Brevet FR2861716A1 — publié le 20050506

Bec de remplissage. La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux becs de remplissage, en particulier ceux destinés à être utilisés dans les machines de remplissage de liquide à dosage pondéral. Dans les machines de remplissage à dosage pondéral, les becs de remplissage sont agencés pour avoir un jet le plus régulier possible, se rapprochant le plus possible d'un régime laminaire. A cet effet, de tels becs comportent un corps tubulaire en plusieurs secteurs internes, dans lequel se déplace un noyau. La forme et les dimensions extérieures du noyau et la forme et les dimensions intérieures du corps tubulaire sont tels que le noyau et le corps tubulaire coopèrent pour assurer les fonctions de régulation du jet de liquide lorsque le bec est ouvert et pour permettre l'arrêt du fluide, donc la fermeture du bec. Le noyau est agencé pour se déplacer dans le corps sous l'effet d'une commande extérieure mécanique ou, de plus en plus fréquemment, magnétique ou électromagnétique. Dans un bec connu, produit par la demanderesse, le corps comporte au moins trois secteurs, de l'amont vers l'aval et du haut vers le bas dans le sens de l'écoulement du liquide: - un secteur supérieur dans lequel arrive le liquide, lequel secteur se termine par un siège d'obturation destiné à recevoir une partie du noyau agencée en forme de clapet pour la fermeture du bec; - immédiatement au-dessous du siège, un secteur intermédiaire, avec une paroi interne, dont une partie au moins est cylindrique, et dans lequel se trouve une partie du noyau prolongeant le clapet, laquelle partie de noyau est elle-même cylindrique ou tronconique ou combinant ces deux formes, le tronc de cône s'élargissant de l'amont vers l'aval; - un secteur final, ayant une paroi interne tronconique, dont le tronc de cône se réduit de l'amont vers l'aval, et qui aboutit à l'orifice de sortie du liquide, et dans lequel se trouve une partie tronconique du noyau dont la conicité est identique à celle de ce troisième secteur, de façon à délimiter, entre la partie tronconique du noyau et la paroi interne tronconique de ce troisième secteur, un espace annulaire de section décroissante et d'épaisseur constante pour chaque position du noyau, l'épaisseur de l'espace annulaire variant d'un minimum lorsque le clapet est placé en position d'obturation (bec fermé) à un maximum lorsque le clapet est placé en position d'ouverture du bec. Enfin, toujours dans ce bec connu, la partie tronconique du noyau qui se trouve dans le troisième secteur est prolongée par une pointe conique, dont l'angle conique est plus important que celui de ladite la partie tronconique du noyau que la pointe prolonge. La commande du déplacement du noyau est effectuée en amont du premier secteur susmentionné. Dans un mode de réalisation précédé, en amont du clapet, le noyau est pourvu d'une masse ou d'un barreau magnétique, qui lui permet de se déplacer longitudinalement (selon l'axe du corps tubulaire) sous l'action d'un champ magnétique ou électromagnétique appliqué de façon appropriée à l'extérieur du corps tubulaire. L'agencement particulier de ce type de bec permet d'obtenir un jet de liquide relativement stable (régime quasi laminaire) à la sortie du bec, quelle que soit la position du noyau, donc lorsque le bec passe de l'ouverture à la fermeture ou de la fermeture vers l'ouverture: en fait, l'espace annulaire de section décroissante constitué entre la partie tronconique du noyau qui se trouve dans le troisième secteur noyau et la paroi interne tronconique de ce troisième secteur constitue un agencement de calibrage du jet. Toutefois, on a constaté qu'avec de tels becs, il se produit souvent des éclaboussures ou des gouttes au moment de leur ouverture ou de leur fermeture, lesquelles éclaboussures ou gouttes tombent soit sur les récipients à remplir, soit dans la machine, ce qui constitue des inconvénients non négligeables. Ainsi, par exemple, dans le cas du remplissage de produits laitiers qui nécessitent des degrés de propreté, voire de stérilité, importants, on est conduit à nettoyer les machines relativement souvent ou à contrôler les récipients: il peut être en effet très préjudiciable que des gouttes de lait par exemple se retrouvent sur le buvant ou le filetage des goulots des récipients puisque cela peut engendrer des problèmes lors de leur fermeture ou après fermeture (vieillissement prématuré du produit). 2861716 3 L'invention a donc pour objet un bec de remplissage qui, tout en autorisant un flux laminaire ou quasi-laminaire en position d'ouverture et dans les positions intermédiaires entre l'ouverture et la fermeture, respectivement entre la fermeture et l'ouverture, ne produise pas d'éclaboussures ou de gouttes au moment de son ouverture ou de sa fermeture. Selon l'invention, un bec de remplissage pour liquide comportant un corps tubulaire dans lequel est positionné un noyau déplaçable pourvu d'un clapet d'obturation, le corps tubulaire comportant en outre une zone conformée en forme de siège d'obturation pour recevoir le clapet, et le corps tubulaire comportant par ailleurs un secteur final avec une paroi interne tronconique, dont le tronc de cône se réduit de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du liquide, lequel secteur final détermine l'orifice de sortie du liquide et dans lequel se trouve une première partie, tronconique, du noyau, la dite première partie tronconique du noyau présentant une conicité identique à celle dudit secteur final, de façon à délimiter, entre la première partie tronconique du noyau et la paroi interne tronconique dudit secteur final, un espace annulaire de section décroissante et d'épaisseur constante pour chaque position du noyau, l'épaisseur de l'espace annulaire variant d'un minimum lorsque le clapet est placé en position de fermeture du bec à un maximum lorsque le clapet est placé en position d'ouverture du bec, la première partie, tronconique, du noyau étant prolongée par une pointe conique constituant l'extrémité inférieure du noyau, pointe dont l'angle conique est plus important que celui de ladite première partie tronconique du noyau que cette pointe prolonge, est caractérisé en ce que, en position de fermeture du bec, le plan de jonction entre la base de la pointe conique et la première partie tronconique du noyau se trouve à l'intérieur du secteur final ayant une paroi interne tronconique, en amont du plan délimitant l'orifice de sortie du liquide. En fait, avec le bec antérieur, le plan de jonction entre la base de la pointe conique et la première partie tronconique du noyau que la dite pointe prolonge se trouvait à l'extérieur du secteur ayant une paroi interne tronconique, en aval de l'orifice de sortie du liquide, et il est apparu que c'est cette disposition qui engendrait des perturbations. Lorsque le bec conforme à l'invention est fermé, l'espace annulaire de section décroissante possède une épaisseur minimale non nulle, et du liquide se trouve maintenu en partie basse de cet espace par capillarité. Plus précisément, il subsiste une colonne de liquide qui se maintient par capillarité dans tous les secteurs du corps tubulaire entourant le noyau situés entre le clapet et l'orifice de sortie du liquide, laquelle colonne s'achève en aval de l'espace annulaire par un anneau liquide se déployant sensiblement entre la mi-hauteur de la pointe conique et la lèvre, c'est-à-dire le rebord périphérique intérieur, de l'orifice de sortie et maintenu en cet endroit par capillarité. En d'autres termes, l'anneau est contenu à l'intérieur du secteur ayant une paroi interne tronconique, en amont de l'orifice de sortie du liquide. Au moment ou le noyau est déplacé vers le haut pour disposer le bec en position d'ouverture, la surpression qui apparaît alors en raison du poids de la colonne d'eau qui cherche à descendre a pour effet de propulser le liquide vers le bas, mais puisque l'anneau est pré positionné en amont de l'orifice de sortie du liquide, à l'intérieur du secteur ayant une paroi interne tronconique, la forme de cette paroi empêche toute éclaboussure au-delà de la périphérie de l'orifice et le liquide se trouve entraîné immédiatement dans le flux laminaire. Il convient en outre de noter que, l'ouverture du bec consistant à remonter le noyau, il se produit au moment de cette remontée du noyau une légère aspiration du liquide vers le haut qui contribue encore davantage à amorcer le départ du liquide sans éclaboussures ni gouttes vers la périphérie. Au moment ou le noyau est déplacé vers le bas pour disposer le bec en position de fermeture, on provoque une surpression du liquide puisque l'on provoque un rétrécissement de l'épaisseur de l'espace annulaire délimité entre la partie tronconique du noyau et la paroi interne tronconique du secteur débouchant sur l'orifice du bec, mais à cet instant précis, le liquide continue à être entraîné dans le flux principal: il n'y a donc pas d'éclaboussures ou de gouttes. Ensuite, dès que le clapet se trouve en position de fermeture, il se produit un phénomène d'aspiration qui tend à faire remonter le liquide par capillarité le long de la pointe conique en direction de l'espace annulaire, ayant pour conséquence la formation de l'anneau liquide susmentionné se déployant sensiblement entre la mi-hauteur de la pointe conique et la lèvre et demeurant présent tant que le bec est fermé. Ainsi, la formation de gouttes est évitée, puisque le liquide disparaît de la pointe. Selon une autre caractéristique de l'invention, le noyau comporte une seconde partie, cylindrique, située immédiatement au-dessus de sa première partie, tronconique, et le corps tubulaire comporte en amont de son secteur final, trocnique, et coaxialement à celui-ci, un second secteur, ayant une paroi interne sensiblement cylindrique, et le bec est agencé pour que, en position de pleine ouverture, le plan de jonction entre lesdites seconde partie, cylindrique, du noyau et première partie, tronconique, du noyau soit au plus haut à la limite du plan de jonction entre le second secteur, cylindrique, du corps tubulaire et le secteur final, tronconique, du corps tubulaire. Ainsi, le flux de liquide demeure parfaitement laminaire quelle que soit la position du noyau dans le corps tubulaire. Selon une autre caractéristique, le bec est agencé pour que, en position de pleine ouverture, le plan de jonction entre la seconde partie, cylindrique, du noyau et la première partie, tronconique, du noyau soit situé au niveau du plan de jonction entre le second secteur du corps tubulaire ayant une paroi interne sensiblement cylindrique et le secteur final du corps tubulaire ayant une paroi interne tronconique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en regard des figures ci-après, sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en coupe d'un bec conforme à l'invention, en position d'ouverture (remplissage) ; - la figure 2 est une vue en coupe du bec conforme à l'invention, en position de fermeture. Sur les deux figures, de façon connue, le bec comporte un corps tubulaire 1 présentant un secteur final 2 ayant une paroi interne tronconique qui aboutit à l'orifice 3 de sortie du liquide. Le corps tubulaire 1 est destiné à être positionné, en mode de fonctionnement, selon un axe vertical. Le tronc de cône se réduit de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du fluide. Le secteur final 2 est surmonté, en amont, par un second secteur 4, cylindrique, lequel second secteur 4 est lui-même surmonté d'un autre secteur 5, de section cylindrique. La jonction entre le second secteur 4 et le secteur 5 qui le surmonte est conformée en épaulement formant un siège 6, ici conique, pour recevoir en position de fermeture du bec un clapet 7 intégré à un noyau 8 disposé coaxialement au corps tubulaire 1, à l'intérieur de celui-ci et déplaçable selon l'axe du corps tubulaire. Le clapet 7 et la zone du noyau qui le contient sont donc déplaçables dans le secteur 5 du corps tubulaire. De façon connue encore, en amont du secteur 5, le corps tubulaire comporte un orifice 9 destiné à être relié à une canalisation d'amenée du liquide (non représentée). Entre le secteur 5 du corps tubulaire 1 et cet orifice 9, le corps tubulaire 1 et le noyau 8 sont agencés complémentairement pour assurer le déplacement et le guidage du noyau 8 entre ses positions d'ouverture et de fermeture du bec, de même que pour assurer le passage du liquide autour du noyau. Ainsi, dans l'exemple illustré, le déplacement du noyau 8 est assuré à l'aide de moyens électromagnétiques: à cet effet, le corps tubulaire 1 comporte une zone avec un agencement de bobines 10 de commande (ou de moyens équivalents) et le noyau comporte une portion 11 en matériau magnétique. Le guidage du noyau afin de le maintenir centré dans le corps tubulaire est assuré, de façon connue par des ailettes, dont deux 12, 13 sont visibles sur les figures, lesquelles ailettes qui, tout en coulissant sur une portion de paroi du corps tubulaire, préservent le passage du fluide dans l'espace annulaire entre le noyau 8 et le corps tubulaire 1. Toujours de façon connue, la partie du noyau située en dessous du clapet est agencée de la façon suivante: une pointe conique 14 constitue l'extrémité inférieure du noyau; elle est surmontée d'une première partie 15, tronconique, présentant une conicité extérieure identique à celle intérieure du secteur final 2 du corps tubulaire. Ainsi, un espace annulaire de section décroissante est délimité, entre la première partie 15, tronconique, du noyau et la paroi interne tronconique dudit secteur final 2. Pour une position donnée du noyau, l'épaisseur de l'espace annulaire est constante; l'épaisseur de l'espace annulaire varie d'un minimum lorsque le clapet est placé en position de fermeture du bec à un maximum lorsque le clapet est placé en position d'ouverture du bec, L'angle conique de la pointe conique 14 du noyau est supérieur à celui de sa première partie 15, tronconique. Conformément à l'invention, et de façon essentielle pour éviter les éclaboussures et les gouttes, le noyau 8 et le corps tubulaire 1 sont agencés dimensionnellement pour que, lorsque le bec est en position de fermeture (figure 2), le plan 16 de jonction entre la base de la pointe conique 14 et la première partie tronconique 15 du noyau que la dite pointe prolonge se trouve à l'intérieur du secteur final 2 du corps tubulaire, en amont du plan 17, matérialisé par un trait interrompu, délimitant l'orifice 3 de sortie du liquide. Des essais ont mis en évidence que, quelle que soit la taille des parties qui composent le bec, les meilleurs résultats sont obtenus lorsque, en position de fermeture, la distance d entre les plans 16 et 17 est située dans une plage comprise entre 2 mm et la valeur de la hauteur de la pointe conique. Ainsi si la pointe possède une hauteur de 8 mm, le bec pourra être agencé pour qu'en position de fermeture, la distance d soit comprise entre 2 mm et 8 mm. On remarque donc que si la distance d entre les plans 16 et 17 correspond à la hauteur de la pointe, alors le noyau est complètement rentré dans le corps tubulaire tant en position de fermeture qu'en position d'ouverture, la pointe affleurant le plan 17 en position de fermeture. Par contre, si la distance d est inférieure à la hauteur de la pointe, alors celle-ci dépasse du corps tubulaire en position de fermeture, comme visible sur la figure 2. D'autres essais ont mis encore en évidence que, pour conserver le caractère laminaire du jet de liquide, il était souhaitable que l'épaisseur de l'espace annulaire entre la première partie 15, tronconique, du noyau et la paroi interne tronconique du secteur final 2 du corps tubulaire soit comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm lorsque le bec est en position de fermeture. Dans un mode de réalisation particulier, pour un bec produisant un jet de 18 mm de diamètre, correspondant au diamètre de l'orifice, de très bons résultats ont été obtenus pour une distance d de 3,5 mm en position de fermeture et pour un espace annulaire de 1,2 mm. La première partie 15, tronconique, du noyau est surmontée d'une seconde partie 18, cylindrique, qui peut se prolonger jusqu'au clapet 7 ou, qui peut être surmontée, comme dans le mode de réalisation illustré, en direction du clapet, par une troisième partie 19, tronconique, du noyau, de section décroissante entre la partie 18 cylindrique et le clapet 7. La troisième partie 19 tronconique du noyau peut elle-même être reliée directement au clapet ou bien encore, comme illustré sur les figures, être séparée du clapet par une quatrième partie 20, cylindrique, du noyau. En outre, afin que le jet soit le plus régulier possible, le bec est par ailleurs agencé pour que, en position d'ouverture, le plan 21 de jonction entre la seconde partie 18, cylindrique, du noyau et la première partie 15, tronconique, du noyau soit au plus haut à la limite du plan 22 de jonction entre le second secteur 4 du corps tubulaire et le secteur final 2 du corps tubulaire. Dans le mode de mise en oeuvre préféré illustré par la figure 1 notamment, le bec est agencé pour que, en position d'ouverture, le plan 21 de jonction entre la seconde partie, cylindrique, du noyau et la première partie 15, tronconique, du noyau soit confondu avec le plan 22 de jonction entre le second secteur 4 du corps tubulaire et le secteur final 2 du corps tubulaire. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits: elle s'applique à toutes les variantes que l'homme du métier peut y apporter sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Bec de remplissage pour liquide comportant un corps tubulaire (1) dans lequel est positionné un noyau (8) déplaçable pourvu d'un clapet (7) d'obturation, le corps tubulaire (1) comportant en outre une zone conformée en forme de siège (6) d'obturation pour recevoir le clapet, et le corps tubulaire comportant par ailleurs un secteur final (2) avec une paroi interne tronconique, dont le tronc de cône se réduit de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du liquide, lequel secteur final (2) détermine l'orifice (3) de sortie du liquide et dans lequel se trouve une première partie (15), tronconique, du noyau, la dite première partie (15), tronconique, du noyau présentant une conicité identique à celle dudit secteur final (2), de façon à délimiter, entre la première partie tronconique du noyau et la paroi interne tronconique dudit secteur final, un espace annulaire de section décroissante et d'épaisseur constante pour chaque position du noyau, l'épaisseur de l'espace annulaire variant d'un minimum lorsque le clapet est placé en position de fermeture du bec à un maximum lorsque le clapet est placé en position d'ouverture du bec, la première partie (15), tronconique, du noyau étant prolongée par une pointe (14) conique constituant l'extrémité inférieure du noyau, pointe dont l'angle conique est plus important que celui de ladite première partie tronconique du noyau que cette pointe prolonge, est caractérisé en ce que, en position de fermeture du bec, le plan (16) de jonction entre la base de la pointe (14) conique et la première partie (15), tronconique, du noyau se trouve à l'intérieur du secteur final (2) du corps tubulaire (1) ayant une paroi interne tronconique, en amont du plan (17) délimitant l'orifice (3) de sortie du liquide. 2. Bec de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé pour que, en position de fermeture, le plan (16) de jonction entre la base de la pointe (14) conique et la première partie (15), tronconique, du noyau se trouve à une distance d comprise entre 2 mm et la valeur de la hauteur de la pointe conique, en amont du plan (17) délimitant l'orifice de sortie du liquide. 3. Bec de remplissage selon la revendication 2, caractérisé en qu'il est agencé pour que, en position de fermeture, le plan (16) de jonction entre la base de la pointe (14) conique et la première partie (15), tronconique, du noyau que la dite pointe prolonge se trouve à une distance d de 3,5 mm, en amont du plan (17) délimitant l'orifice de sortie du liquide. 4. Bec de remplissage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est agencé pour que, en position de fermeture, l'espace annulaire de section décroissante ait une épaisseur constante comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm. 5. Bec de remplissage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est agencé pour que, en position de fermeture, l'espace annulaire de section décroissante ait une épaisseur constante de 1,2 mm. 6. Bec de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau comporte une seconde partie (18), cylindrique, située immédiatement au-dessus de ladite première partie (15), tronconique, et le corps tubulaire (1) comporte en amont du secteur final (2), et coaxialement à celui-ci, un second secteur (4) ayant une paroi interne sensiblement cylindrique, et le bec est agencé pour que, en position de pleine ouverture, le plan (21) de jonction entre la seconde partie (18), cylindrique, du noyau et la première partie (15), tronconique, du noyau soit au plus haut à la limite du plan (22) de jonction entre le second secteur (4) du corps tubulaire ayant une paroi interne sensiblement cylindrique et le secteur final (2) du corps tubulaire ayant une paroi interne tronconique. 7. Bec de remplissage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est agencé pour que, en position de pleine ouverture, le plan (21) de jonction entre la seconde partie (18), cylindrique, du noyau et la première partie (15), tronconique, du noyau soit confondu avec le plan (22) de jonction entre le second secteur (4) du corps tubulaire et le secteur final (2) du corps tubulaire. 8. Bec de remplissage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps tubulaire (1) comporte, en amont de son secteur final (2) ayant une paroi interne tronconique, un second secteur (4) coaxial, ayant une paroi interne cylindrique, et il comporte, en amont de ce second secteur, donc au-dessus de lui, un autre secteur (5) par lequel arrive le liquide, lequel autre secteur (5) se termine à sa jonction avec le second 2861716 11 secteur (4) par un siège (6) d'obturation destiné à recevoir une partie du noyau agencée en forme de clapet (7) pour la fermeture du bec. 9. Bec de remplissage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie de noyau contenue dans le second secteur du corps tubulaire, donc la partie de noyau comprise entre le clapet (7) et la première partie (15) , tronconique, du noyau, comporte, en amont et dans le prolongement immédiat de cette partie tronconique du noyau, une seconde partie (18), cylindrique. 10. Bec de remplissage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la seconde partie (18), cylindrique, du noyau se prolonge jusqu'au clapet. 11. Bec de remplissage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la seconde partie (18), cylindrique, du noyau est prolongée, en direction du clapet, par une troisième partie (19), tronconique, du noyau, de section décroissante entre la partie cylindrique et le clapet. 12. Bec de remplissage selon la revendication 11, caractérisé en ce que le noyau comporte une quatrième partie (20), cylindrique, intercalée entre le clapet (7) et la dite troisième partie (19), tronconique, du noyau. 13. Bec de remplissage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau est entraîné magnétiquement (10, 11).