Brevet FR2687392A1 — publié le 19930820

Procédé et dispositif de remplissage à niveau constant et à débit rapide de récipients, notamment souples, avec un liquide. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de remplissage à niveau constant de récipient et notamment de bouteilles souples avec un liquide qui s'écoule par gravité à travers tout mécanisme de type soupape connu, et depuis une chambre de remplissage pouvant être en dépression. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication de machines pour le remplissage de récipients, dans lesquelles la présentation manuelle ou automatique du récipient sous les têtes de remplissage s'effectue en même temps que le déclenchement d'un mécanisme quelconque permettant, d'une part, au liquide de s'écouler dans le récipient depuis une chambre de remplissage et, d'autre part, à l'air contenu dans le récipient d'être évacué de celui-ci. On connaît en effet de nombreuses machines de remplissage de récipients, en particulier de bouteilles et qui sont en général automatiques. Un carrousel tournant est chargé de bouteilles vides qui sont présentées alors une à une à des têtes de remplissage situées audes sus et suivant un mouvement vertical provoqué par exemple par des changements de profil de la couronne du carrousel et sur laquelle des pistons portant lesdites bouteilles ou des têtes de remplissage montent et descendent avec la rotation. Le mouvement vertical relatif des bouteilles permet alors, d'une manière connue, l'appui du goulot de celle-ci contre la tête de remplissage et la mise en mouvement de certaines pièces de celles-ci, qui commandent alors l'écoulement du liquide et l'évacuation de l'air pour le remplissage dudit liquide jusqutà un certain niveau déterminé. Divers procédés et systèmes ont été développés et réalisés dont certains ont fait du reste l'objet de brevets, pour améliorer en particulier l'efficacité des têtes de remplissage. On peut citer par exemple, le brevet 71/45.737 déposé le 20 Décembre 1971 par la Société FARROW AND JACKSON Ltd sous priorité d'un brevet anglais et intitulé "Perfectionnements apportés à des appareils pour le remplissage de récipients avec un liquide", lesquels perfectionnements portent sur des mécanismes à soupape et à manchon mobile. Un autre brevet 69/26.351, déposé le 31 Juillet 1969 par la société allemande VEB BEHALTER-UND MASCHINENBAU MITTWEIDA, s'intitule "Organe de soutirage sans tuyau de remplissage pour machine de mise en bouteille de liquide", et décrit une tête de remplissage connue et telle que décrite ci-dessus, mais avec une surface d'appui de la bouteille en matière déformable. On note également le brevet 86/15.403 déposé le 5 Novembre 1986 par la société MAPCO sous le titre : "Tête de remplissage pour machine de remplissage de bouteille et machine de remplissage équipée de telles têtes de remplissage", et qui revendique un système équipé de valve commandé par des signaux émis par des moyens de détection. En plus de ces dispositifs brevetés, divers fabricants tels que la société STORK en HOLLANDE ou GIRONDINE et BERTRAND en FRANCE, proposent et fabriquent diverses machines de remplissage équipées de diverses têtes suivant la description générale faite ci-dessus. Sur de plus en plus de machines, pour éviter, d'une part les pertes et écoulements de liquide Montre deux remplissages de bouteilles sur la même tête et, d'autre part, évacuer l'air et le trop plein éventuel plus rapidement, les têtes de remplissage sont, de plus reliées à une chambre de stockage à dépression par un conduit de retour d'air qui pénètre dans la bouteille jusqu'au niveau de remplissage du liquide voulu. Le liquide réaspiré rejoint alors le liquide prêt à s'écouler par gravité dans la bouteille suivante. Ce procédé très intéressant pour le rendement des machines présente cependant quelques inconvénients, surtout quand il s'agit de récipients en matière souple. En effet, si la dépression que l'on crée alors dans le récipient quand celui-ci s'appuie sur la tête de remplissage est trop forte, on fait collapser les parois souples dudit récipient; par ailleurs, si l'on diminue trop cette dépression pour éviter ce phénomène, d'une part, on risque de ne plus aspirer correctement les écoulements de liquide entre deux remplissages de bouteilles, ce qui est gênant si le liquide est précieux, polluant ou huileux et, d'autre part, on ralentit la cadence possible de remplissage car si le liquide s'écoulant par gravité n'est pas trop influencé par une faible dépression, l'air par contre est aspiré plus lentement et freine l'arrivée du liquide. Le problème posé est de pouvoir remplir à niveau constant et à débit rapide des récipients, notamment souples, avec un liquide en provenance d'une chambre de stockage en dépression en préservant l'intégrité des parois des récipients. Une solution au problème posé est un procédé de remplissage à niveau constant de récipients, notamment souples, avec un liquide à partir d'une machine de remplissage comportant au moins une tête de remplissage à dépression de tout type connu, équipée d'au moins deux tubes pouvant pénétrer simultanément dans lesdits récipients, l'un de ces tubes dit d'aspiration de l'air ayant son extrémité inférieure toujours ouverte et à la hauteur correspondant au niveau final de liquide voulue dans les récipients, et un autre de ces tubes, dit d'écoulement du liquide, ayant au moins son extrémité inférieure fermée par tout système de type soupape ou clapet s'ouvrant quand un récipient se présente contre ladite tête; lequel procédé suivant l'invention est tel que - on relie l'extrémité supérieure dudit tube d'aspiration de l'air à une chambre où l'on maintient une pression d'air donnée inférieure à la pression ambiante et isolée de la chambre de stockage et de remplissage du liquide; - on maintient dans ladite chambre de stockage et de remplissage du liquide une pression supérieure à celle de la chambre d'aspiration et au plus, égale à la pression ambiante. Une autre solution au problème posé est un dispositif remplissage à niveau constant de récipients notamment souples, avec un liquide comportant une tête de remplissage à dépression de tout type connu, équipée d'au moins deux tubes pouvant pénétrer simultanément dans lesdits récipients, l'un de ces tubes dit d'aspiration de l'air ayant son extrémité inférieure toujours ouverte et à la hauteur correspondant au niveau final de liquide voulu dans le récipient, et un autre de ces tubes dit d'écoulement du liquide, ayant au moins son extrémité inférieure fermée par tout système de type soupape ou clapet s'ouvrant quand un récipient se présente contre ladite tête; lequel dispositif suivant l'invention est tel que l'extrémité supérieure dudit tube d'aspiration de l'air est relié à une chambre isolée de la chambre de stockage et de remplissage du liquide et maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante et ladite chambre de remplissage est maintenue à une pression supérieure à celle de la chambre d'aspiration et au plus égale à la pression ambiante. Le résultat est un nouveau procédé et dispositif de remplissage à niveau constant et à débit rapide de récipients, notamment souples, avec un liquide. Les avantages d'un tel procédé et dispositif sont en particulier et essentiellement pour l'augmentation du débit de remplissage desdits récipients. En effet, on a pu mesurer et monter sur une machine existante connue dans le domaine du remplissage de bouteilles d'huile en matériau de type P.E.T. ou polyéthylène souple, que cette machine dans son mode de fonctionnement normal tel que le fabricant la propose avec ses têtes de remplissage et son système à dépression connus, ne pouvait assurer qu'un rendement de l'ordre de 17.000 bouteilles d'un litre à l'heure, avec un temps de remplissage de 11 secondes par bouteille, alors que sur des bouteilles rigides, elle peut assurer un rendement de 19.000 bouteilles environ. Avec des têtes de remplissage équipées suivant le procédé et le dispositif de la présente invention, la même machine peut assurer un rendement d'au moins 35.000 bouteilles d'un litre à l'heure, la présente invention permettant de réduire le temps de remplissage d'une bouteille à trois secondes environ. La réalisation du dispositif suivant l'invention étant d'un prix de revient assez faible, soit moins de 10% du prix des machines et pouvant s'adapter pratiquement à toutes les machines connues est tout à fait intéressant pour tous les utilisateurs de celles-ci, qui, avec quelques modifications peuvent voir doubler leur rendement. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation du dispositif suivant l'invention, qui est donné à titre d'illustration, mais d'autres réalisations peuvent être envisagées. La figure 1 représente un schéma de réalisation du procédé suivant 1' invention. La figure 2 représente une coupe d' un exemple de réalisation du dispositif suivant l'invention monté sur une tête de remplissage connue. La figure 1 représente un schéma de réalisation du procédé de remplissage d'un récipient par un liquide 2. Ledit récipient est présenté, d'une manière connue, par exemple sur un support 3 faisant partie d'un ensemble type carrousel, et qui permet de faire monter ledit récipient 1 jusqu'à ce que son ouverture 4 rentre en contact sur tout son périmètre avec une surface 5 d'appui de la tête de remplissage et soulève alors certaines pièces de celleci. Le récipient 1 est ainsi fermé et isolé du milieu ambiant et un tube 6 d'aspiration de l'air, met le volume ainsi constitué en dépression par rapport à la pression ambiante : pour cela, le tube d'aspiration est relié à une chambre d'aspiration 7, dans laquelle, grâce à une pompe à vide 8, on maintient dans un mode préférentiel de réalisation, la pression à une valeur d'environ 50 millibars, en dessous de la pression ambiante. L'extrémité inférieure 10 du tube 6 d'aspiration plonge à l'intérieur du récipient 1 jusqu a une hauteur correspondant au niveau A final voulu du liquide dans ledit récipient. En effet, quand le liquide 2 atteint ce niveau, tout surplus sera aspiré par le tube 6 vers la chambre d'aspiration, à condition bien sûr que d'une manière connue la hauteur H entre ce niveau A et la partie la plus haute du tube 1 soient bien inférieures à la valeur de la colonne du liquide 2 correspondant à la valeur de la dépression maintenue dans la chambre d'aspiration 7. Un autre tube 9 dit d'écoulement du liquide a son extrémité inférieure 11 à toute hauteur dans le récipient, mais dans un mode préférentiel de réalisation, les tubes 6 et 9 sont réunis comme par exemple tel que décrit dans la figure 2 et leurs extrémités sont très proches l'une de l'autre, ceci afin de limiter les pertes d' écoulements de liquide entre deux remplissages de récipients. Ladite extrémité inférieur i1 et même éventuellement son extrémité supérieure 17, est maintenue fermée en l'absence de récipient 1, par tout système 12 connu de type soupape ou clapet, relié à un dispositif 13 de type à ressorts, ou par une membrane déformable permettant de supprimer alors le tube d'écoulement, lesquels dispositifs 13 et systèmes 12 sont solidaires de la surface d'appui 5 et sont donc mis en mouvement par le déplacement vertical du récipient 1. L'extrémité inférieure 11 est alors ouverte et le liquide 2 en provenance de la chambre de stockage et de remplissage 14 s'écoule par gravité dans le récipient 1. Cette chambre 14 est elle-même remplie de liquide au fur et à mesure des besoins par tout système d'amenée 15; on maintient dans cette chambre une pression supérieure à celle de la chambre d'aspiration 7 : cette pression peut être la pression ambiante mais, pour limiter l'écoulement du liquide en cas de fuite ou au moment et après la fermeture du système 12, cette pression est préférentiellement plus faible que la pression ambiante, sans qu'elle gêne l'écoulement du liquide en position ouverte et est choisie dans un mode de réalisation telle que le différentiel de pression entre les deux dites chambres 14 et 7 est maintenu entre 30 et 60 millibars. Cette dépression est assurée par tout système de type pompe à vide 16. Un troisième tube 19 débouchant au-dessus du niveau du liquide de la chambre 14 tel que représenté dans la figure 2, peut être rajouté à l'intérieur du tube s jusqu'au voisinage de l'extrémité inférieure de ce dernier : ce tube permet de réaspirer une partie du liquide au voisinage de l'extrémité inférieure et limite encore plus les risques d'écoulement entre deux remplissages, ladite chambre de remplissage étant alors obligatoirement maintenue à une pression strictement inférieure à la pression ambiante et supérieure à celle de la chambre d'aspiration tel que décrit ci-dessus. Le liquide aspiré également dans la chambre d'aspiration 7 et se trouvant alors à une pression inférieure à celle de la chambre de remplissage 14 peut être recyclé par une pompe 18 qui compense ladite différence de pression entre les deux chambres et qui réinjecte ledit liquide dans celle de remplissage 14. La chambre 14 peut être placée en atmosphère neutre ou stérile afin de permettre le remplissage d'un liquide sensible au contact de l'air. Dans ce cas, le tube 19 doit déboucher, soit dans la chambre 7, soit dans une autre chambre de dépression plus faible que celle de cette chambre 7, dans le cas de remplissage d'un récipient pouvant collapser. Le recyclage peut alors se faire avec une filtration stérilisante, car le liquide réaspiré est entré en contact avec l'air de la bouteille. L'ensemble des éléments de tube d'aspiration 6, d'écoulement 9, de système de fermeture 12 et 13, d'appui 5 et de toutes pièces associées, constitue ce qu'on appelle la tête de remplissage. La figure 2 représente une coupe d'un exemple de réalisation du dispositif suivant l'invention, monté sur une tête de remplissage connue pour des bouteilles et disposant des éléments décrits dans la figure 1. Dans ce mode de réalisation particulier et , le tube d'écoulement 9 a un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du goulot de la bouteille à remplir qui vient s'enfiler jusqu a s' appuyer contre l'appui 5 qui fait étanchéité. Le tube 9 est lui-même mobile verticalement par rapport aux autres tubes, se déplace vers le haut avec la bouteille, dégage une ouverture entre lui-même et le clapet inférieur 12, qui permet alors au liquide de s'écouler depuis la chambre de remplissage 14, et comprime un ressort 13 qui le repousse ensuite vers le bas pour le refermer sur le clapet 12 quand la bouteille est dégagée de la tête de remplissage. Ce tube 9 est guidé dans une chemise 20 qui maintient également le ressort 13 et qui est solidaire du fond de la chambre de remplissage 14; l'étanchéité entre le tube 9 et ladite chambre est assurée par un soufflet 21. Le tube d'aspiration 6 fixe et solidaire des chambres d'aspiration 7 et de remplissage 14 est situé d'une manière connue dans l'axe du tube 9, lui est donc concentrique et porte à son extrémité inférieure 10, toujours ouverte, le clapet 12 de fermeture du tube 9. Un autre tube 19 interne au tube d'écoulement 9, communique avec le circuit liquide à l'extrémité inférieure de celui-ci et débouche au-dessus du liquide de la chambre de remplissage 14. I1 permet d'aspirer ledit liquide au voisinage du clapet 12 et, quand celui-ci est fermé, limite et même arrête complètement toute fuite résiduelle, grâce à une dépression faible dans la chambre 14 assurée par un circuit à vide 16 à débit suffisant. Ce système est nécessaire et connu pour éviter l'écoulement du liquide entre deux remplissages, mais la dépression ne peut pas être trop forte sans risquer de collapser les bouteilles en matériau souple. Comme déjà indiqué dans la description de la figure 1, si la chambre 14 est placée en atmosphère neutre stérile pour des applications particulières, le tube 19 débouche alors dans la chambre 7 ou dans une troisième chambre non représentée ici, en dépression plus faible que cette chambre 7, si le récipient à remplir risque de collapser. Ce tube d'aspiration 9 est relié à la chambre 7 située éventuellement au-dessus de la chambre 14, isolée et maintenue à une pression plus faible que celle-ci par un circuit à vide 8. Le liquide aspiré par ce tube 8 peut être récupéré par un circuit de pompage 18 qui compense la différence de pression entre les deux chambres et réinjecte ce liquide à récupérer avec le liquide d'alimentation 15 principal dans la chambre 14. En cas d'applications nécessitant une atmosphère stérile, le recyclage depuis cette chambre 7 et de la troisième chambre où débouche éventuellement le tube 19, comme décrit ci-dessus, se fait avec une filtration stérilisante. Avec la tête de remplissage telle que décrite dans cette figure 2, et en prenant des valeurs de pression dans ladite chambre conformes à celles données dans la description de la figure 1, soit 50 millibars au-dessous de la pression ambiante dans la chambre d'aspiration 7 et 20 à 30 millibars en dessous de la pression ambiante dans la chambre de remplissage 14, d'une part on évite le collapsage des bouteilles souples et, d'autre part, on augmente le débit de remplissage desdites bouteilles qui sont remplies à raison de trois secondes environ par bouteille d'un litre. Ce résultat est assez inattendu et a été vérifié car il n'était pas évident du fait de la dépression importante de l'aspiration de ne pas provoquer quand même le collapsage. Ceci provient sans doute de la répercussion de la dépression de la chambre d'aspiration essentiellement sur l'augmentation du débit du liquide, qui est aspiré alors puisqu a une pression plus élevée, à une vitesse supérieure à la déformation des parois des bouteilles qui ne subissent donc pas directement cette dépression d'aspiration. Ceci nécessite cependant des diamètres de tubes 6 et 9 et des débits correspondant convenablement dimensionnés par un homme du métier en fonction des dépressions choisies ou réciproquement. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et peut s'adapter à d'autres têtes de remplissage. REVENDICATIONS 1. Procédé de remplissage à niveau constant de récipients, notamment souples, avec un liquide à partir d'une machine de remplissage , comportant au moins une tête de remplissage à dépression de tout type connu, équipée d'au moins deux tubes pouvant pénétrer simultanément dans lesdits récipients, l'un de ces tubes (6) dit d'aspiration de l'air ayant son extrémité inférieure (10) toujours ouverte et à la hauteur correspondant au niveau final de liquide (2) voulue dans les récipients (1), et un autre de ces tubes (9), dit d'écoulement du liquide, ayant au moins son extrémité inférieure (11) fermée par tout système (12) de type soupape ou clapet s'ouvrant quand un récipient se présente contre ladite tête, caractérisé en ce que - on relie l'extrémité supérieure dudit tube d'aspiration (6) de l'air à une chambre (7) où l'on maintient une pression d'air donnée inférieure à la pression ambiante et isolée de la chambre (14) de stockage et de remplissage du liquide; - on maintient dans ladite chambre (14) de stockage et de remplissage une pression supérieure à celle de la chambre d'aspiration (7) et au plus, égale à la pression ambiante. 2. Procédé de remplissage à niveau constant de récipients suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recycle le liquide aspiré dans la chambre (7) d'aspiration par une pompe (18) qui compense la différence de pression entre ladite chambre (7) et celle de remplissage (14) et qui réinjecte ledit liquide dans cette dernière. 3. Procédé de remplissage à niveau constant de récipients suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on maintient un différentiel de pression entre les deux dites chambres (7 et 14) à une valeur comprise entre 30 et 60 millibars. 4. Procédé de remplissage à niveau constant de récipients suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on maintient la pression dans la chambre (7) d'aspiration de l'air à une valeur d'environ 50 millibars en dessous de la pression ambiante. 5. Dispositif de remplissage à niveau constant de récipients notamment souples, avec un liquide comportant une tête de remplissage à dépression de tout type connu, équipée d'au moins deux tubes pouvant pénétrer simultanément dans lesdits récipients, l'un de ces tubes (6) dit d'aspiration de l'air ayant son extrémité inférieure (10) toujours ouverte et à la hauteur correspondant au niveau final de liquide (2) voulu dans le récipient (1), et un autre de ces tubes (9) dit d'écoulement du liquide, ayant au moins son extrémité inférieure (11) fermée par tout système (12) de type soupape ou clapet s'ouvrant quand un récipient se présente contre ladite tête, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure dudit tube (6) d'aspiration de l'air est relié à une chambre (7) isolée de la chambre (14) de stockage et de remplissage du liquide et maintenue à une pression inferieure à la pression ambiante et ladite chambre (14) de remplissage est maintenue à une pression supérieure à celle de la chambre d'aspiration (7) et au plus égale à la pression ambiante. 6. Dispositif de remplissage à niveau constant suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe (18) de recyclage du liquide aspiré dans la chambre (7) d'aspiration, laquelle pompe compense la différence de pression entre lesdites chambres (7 et 14) et réinjecte ledit liquide dans la chambre de remplissage (14). 7. Dispositif de remplissage à niveau constant suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième tube (19) débouchant soit au-dessus du niveau du liquide stocké dans la chambre (14) de remplissage, soit dans ladite chambre 7 d'aspiration, soit dans une troisième chambre en dépression plus faible que celle de la chambre 7, et placé à l'intérieur du tube (9) d'écoulement du liquide jusqu' au voisinage de l'extrémité (11) inférieure de ce dernier, la chambre dans laquelle débouche ledit tube 19 étant maintenue à une pression strictement inférieure à la pression ambiante 8. Dispositif de remplissage à niveau constant suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il est monté sur une tête connue de remplissage de bouteilles (1) dans laquelle les tubes d'aspiration (6) et d'écoulement (9) du liquide sont concentriques, le tube d'écoulement (9) étant mobile verticalement par rapport aux autres tubes de diamètre plus grand que le tube (6) d'aspiration et de diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du goulot desdites bouteilles à remplir.