Brevet FR2938643A1 — publié le 20100521

PROCEDE DE DOSAGE VOLUMETRIQUE D'UN FLUIDE AU MOYEN D'UN PISTON ET DISPOSITIF DESTINE A CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de dosage volumétrique d'un fluide, présentant une consistance pâteuse, liquide ou visqueuse, pouvant présenter un caractère homogène ou non, au moyen d'un piston coulissant dans une chemise. Elle concerne également un dispositif de dosage volumétrique adapté à ce procédé, dont la vitesse et la rentabilité sont améliorées par une limitation des mouvements des éléments constitutifs dudit dispositif les uns par rapport aux autres. La distribution de produits, qu'ils soient alimentaires ou non, liquides ou plus ou moins visqueux, pouvant être homogènes ou hétérogènes, peut être réalisée au moyen d'un piston qui coulisse dans une chemise. Le mouvement du piston permet à la fois d'aspirer le produit à doser, puis de le refouler, par un mouvement inverse. La chemise reste fixe et l'écoulement du produit est réalisé par un système de vanne à deux voies. Divers dispositifs ont déjà été décrits dans l'art antérieur. Ainsi, le brevet FR 2 661 740 décrit un dispositif de dosage constitué notamment d'une chambre de dosage, pourvue d'un piston et d'une chemise qui peut être entraînée en rotation, autour d'un axe correspondant à celui du piston. Les moyens d'ouverture et de fermeture des conduits d'aspiration et de refoulement sont indépendants. Le document WO 2008/055255 décrit un dispositif de dosage au moyen d'un piston inséré dans un rotor. Le mouvement de rotation du rotor permet au piston de se positionner face à un orifice d'entrée d'une cuve contenant le produit à doser. Le piston est alors déplacé dans la chemise de manière ce qu'elle soit remplie du fluide à doser. La rotation continue du rotor permet le déplacement angulaire de la chemise, et le piston est actionné pour forcer le passage du fluide vers la sortie. Le brevet FR 2 634 252 décrit un dispositif de dosage volumétrique d'un produit de consistance quelconque, c'est-à-dire liquide, visqueuse ou pâteuse. Il se compose notamment d'un piston, monté coulissant par rapport à la chambre de dosage. Il présente un mouvement de rotation autour de son axe, de manière à interrompre la communication entre la canal du piston et le conduit d'amenée du produit. Le document US 2008/0142552 décrit un dispositif de dosage d'un fluide, commandé par un vérin pneumatique. II comprend notamment un piston pouvant se déplacer dans une chemise, sous l'effet d'une pression, tandis que la chemise est remplie de fluide, également sous pression, et qui va éviter le déplacement non souhaité du piston. Le document EP 0 796 658 décrit un dispositif permettant une aspiration et une distribution de fluides simultanées. II est constitué de deux chambres disposées côte à côte, et munies chacune d'un orifice. Un piston est disposé dans la seringue, chacune de ses extrémités se déplaçant respectivement dans une des chambres. Quand le piston est actionné dans une direction, une aspiration a lieu au niveau de l'orifice d'une des chambres, tandis que l'autre orifice de la seconde chambre subit une force de distribution. Le mouvement inverse du piston cause l'effet inverse à chacune des chambres. Ces divers dispositifs nécessitent deux mouvements afin de réaliser l'aspiration et le refoulement du produit. En effet, le boisseau doit préalablement être déplacé de manière à permettre l'aspiration du produit, puis il doit subir le mouvement inverse pour refouler le produit, en sachant que la chemise contenant le produit à doser doit être également bien positionnée, généralement suite à une rotation, face à la zone de sortie, par un boisseau commandé permettant alternativement l'admission et le refoulement. Chacun de ces mouvements représente une perte de temps pour le dosage, et ne permet pas un refoulement successif du produit, sans avoir à ré-aspirer préalablement le produit, et donc reprogrammer le piston pour un cycle de mouvements. La présente invention entend remédier à ces divers inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de dosage volumétrique, dont une aspiration unique permet de distribuer successivement plusieurs doses de produit, et dont les mouvements des éléments constitutifs sont simplifiés les uns par rapport aux autres de manière à réduire le temps de dosage. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de dosage volumétrique d'un fluide, de consistance liquide à épaisse, homogène ou hétérogène, avec ou sans morceaux, à partir d'un ensemble formé d'une cuve 1 contenant ledit fluide et munie d'une ouverture de sortie 11, communiquant avec un boisseau 2 immobile, comportant un orifice d'entrée 21 et un orifice de sortie 22, l'ouverture de sortie 11 de ladite cuve 1 communiquant avec le boisseau 2 au niveau de son orifice d'entrée 21 par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité, ledit boisseau 2 contenant une chemise 3 montée coulissante et dotée d'un orifice d'entrée 31 et d'un orifice de sortie 32, et dans laquelle est monté coulissant un piston 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'aspiration mettant en concordance l'orifice d'entrée 31 de la chemise 3 avec l'orifice d'entrée du boisseau 2 par translation de la chemise 3 jusqu'à contact avec une butée, suivie d'une aspiration par coulissement du piston à l'intérieur de la chemise, ces deux mouvements s'opérant de manière successive sans interruption, par un seul mouvement, et une seconde étape dans laquelle l'orifice de sortie 32 de la chemise 3 est mis en concordance avec l'orifice de sortie 22 du boisseau 2 par translation de la chemise 3, le contact de la chemise 3 sur une butée provoquant le déplacement du piston à l'intérieur de la chemise 3 suivi d'un refoulement. On comprendra mieux l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente le dispositif de dosage volumétrique avant le dosage proprement dit en position d'aspiration ; la figure 2 représente le dispositif de dosage en conditions d'utilisation, c'est-à-dire en position de refoulement ; ; la figure 3 représente une vue d'ensemble du boisseau, vu de dessus, constitutif du dispositif de dosage ; la figure 4 représente une vue détaillée du dessus du boisseau constitutif du dispositif de dosage ; - la figure 5 représente une vue détaillée du dessus du boisseau constitutif du dispositif de dosage ; la figure 6 est une vue éclatée de la chemise constitutive du dispositif de dosage ; - la figure 7 est une représentation détaillée de l'orifice de guidage de la chemise. Le dispositif de dosage volumétrique selon l'invention se compose d'une cuve 1, dans laquelle est disposée le produit à doser. Le produit à doser peut 5 avoir une consistance liquide, pâteuse ou visqueuse, être homogène ou hétérogène, avec ou sans morceaux selon sa destination. Il peut être un produit alimentaire ou autre. La cuve 1 contenant le produit est positionnée en partie haute dudit dispositif, de manière à faciliter l'écoulement du produit à doser. Elle est installée 10 en particulier sur la partie supérieure d'un boisseau 2, avec lequel elle est en contact. La forme de la cuve est configurée de manière à ce que sa face inférieure présente un rétrécissement muni d'un orifice de sortie 11, qui va correspondre à la zone d'écoulement du produit à doser, à la fois dans le boisseau 2 et la 15 chemise 3, comme cela va être expliqué dans la suite de la description. Le rétrécissement est muni d'un joint d'étanchéité (non représenté) qui va empêcher le produit de s'écouler librement et de façon continue. Sous la cuve 1, est disposé le boisseau 2. II présente une forme cylindrique allongée, et est disposé horizontalement ou verticalement. Cette 20 forme est appropriée pour le déplacement des différents éléments constitutifs du dispositif de dosage selon l'invention. Le boisseau 2 est muni sur sa face supérieure d'un orifice d'entrée 21, disposé de manière à faire face à l'orifice de sortie 11 de la cuve 1, au niveau du joint d'étanchéité, afin de permettre l'écoulement du produit à doser. 25 Le boisseau 2 présente sur sa face inférieure un orifice de sortie 22, qui peut être disposé de façon sensiblement symétrique par rapport à l'orifice d'entrée 21, de manière à ce que les deux orifices 21, 22 soient disposés l'un au dessus de l'autre. Ces deux orifices 21, 22 seront cependant préférentiellement légèrement décalés afin d'améliorer la rigidité de la pièce et éviter ainsi de la 30 fragiliser. L'orifice de sortie 22 du boisseau 2 présente une forme cylindrique, tandis que son orifice d'entrée 21 affiche une forme plutôt oblongue. De plus, les dimensions de l'orifice d'entrée 21 sont plus importantes de manière à favoriser l'écoulement du produit à aspirer, tout en permettant un remplissage optimal. Ces formes ne sont nullement limitatives, et dépendront de la consistance du produit ainsi que de la quantité à doser, mais permettent d'optimiser à la fois l'aspiration du produit et son refoulement. Le boisseau 2 reste immobile lors du dosage du produit. A l'intérieur du boisseau 2, une chemise 3 est montée en translation. Elle présente une forme cylindrique dont les dimensions sont inférieures à celle du boisseau 2, de manière à permettre son déplacement en translation, sans que les forces de frottement soient trop importantes et bloquent ce mouvement. Les dimensions de la chemise 3 sont également déterminées par les quantités de produit à doser, mais sont également s'il est envisagé de refouler plusieurs doses de produit successivement. La chemise 2 est munie également d'un orifice d'entrée 31 et d'un orifice de sortie 32, disposés de part et d'autre. Contrairement aux orifices d'entrée 21 et de sortie 22 du boisseau, les orifices 31, 32 de la chemise 3 ne sont pas disposés symétriquement : ils sont au contraire décalés. L'orifice d'entrée 31 de la chemise 3 communique à la fois avec l'orifice d'entrée du boisseau 2, communiquant lui-même avec l'orifice de sortie de la cuve 1. De ce fait, le produit contenu dans la cuve se retrouve directement aspirable dans la chemise 3, lors de l'actionnement du dispositif de dosage. La course de la chemise doit être limitée dans les deux sens, selon le positionnement des orifices d'entrée et de sortie. L'orifice de sortie 32 de la chemise 3 ne communique cependant pas avec l'orifice de sortie 22 du boisseau 2, lorsque le dispositif n'est pas en cours d'utilisation. C'est lors du mouvement de translation de la chemise 3 dans le boisseau 2, suite à l'actionnement du dispositif pour effectuer le dosage, que l'orifice de sortie 32 de la chemise 3 va se positionner face à l'orifice de sortie 22 du boisseau 2. Ainsi, lorsque le dispositif de dosage n'est pas en cours d'utilisation, le produit à doser n'est pas en mesure de s'écouler vers l'orifice de sortie 22 du boisseau 2 et l'orifice de sortie 32 de la chemise 3. II reste bloqué dans la chemise 3, puisque son orifice de sortie 32 n'est pas en communication avec l'orifice de sortie 22 du boisseau. La chemise 3 est munie de deux butées à chacune de ses extrémités, qui vont limiter son mouvement de translation, et par conséquent le déplacement du piston. La chemise 3 est munie à l'une de ses extrémités d'une pièce d'attache en contact avec l'une des butées. Cette pièce d'attache est munie d'un orifice de guidage 6, destiné à maintenir le bon positionnement de l'orifice d'entrée 31 de la chemise 3 par rapport à l'orifice d'entrée 21 du boisseau, afin qu'ils soient bien alignés et non pas légèrement décalés lors du dosage, et permettre ainsi un bon écoulement du produit à doser, et un dosage précis. Au niveau de leurs orifices d'entrée 21 et 31, le boisseau 2 et la chemise 3 sont configurés de manière à présenter une cambrure continue, qui va éviter les turbulences qui peuvent se produire lors de l'écoulement du produit. Une variante de réalisation a été décrite dans laquelle les orifices d'entrée 21 et de sortie 22 du boisseau 2 sont disposés de façon sensiblement symétriques, tandis que les orifices d'entrée 31 et de sortie 32 de la chemise 3 sont décalés. Le montage inverse peut également être réalisé, à savoir que les orifices d'entrée 21 et de sortie 22 du boisseau 2 sont totalement asymétriques, tandis que les orifices d'entrée 31 et de sortie 32 de la chemise 3 sont symétriques. Le fonctionnement du dispositif de dosage reste identique avec cette variante de réalisation. A l'intérieur de la chemise 3, est disposé un piston 4, qui va permettre de doser précisément la quantité de produit à évacuer. Ce piston 4 est monté coulissant par rapport à la chemise 3. Sa distance de course, pré-déterminée par un système automatisé, permet de délivrer une quantité précise de produit. La mise en mouvement du dispositif de dosage est réalisée en deux temps. Le piston 4 est d'abord actionné de manière à réaliser un mouvement d'aspiration du produit contenu dans la cuve 1. Il est alors positionné de manière à laisser l'espace libre dans la chemise, maintenant rempli par le produit. Les orifices d'entrée 21, 31 du boisseau 2 et de la chemise 3 étant en communication avec l'ouverture de sortie 11 de la cuve 1, le produit est aspiré avec ou sans dispositif de gavage ou d'aide à l'écoulement. La chemise 3 est ensuite déplacée à l'intérieur du boisseau 2, de manière à ce que son orifice de sortie 32 se positionne en face de l'orifice de sortie 22 du boisseau 2. Le mouvement de la chemise 3 est bloqué en translation par une des butées 5, à l'une de ses extrémités. La chemise 3 subit uniquement un mouvement de translation, permettant le positionnement de ses orifices par rapport aux orifices du boisseau, rendant ainsi inutile une rotation de la chemise pour assurer son bon positionnement. Le contact entre la butée 5 et la chemise 3 permet alors le coulissement du piston à l'intérieur de la chemise 3, ce qui va permettre le refoulement du produit à doser. Les mouvements respectifs, d'abord de la chemise 3, puis du piston 4, sont réalisés de façon ininterrompue, de manière à optimiser le dosage du produit. La course de refoulement du piston 4 dans la chemise 3 peut être variable. Elle peut en effet être réalisée en plusieurs fois, avec un temps d'arrêt entre chaque mouvement de course, ce qui va permettre d'appliquer plusieurs doses de produit, sans avoir besoin de remplir préalablement la chemise 3 de produit, limitant ainsi les mouvements du piston pour ré-aspirer le produit. Ainsi, aucun temps mort ne vient retarder le positionnement de la chemise 3 par rapport au boisseau 2, ni le mouvement du piston 4 afin d'extraire le produit à doser. Le dispositif de dosage peut présenter plusieurs corps, c'est-à-dire un ensemble formé par un boisseau 2, une chemise 3 et un piston 4. Afin d'ajuster les doses issues d'un même mouvement sur une machine à plusieurs corps, le déplacement de la chemise 3 peut être réglé pour chaque corps afin de moduler la course utile. Le piston 4 et la chemise 3 sont solidarisés de manière à permettre le déplacement de ces éléments lors du dosage. Cette solidarisation peut être réalisée par simple contact ou par des moyens mécaniques. Le contact piston 4 et chemise 3 peut être suffisant en lui-même pour déplacer la chemise 3 dans le boisseau 2. Cependant, ce mouvement peut être obtenu par divers moyens, tel qu'un élément adhérent, en polyuréthane à titre d'exemple, soumis à une injection d'air cyclique, qui va le faire gonfler et déplacer ainsi ces éléments par rapport au boisseau 2. Un accouplement hydraulique, pneumatique, mécanique ou magnétique permet également le mouvement de la chemise 3 dans le boisseau 2. Selon un autre mode de fonctionnement, lors de l'aspiration du produit, la chemise 3 et le boisseau 2 sont solidarisés de manière à ce que leurs orifices d'entrée 21, 31 soient en concordance. Quand l'aspiration est terminée, suite au déplacement du piston 4 qui se termine sur une butée de la chemise 3, l'ensemble formé par la chemise 3 et le boisseau 2 est désolidarisé, ce qui permet le déplacement de la chemise 3. Le refoulement peut alors être réalisé, jusqu'à ce que le piston 4 rencontre la butée de la chemise 3, la chemise 3 et le boisseau 2 se re-solidarisant de manière à ce que leurs orifices soient concordants. Une fois arrivé en bout de course, le piston 4 et la chemise 3 sont déplacés en sens inverse, de manière à mettre en concordance les orifices pour une nouvelle aspiration. L'ensemble du dispositif peut être actionné par un moyen de poussée mécanique, pneumatique ou autre, par exemple un ensemble formé d'un moteur, commandé par un axe muni de poulies crantées. Un système automatisé permet de régler les caractéristiques de l'aspiration du produit en vitesse et en quantité. La force du mouvement de translation de la chemise 3 est également réglée de la même manière, ainsi que la course du piston 4 dans la chemise 3. Ces diverses opérations sont fonction de la quantité de produit à doser, et de la distribution successive de plusieurs doses ou pas. Le mouvement de la chemise 3 dans le boisseau 2 est favorisé par exemple par un dispositif de guidage (non représenté), qui se compose de galets, sur lesquels coulissent deux barres disposées parallèlement au boisseau 2. Ce dispositif de guidage permet d'envoyer une force de poussée à la chemise 3 afin que celle-ci reste alignée par rapport au boisseau 2. Le dispositif de dosage est réalisé indifféremment en acier inoxydable ou tout autre matériau adapté aux produits. REVENDICATIONS1. Procédé de dosage volumétrique d'un fluide, de consistance liquide à épaisse, homogène ou hétérogène, avec ou sans morceaux, à partir d'un ensemble formé d'une cuve 1 contenant ledit fluide et munie d'une ouverture de sortie 11, communiquant avec un boisseau 2 immobile, comportant un orifice d'entrée 21 et un orifice de sortie 22, l'ouverture de sortie 11 de ladite cuve 1 communiquant avec le boisseau 2 au niveau de son orifice d'entrée 21 par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité, ledit boisseau 2 contenant une chemise 3 montée coulissante et dotée d'un orifice d'entrée 31 et d'un orifice de sortie 32, et dans laquelle est monté coulissant un piston 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'aspiration mettant en concordance l'orifice d'entrée 31 de la chemise 3 avec l'orifice d'entrée du boisseau 2 par translation de la chemise 3 jusqu'à contact avec une butée, suivie d'une aspiration par coulissement du piston à l'intérieur de la chemise, ces deux mouvements s'opérant de manière successive sans interruption, par un seul mouvement, et une seconde étape dans laquelle l'orifice de sortie 32 de la chemise 3 est mis en concordance avec l'orifice de sortie 22 du boisseau 2 par translation de la chemise 3, le contact de la chemise 3 sur une butée provoquant le déplacement du piston à l'intérieur de la chemise 3 suivi d'un refoulement. 2. Procédé de dosage utilisant le dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le coulissement du piston 4 est interrompu dans la chemise 3 pour permettre le refoulement de plusieurs doses de produit. 3. Dispositif de dosage volumétrique d'un fluide destiné au procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices d'entrée 21 et de sortie 22 du boisseau 2 sont disposés de façon sensiblement symétrique l'un par rapport à l'autre, et que les orifices d'entrée 31 et de sortie 32 de la chemise sont décalés l'un par rapport à l'autre. 4. Dispositif de dosage volumétrique d'un fluide destiné au procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les orifices d'entrée 21 et de sortie 22 du boisseau 2 sont décalés l'un par rapport à l'autre, etlo que les orifices d'entrée 31 et de sortie 32 de la chemise 3 sont disposés de façon sensiblement symétrique l'un par rapport à l'autre. 5. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la chemise 3 comporte deux butées à l'une de ses extrémités, 5 limitant son mouvement de translation dans les deux sens. 6. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'orifice de sortie 22 du boisseau 2 est cylindrique, tandis que l'orifice d'entrée 21 est oblongue. 7. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en 10 ce que la chemise 3 est munie d'un orifice de guidage 6 à l'une de ses extrémités. 8. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le piston 4 et la chemise 3 sont solidarisés par un moyen pneumatique, hydraulique, mécanique, ou magnétique 15 9. Dispositif de dosage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de solidarisation du piston 4 et de la chemise 3 est un élément adhérent soumis à une injection d'air cyclique, solidarisant le piston dans la chemise. 10. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en 20 ce que le piston 4 et la chemise 3 sont solidarisés par frottement. 11. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le contact du piston 4 avec l'une des butées désolidarise la chemise 3 du boisseau 2, pour permettre le déplacement jusqu'au refoulement du produit. 25 12. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de guidage, constitué de galets sur lesquels coulissent deux barres disposées parallèlement au boisseau 2, permettant de garder alignée la chemise 3 par rapport au boisseau. 30