Brevet FR2793213A1 — publié le 20001110

L'invention concerne une installation de ma- chines pour remplir des récipients avec une matière de' remplissage, comprenant des dispositifs pour amener des récipients vides à remplir, des dispositifs pour stériliser les récipients à remplir, des dispositifs pour remplir les récipients, des dispositifs pour fermer les récipients remplis, ainsi que des dispositifs pour évacuer les récipients fermés. Il existe actuellement deux types d'installa- tions de ce genre, qui se distinguent en particulier par leur géométrie, à savoir les installations de remplissage dites linéaires et les installations de remplissage dites circulaires. Dans le cas des installations linéaires, pour lesquelles on peut citer comme exemple celle décrite dans le document DE 44 08 301 Ai, les récipients à remplir traversent en ligne droite l'installation de machines, dans laquelle les différentes étapes du processus sont exécutées dans des stations successives. Une installation de remplissage linéaire est généralement concue pour des capacités relativement petites et pourvue de dispositifs par lesquels un nombre déterminé de récipients, six par exemple, sont remplis simultanément. Les six récipients se trouvent à tout moment à la même position de cycle du processus. Ils sont introduits en même temps et également éjectés en même temps. L'installation fonctionne de façon discontinue, dans cet exemple avec des groupes de six récipients. La classe de capacité typique d'une installation de remplissage linéaire est de l'ordre de 6000 à 12000 récipients par heure. On peut prévoir plusieurs installations de machines, lesquelles fonctionnent alors en parallèle en étant éventuellement couplées entre elles. Au cas o une machine fonctionnant en continu est prévue en amont, une machine à laver les récipients par exemple, une zone d'accumulation est nécessaire. 0 Dans le cas des installations de remplissage circulaires, pour lesquelles on peut citer comme exemple celle décrite dans le document DE 197 19 911 Ai, les récipients à remplir tournent en cercle sur un carrousel. Le cercle est divisé en secteurs dans lesquels des étapes déterminées du processus sont exécutées. Les stations, montées à la périphérie du système tournant, se déplacent l'une après l'autre à travers les différents secteurs. Les étapes du processus sont ainsi exécutées les unes après les autres. A un moment déterminé, l'état de chaque station est fixé par le secteur dans lequel la station se trouve à ce moment. Les installations de remplissage circulaires sont construites pour n'importe quel domaine de capacité. Dans le domaine des grandes capacités, de 20.000 jusqu'à 30.000 bouteilles sont remplies à l'heure par exemple et la cadence horaire atteint jusqu'à 120.000 dans le cas des boîtes de boisson. Le fonctionnement est continu. Aussi bien dans le cas de l'installation de remplissage linéaire que dans celui de l'installation de remplissage circulaire, on prévoit pour chaque étape de processus une station coordonnée ou même une machine spécialement chargée de l'étape concernée, comme par exemple un stérilisateur, une machine à remplir et une machine à fermer. Pour les installations de remplissage circulaires, il faut en plus des tourniquets d'entrée et de sortie. Une conséquence inéluctable est que toute l'installation doit s'arrêter lorsqu'une seule machine tombe en panne. Le but de l'invention est d'éviter l'inconvé- nient mentionné en dernier et de créer une installation de machines pour remplir des récipients qui, d'une part, offre une liberté aussi grande que possible en ce qui concerne les performances ou la capacité à installer et qui, d'autre part, soit remarquable par une sûreté de fonctionnement particulièrement grande, ce qui implique notamment que la défaillance d'une machine ne rende pas toute l'installation inopérante. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que les dispositifs pour stériliser, les dispositifs pour remplir et les dispositifs pour fermer les récipients sont agencés ensemble dans une station qui est indépendante, pour ce qui concerne l'entraînement, des dispositifs pour amener et des dispositifs pour évacuer les récipients. La stérilisation, le remplissage et la ferme- ture s'effectuent donc ensemble dans une seule station. Celle-ci possède tous les dispositifs nécessaires aux opérations mentionnées. Une telle station avec les élé- ments fonctionnels requis, à savoir le stérilisateur, l'appareil de remplissage, l'appareil de fermeture et en particulier aussi les dispositifs d'amenée et d'éjection, forme alors un module pour le remplissage à froid aseptique. En raison de l'autarcie des modules, en combinaison avec leur coupure hermétique de l'environnement, une telle installation de machines pose des exigences nettement moindres à l'environnement de production que les types d'installations mentionnés au début. Selon un développement de l'invention, le coeur de chaque station est un réacteur de stérilisation au plasma, auquel sont coordonnés des dispositifs pour remplir et fermer les récipients. Il s'agit donc, à la différence de tels dispositifs dans les installations connues, de stations multifonctionnelles. Pour l'adaptation aux capacités requises de l'installation, une pluralité de stations, fonctionnant de préférence toutes indépendamment les unes des autres, peuvent être prévues parallèles entre elles. Tout nombre désiré de stations peut être monté. Chaque station va se chercher, entièrement selon les désirs, un récipient, le stérilise, le remplit et le ferme puis l'éjecte de nouveau. Beaucoup de telles stations peuvent être actives simultanément. Il suffit d'assurer une capacité d'alimentation et de réception suffisante de récipients. La prévision du nombre adéquat de modules de même construction permet de réaliser toute classe de capacité. Une installation existante peut être développée de manière simple en sa rapacité par la mise en place de modules supplémentaires. De même, une installation de grande capacité peut être divisée au besoin en deux installations de capacité moyenne. Une nouvelle installation pourrait être conçue avec la flexibilité requise pour permettre des adaptations de capacité en peu de temps. La sûreté de fonctionnement d'une telle installation est optimale puisque, en cas de perturbation dans le fonctionnement d'une station ou de sa défaillance complète, les stations restantes continuent à fonctionner sans être affectées. Même la maintenance ne perturberait pas le service si les différents modules sont entretenus à tour de rôle. Egalement en cas de changement de format des récipients, la partie non encore transformée de l'installation peut continuer à produire. A l'inverse, la production avec un nouveau format peut déjà commencer alors que l'installation n'est pas encore transformée en totalité. Même si, en présence d'un grand nombre de stations, celles-ci fonctionnent de préférence de façon autonome, il peut néanmoins être avantageux, surtout si les capacités sont relativement petites, de raccorder plusieurs stations à un dispositif de commande commun et de les faire fonctionner de façon coordonnée. Il est possible par exemple d'utiliser un générateur à haute fréquence, nécessaire pour le réacteur de stérilisation au plasma, collectivement pour plusieurs stations, de manière que les différents générateurs à haute fréquence aient des durées d'enclenchement aussi longues que possible et possèdent de ce fait des taux d'utilisation optimaux. Il en va de même pour une système d'évacuation (de mise sous vide des récipients) puisque les réacteurs de stérilisation au plasma sont raccordés généralement à un dispositif pour faire le vide. Selon un autre développement de l'invention, un branchement d'introduction, relié aux dispositifs d'amenée de récipients, et un branchement de délivrance, relié aux dispositifs d'évacuation de récipients, sont coordonnés à chaque station. Les dispositifs d'amenée de récipients servent alors en même temps de zones d'accumulation. Un dispositif d'introduction et un dispositif d'éjection de la station représentent respectivement les liaisons avec le branchement d'introduction et le branchement de délivrance. Il est opportun que des dispositifs communs de l'installation soient coordonnés aux stations. De ces dispositifs communs font partie, par exemple, les canalisations distributrices pour l'alimentation des réacteurs de stérilisation au plasma en gaz de processus ou de travail ou en gaz stérile, de même que les dispositifs pour évacuer (créer le vide dans les récipients) ou des canalisations à air comprimé pour l'actionnement de soupapes et de commandes pneumatiques. Pour mouvoir des éléments d'entraînement des différentes stations, on peut prévoir un arbre d'entrainement central qui actionne un mécanisme interne de chaque module. Les différentes stations restent néanmoins entièrement indépendantes, quant à l'entraînement, puisque les divers mécanismes sont accouplables et désaccouplables individuellement de l'arbre d'entraînement. La commande de l'installation s'effectue à deux niveaux hiérarchiques. Chaque station possède une commande qui lui est propre et qui garantit le déroulement local du processus. Les commandes des différentes stations communiquent elles-mêmes avec le dispositif de commande commun déjà mentionné, lequel assure, par exemple, lorsqu'une demande en ce sens lui est adressée par une station, que. celle-ci soit connectée sans délai à un générateur à haute fréquence disponible afin que la phase plasma soit démarrée. Après la fin de la phase plasma, le dispositif de commande commun met le générateur à haute fréquence, devenu libre, à la disposition d'une autre station. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue de dessus d'une installation de machines pour remplir des récipients avec une matière de remplissage; et - la figure 2 est une coupe axiale d'un réac- teur de stérilisation au plasme ensemble avec des dispositifs coordonnés pour remplir et fermer un récipient. Dans l'installation selon la figure 1, on a représenté trois stations 1, 2 et 3. Elle peut, bien entendu, comporter un grand nombre d'autres stations de ce type. Le choix du nombre approprié de stations 1, 2 et 3 permet de réaliser toute classe de capacité désirée. Les stations 1, 2 et 3 assurent chacune - comme décrit plus en détail par la suite en référence à la figure 2 plusieurs fonctions, servant en particulier à la stérilisation, au remplissage et à la fermeture de récipients 4. Les différentes stations 1, 2 et 3 sont totalement indépendantes en ce qui concerne l'entraînement. Elles contiennent chacune, en particulier, un réacteur de stérilisation au plasma 5 qui sera décrit en détail par la suite en référence à la figure 2. Outre les dispositifs indiqués, chacune des stations 1, 2 et 3 possède en plus un dispositif d'introduction 6 pour les récipients 4 à traiter, ainsi qu'un dispositif d'éjection 7 pour les récipients finis (remplis et fermés) 12. Chacune des stations 1, 2 et 3 forme donc, ensemble avec les dispositifs pour stérili- ser, remplir et fermer les récipients, ainsi qu'avec le dispositif d'introduction 6 et le dispositif d'éjection 7, un module pour un remplissage à froid aseptique. Des dispositifs 8 pour l'amenée de récipients 4 à remplir passent dans la direction d'alimentation A devant les stations 1, 2 et 3 ainsi que devant d'autres stations, non représentées. Ces dispositifs 8 servent en même temps de zone d'accumulation, à partir de laquelle les différentes stations 1, 2 et 3 prélèvent chaque fois, selon les besoins, un récipient 4. Des dispositifs 9 pour évacuer des récipients remplis et fermés, désignés par 12, passent dans la di- rection d'évacuation B devant les différentes stations 1, 2 et 3. Des récipients vides 4 sont amenés aux dispositifs d'introduction 6 respectifs des différentes stations 1, 2 et 3 par un branchement d'introduction 10. Après le remplissage et la fermeture, les récipients finis 12 parviennent ensuite par un branchement de délivrance 11 sur les dispositifs d'évacuation 9. Il est nécessaire de permettre l'élimination éventuelle de récipients remplis et fermés 12 si des défauts se produisent dans le processus. Il est nécessaire à cet effet, soit que chacune des stations 1, 2, 3 possède un dispositif qui lui est propre pour éliminer des récipients 12 défectueux et qui doit être- commandé au niveau local, soit que les récipients 12 défectueux soient marqués, de sorte qu'ils peuvent être éliminés par le dispositif de commande commun 17. La figure 1 montre en plus des dispositifs communs 13, 14 et 15 de l'installation. Il peut s'agir, comme décrit par la suite, de canalisations distribu- trices pour l'alimentation des réacteurs de stérilisation au plasma 5 en gaz de travail et en gaz stérile, de même que d'autres canalisations et de dispositifs semblables. Il est avantageux que les différentes stations 1, 2 et 3 soient également raccordés à une pompe à vide 16 commune. Il en va de même pour une conduite d'amenée de matière de rem- plissage. Les différents dispositifs 13, 14 et 15 com- muns de l'installation peuvent être actionnés à partir de la station autonome 1, 2 ou 3 concernée par des soupapes associées. Surtout s'il s'agit d'installations relative- ment petites, on peut éventuellement coordonner aux différentes stations 1, 2 et 3 un dispositif de commande commun 17 pour coordonner le déroulement du processus. On peut ainsi optimiser les taux d'utilisation de dispositifs qui, sinon, ne seraient pas exploités au maximum. Ceci est vrai en particulier pour des générateurs à haute fréquence, lesquels sont coordonnés - comme décrit par la suite en référence à la figure 2 - aux réacteurs de stérilisation au plasma 5. Une installation à stations 1, 2 et 3 autonomes selon l'invention offre une sûreté fonctionnelle maximale car si une perturbation du fonctionnement se produit sur un module ou si un module tombe complètement en panne, la partie restante de l'installation continue à fonctionner sans être affectée. De plus, comme déjà mentionné, un éventuel changement de format des récipients 4 devient' réalisable avec une grande souplesse. Enfin, il suffit d'isoler les différentes stations 1, 2 et 3 hermétique- ment de l'environnement, tandis que tous les autres dispositifs peuvent se dispenser de satisfaire à des exigences sévères. La figure 2 représente essentiellement les dispositifs de stérilisation 18 d'une station 1, 2 ou 3. Ils servent à stériliser les récipients 4 au moyen d'un plasma basse pression, donc à basses températures. Il s'agit en particulier de rendre stériles les surfaces intérieures 19 des récipients 4. Pour ce qui concerne les surfaces extérieures, il suffit par contre de stériliser uniquement celles se trouvant dans la zone d'un orifice de remplissage 20. Pour la stérilisation, un récipient 4 est placé dans un réacteur 5 pouvant être évacué au moyen d'une pompe à vide 16 qui y est raccordée par un tuyau d'aspiration 21 débouchant dans la zone de l'orifice de remplissage du récipient 4, lequel est évacué en même temps. Cette station 1, 2 ou 3 traite seulement un récipient 4 à chaque fois. Pour générer le plasma, on a prévu deux élec- trodes 23 et 24 disposées coaxialement l'une par rapport à l'autre et isolées entre elles, dont l'une 23 est réalisée comme électrode externe et l'autre 24 comme électrode interne. L'électrode externe 23 est connectée à la terre et conformée pour constituer une chambre recevant lors du fonctionnement un récipient 4 en l'entourant étroitement par une paroi. Un vide peut ainsi être créé à la fois à l'intérieur du récipient 4 et à l'extérieur de celui-ci, de sorte qu'il n'est pas nécessaire que le récipient soit de forme stable. L'électrode interne 24 peut être introduite à travers l'orifice de remplissage 20 du récipient et s'étend jusqu'à proximité du fond de celui-ci. La tension alternative pour produire le plasma est fournie par un générateur à haute fréquence 25 ayant la puissance requise et fonctionnant à une fréquence industrielle autorisée, par exemple de 13, 56 ou 27,12 MHz. La puissance fournie par ce générateur est injectée dans le réacteur par voie capacitive à travers l'électrode interne 24. En raison du faible jeu entre la paroi de l'électrode externe 23 et le contour extérieur du récipient 4, le plasma est, pour l'essentiel, allumé seulement à l'intérieur du récipient 4, de sorte qu'essentiellement ses seules surfaces intérieures 19 sont stérilisées. L'électrode interne 24 contient un conduit 27 d'amenée de gaz de processus ou de travail à ioniser. Ce gaz est admis dans le récipient 4 à travers une soupape 28. La pression peut être contrôlée par un dispositif mesureur de pression non représenté. La pression de décharge de plasma dépend de la nature du gaz de travail et peut être comprise entre 0,1 Pa et quelques centaines de Pa. Un gaz de travail convenant particulièrement est le péroxyde d'hydrogène par exemple, mais d'autres gaz sont par principe utilisables aussi. Lorsque le réacteur 5 est fermé, le récipient 4 repose par son fond sur le fond 29 du réacteur. Ce fond 29 est fixé sur une tige 30 de montée/abaissement (suivant les flèches D et C), de sorte que le réacteur 5 peut être ouvert et fermé pour l'entrée et la sortie du récipient 4. La position abaissée du fond 29 du réacteur est indiquée en 31 par des lignes en traits mixtes. Dans la zone de l'orifice de remplissage 20, débouche en outre un conduit 32 pour l'amenée d'un gaz stérile servant au lavage après la fin de la stérilisa- tion. Ce conduit 32 contient une soupape 33. Du fait que le conduit 27 pour l'amenée du gaz de travail est placé à l'intérieur de l'électrode interne 24, l'intérieur du récipient 4 peut être rempli rapidement et simplement de gaz de travail, pendant que l'air résiduel encore présent est chassé en même temps. Cette opération peut s'effectuer au niveau de la pression de travail, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'évacuer le réacteur au-dessous de la pression de décharge. L'électrode interne 24 peut servir en plus de tuyau de remplissage 34, lequel fait donc partie des dispositifs 35 pour le remplissage. Il est avantageux d'utiliser un poussoir de soupape creux pour l'amenée du gaz de travail, tandis que la partie restante de l'espace intérieur du récipient, correspondant à la section annulaire extérieure, est alors disponible pour la matière de remplissage. Le processus se déroule comme décrit ci- apres. Pour commencer, le récipient 4, placé sur le fond 29 du réacteur 5, est introduit d'en bas dans ce dernier. A la fin de cette introduction, le fond 29 est pressé contre l'électrode externe 23 et le réacteur 5 est fermé par l'interposition d'un joint d'étanchéité. Le réacteur 5 et le récipient 4 sont ensuite évacués ensemble par la pompe à vide 16, mais seulement jusqu'à la pression de décharge de plasma. Dans cette phase, le réacteur 5 est seulement rempli encore par de l'air résiduel. Du gaz de travail est introduit ensuite par le conduit d'amenée 27 se trouvant à l'intérieur de l'électrode interne 24 et l'air résiduel est chassé de bas en haut du récipient 4 et évacué par aspiration dans la zone de tête du réacteur 5. Cet écoulement de gaz de travail peut également être maintenu, éventuellement à un débit réduit, après l'allumage du plasma, intervenant maintenant, et jusqu'à la fin de la phase plasma. Le maintien de cet écoulement pendant la phase plasma assure, de manière techniquement simple, que l'état désiré règne effectivement et que la concentration maximale de gaz de travail au sein du récipient 4 est garantie. Après la fin de la stérilisation au plasma et l'arrêt de l'écoulement de gaz de travail, un lavage est opéré avec un gaz stérile, par exemple de l'air stérile ou un gaz inerte stérile. De l'azote par exemple serait préférable. Le gaz de lavage est introduit dans l'espace de tête du réacteur 5 par le conduit d'amenée 32. En cas d'utilisation de péroxyde d'hydrogène comme gaz de travail, il subsiste essentiellement de l'eau et de l'oxygène moléculaire seulement après la coupure du plasma. Lorsque le récipient 4 dans le réacteur 5 est ensuite rempli, on peut diminuer ou éventuellement même supprimer complètement le moussage de la matière de remplissage par un remplissage préalable à l'azote sous une pression qui est éventuellement bien supérieure à 1 bar, donc par une précontrainte à l'azote stérile, ce qui permet un remplissage plus rapide. En traits mixtes, on a indiqué en plus, sous le réacteur 5, des dispositifs 36 pour fermer le récipient 4. Dès que ce dernier est extrait vers le bas du réacteur 5, il peut être fermé par un bouchon 37. Il constitue alors un récipient 12 rempli et fermé. La figure 2 indique aussi la direction E pour l'introduction de récipients 4 à remplir par le dispositif d'introduction 6, ainsi que la direction F pour l'éjection de récipients remplis 12 par le dispositif d'éjection 7. Les dispositifs d'introduction 6 et d'éjection 7 complètent la station 1, 2 ou 3 concernée pour constituer le module décrit. Les différentes stations 1, 2 ou 3, ou les différents modules, peuvent, puisqu'ils sont en autarcie pour ce qui concerne l'entraiînement, fonctionner de façon autonome, sans qu'ils doivent être synchronisés mutuellement. Ils vont se chercher chaque fois, entièrement selon les désirs, un récipient 4, le stérilisent, le remplissent et le ferment puis l'éjectent. Tout nombre désiré de modules peut être monté et être actif simultanément. Comme déjà mentionné, en prévoyant le nombre adéquat de modules, on peut au besoin réaliser toutes les classes de capacité. REVENDICATIONS 1. Installation de machines pour remplir des- récipients avec une matière de remplissage, comprenant - des dispositifs pour amener des récipients vides à remplir, - des dispositifs pour stériliser les récipients à remplir, - des dispositifs pour remplir les récipients, - des dispositifs pour fermer les récipients remplis, ainsi que, - des dispositifs pour évacuer les récipients fermés, caractérisée en ce que les dispositifs (18) pour stériliser, les dispositifs (35) pour remplir et les dispositifs (36) pour fermer les récipients sont agencés ensemble dans une station (1, 2, 3) qui est indépendante, pour ce qui concerne l'entraînement, des dispositifs (8) pour amener et des dispositifs (9) pour évacuer les récipients. 2. Installation de machines selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dispositifs (18) pour stériliser les récipients comportent un réacteur de stérilisation au plasma (5). 3. Installation de machines selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de stations (1, 2, 3) disposées parallèles entre elles. 4. Installation de machines selon la revendication 3, caractérisée en ce que plusieurs stations (1, 2, 3) sont raccordées à un dispositif de commande commun (17). 5. Installation de machines selon une des re- vendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un branchement d'introduction (10) relié aux dispositifs (8) pour l'amenée et un branchement de délivrance (11) relié aux dispositifs (9) d'évacuation sont coordonnés à la station (1, 2, 3). 6. Installation de machines selon une des re- vendications 3 à 5, caractérisée en ce que des disposi- tifs communs (13, 14, 15) de l'installation sont coordonnés aux stations (1, 2, 3).