Brevet FR3053672A1 — publié le 20180112

La présente invention concerne le remplissage de récipients par des produits liquides fluides ou plus ou moins visqueux, mousseux ou non. Le remplissage de récipients dans des conditions industrielles est effectué dans des installations de remplissage comprenant des becs de remplissage et des moyens d'amenée des récipients sous les becs de remplissage. On connaît des becs de remplissage comportant un corps tubulaire dans lequel sont montés un clapet s'étendant en regard d'un siège de clapet et un obturateur secondaire disposé dans une chambre de distribution en aval du clapet et relié à celui-ci. En position fermée, un joint torique monté sur le clapet est en appui sur le siège et l'obturateur secondaire est au contact ou au voisinage d'une paroi du corps délimitant une ouverture de sortie du produit à une extrémité inférieure du bec. Avec ce type de bec de remplissage, mais avec d'autres également, il existe un risque de formation d'une goutte à l'extrémité inférieure du bec, goutte qui risque de tomber et salir l'extérieur des récipients et/ou les parties de l'installation se trouvant en contrebas du bec. Un but de l'invention est de proposer une installation de remplissage plus propre. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un bec de remplissage comportant un corps tubulaire dans lequel sont montés un clapet s'étendant en regard d'un siège de clapet et un obturateur secondaire disposé dans une chambre de distribution en aval du clapet et rigidement relié à celui-ci en laissant un léger jeu axial entre eux, une partie mobile d'un actionneur étant accouplée au clapet pour déplacer celui-ci entre une 3053672 2 position extrême de fermeture et une position extrême d'ouverture. Le clapet possède une position intermédiaire de fermeture et comprend une partie reçue dans un alésage débouchant dans la chambre de distribution pour former un 5 piston d'aspiration lorsque le clapet est déplacé de la position extrême de fermeture à la position intermédiaire de fermeture. Ainsi, lorsque le clapet passe de sa position extrême de fermeture à sa position intermédiaire de 10 fermeture, le clapet va créer une dépression dans la chambre de distribution et aspirer le produit vers le haut de la chambre de distribution. Cet agencement permet une fermeture propre du bec en limitant le risque de fuite. de liquide à l'extérieur du bec. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention et de différentes variantes de celui-ci, en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : 20 - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un bec de remplissage selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une portion d'extrémité du bec, le bec étant dans un premier état fermé avec le clapet dans sa position extrême de 25 fermeture et l'obturateur secondaire dans sa position extrême de fermeture, - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, le bec étant dans un deuxième état fermé avec le clapet dans sa position intermédiaire de fermeture et 30 l'obturateur secondaire dans sa position de fermeture, - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2, le bec étant dans un état de serai-ouverture avec le clapet dans une position intermédiaire d'ouverture et l'obturateur secondaire dans une position 3053672 3 intermédiaire, - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 2, le bec étant dans un état ouvert avec le clapet dans en position extrême d'ouverture et l'obturateur 5 secondaire dans sa position extrême d'ouverture. En référence aux figures, le bec de remplissage selon l'invention comporte un corps tubulaire 1 comprenant trois éléments de corps 1.1, 1.2 et 1.3 coaxiaux et reliés entre eux par des organes d'attache 10 rapide. L'un des organes d'attache rapide est visible sur les figures et comprend une bague 40, épaulée intérieurement, qui reçoit l'extrémité supérieure de l'élément de corps 1.3 et est fixée par une liaison 15 baïonnette à l'extrémité inférieure de l'élément de corps 1.2. On notera que le bord annulaire supérieur de la bague 40 est reçu dans une gorge plane de l'extrémité inférieure de l'élément de corps 1.2 et y comprime un joint d'étanchéité annulaire 41. 20 L'élément de corps 1.2 contient un clapet, généralement désigné en 11, comprenant un noyau 12 qui est monté dans un alésage 1.21 de l'élément de corps 1.2 et qui a une extrémité supérieure en saillie axiale de laquelle s'étend un pion 13 et une extrémité inférieure 25 en saillie axiale de laquelle s'étend une tige de guidage 14. Le noyau 12 comprend, vers son extrémité supérieure, une surface externe cylindrique 12.1 et, vers son extrémité inférieure, une surface externe tronconique 12.2 dont la petite base se raccorde à la tige de guidage 30 14. Entre la surface externe cylindrique 12.1 et la surface externe tronconique 12.2 s'étend en saillie une lèvre annulaire 12.3 de diamètre voisin du diamètre de l'alésage 1.21. Sur la surface externe cylindrique 12.1 du noyau 3053672 12, est monté légèrement serré un joint torique 15 destiné à être appliqué sur un siège 1.22 formé d'un épaulement entourant le débouché supérieur de l'alésage cylindrique 1.21. La surface externe cylindrique 12.1 du 5 noyau 12 a une longueur supérieure au diamètre du joint torique 15 de sorte que le joint torique 15 est monté sur cette surface avec un jeu axial permettant au joint torique 15 de coulisser le long de la surface externe cylindrique 12.1. Le joint torique 15 est repoussé vers 10 la lèvre annulaire 12.3 par un ressort hélicoïdal 16 ayant une extrémité supérieure en appui contre une rondelle 17 en appui contre un épaulement du pion 13 et une extrémité inférieure en appui contre une bague 18 qui est en contact avec le joint torique 15 et qui est montée 15 sur la surface externe cylindrique 12.1 du noyau 12 pour coulisser. La bague 18 est pourvue de bras axiaux venant en appui contre la rondelle 17. On notera que la bague 18 a son mouvement limité vers le bas par sa venue en appui sur le siège I.22et son mouvement limité vers le haut par 20 la venue en appui des bras axiaux sur la rondelle 17. Le déplacement du joint torique 15 permet notamment d'effectuer un nettoyage de la surface externe cylindrique 12.1 du noyau 12 du clapet 11. La tige de guidage 14 est pourvue d'ailettes 25 latérales 19 assurant le centrage de la tige de guidage 14 dans l'alésage 1.21 tout en autorisant le passage du liquide. L'élément de corps 1.3 délimite une chambre de distribution contenant un obturateur secondaire 21 qui 30 est fixé à l'extrémité inférieure de la tige de guidage 14 du clapet 11 au moyen d'une goupille 22 de manière à ménager un jeu axial entre le clapet 11 et l'obturateur secondaire 21. Dans ce mode de réalisation l'obturateur secondaire 21 comporte une partie inférieure conique 23 3053672 5 s'étendant en regard d'une restriction conique 24 entourant un orifice de sortie de l'élément de corps 1.3. Le bec comprend un dispositif, généralement désigné en 2, de commande du clapet 11. Le dispositif de 5 commande 2 comporte une unité de commande 3 reliée à un actionneur et à un débitmètre 4. L'actionneur comprend un moteur électrique rotatif 5 monté sur un bâti 6 fixé à l'élément de corps 1.1. Le moteur électrique rotatif 5 a un arbre de sortie lié en rotation par un train 10 d'engrenages à une vis sans fin 7 montée verticalement dans le bâti 6 pour pivoter. Un écrou 8 fixe en rotation est monté sur la vis sans fin 7 et lié en translation à une extrémité supérieure d'une tige de commande 9 ayant une portion d'extrémité inférieure reçue à coulissement 15 dans une douille 1.12 montée coaxialement dans l'élément de corps 1.1 pour définir une enceinte étanche isolée de la chambre 1.11 d'arrivée du produit (la chambre d'arrivée 1.11 est délimitée par l'élément de corps 1.1 et est raccordée à la conduite d'alimentation C du bec en 20 produit de remplissage). La portion d'extrémité inférieure de la tige de commande 9 est pourvue de bagues 10 en ferrite pour former un moyen d'actionnement électromagnétique. Un coulisseau 30 est reçu à coulissement autour 25 de la douille 1.12 qui assure un guidage précis de l'élément d'actionnement 3 à l'intérieur de l'élément de corps 1.1. Le coulisseau 30 est pourvu d'éléments magnétiques annulaires pour créer un accouplement magnétique entre le coulisseau 30 et la tige de commande 30 9. Les bagues en ferrite sont de préférence dimensionnées pour exercer sur le coulisseau 30 une force presque égale au poids du coulisseau 30 et des équipements qui lui sont associés. La liaison entre le coulisseau 30 et le clapet 11 3053672 6 est assurée par un organe d'accouplement généralement désigné en 35. Dans le mode de réalisation illustré, l'organe d'accouplement comporte un étrier 36 relié au coulisseau 30 par des bras de liaison 37. L'étrier 36 est 5 engagé dans une gorge du pion 13 avec un jeu radial de sorte que le coulissement précis du coulisseau 30 et le coulissement précis du clapet 11 dans les éléments de corps 1.1, 1.2 ne sont pas affectés même si les éléments de corps 1.1 et 1.2 ne sont pas montés de façon- 10 rigoureusement coaxiale. On notera que : - le montage du clapet et de l'actionneur dans des éléments de corps séparés reliés par un organe d'attache rapide et la dissociabilité des éléments 15 d'accouplement rendent possible de réaliser rapidement différentes combinaisons de l'organe de commande et de l'organe d'obturation ; l'agencement des éléments de l'organe d'accouplement sous forme d'un étrier et d'un pion 20 comportant une tête engagée entre les branches de l'étrier permet, après ouverture de l'organe d'attache rapide, de dissocier le clapet et l'actionneur par un simple décalage latéral de ceux-ci l'un par rapport à l'autre. 25 Le débitmètre 4 est installé sur la conduite d'alimentation C du bec de remplissage pour permettre à l'unité de commande 3 de piloter le moteur 5 en fonction du débit mesuré dans ladite conduite. Au cours d'une opération de remplissage, le bec 30 de remplissage va passer d'un état fermé à un état ouvert avant de revenir à un état fermé. Du fait du jeu axial entre l'obturateur secondaire 21 et le clapet 11, le bec de remplissage possède plusieurs états fermé. 3053672 7 Dans le premier état fermé du bec de remplissage, comme illustré par la figure 2, le clapet 11 est dans sa position extrême de fermeture et le joint torique 17 est en appui sur le siège 1.22. L'obturateur secondaire 21 5 est en appui sur la restriction conique 24 de l'élément de corps 1.3. Cet état correspond à l'arrêt du remplissage : il y a généralement du produit restant dans la chambre de distribution 1.31 définie par l'élément de corps 1.3 et un risque de fuite si la partie inférieure 10 conique 23 de l'obturateur secondaire 21 n'est pas parfaitement en appui contre la restriction conique 24. Cet état n'est que transitoire. Dans le deuxième état fermé du bec de remplissage, comme illustré par la figure 3, le moteur 15 rotatif électrique 5 a été commandé pour remonter le clapet 11 vers une position intermédiaire de fermeture dans laquelle : la lèvre 11.3 reste dans l'alésage 1.21, le joint torique 17 reste en appui sur le siège 1.22, et l'obturateur secondaire 21 est en appui sur la 20 restriction 24 de l'élément de corps 1.3. Le déplacement du clapet 11 vers sa position extrême d'ouverture a créé une dépression dans la chambre de distribution 1.31 et crée donc un effet d'aspiration du produit restant dans la chambre de distribution 1.31. Ceci limite le risque de 25 fuite. Pour l'ouverture du clapet 11, le moteur rotatif électrique 5 est commandé pour remonter le clapet 11 vers une position extrême d'ouverture, ce qui provoque le décollement de l'obturateur secondaire 21 par rapport à 30 la restriction conique 24 (figure 4). Lorsque la lèvre 11.3 atteint le joint d'étanchéité 15, elle décolle le joint d'étanchéité 15 du siège 1.22 autorisant le passage du produit vers la chambre de distribution 1.31 et l'orifice de sortie du bec. La surface externe 3053672 8 tronconique 11_2 permet de réguler le débit de produit en ménageant avec le bord de l'alésage 1.21 une section annulaire de passage plus ou moins grande. L'unité de commande 3 est agencée pour que le bec 5 de remplissage délivre le produit à un premier débit dans une phase de début de remplissage, un deuxième débit dans une phase intermédiaire et à un troisième débit dans une phase de fin de remplissage. Pour optimiser la vitesse de remplissage en imitant le risque d'éclaboussure et le 10 risque de moussage du produit dans le récipient, le troisième débit est inférieur au premier débit qui est inférieur au troisième débit. En variante le premier et le troisième débit peuvent être égaux l'un à l'autre_ - l'agencement du clapet et de l'obturateur 15 secondaire permet, sans risquer d'interférer avec l'action de fermeture du clapet, de maintenir dans le bec de remplissage une quantité de produit suffisante pour éviter un défaut de formation du jet de produit lors de l'ouverture du clapet. 20 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que le dispositif selon 25 l'invention ait été illustré avec un organe d'accouplement comprenant un étrier en C associé à un pion, ce qui permet non seulement un montage rapide mais également un nettoyage efficace sans qu'il soit nécessaire de procéder à un démontage, on peut utiliser 30 d'autres organes d'accouplement présentant un jeu radial, par exemple un organe d'accouplement à baïonnette. En variante, l'obturateur secondaire 28 peut avoir une hauteur plus importante pour favoriser un écoulement laminaire du produit à la sortie du bec. 3053672 9 En position fermée, on peut prévoir que l'obturateur secondaire 25 s'étende à proximité de la restriction 26 dans l'élément de corps 1.3 et non au contact de celle-ci. Les dimensions et le positionnement 5 relatif de la partie conique et de la restriction 26 sont alors prévues pour que dans la position fermée, la partie conique 25 de l'obturateur secondaire 28 soit espacée de la restriction 26 avec un jeu juste suffisant pour retenir par capillarité le produit contenu dans les 10 éléments de corps 1.2 et 1.3. Un tel agencement est utile pour le conditionnement de produit ayant tendance à mousser lors d'un écoulement turbulent tel que le lait. Le moteur électrique rotatif peut être lié à la partie mobile (la tige de commande) par tout type de 15 mécanisme de transformation de mouvement rotatif en mouvement translatif. L'unité de dosage peut comprendre, comme décrit ici, un capteur de débit monté en amont du clapet, mais aussi, alternativement ou conjointement, un autre type de 20 capteur permettant de déterminer la quantité de produit distribué, et par exemple un capteur de poids d'un récipient en cours de remplissage. REVENDICATIONS1. Bec de remplissage comportant un corps tubulaire dans lequel sont montés un clapet s'étendant en regard d'un siège de clapet et un obturateur secondaire disposé dans une chambre de distribution en aval du clapet et rigidement relié à celui-ci avec un léger jeu axial entre le clapet et l'obturateur secondaire, et une partie mobile d'un actionneur étant accouplée au clapet pour déplacer celui-ci entre une position extrême de fermeture et une position extrême d'ouverture, caractérisé en ce que le clapet possède une position intermédiaire de fermeture et en ce que le clapet comprend une partie reçue dans un alésage débouchant dans la chambre de distribution pour former un piston d'aspiration lorsque le clapet est déplacé de la position extrême de fermeture à la position intermédiaire de fermeture. 2. Bec de remplissage selon la revendication 1, dans lequel l'actionneur est relié à une unité de dosage agencée pour déterminer une quantité de liquide délivré par le bec et pour commander l'actionneur en fonction de la quantité déterminée. 3. Bec de remplissage selon la revendication 2, dans lequel l'actionneur est un moteur électrique rotatif lié à la partie mobile par un mécanisme de transformation de mouvement rotatif en mouvement translatif et l'unité de dosage comprend un circuit d'asservissement relié au moteur électrique pour piloter celui-ci. 4. Bec de remplissage selon la revendication 2, dans lequel l'unité de dosage comprend un capteur de débit monté en amont du clapet. 5. Bec de remplissage selon la revendication 2, dans lequel l'unité de dosage comprend un capteur de 3053672 11 poids d'un récipient en cours de remplissage. 6. Bec de remplissage selon la revendication 2, dans lequel le mécanisme de transformation de mouvement rotatif en mouvement translatif est un système vis/écrou. 5 7. Bec de remplissage selon la revendication 1, dans lequel le clapet et l'actionneur sont montés dans des éléments de corps séparés reliés par un organe d'attache rapide, et l'organe d'accouplement comprend deux éléments accouplés selon une liaison dissociable 10 comprenant un jeu radial. 8. Bec de remplissage selon la revendication 7, dans lequel l'un des éléments de l'organe d'accouplement est un étrier en C et l'autre élément est un pion comportant une tête engagée entre les branches de 15 l'étrier. 9. Bec de remplissage selon la revendication 1, dans lequel l'obturateur secondaire est monté dans un élément de corps séparé de l'élément de corps comportant le clapet, et est relié à celui-ci par un organe 20 d'attache rapide. 10. Bec de remplissage selon la revendication 1, dans lequel le clapet comporte un noyau sur lequel est monté un joint torique et le siège de clapet comprend un chanfrein à l'extrémité supérieure d'un élément de corps 25 cylindrique. 11. Bec de remplissage selon la revendication 11, dans lequel le joint torique est monté sur le noyau avec un jeu axial.