisation, le second clapet ou clapet supérieur 7', logé dans la chambre supérieure 29 a une forme tronconique convergeant vers le haut, et présente un alésage traversant 33 pour permettre le passage de la tige 25 en autorisant le corps de clapet 7' à coulisser librement sur celle-ci. La partie inférieure du corps de clapet 7' comporte une partie.bi- seautée tronconique 34 convergeant vers le bas pour coopérer avec le siège formé par l'extrémité inférieure de la paroi tronconique 30 au niveau de son raccordement avec l'alésage 31 définissant la chambre basse 9. Le premier clapet 6' comporte, à son extrémité supérieure, un prolongement cylindrique droit définissant une surface d'appui transversale 35 pour venir en butée contre la surface de butée constituée par la face transversale inférieure 36 du second clapet 7' et soulever séquentiellement celui-ci lors de son déplacement sous l'action de la tige 25 pour dégager successivement l'orifice de décharge 4 puis le passage entre les chambres supérieure et basse 9, les' éléments de clapet venant dans la position représentée en traits pointillés à la fxn de la séquence complète d'ouverture. Les becs de remplissage selon la présente invention peuvent être utilisés pour tout type de liquides allant du soluté injectable à la peinture, dans des gammes de débit variant entre 3 150 cm par seconde jusqu' 1800 cm3 par seconde, voire plus, en garantissant des séquences de reiaplissage exemptes des problèmes des déviations de jet et d'éclaboussure lors des phases de fermeture et d'ouverture.A titre indicatif les dispositifs représentés sur les figures 4 et 5 sont à lçéchelle P, soit avec des diamètres d'orifice de décharge de 14 et de 40 mm pour respectivement des faible et gros débits. Dans les becs représentés, il est prévu une course libre du clapet inférieur de l'ordre de 15 mm avant qu'il n'engage le clapet supérieur. Au lieu que celui-ci soit normalement sollicité vers sa position de fermeture sous l'effet de son propre poids et de la pression du produit en amont du bec, on peut prévoir avantageusement, comme représenté sur la figure 4, un ressort de rappel 77 comprimé entre la partie supérieure du second clapet 70 et une surface d'appui fixe, par exemple un crol- sillon 78 dans le passage du conduit 1. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limite mais est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de commande d'un bec de remplissage pour délivrer des quantités contrôlées de produit dans des récipients, comprenant l'étape de déplacer de façon commandable un premier moyen de clapet pour ouvrir, respectivement fermer, un orifice de décharge sélectivement obturé par ce premier moyen de clapet coopérant avec un premier siège dans le circuit de passage du produit, et disposé en aval d'un conduit relié à un réservoir pour le produit, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'asservir au déplacement du premier moyen de clapet un second moyen de clapet coopérant avec un second siège disposé en amont du premier moyen de clapet dans le passage pour le produit pour déplacer ce second moyen de clapet dans le meme sens que le premier moyen de clapet, en séquence avec celui-ci. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en phase d'ouverture, le premier moyen de clapet est déplacé hors du premier siège puis vient déplacer le second moyen de clapet hors du second siège. - 3 - Bec de remplissage pour délivrer des quantités con trôlées de produit dans des récipients, comprenant : un corps présentant un passage interne susceptible d'être relié à un conduit en provenance d'un réservoir pour le produit ; un premier siège formé dans ce passage interne ; un premier moyen de clapet commandable coopérant sélectivement avec le premier siège ; et des moyens pour déplacer de façon contrôlée le premier moyen de clapet entre une position de fermeture et une position d'ouverture, caractérisé en ce qu'il comporte, formé dans le corps, un second siège dans la portion de passage entre le premier siège et le conduit, et un second moyen de Clapet, monté dans le passage, normalement sollicité pour coopérer avec le second siège, des moyens étant prévus pour déplacer le second moyen de clapet vers sa position d'ouverture lorsque le premier moyen de clapet est déplacé vers sa position d'ouverture. 4 - Bec de remplissage selon la revendication 3, carac térisé en ce que le second moyen de clapet comprend une surface de butée susceptible de coopérer avec un elément solidaire mécaniquement du premier moyen de clapet lorsque celui-ci est dépla- cé de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture. 5 - Bec de remplissage selon la revendication 4, carac térisé en ce que les premier et second moyens de clapets sont coaxiaux et adjacents l'un de l'autre dans le passage, le premier moyen de clapet comprenant une partie d'extrémité dirigée vers le second moyen de clapet pour venir coopérer avec la surface de butée du second moyen de clapet lors du déplacement du premier moyen de clapet vers sa position d'ouverture. 6 - Bec de remplissage selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le passage de produit débouche à l'extrémité du corps opposee au conduit par un orifice de décharge cylindrique, le passage s'elargissant-en amont de cet orifice de décharge en une chambre interne dans lecorps pour former le premier siège du premier moyen de clapet, celui-ci étant reçu dans cette chambre interne. 7 - Bec de remplissage selon la revendication 6, carac térisé en ce que le premier moyen de clapet est guidé en translation pour se déplacer suivant l'axe de l'orifice de décharge. 8 - Bec de remplissage selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que le premier moyen de clapet présente une extrémité formant collerette annulaire de faible épaisseur, susceptible de s'engager dans l'orifice de décharge en position de fermeture, cette collerette définissant un logement en creux s'étendant vers l'intérieur dans ladite extrémité du premier moyen de clapet. 9 - Bec de remplissage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le bord d'extrémité de la collerette est biseau té. 10 - Bec de remplissage selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le premier moyen de clapet est commandé en déplacement par des moyens mécaniques. 11 - Bec de remplissage selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le premier moyen de clapet est commandé en déplacement par des moyens magnétiques. 12 - Bec de remplissage selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'au moins le second moyen de clapet est rappelé vers sa position de fermeture par gravité. 13 - Bec de remplissage selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que le second moyen de clapet est rappelé vers sa position de fermeture par un organe élastique.