Brevet FR2606767A1 — publié le 19880520

Tête de bouchage de récipients La présente invention se rapporte aux têtes de bouchage de récipients, dans des installations automatiques de conditionnement où les récipients sont successivement remplis ou reçoivent une quantité de liquide, puis au fur et à mesure sont bouchés. Elle vise parmi les têtes de bouchage de récipients, celles dans lesquelles les bouchons sont enfoncés à force dans le goulot des récipients. Les bouchons de fermeture de récipients, en général des bidons, qui sont couramment utilisés, sont en matière plastique. Pour le type de têtes de bouchage tel que celui concerné par la présente invention, ces bouchons présentent une partie annulaire extérieurement adaptée aux dimensions intérieures du goulot des bidons, qui est enfoncée à force dans le goulot. Cette partie annulaire a extérieurement des zones en relief et en creux qui permettent l'obtention d'un couple de serrage suffisant pour la fermeture satisfaisante du bidon ; elle a aussi, de part et d'autre de ces zones en relief et en creux, une collerette à sa partie inférieure évitant le retrait du bouchon une fois en place dans le goulot et un épaulement à sa partie supérieure formant butée limite d'enfoncement du bouchon dans le goulot. Dans une tête de bouchage de récipients, l'opération de bouchage de chaque récipient peut se décomposer, indépendamment du type de bouchon et donc du mode de bouchage, en étapes successives qui comportent - une étape de préhension d'un bouchon sur une chaine ou glissière de distribution unitaire de bouchons, à l'issue de laquelle le bouchon reste retenu prisonnier dans la tête de bouchage, - une étape de positionnement du bouchon au cours de laquelle le bouchon retenu dans la tête de bouchage est positionné Juste au dessus du goulot du récipient, qui va le recevoir, et - une étape de bouchage du récipient, à l'issue de laquelle le bouchon est bloqué dans le goulot du récipient en assurant une fermeture satisfaisante du récipient et la tête dégagée en libérant le bouchon. La même tête de bouchage doit avantageusement accepter des bouchons présentant entre eux une diversité dimensionnelle aussi grande que possible. Dans les têtes de bouchage telles que celles du type visé par la présente invention, où l'étape de bouchage est réalisée en enfonçant le bouchon dans le goulot du bidon, il y a lieu d'éviter tout risque d'endommagement du bidon, lui même en général en matière plastique, ou tout risque d'incident tel que- renversement du bidon plein, ou autre incident, qui entraSnerait des arrêts et des perturbations diverses non admissibles au cours du fonctionnement de l'installation générale de conditionnement. La présente invention a pour but de réaliser une tête de bouchage adaptée à des bouchons et en correspondance aux récipients et leur goulot pouvant présenter des caractéristiques dimensionnelles différentes, ayant des cadences de fonctionnement élevées et permettant de minimiser les risques d'endommagement du récipient et de perturbation y compris lorsque le goulot est légèrement décalé sur l'axe du corps du récipient. La présente invention a pour objet une tête de bouchage de récipients à l'aide d'un bouchon enfoncé à force dans le goulot du récipient, caractérisée en ce qu'il comporte - un premier corps cylindrique dit corps interne et un deuxième corps cylindrique dit corps externe monté coaxialement autour du premier, lesdits corps interne et externe définissant une chambre interne et une chambre périphérique ayant l'une et l'autre, d'un même côté, une première partie terminale fermée et reliée à une commande individuelle de mise sous pression et d'ouverture et une seconde partie terminale opposée ouverte, - un poussoir dans la chambre interne et ayant une portion terminale au moins partiellement dans la partie terminale ouverte de cette chambre, - un premier piston mobile dans le corps cylindre interne couplé audit poussoir pour lui transmettre une force nécessaire pour enfoncer le bouchon, - des moyens commandés de mise en dépression de la face terminale de la portion terminale du poussoir pour la prise et la rétention du bouchon, - un Jeu de pinces dans la seconde partie terminale ouverte de la chambre périphérique, ayant chacune une première extrémité extérieure à ladite seconde partie terminale de la chambre périphérique, une seconde extrémité opposée interne dite de guidage et une partie intermédiaire articulée sur le corps externe, - un second piston annulaire mobile entre les corps cylindriques interne et externe et définissant une rampe biaise d'appui pour chacune des secondes extrémités de guidage des pinces, actionnant lesdites pinces en serrage sur le goulot du récipient pour la prise du récipient. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation de la tête de bouchage donné à titre d'exemple et illustré dans les dessins ciannexés. Dans ces dessins - la figure 1 est une vue en coupe d'une tête de bouchage selon l'invention - les figures 2 à 7 représentent la tête de bouchage selon la figure 1, dans ses étapes essentielles de fonctionnement. Dans la figure 1, la tête de bouchage est considérée dans sa position de repos. Elle est montrée suspendue à un châssis support 1 ; elle est verticale et est en saillie sous le châssis support. Elle comporte un corps cylindrique interne 2 définissant une chambre cylindrique interne 3 dans laquelle est monté un premier piston 4, et un second corps cylindrique externe 5 entourant le premier et définissant avec lui une chambre périphérique 6 dans laquelle est monté un second piston annulaire 7. Le corps cylindrique externe 5 forme le corps de la tête de bouchage et assure la fixation de la tête sur le châssis support 1. Les deux corps cylindriques 2 à 5 sont coaxiaux. La chambre interne 3 et la chambre périphérique 6 qu'ils définissent sont fermées à leur partie supérieure, par un couvercle 8 monté sur le corps cylindrique interne pour la chambre interne et par un épaulement 9 prévu sur le corps cylindrique interne 2, pour la chambre périphérique. A l'opposé, c'est-à-dire à leur partie inférieure ces chambres sont ouvertes. Un poussoir 10 est monté dans la partie terminale inférieure de la chambre interne 3. Ce poussoir est de forme générale cylindrique, il est en partie monté sur la tige 14 du premier piston 4, pour son couplage au premier piston et déborde de la tige 14 au bas de la tête de bouchage en formant une couronne 11 au bout de la tige 14. Cette couronne porte une bague en élastomère 12 formant la face terminale du poussoir 11. A l'opposé de la couronne 11, la tige 14 du piston 4 traverse le couvercle 8 de la chambre interne 2. Un jeu de pinces 15 est monté dans la partie inférieure de la chambre périphérique 6. des pinces sont régulièrement réparties autour du corps interne. Elles sont au nombre de quatre ou peuvent être en nombre différent mais au moins égal à trois. Chacune des pinces 15 a une extrémité inférieure 16 saillante sous les corps interne et externe et dentelée intérieurement par des épaulements successifs tels que 16A, une partie intermédiaire liée par un doigt d'articulation 17 à la partie terminale du corps externe et une extrémité supérieure équipé d'un galet de guidage 18. Chaque galet de guidage 18 libre en rotation sur sa pince est monté en appui contre la surface inférieure conique 19 du piston annulaire 7. Des génératrices de la surface 19 constituent des rampes biaises pour les différents galets de guidage 18. La tige 14 du piston 4 a sur sa longueur un alésage axial 20. L'alésage 20 débouche à l'intérieur de la couronne 11 que forme le poussoir 10 en bout de la tige 14 à la partie inférieure de la tête de bouchage. A l'extérieur de la tête, à l'opposé de la couronne 11, il est mis sous vide dynamique ou est mis en échappement libre pour rendre la couronne 11 aspirante ou non. A cet effet, à la partie supérieure de la tête, l'alésage 20 est relié par une canalisation à vanne commandée à une source de dépression ou à l'extérieur, ces dispositions n'étant pas représentées. Egalement à la partie supérieure de la tête de bouchage, l'épaulement 9 présente deux perçages 21 et 22. Le perçage 21 est coudé et débouche dans la partie terminale supérieure de la chambre interne. Le perçage 22 est droit et débouche dans la partie supérieure de la chambre périphérique. Ils permettent individuellement la mise sous pression ou la mise en échappement libre des parties supérieures des chambres pour l'actionnement des pistons. Des dispositions analogues aux précédentes et non représentées sont prévues pour relier chacun des perçages 20, 21 à une source d'air comprimé ou à l'extérieur, par une canalisation équipée d'une vanne commandée. Dans cette tête de bouchage, deux joints annulaires 23 et 24, montés dans des gorges, non référencées des parois latérales internes et externes du couvercle 8, assurent une étanchéité entre le couvercle et d'une part la tige 14 du piston 4 qui le traverse et d'autre part le corps cylindrique interne sur lequel il est monté. Un troisième joint annulaire 25, monté dans une gorge périphérique-non référencée du piston 4, assure une étanchéité entre ce piston et le corps cylindrique interne. Un autre joint annulaire 26 est monté dans une gorge non référencée sur la paroi latérale extérieure de l'épaulement 9, il assure une étanchéité entre cet épaulement et le corps cylindrique extérieur. Deux autres joints 27 et 28 interne et externe sur le piston annulaire assurent une étanchéité entre ce piston et les corps cylindriques interne et externe. L'étanchéité entre la tige 14 du piston 4 et l'intérieur de la couronne 11 du poussoir 10 est assurée par un dernier joint annulaire 29 monté dans une gorge interne non référencée du poussoir, au voisinage du bout de la tige 14 du piston 4. Des dispositions supplémentaires permettent la commande convenable du poussoir 10 à partir du piston 4 par sa tige 14. A cet effet, le poussoir 10 présente un premier épaulement 30 sur sa surface extérieure délimitant la couronne 11, un deuxième épaulement 31 sur sa surface intérieure, dans sa partie haute et un troisième épaulement 32 intérieurement dans sa couronne, entre le bout de la tige 14 du piston et le joint annulaire 29. La tige 14 du piston 4 porte un circlips 33 monté dans une gorge périphérique, non référencée, sensiblement à son bout ce circlips coopère avec l'épaulement 32 ils constituent un couplage non élastique pour la remontée du poussoir avec le piston 4.Un ressort 34, dit ressort du poussoir est monté autour de la tige 14, entre le piston 4 et l'épaulement 31 ; ce ressort 34 constitue un couplage élastique entre le piston 4 et le poussoir, il sollicite le poussoir en descente avec le piston 4. En correspondance avec l'épaulement externe 30 sur le poussoir, le corps cylindrique 2 a une nervure interne 35. Cette nervure définit la limite supérieure de l'extémité terminale de la chambre 2 pour la couronne 11 du piston. Un ressort 36 dit ressort du piston 4 entourant le poussoir est monté entre cette même nervure 35 et le piston 4 ; il sollicite le piston en remontée dans la chambre 2. Des dispositions comparables permettent la commande convenable des pinces 15 à partir du piston annulaire 7. Ces pinces sont articulées sur le corps cylindrique externe 5. Chacune d'elles a, sensiblement à mihauteur, une nervure 40, semi-cylindrique sur sa face extérieure. Cette nervure est logée dans une cavité correspondante prévue dans la partie terminale inférieure du corps externe 5 et reçoit le doigt horizontal d'articulation 17 qui lie, libre en rotation, la pince au corps externe. Chacune des pinces a aussi un épaulement 41 sur sa face interne. Un ressort 42, dit ressort du piston annulaire 7 entourant le corps cylindrique interne est monté entre les épaulements 41 des pinces et la petite face inférieure du piston annulaire 7. Ce ressort sollicite le piston 7 en remontée dans la chambre périphérique, et sollicite légèrement les pinces en ouverture en particulier lorsque le piston 7 est en position haute dans sa chambre périphérique. Dans cette tête de bouchage, le poussoir 10 avec sa couronne terminale sert à prendre et à retenir un bouchon puis à venir le positionner sur le goulot du récipient et à l'enfoncer. Le jeu de pinces sert à venir agripper le goulot et prendre et retenir le récipient pendant que le bouchon est positionné sur le goulot puis enfoncé. Les étapes essentielles de l'opération de bouchage sont précisées en regard des figures 2 à 7 qui les illustrent. Dans ces figures, les éléments, tout au moins ceux concernés, sont désignés par leurs références dans la figure 1. Les différentes commandes pneumatiques des piston et leurs effets sont symbolisées par des flèches. La figure 2 illustre l'étape de préhension d'un bouchon 50 du type à enfoncer dans le goulot du bidon à fermer. En regard de cette figure 2 et pour les figures suivantes, on précise qùe le bouchon 50 présente, sur sa périphérie, une série de zones en relief 51 et de zones en creux 52 alternées, une partie inférieure formant une bague de guidage 53 à l'insertion du bouchon dans le goulot, une collerette 54 anti-retrait du bouchon une fois enfoncé dans le goulot, entre la bague de guidage et les zones 51 et 52 et un épaulement terminal 55 à sa partie supérieure formant la limite d'enfoncement du bouchon. Ce bouchon est initialement présenté sous la tête de bouchage alors au repos, par une glissière ou un dispositif assurant la distribution unitaire de bouchons qui, hors du cadre de la présente invention, est non décrit. Pour cette étape de préhension du bouchon, une mise sous pression de la partie supérieure de la chambre 3 symbolisée par la flèche 60, fait descendre le piston 4 et le poussoir 10 ainsi que montré par la flèche 61. Le ressort 36 limite la course de descente du piston de sorte que la couronne 11 en bout de la tige 14 du piston 4 a sa partie inférieure avec sa bague élastomère 12 hors du corps cylindrique interne 2 et légèrement en dessous du corps cylindrique externe 5, juste au dessus du bouchon. Simultanément, ou en léger décalage sur le début de descente du piston 4, un vide dynamique créé dans l'alésage 20, symbolisé par la flèche 63 vient plaquer le bouchon 50 contre la couronne 11. La bague terminale 12 renforce l'étanchéité entre la couronne et le bouchon pour un bon maintien du bouchon plaqué contre la bague. La figure 3 illustre l'étape de mise en réserve du bouchon qui suit celle de la figure 2. Pour cette étape de mise en réserve, le vide dynamique est maintenu dans l'alésage 20, ainsi que symbolisé par la flèche 63 précédente tandis que la partie supérieure de la chambre interne 3 est mise en échappement libre ainsi que symbolisé par la flèche 64. Dans ces conditions, le piston 4 remonte sous l'action du ressort 36 et fait remonter la couronne 11 dans la partie terminale inférieure de la chambre 3, sous l'action du circlips 33 qui l'entraine, selon la flèche 65. Cette remontée du piston 4 et de la couronne se poursuit jusqu'à ce que la couronne arrive en butée contre la nervure 35 qui définit sa limite de course en remontée. La tête de bouchage est en position de repos mais retient prisonnier le bouchon dans sa partie terminale à l'issue de cette étape. La figure 4 illustre l'étape suivante de prise du bidon à boucher. Le bidon est désigné sous la référence 56, il est montré à goulot 57 décalé de l'axe médian du bidon, avec le bord supérieur 58 du goulot légèrement retourné vers l'extérieur et formant une entrée évasée pour faciliter, au départ, l'introduction du bouchon. Ce type de bidons correspond aux bidons utilisés de manière courante. Au début de cette étape de prise du bidon, le bidon 56 est présenté sous la tête de bouchage, avec son goulot 57 venant juste au niveau des extrémités inférieures 16 des pinces 15 initialement ouvertes et sans contact avec le goulot. Un mécanisme transporteur des bidons et/ou un mécanisme de commande de l'ensemble de la tête couplé à son châssis assurent cette présentation du bidon au niveau de la tête ; ces mécanismes en tant que tels connus n'ont pas été représentés. Pour cette étape, la partie supérieure de la chambre périphérique 6 est mise sous pression ainsi que symbolisé par la flèche 66 tandis que le vide dynamique reste maintenu dans l'alésage 20. Le piston annulaire 7 descend dans la chambre 6 et, relativement, les galets 18 de guidage des pinces remontent sur la surface inférieure conique 19 de ce piston. Cet effet de remontée des galets est traduit par les flèches 67. En conséquence les pinces 15 pivotent autour de leur axe d'articulation 17 ainsi que symbolisé par les flèches 68 et leurs extrémités 16 sont actionnées en fermeture sur le goulot sous son rebord supérieur. Les faces internes dentelées 16A des extrémités 16 des pinces se serrent fermement sur le bidon alors retenu par la tête de bouchage. La figure 5 illustre l'étape de pose du bouchon sur le goulot. Cette étape est obtenue en cassant le vide dynamique dans l'alésage 20 ainsi que symbolisé par la flèche 69, soit en ouvrant l'alésage 20 sur l'atmosphère soit en y créant une légère pression. Le bouchon 5 se décolle de la bague terminale 12 de la couronne 11 du poussoir et vient reposer dans l'entrée du goulot 5, la collerette 54 du bouchon s'opposant à son introduction. Les figures 6 et 7 illustrent l'étape de bouchage, la figure 6 montrant le début de l'étape et la figure 7 la fin. Pour cette étape, une mise de la partie supérieure de la chambre interne 3 sous air comprimé, symbolisée par la flèche 60 précédente fait au départ progressivement descendre le piston 4 et le poussoir 10 selon la flèche 61 précédente. La couronne 11 du poussoir vient en appui contre le bouchon 50. Les pinces 15 restent fermement en prise sur le goulot du bidon 56. L'air comprimé est toujours injecté dans la partie supérieure la chambre 3. La pression exercée sur le piston et transmise au poussoir enfonce à force le bouchon dans le bidon. Cette pression est de l'ordre de... pour l'obtention d'une force suffisante pour forcer l'insertion de la collerette 54 et de la totalité du bouchon jusqu'à son épaulement supérieur 55. Au cours de l'étape de bouchage, ce sont les pinces 15 qui supportent essentiellement la force de réaction à cette force d'insertion et non le bidon. Le bouchon étant enfoncé, la collerette 54 du bouchon est sous le goulot et s'oppose au retrait du bouchon ainsi qu'il ressort de la figure 7. A l'issue de cette étape, les parties supérieures des chambres interne 3 et périphérique 6 sont mises en échappement libre. Les pistons 4 et 7 remontent dans leur chambre, pour la mise de la couronne 11 du poussoir 10 en position limite haute dans la partie terminale inférieure de la chambre 3 et pour l'ouverture des pinces 15. Le bidon fermé et libéré est alors évacué pour une nouvelle opération de bouchage du bidon suivant. Outre le fait que la tête de bouchage minimise tout risque d'endommagement des bidons ou d'incidents au cours de son fonctionnement, elle peut admettre des bidons de différents types présentant des goulots de caractéristiques différentes d'un type à un autre et les bouchons correspondants convenables. La présente invention a été décrite en regard de l'exemple de réalisation donné dans la figure 1. Il est évident que l'on peut y apporter des modifications de détail, tant à sa structure qu'à son mode de fonctionnement, sans sortir du cadre de cette invention. REVENDICATIONS 1/ Tête de bouchage de récipients à l'aide d'un bouchon enfoncé à force dans le goulot du récipient, caractérisée en ce qu'il comporte - un premier corps cylindrique dit corps interne (2) et un deuxième corps cylindrique dit corps externe (5) monté coaxialement autour du premier, lesdits corps interne et externe définissant une chambre interne (3) et une chambre périphérique (6) ayant l'une et l'autre, d'un même côté, une première partie terminale fermée et reliée à une commande individuelle de mise sous pression et d'ouverture et une seconde partie terminale opposée ouverte, - un poussoir (10) dans la chambre interne et ayant une portion terminale (11) au moins partiellement dans la partie terminale ouverte de cette chambre, - un premier piston (4) mobile dans le corps cylindre interne (2) couplé audit poussoir pour lui transmettre une force nécessaire pour enfoncer le bouchon, - des moyens (20) commandés de mise en dépression de la face terminale de la portion terminale (11) du poussoir pour la prise et la rétention du bouchon (50), - un jeu de pinces (15) dans la seconde partie terminale ouverte de la chambre périphérique (6), ayant chacune une première extrémité (16) extérieure à ladite seconde partie terminale de la chambre périphérique, une seconde extrémité opposée interne dite de guidage (18) et une partie intermédiaire articulée (17) sur le corps externe, - un second piston annulaire (7) mobile entre les corps cylindriques interne et externe et définissant une rampe biaise (19) d'appui pour chacune des secondes extrémités de guidage des pinces, actionnant lesdites pinces en serrage sur le goulot du récipient pour la prise du récipient. 2/ Tête de bouchage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier piston (4) est couplé au poussoir (10) par sa tige de piston (14), et que ladite tige (14) présente un alésage axial (20) débouchant dans ladite portion terminale (11) du poussoir (10), ouverte sur l'extérieur de ladite tête de bouchage et formant une couronne en bout de ladite tige, ledit alésage appartenant aux moyens commandés de mise en dépression. 3/ Tête de bouchage selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une butée (35) sur la paroi interne dudit premier corps interne (2) définissant une position limite pour ladite couronne (11) du poussoir (10) dans ladite partie terminale ouverte de la chambre interne. 4/ Tête de bouchage selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le premier piston (4) est couplé au poussoir (10) par des premiers moyens non élastiques (33, 32) entre ladite tige (14) de piston et ledit poussoir et des seconds moyens élastiques (34) entre ledit premier piston et le poussoir, selon le sens du déplacement dudit premier piston dans la chambre interne. 5/ Tête de bouchage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ladite couronne (11) porte une bague en élastomère (12) sur sa face terminale. 6/ Tête de bouchage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit second piston (7) est de surface latérale conique dont les génératrices définissent les rampes de guidage (19) des secondes extrémités des pinces à galets terminaux (18). 7/ Tête de bouchage selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites pinces (15) présentent une nervure (40) sur leur face externe, dans leur partie intermédiaire, traversée par un doigt d'articulation (17) les liant au corps externe (5) et ont un couplage élastique (42), dit ressort de piston annulaire, entre elles et ledit second piston sollicitant leurs premières extrémités en ouverture.