Brevet FR2800723A1 — publié le 20010511

La présente invention concerne un bec de remplissage, destiné à des machines de remplissage de récipients, tels que bouteilles ou flacons, à ouverture supérieure, avec un produit liquide. Les becs de remplissage pour produits liquides, actuellement connus, peuvent être classés en trois catégories, dont découlent les principes de remplissage mis en #uvre. Ces trois catégories sont : les becs de remplissage à niveau constant, les becs de remplissage à poids constant, et les becs de remplissage à volume constant. La présente invention se rattache à la catégorie des becs à niveau constant, c'est-à-dire les becs qui remplissent tous les récipients jusqu'à un niveau de liquide prédéterminé. Jusqu'à ce jour, les becs de remplissage à niveau constant nécessitent un tube plongeant dans le récipient, dit tube de niveau , et un joint dit joint d'embecquetage permettant de créer, entre la base du tube de niveau et le sommet du récipient à remplir, un volume duquel l'air ne peut s'échapper, donc un volume que le liquide ne peut occuper, donnant ainsi le niveau de remplissage en liquide du récipient. Ce système possède un certain nombre d'inconvénients - Le joint d'embecquetage est sollicité au poinçonnement par les cols des récipients venant s'y étancher, ce qui génère des fuites d'air et par conséquent de faux niveaux, ainsi que des dépenses d'entretien pour le remplacement périodique de ce joint. - Le réglage du niveau de liquide dans le récipient nécessite l'ajustement des longueurs de tube de niveau, ceci par calage au moyen de dispositifs mécaniques relativement complexes demandant de la maintenance supplémentaire. - Par ailleurs, le retour d'air doit être collecté, ce qui entraîne soit une perte de liquide, soit la nécessité d'un dispositif supplémentaire permettant la fermeture du retour d'air lors de l'évacuation du récipient. L'ensemble de ces éléments, difficiles à nettoyer, peuvent présenter un caractère préjudiciable à la qualité bactériologique du liquide conditionné. La présente invention vise à supprimer tous ces inconvénients, par la suppression du joint d'embecquetage et par conséquent du contact entre le récipient et la machine de remplissage, tout en permettant un réglage de niveau de façon simple et continue et en supprimant les problèmes liés à l'évacuation de l'air dans les récipients lors du remplissage, ainsi quen proposant un organe de remplissage qui soit plus simple et plus facilement nettoyable. A cet effet, l'invention a pour objet un bec de remplissage, destiné à des machines de remplissage de récipients à ouverture supérieure avec un produit liquide, ce bec de remplissage étant du type à niveau constant et se composant essentiellement, en combinaison : - d'une cuve prévue pour contenir une quantité de liquide à, conditionner - d'une canule d'écoulement prolongeant la cuve vers le bas, délimitant un canal d'écoulement et prévue pour être introduite dans un récipient à remplir, - d'un clapet obturateur commandé, disposé à la base de la cuve entre celle-ci et le point de départ supérieur du canal d'écoulement, - d'une canule d'échappement traversant la cuve et la canule d'écoulement, jusqu'à la base de celle-ci, et délimitant elle- même un canal d'échappement, - d'une sonde de détection avec partie active, montée dans la canule d'échappement et apte à détecter la présence ou l'absence d'une bulle de gaz enfermée dans le flux de liquide délivré par la sortie inférieure du canal d'écoulement lors du remplissage d'un récipient, et - de moyens de commande de l'ouverture/fermeture du clapet obturateur, contrôlés par la sonde de détection. Le bec de remplissage, ainsi constitué, ne possède aucune partie venant en contact avec le récipient à remplir, et il fonctionne selon le principe suivant : lors de l'écoulement du liquide au travers du canal d'écoulement, entourant la canule d'échappement qui reçoit la sonde de détection, il se forme à la base de ce dispositif une bulle de gaz (issue du gaz tel que l'air, initialement présent dans le récipient), protégeant la partie active du détecteur de tout contact avec le liquide . En fin de remplissage, lorsque le niveau de liquide atteint la bulle de gaz, celle-ci sous la poussée du liquide montant dans le récipient est chassée au travers de la canule d'échappement, jusquà permettre au liquide de déclencher un signal, notamment un signal électrique par établissement d'un contact. Ce signal, dont l'apparition est franche, permet par l'intermédiaire d'un système approprié, notamment un circuit électrique simple, de commander le changement d'état du clapet obturateur qui, en se fermant alors, provoque l'arrêt de l'écoulement du liquide depuis la cuve vers le récipient, un certain niveau de remplissage étant alors atteint. Lorsque le récipient est séparé du bec de remplissage, le liquide resté emprisonné dans le canal d'écoulement est encore évacué vers le récipient, ce qui permet d'atteindre le niveau de liquide final désiré. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le clapet obturateur disposé à la base de la cuve, entre celle-ci et le point de départ supérieur du canal d'écoulement, possède un obturateur élastiquement déformable sous l'action d'un fluide sous pression admis dans une chambre de commande. Dans la mesure où la sonde de détection est prévue pour déclencher un signal électrique, notamment par fermeture d'un contact établi par le liquide, les moyens de commande de l'ouverture/fermeture du clapet obturateur sont avantageusement constitués par un électrod istri buteur, monté entre une source de fluide sous pression et la chambre de commande dudit clapet obturateur, l'électrodistributeur étant lui-même commandé par un circuit électrique activé par la sonde de détection. On notera aussi que, durant le remplissage du récipient avec le liquide à conditionner, l'air contenu initialement dans ce récipient s'en échappe naturellement, par l'ouverture supérieure, puisque le remplissage est réalisé sans joint d'embecquetage. On obtient donc, dans l'ensemble, un bec de remplissage simple, fiable, d'un fonctionnement précis, et relativement facile à nettoyer. De toute façon, l'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 bec de remplissage pour produit liquide : Figure 1 est une vue en coupe verticale d'un bec de remplissage conforme à la présente invention, représenté au cours de la phase d'écoulement du liquide dans un récipient ; Figures 2, 3 et 4 sont des vues en coupe similaires à la figure 1, mais correspondant à des phases ultérieures du cycle de fonctionnement du bec de remplissage ; Figure 5 est une vue de détail en coupe, à échelle agrandie, de la partie inférieure de ce bec de remplissage. Le bec de remplissage, désigné dans son ensemble par le repère 1, est installé sur une machine de remplissage (non représentée), et il est prévu pour le remplissage d'un récipient 2, tel qu'une bouteille, avec un produit liquide quelconque. Ce remplissage s'effectue à niveau constant, c'est-à-dire que le liquide 3, introduit à l'intérieur du récipient 2 par le bec de remplissage 1, doit atteindre un niveau N prédéterminé. Le bec de remplissage 1 possède une cuve 4 de forme générale cylindrique et d'axe vertical. La partie inférieure de la cuve 4 est prolongée, vers le bas, par une canule d'écoulement 5 délimitant un canal d'écoulement 6. Un clapet obturateur 7 est disposé entre la partie inférieure ouverte de la cuve 4, et la canule d'écoulement 5. Le clapet obturateur 7 comprend, comme le montre plus particulièrement la figure 5, un obturateur 8 en matière élastiquement déformable, notamment en forme de membrane annulaire, qui coopère avec un siège de clapet, formé par usinage d'une pièce 9 définissant la partie supérieure du canal d'écoulement 6. Le clapet obturateur 7 est commandé hydrauliquement ou pneurnatiquement, une chambre de commande 10 étant formée sous l'obturateur 8 pour l'admission d'un fluide sous pression agissant sur ce dernier, le fluide de commande pouvant être du gaz carbonique, de l'air comprimé, de l'azote ou de l'eau stérile. Un électrod istri buteur 11 assure le contrôle de l'admission de ce fluide de commande dans la chambre 10, à partir d'une source de fluide sous pression symbolisée en 1 2. Le bec de remplissage 1 comprend aussi une canule d'échappement 13, disposée verticalement suivant l'axe de la cuve 4, et s'étendant depuis le sommet de cette cuve 4 jusqu'à la base de la canule d'écoulement 5, en traversant la pièce 9 formant siège de clapet. Cette canule 13 délimite un canal d'échappement 14. Enfin, le bec de remplissage 1 comprend une sonde de détection 15, réalisée sous la forme d'un tube vertical de petit diamètre introduit dans la canule d'échappement 13, et s'étendant jusqu'à l'ext(émité inférieure de cette canule d'échappement 13. Le sommet de la sonde de détection 15 comporte un contact électrique 16, inséré dans un circuit électrique 17 qui commande l'électro-distributeur 11 (voir figure 5). Le bec de remplissage 1, réalisé comme il vient d'être décrit, fonctionne selon le cycle suivant, illustré dans ses phases successives par les figures 1 à 4 : Première phase (figure 1) Un dispositif mécanique (non représenté) assure le centrage du récipient 2 à remplir, par rapport au bec de remplissage 1, et la montée du récipient 2 jusqu'à une position dans laquelle le col de ce récipient 2 se situe autour de la canule d'écoulement 5. La pression de fluide dans la chambre de commande 10 du clapet obturateur 7 est alors annulée, de sorte que l'obturateur élastique 8 prend une position permettant l'écoulement de liquide, depuis la cuve 4 vers le canal d'écoulement 6. Le liquide 3, en charge dans la cuve 4 s'écoule alors par la sortie inférieure de ce canal 6, sous la forme d'un écoulement laminaire, et il parvient ainsi dans le récipient 2. Pendant que le liquide 3 remplit le récipient 2, l'air initialement présent à l'intérieur de ce récipient 2 s'échappe naturellement et librement par le goulot dudit récipient, comme figuré par une flèche 18, puisqu'aucun joint d'embecquetage n'est appliqué sur ce goulot. Le canal d'écoulement 6 possédant à son extrémité inférieure un débouché annulaire, il se forme à la base de ce canal d'écoulement 6 une bulle de gaz 19, enfermée dans le flux de liquide 20 délivré par ledit canal d'écoulement 6. La bulle de gaz 19 protège l'extrémité active de la sonde de détection 15 de tout contact avec le liquide qui s'écoule. Deuxième phase (figure 2) : En fin d'écoulement du liquide 3 et de remplissage du récipient 2, lorsque le niveau de liquide dans le récipient 2 atteint pratiquement la bulle de gaz 19, celle-ci, sous la poussée du liquide montant, est progressivement chassée au travers de la canule d'échappement 13, un échappement d'air s'effectuant comme figuré en 21 au sommet de ladite canule 13. L'air du récipient 2 continue de s'échapper, suivant la flèche 18, par le goulot de ce récipient 2. Troisième phase (figure 3) : Lorsque le niveau du liquide 3 dans le récipient 2 atteint la partie active de la sonde de détection 15, la bulle d'air 19 ayant entièrement disparu, un contact électrique sétablit en 16 ; le circuit électrique 17, se trouvant alors parcouru par un courant, actionne la bobine électromagnétique de l'électrodistributeur 11, lequel commande de façon nette la remise en pression P de la chambre de commande 10 du clapet obturateur 7, dont l'obturateur élastique 8 se déforme et s'applique de façon étanche contre la pièce formant siège 9 (voir aussi figure 5). L'écoulement du liquide 3, depuis la cuve 4 vers le récipient 2, est ainsi interrompu. Dans cette position d'arrêt de l'écoulement, le liquide 3 introduit dans le récipient 2 atteint un certain niveau n. Quatrième phase (figure 4) : Le dispositif mécanique (non représenté) cité plus haut assure la descente du récipient 2 relativement au bec de remplissage 1 -voir flèche F. Le liquide, resté emprisonné dans le canal d'écoulement 6, est évacué dans le récipient 2 par mise à la pression atmosphérique de ce canal d'écoulement 6. Ainsi, un volume complémentaire de liquide 22, appelé volume de jetée , vient s'ajouter au liquide 3 précédemment introduit dans le récipient 2. La hauteur finale du liquide 3 dans le récipient 2, résultant du niveau n atteint à la fin de la troisième phase, augmenté du volume de jetée 22, correspond au niveau de remplissage N désiré. Le réglage du niveau final de liquide N, obtenu dans le récipient 2, s'obtient par modification de la longueur des canules d'écoulement 5 et d'échappement 13 plongeantes dans le récipient 2 ou en retardant la fermeture du clapet obturateur 7 par tout moyen engendrant une temporisation contrôlée. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce bec de remplissage pour produit liquide qui a été décrite ci-dessus, à litre 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 la présente invention : - en utilisant un clapet obturateur 7 de tout type, en particulier un clapet normalement fermé (et non normalement ouvert) mais dont l'ouverture serait commandée de manière à obtenir le même fonctionnement d'ensemble, l'obturateur élastique 8 de ce clapet pouvant posséder toute forme appropriée, et être réalisé en tout matériau permettant une déformation répétitive, qu'il s'agisse de caoutchouc, d'acier inoxydable ou de toute autre matière compatible avec le liquide à conditionner, notamment s'il s'agit d'un liquide alimentaire, et aussi avec les produits de nettoyage habituellement utilisés pour les machines de remplissage concernées ; - en réalisant la sonde de détection 15 sous toute forme, et en émettant à partir de cette sonde tout type de signal, électrique ou autre, susceptible de modifier l'état (ouvert ou fermé) du clapet obturateur 7, et de provoquer par là même l'arrêt de l'écoulement liquide ; - en destinant le bec de remplissage 1 précédemment décrit à des machines de remplissage de tous types, tant rotatives que linéaires ; - en utilisant ce bec de remplissage avec des produits liquides de toute nature, alimentaires ou non, en association avec des récipients 1 qui peuvent être de tous genres, de toute forme, et en toute matière : bouteilles, flacons, bidons, boîtes et autres contenants analogues, du moment que ceux-ci présentent une ouverture supérieure. REVENDICATIONS 1 - Bec de remplissage pour produit liquide, destiné à des machines de remplissage de récipients (2) à ouverture supérieure avec un produit liquide (3), ce bec de remplissage (1) étant du type à niveau constant et étant caractérisé en ce qu'il se compose essentiellement, en combinaison : - d'une cuve (4) prévue pour contenir une quantité de liquide (3) à conditionner, - d'une canule d'écoulement (5) prolongeant la cuve (4) vers le bas, délimitant un canal d'écoulement (6) et prévue pour être introduite dans un récipient (2) à remplir, - d'un clapet obturateur (7) commandé, disposé à la base de la cuve (4) entre celle-ci et le point de départ supérieur du canal d'écoulement (6), - d'une canule d'écoulement (13) traversant la cuve (4) et la canule d'écoulement (5), jusqu'à la base de celle-ci, et délimitant elle-même un canal d'échappement (14), - d'une sonde de détection (15) avec partie active (16), montée dans la canule d'échappement (13) et apte à détecter la présence ou l'absence d'une bulle de gaz (19) enfermée dans le flux de liquide (20) délivré par la sortie inférieure du canal d'écoulement (6) lors du remplissage d'un récipient (2), et - de moyens de commande (Il 1) de l'ouverture/fermeture du clapet obturateur (7), contrôlés par la sonde de détection (15). 2- Bec de remplissage pour produit liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet obturateur (7) disposé à la base de la cuve (4), entre celle-ci et le point de départ supérieur du canal d'écoulement, possède un obturateur (8) élastiquement déformable sous l'action d'un fluide sous pression (P) admis dans une chambre de commande (10). 3 - Bec de remplissage pour produit liquide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la sonde de détection (15) est prévue pour déclencher un signal électrique, notamment par fermeture d'un contact (Il 6) établi par le liquide. 4 - Bec de remplissage pour produit liquide selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'ouverture/fermeture du clapet obturateur (7) sont constitués par un électrod istri buteur (Il 1) monté entre une source de f luide sous pression (Il 2) et la chambre de commande (10) dudit clapet obturateur (7), l'électrodistributeur (11) étant lui-même commandé par un circuit électrique (17) activé par la sonde de détection (15). 5 - Bec de remplissage pour produit liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le niveau final du liquide (N) dans le récipient (2) est réglable par modification de la longueur des canules d'écoulement (5) et d'échappement (13) plongeantes dans le récipient (2). 6 - Bec de remplissage pour produit liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le niveau final du liquide (N) dans le récipient (2) est réglable par retardement de la fermeture du clapet obturateur (7), par un moyen de temporisation.