Brevet FR2788510A1 — publié le 20000721

La présente invention concerne les dispositifs de remplissage volumétrique de flacons, bouteilles ou autres récipients analogues, à remplir avec un produit liquide, contenant ou non du gaz. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à un doseur pour un tel dispositif de remplissage volumétrique. Dans les installations de remplissage connues dites "à niveau", le degré de remplissage est défini uniquement par le niveau de produit atteint dans le flacon. La quantité réelle de produit introduite dans chaque flacon varie donc, suivant la déformation du flacon ou en fonction des tolérances dimensionnelles de la verrerie. Il ne peut donc être garanti que le remplissage de chaque flacon soit effectué avec une quantité de produit constante et précise. Par ailleurs, dans de nombreux cas, I'ouverture de la soupape de remplissage est réalisée par un clapet mécanique commandé de l'extérieur par une clé commandée ou une came, ce qui implique de nombreux joints et autres composants mécaniques, tels que ressorts, qui rendent la désinfection de la soupape de remplissage difficile et imparfaite. La présente invention vise à pallier aux inconvénients précités des installations de remplissage actuelles, en fournissant un doseur pour dispositif de remplissage volumétrique, qui assure aussi le remplissage de chaque récipient avec une dose constante et précise. A cet effet, I'invention a essentiellement pour objet un dispositif de remplissage volumétrique de flacons, bouteilles et autres récipients, comprenant un dispositif doseur, un bec de remplissage relié au dispositif doseur, et un dispositif de support situé sous le bec de remplissage et recevant un récipient à remplir, caractérisé en ce que le dispositif doseur comprend d'une part une cuve-tampon, prévue pour être remplie en liquide à doser jusqu'à un niveau intermédiaire, le volume intérieur situé au-dessus de ce niveau étant rempli d'air ou de gaz, et d'autre part un doseur cylindrique, ouvert à sa partie supérieure et communiquant par sa partie inférieure avec un canal d'écoulement formé à l'intérieur du bec de remplissage, le doseur cylindrique étant logé au moins partiellement dans la cuve-tampon, et monté coulissant en direction verticale, des moyens de commande étant prévus pour déplacer ledit doseur entre une position basse, dans laquelle sa partie supérieure ouverte est immergée dans le liquide contenu dans la cuve- tampon, et une position haute dans laquelle sa partie supérieure pénètre dans le volume d'air ou de gaz présent au-dessus du niveau de liquide, de manière à isoler une dose de liquide. Ainsi, en remontant de quelques centimètres vers le haut de la cuvetampon, le bord supérieur du doseur, précédemment immergé dans le liquide, assure la séparation du liquide contenu dans le doseur (et atteignant ledit bord supérieur), par rapport au restant du liquide contenu dans la cuve. La quantité de liquide, ainsi isolée dans le doseur, peut ensuite s'écouler par gravité, au travers du bec de remplissage (dont la soupape est alors ouverte), jusque dans le récipient à remplir. Une dose constante et précise de liquide peut ainsi être soutirée dans la cuve-tampon, et délivrée dans chaque récipient. Toutefois, selon une disposition avantageuse, le fond du doseur cylindrique est constitué par un piston intérieur dont la position est réglable verticalement, de manière à permettre une sélection ou un réglage du volume de liquide i 5 pouvant être isolé, à chaque cycle de fonctionnement, par ledit doseur. Selon une forme d'exécution particulière, le doseur cylindrique est guidé, en translation verticale au travers d'une ouverture circulaire ménagée dans la paroi inférieure de la cuve-tampon. Les moyens de commande, déplaçant verticalement le doseur, peuvent être constitués sous la forme d'un actionneur autonome, tel qu'un vérin. Toutefois, selon une disposition particulièrement avantageuse, le bec de remplissage est fixé par sa partie supérieure à la partie inférieure du doseur cylindrique, et le déplacement vertical de ce doseur cylindrique est commandé à partir du déplacement vertical d'un fourreau apte à délimiter une enceinte, associé au dispositif de support et déplaçable verticalement sous l'action de moyens de commande, notamment du genre vérin, ceci par l'intermédiaire du bec de remplissage. On fait ainsi l'économie d'un vérin additionnel, ou autre moyen d'actionnement spécial, pour le doseur. Selon encore une autre caractéristique, le bec de remplissage porte, à son extrémité inférieure, une soupape de remplissage incluant un clapet obturateur réalisé par une membrane notamment en forme de corps creux, en matériau élastiquement déformable, des moyens étant prévus pour l'admission d'air comprimé ou d'un autre gaz sous pression gonflant ledit clapet obturateur de manière à l'appliquer contre une paroi interne de la soupape de remplissage et obturer ainsi le débouché du canal d'écoulement du liquide. Il suffit d'évacuer la pression d'air pour que le clapet obturateur reprenne sa forme originelle, et laisse passer le liquide en variante, lors du remplissage gazeux, la membrane peut revenir à l'état libre lorsque la pression dans la cuve égale la pression dans l'enceinte. En particulier, lorsque le bec de remplissage est disposé coaxialement à la cuve-tampon, il est avantageusement prévu, sur ladite cuve-tampon, une vanne commandée reliée à une source extérieure d'air comprimé ou d'autre gaz sous pression, la même vanne assurant l'admission de l'air ou du gaz vers le volume supérieur de la cuve-tampon, ainsi que, par au moins un tube vertical traversant le bec de remplissage, vers le clapet obturateur gonflable. Dans l'ensemble, I'on obtient ainsi un dispositif de remplissage volumétrique particulièrement avantageux: - Le remplissage est réalisable de façon très précise, en ce qui concerne le volume de liquide introduit dans chaque récipient, ce volume étant néanmoins réglable dans de larges limites (par exemple de 10 à 150 centilitres). - Le clapet obturateur est réalisé sans organes mécaniques internes, donc de façon simple et facile à nettoyer. - La structure d'ensemble du dispositif reste simple, du fait qu'il nécessite un seul actionneur du genre vérin, et une seule vanne commandée, pour l'ensemble des fonctions. De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce dispositif de remplissage volumétrique: Figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe verticale, montrant un dispositif de remplissage volumétrique conforme à la présente invention, en début de cycle de remplissage d'un flacon; Figure 2, 3, 4 et 5 sont des vues similaires à figure 1, illustrant des phases successives du cycle de remplissage; Figure 6 est une vue de détail, en coupe et à échelle agrandie, du doseur cylindrique seul, montrant ses possibilités de réglage; Figure 7 et 8 sont des vues de détail, en coupe et à échelle agrandie, de la soupape de remplissage, respectivement avec clapet obturateur gonflé et dégonflé Figure 9 représente, à échelle agrandie, le détail de la vanne commandée associée à la cuve-tampon. Le dispositif de remplissage volumétrique, représenté dans son ensemble sur la figure 1, comprend de haut en bas trois parties principales, à savoir un dispositif doseur 1, un bec de remplissage 2 avec clapet obturateur, et un dispositif de support avec cloche 3, ce dernier recevant un flacon 4 (ou autre récipient) à remplir d'un liquide. Le dispositif doseur 1 comprend une cuve-tampon 5 de forme cylindrique, et d'axe vertical 6, délimitée par une paroi horizontale supérieure 7, une paroi horizontale inférieure 8 et une paroi latérale 9. La cuve- tampon comporte à son sommet une vanne 10 commandée par une came rotative 11 et raccordée à une arrivée d'air comprimé. Cette cuve- tampon 5 comporte aussi, à sa partie supérieure, des orifices 12 pour l'amenée du produit à doser. En cours d'utilisation, la cuve-tampon 5 contient ainsi une certaine quantité de liquide 13 à doser, et au-dessus du niveau 14 de ce liquide, un volume d'air 15. La paroi inférieure 8 de la cuve-tampon 5 est percée d'une large ouverture circulaire, dans laquelle est montée coulissant, suivant l'axe vertical 6, un doseur de forme générale cylindrique 16, ouvert à sa partie supérieure. La partie inférieure du doseur 16 est conformée extérieurement en piston annulaire 17, monté coulissant dans une chemise cylindrique 18 fixée coaxialement sous la paroi inférieure 8 de la cuve- tampon 5 - voir aussi la figure 6. Le bec de remplissage 2 comprend un tube vertical 19, monté suivant l'axe vertical précité 6 et fixé, par son extrémité supérieure, sous le doseur 16. A son extrémité inférieure, le tube 19 porte une soupape de remplissage 20 dont l'élément actif est un clapet obturateur 21, réalisé comme une membrane gonflable, en matériau élastiquement déformable, formant un genre de corps creux. A l'état gonflé, le clapet obturateur 21 coopère avec la paroi interne de la soupape de remplissage 20, pour obturer le débouché du canal d'écoulement de liquide 22 délimité par le tube 19. La figure 7 montre, plus en détail, le clapet obturateur 21 à l'état gonflé, tandis que la figure 8 montre le même clapet obturateur 21 à l'état dégonflé, autorisant alors l'écoulement du liquide au travers de la soupape de remplissage 20. Le clapet obturateur 21 est relié à la vanne supérieure 10 par deux tubes coaxiaux 23 et 24, à structure télescopique, disposés suivant l'axe vertical 6. Le support 3 se situe sous la soupape de remplissage 20, suivant l'axe vertical 6. Il comporte une embase 25, une tige verticale 26 fixée au centre de l'embase 25, et un plateau circulaire supérieur 27, monté au sommet de la tige 26 et servant de surface d'appui pour le flacon 4 a remplir. L'embase 25 supporte encore une chemise cylindrique extérieure 28, coaxiale à la tige centrale 26. Dans la chemise extérieure 28 est monté coulissant un fourreau cylindrique 29, appelé aussi "cloche", guidé verticalement par la chemise 28 et passant autour du plateau supérieur 27. La partie inférieure du fourreau 29 est solidaire d'un piston annulaire 30, monté coulissant autour de la tige centrale 26. Ainsi, le support avec cloche 3 est conformé en vérin, avec deux chambres 31 et 32 délimitées respectivement au-dessus et au-dessous du piston 30, et avec des arrivées/départs de fluide de commande 33 et 34 pour l'alimentation et la purge des deux chambres 31 et 32, l'alimentation de la chambre supérieure 31 s'effectuant par l'intermédiaire d'un canal 35 ménagé dans la tige centrale 26. La soupape de remplissage 20 possède une collerette périphérique 36, située en regard du bord supérieur libre 37 du fourreau 29, un joint annulaire 38 étant inséré sous la collerette 36. Comme précisé plus bas, ces dispositions permettent une interaction du fourreau 29, du bec de remplissage 2 et du doseur 1-16, évitant ainsi, en particulier, I'installation d'un vérin additionnel pour commander la montée et la descente du doseur cylindrique 16. Au départ d'un cycle de fonctionnement, comme l'illustre la figure 1, la soupape 20 du bec 2 est fermée par la pression de l'air admis dans le clapet obturateur 21, le doseur 16 occupe une position basse et est immergé dans le liquide 13 contenu dans la cuve-tampon 5, partiellement remplie, le niveau de liquide 14 étant contrôlé et maintenu en permanence, de façon connue. Le flacon 4 à remplir est déposé, par un dispositif de préhension quelconque (non représenté), sur le plateau supérieur 27 du support 3 dont le fourreau 29 occupe initialement une position basse, rétractée dans la chemise 28. Ensuite, en alimentant la chambre inférieure 32 du vérin formé par le support 3, et comme le montre la figure 2, le fourreau 29 est déplacé vers le haut, en direction de la soupape de remplissage 20, et il entoure alors le flacon 4. A un moment donné, le bord supérieur 37 du fourreau 29 vient en butée contre la collerette 36 de la soupape 20. Sous la poussée verticale du fourreau 29, qui poursuit sa montée, tout le bec de remplissage 2 s'élève, entraînant avec lui vers le haut le doseur 16. En s'élevant, le doseur 16 parvient à dépasser au-dessus du niveau 14 du liquide 13, dans le volume d'air 15. Le liquide 39, contenu dans le doseur 16, est alors isolé du restant du liquide 13 de la cuve- tampon 5. La vanne supérieure 10 est à ce moment actionnée, pour envoyer une partie de l'air 15 de la cuve vers le fourreau 29, par le tube 23 que prolonge un canal ménagé dans le corps de la soupape 20. Cette vanne évacue en même temps (par le tube 24) I'air comprimé contenu dans le clapet obturateur 21, pour que ce dernier reprenne sa forme originelle et libère le passage du liquide au travers de la soupape de remplissage 20. Le liquide 39, isolé dans le doseur 16, peut alors s'écouler par le canal 22, s'échapper du bec 2 par la soupape de remplissage 20 ouverte, et couler dans le flacon 4 dont l'ouverture se situe sous l'orifice de sortie de ladite soupape 20 - voir figure 3. Au cours de cette phase de remplissage, le fourreau 29 est maintenu levé et appliqué contre la soupape 20, avec interposition du joint 38, et il emprisonne d'une façon étanche le flacon 4 entre le plateau 27 et ladite soupape 20. Dans l'enceinte étanche 40 ainsi délimitée, il est possible d'exécuter des opérations telles que mises sous vide ou sous pression, stérilisation, etc... (voir aussi plus bas). Lorsque le doseur 16 a vidé tout son volume de liquide 39 dans le flacon 4, la vanne 10 est de nouveau actionnée pour envoyer de l'air comprimé dans le clapet obturateur 21, lequel se gonfle et vient refermer ainsi la soupape de remplissage 20 - voir figure 4. A l'aide de la même vanne 10, I'enceinte 40 délimitée par le fourreau 29 est aussi mise en communication avec l'air libre, de sorte qu'elle retrouve la pression atmosphérique. La chambre supérieure 31 du vérin formé par le support 3 est alors alimentée, pour permettre la descente du fourreau 29 à l'intérieur de la chemise 28 voir figure 5. A un certain moment de ce mouvement de descente, le bord supérieur 37 du fourreau 29 se sépare de la soupape de remplissage 20 solidaire du doseur 16, ceci intervenant lorsque le piston 17 vient en butée à la base de la chemise 18. Le doseur 16 reprend ainsi sa position immergée dans le liquide 13 de la cuve-tampon 5, et il se remplit de nouveau de ce liquide. Lorsque le fourreau 29 atteint sa position de fin de course inférieure, le flacon 4 rempli est évacué, et un nouveau flacon à remplir est amené sur le plateau 27, le même cycle de remplissage pouvant alors se répéter de façon identique. Ainsi, chaque flacon 4 reçoit une quantité de liquide constante et précise, déterminée par les caractéristiques du doseur 16. Néanmoins, cette quantité est réglable, en prévoyant que le fond du volume utile du doseur est constitué par un piston annulaire 41, de position réglable verticalement, de l'extérieur, par rapport au corps cylindrique dudit doseur 16. Comme le montre la figure 6, le piston annulaire 41 est solidaire de l'extrémité supérieure du tube 19 du bec de remplissage 2, ce tube 19 étant lié, par l'intermédiaire d'une bague 42 filetée intérieurement, à une bride filetée extérieurement et solidaire de la base du doseur 16. La rotation de la bague 42 permet ainsi de commander la montée ou la descente du piston 41 relativement au doseur 16. De plus, la bague 42 peut être positionnée à différents niveaux, relativement au tube 19, grâce à des gorges annulaires multiples 43 formées sur le tube 19. La montée du piston 41, pour le passage d'une position de réglage à une autre, peut être commandée par air comprimé, injecté par un orifice 44 dans une chambre 45 située sous le piston 41, à la manière d'un vérin. Ainsi sont permis un réglage fin et un réglage grossier. La figure 9 montre le détail de la vanne commandée 10. Le corps 47 de la vanne 10 possède des canaux internes 48 et 49, en relation avec l'arrivée d'air comprimé, avec l'intérieur de la cuve-tampon 5, et avec les parties supérieures des tubes verticaux 23 et 24. La partie tournante 50 de la vanne 10, liée à la came de commande 11, comporte d'autres canaux tels que 51 et 52, qui selon la position angulaire de cette partie tournante permettent diverses combinaisons, nécessaires à l'exécution du cycle de fonctionnement précédemment décrit. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de remplissage volumétrique qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: - en utilisant tous moyens d'actionnement pour déplacer verticalement le doseur; - en disposant le dispositif doseur ailleurs qu'au-dessus du dispositif de support et du bec de remplissage, auquel cas le dispositif doseur est relié au bec de remplissage par une tuyauterie rigide et souple, et possède ses propres moyens d'actionnement; - en remplaçant, dans le dispositif doseur, I'air par un autre gaz, tel que du gaz carbonique; - en utilisant ensemble ou séparément les divers constituants précédemment décrits, par exemple en associant le dispositif doseur à une soupape de remplissage classique; - en montant le dispositif de remplissage volumétrique, objet de l'invention, sur des machines de tous types, notamment rotatives ou linéaires. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de remplissage volumétrique de flacons, bouteilles et autres récipients, comprenant un dispositif doseur (1), un bec de remplissage (2) relié au dispositif doseur (1), et un dispositif de support (3) situé sous le bec de remplissage (2) et recevant un récipient à remplir (4), caractérisé en ce que le dispositif doseur (1) comprend d'une part une cuve-tampon (5), prévue pour être remplie en liquide à doser (13) jusqu'à un niveau intermédiaire (14), le volume intérieur (15) situé au-dessus de ce niveau (14) étant rempli d'air ou de gaz, et d'autre part un doseur cylindrique (16), ouvert à sa partie supérieure et communiquant par sa partie inférieure avec un canal d'écoulement (22) formé à l'intérieur du bec de remplissage (2), le doseur cylindrique (16) étant logé au moins partiellement dans la cuve- tampon (5), et monté coulissant en direction verticale, des moyens de commande étant prévus pour déplacer ledit doseur (16) entre une position basse, dans laquelle sa partie supérieure ouverte est immergée dans le liquide (13) contenu dans la cuve-tampon (5), et une position haute dans laquelle sa partie supérieure pénètre dans le volume d'air ou de gaz (15) présent au-dessus du niveau de liquide (14), de manière à isoler une dose de liquide (39). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond du doseur cylindrique (16) est constitué par un piston (41) dont la position est réglable verticalement, de manière à permettre une sélection ou un réglage du volume de liquide (39) pouvant être isolé par ledit doseur (16). 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un orifice (44) pour l'injection d'air comprimé dans une chambre (45) située sous le piston (41), à la manière d'un vérin, pour la commande de la montée dudit piston (41) 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le doseur cylindrique (16) est guidé en translation verticale au travers d'une ouverture circulaire ménagée dans la paroi inférieure (8) de' la cuve-tampon (5). - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bec de remplissage (2) est fixé, par sa partie supérieure, à la partie inférieure du doseur cylindrique (16), en et ce que le déplacement vertical de ce doseur cylindrique (16) est commandé à partir du déplacement vertical d'un fourreau (29) apte à délimiter une enceinte (40), associé au dispositif de support (3) et déplaçable verticalement sous l'action de moyens de commande, notamment du genre vérin, ceci par I'intermédiaire du bec de remplissage (2). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bec de remplissage (2) porte, à son extrémité inférieure, une soupape de remplissage (20) incluant un clapet obturateur (21) réalisé par une membrane notamment en forme de corps creux, en matériau élastiquement déformable, des moyens (10,24) étant prévus pour l'admission d'air comprimé ou d'un autre gaz sous pression gonflant ledit clapet obturateur (21) de manière à l'appliquer contre une paroi interne de la soupape de remplissage (20) et obturer ainsi le débouché du canal d'écoulement (22) du liquide. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bec de remplissage (2) est disposé coaxialement à la cuve-tampon (5), et en ce qu'il est prévu, sur ladite cuve-tampon (5), une vanne commandée (10) reliée à une source extérieure d'air comprimé ou d'autre gaz sous pression, la même vanne assurant l'admission de l'air ou du gaz vers le volume supérieur (15) de la cuve-tampon (5), ainsi que, par au moins un tube vertical (23,24) traversant le bec de remplissage (2), vers le clapet obturateur gonflable (21).