FR3058396A1 - Dispositif et procede de conditionnement en pression d'un contenant a traiter et machine de conditionnement en pression associee - Google Patents

Dispositif et procede de conditionnement en pression d'un contenant a traiter et machine de conditionnement en pression associee Download PDF

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif et un procédé de conditionnement en pression (1) d'un contenant à traiter (2) bouché par un bouchon (3), ledit dispositif (1) comprenant un capot (4) qui comprend une aiguille (15), des moyens d'injection de fluide (6) et une canule chauffante (19), ledit capot (4) étant configuré pour être accosté de manière étanche sur le bouchon (3), ladite aiguille (15) étant apte à se déplacer pour percer un trou (23) à travers le bouchon (3), ladite canule (19) étant apte à se déplacer pour obturer ledit trou (23) par fusion de la matière du bouchon (3), l'aiguille (15) et la canule (19) étant disposées de façon à ce que leurs axes de déplacement soient sécants en un point situé dans le bouchon (3), l'extrémité (25) de la canule (19) étant convexe.

Description

© N° de publication : 3 058 396 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 60720 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : B 65 B 31/04 (2017.01), B 67 C 3/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 04.11.16. (© Priorité : ©) Demandeur(s) : JALCA — FR.
@ Inventeur(s) : DELAGE JEAN-GUY.
©) Date de mise à la disposition du public de la demande : 11.05.18 Bulletin 18/19.
©) Liste des documents cités dans le rapport de recherche préliminaire : Se reporter à la fin du présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux apparentés : ©) Titulaire(s) : JALCA.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : CABINET CHAILLOT.
DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONDITIONNEMENT EN PRESSION D'UN CONTENANT A TRAITER ET MACHINE DE CONDITIONNEMENT EN PRESSION ASSOCIEE.
FR 3 058 396 - A1 tPT) L'invention a pour objet un dispositif et un procédé de conditionnement en pression (1) d'un contenant à traiter (2) bouché par un bouchon (3), ledit dispositif (1) comprenant un capot (4) qui comprend une aiguille (15), des moyens d'injection de fluide (6) et une canule chauffante (19), ledit capot (4) étant configuré pour être accosté de manière étanche sur le bouchon (3), ladite aiguille (15) étant apte à se déplacer pour percer un trou (23) à travers le bouchon (3), ladite canule (19) étant apte à se déplacer pour obturer ledit trou (23) par fusion de la matière du bouchon (3), l'aiguille (15) et la canule (19) étant disposées de façon à ce que leurs axes de déplacement soient sécants en un point situé dans le bouchon (3), l'extrémité (25) de la canule (19) étant convexe.
i
DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONDITIONNEMENT EN PRESSION D'UN
CONTENANT A TRAITER ET MACHINE DE CONDITIONNEMENT EN
PRESSION ASSOCIEE
La présente invention concerne le domaine de l'embouteillage, et porte en particulier sur un dispositif et un procédé de conditionnement en pression d'un contenant à traiter au moins partiellement rempli avec un contenu et bouché de manière étanche par un bouchon disposé au-dessus d'un espace de tête du contenant, et sur une machine de conditionnement en pression associée.
On entend pour la suite par contenu un produit liguide ou semi-liguide alimentaire destiné à être commercialisé en dehors de la chaîne de froid tel gu'un jus de fruit acide, dans un contenant, un contenant au sens de la présente invention étant une enveloppe en matériau polymère tel qu'une bouteille, munie d'un bouchon de type connu, destiné à obturer de façon hermétique la bouteille après remplissage, généralement à vis.
Les contenus liquides ou semi-liquides alimentaires sont sensibles au développement microbien et les qualités organoleptiques sont très rapidement modifiées en l'absence d'un traitement de stérilisation des organismes pathogènes et/ou de la présence d'oxygène.
De façon connue, le traitement thermique à haute température de l'ordre de 90 °C pendant quelques secondes, dit aussi flash pasteurisation, est appliqué aussi aux liquides ou semi-liquides alimentaires ayant un pH inférieur à 4,7, comme les jus par exemple. Dans ce procédé connu, le liquide est traité dans une unité spécifique, préalablement au remplissage qui doit être effectué de façon stérile. Il faut donc veiller à ce que la chaîne reste stérile.
Ce procédé connu de remplissage consiste à remplir à froid en ambiance stérile, le contenant et son bouchon étant stérilisés à froid au moyen d'un liquide de stérilisation puis d'un rinçage et le contenu étant ensuite introduit dans ce contenant en atmosphère aseptique. L'avantage est de recourir à des emballages qui nécessitent peu de matière car les propriétés mécaniques nécessaires sont limitées. Le procédé n'engendre pas de variations de volume liées aux variations de température. De plus, les propriétés mécaniques nécessaires étant limitées, les formes esthétiques extérieures sont plus libres. Néanmoins, l'oxygène contenu dans l'espace de tête peut être consommé et il se produit alors une dépression dans la bouteille. Il faut donc prévoir soit une bouteille résistant à cette dépression, soit une compensation de cette dépression.
Cette technique stérile induit des installations complexes, coûteuses et d'un entretien rigoureux et lui-même coûteux. De plus, le contrôle de qualité ne peut être réalisé que par échantillonnage, il n'y a donc pas de contrôle systématique et donc pas de certitude quant à la stérilisation du contenu liquide ou semi-liquide alimentaire ainsi conditionné.
Une autre solution connue est celle de la stérilisation simultanément au remplissage en introduisant un liquide stérilisant. On comprend que l'adjonction d'un produit stérilisant, qui est un composé chimique, n'est pas nécessairement acceptée par toutes les législations sanitaires des pays et que le consommateur lui-même peut être réticent à absorber non pas seulement le produit alimentaire liquide ou semi-liquide qu'il a choisi mais aussi le produit stérilisant introduit résiduel. De tels agents conservateurs peuvent induire des modifications des qualités organoleptiques tant au cours de la conservation qu'après ouverture de l'emballage.
Une dernière solution parmi les solutions principales connues de l'art antérieur, consiste à remplir à chaud un emballage, c'est-à-dire à introduire le contenu porté à une température élevée directement dans le contenant sans que celui-ci ait subi un traitement de stérilisation. Dans ce cas, c'est le contenu lui-même qui assure la stérilisation du contenant car il est introduit à une température permettant la destruction des organismes pathogènes, donc supérieure à 73°C, généralement 85°C. L'emballage est fermé puis immédiatement agité, généralement par retournement, afin de traiter par la chaleur toutes les surfaces internes du contenant, y compris la face intérieure du bouchon.
Le bouchon dans le cas du bouchage à chaud est un bouchon de type connu, monomatière, obtenu par moulage, contrôlé avant mise en place pour éviter toute pose d'un bouchon défectueux. De tels bouchons coûtent extrêmement peu cher.
Cette solution est intéressante car elle garantit que chaque emballage est nécessairement stérilisé intérieurement, sans qu'il puisse y avoir de manque.
Si le bouchon est peu cher, l'inconvénient du remplissage à chaud est de nécessiter un emballage qui résiste d'une part à la température et d'autre part au phénomène de collapsage lié à la rétraction du volume du liquide lors du refroidissement, ce qui met en dépression l'intérieur dudit contenant. De plus, l'oxygène de l'air emprisonné lors du remplissage est aussi consommé après refroidissement par la composition liquide ou semi-liquide alimentaire, ce qui provoque une dépression différée qui
peut aussi provoquer une 4 déformation additionnelle du
contenant.
L'emballage doit donc être mécaniquement
résistant et/ou déformable, nécessite une quantité de
matière importante et souvent une architecture spécifique avec des panneaux pour résister aux déformations de cet emballage et/ou pour compenser la dépression par des déformations appropriées. Ainsi des fonds peuvent prendre deux positions dont une de déformation vers l'intérieur sous l'effet de la dépression de façon à compenser ladite dépression. La déformation du fond étant sous la bouteille, ceci ne provoque pas de problème de stabilité de la bouteille lorsqu'elle est posée sur ledit fond, seul le creusement du fond est plus prononcé, ce qui est invisible, sauf à regarder par le dessous. On comprend qu'un tel fond doit être sophistiqué, complexe à réaliser et induit un surcoût évident.
Il est à noter que ceci va aussi dans le sens contraire des besoins de développement durable qui visent une diminution des quantités de matière polymère utilisées, ce qui a aussi un impact sur le prix de la fabrication et une incidence sur le recyclage donc par conséquent sur le prix final.
Néanmoins, ce procédé est celui qui nécessite les lignes de conditionnement les plus simples tant en installation qu'en maintenance, qui est simple à contrôler puisque le contrôle principal porte sur un seul paramètre : la température du contenu.
D'autres solutions de compensation ont été mises en œuvre, l'une d'elles par exemple consiste à introduire une goutte d'azote liquide dans l'espace de tête immédiatement avant bouchage. L'azote liquide passe à l'état gazeux avec une très forte augmentation de volume, ce qui place le volume de la bouteille sous pression et permet de compenser au fur et à mesure du refroidissement le volume de rétraction du liquide. A l'état final, à température ambiante, l'équilibre est trouvé et l'azote ne peut que provoquer un inertage supplémentaire. Cependant, ce procédé est relativement complexe à maîtriser et assez difficilement reproductible.
Des progrès dans les procédés et dans les matériaux des contenants ont permis d'améliorer les performances. Néanmoins, le but qui est aussi celui de la présente invention, est de pouvoir procéder notamment au remplissage à chaud en utilisant des bouteilles ayant un surpoids de matière le plus faible possible par rapport aux contenants utilisés pour le remplissage en ambiance stérile, à froid.
Il est aussi utile de pouvoir compenser la dépression dans des contenants remplis à froid qui peuvent aussi subir des déformations par dépression, ou encore pour améliorer leur tenue mécanique, surtout si les contenants eux-mêmes ont une faible résistance mécanique, ce qui est aussi un objectif de la présente invention.
Il est donc nécessaire de proposer un procédé de compensation de la dépression dans un contenant, au minimum, et plus généralement de maîtrise de la surpression, notamment dans le cas d'un remplissage à chaud. Cette surpression, après refroidissement, permet de compenser la diminution de volume de l'espace de tête qui est de quelques pourcents au refroidissement. Cette surpression permet de compenser aussi à terme la diminution de pression liée à la consommation d'oxygène.
Ces différentes sources de diminution de la pression, lorsqu'aucune compensation voire aucune mise en surpression n'est prévue, provoquent une déformation de la bouteille et la rend impropre à la commercialisation. Ces mises en dépression conduisent aussi à une mauvaise préhension par les consommateurs mais aussi à une mauvaise tenue mécanique des contenants durant le transport par palettes, même filmées.
On connaît des brevets qui ont proposé un procédé de compensation, comme les demandes de brevets FR 2322062 Al et US 2015/0121807 Al qui proposent d'injecter un fluide gazeux dans l'espace de tête à travers un organe de bouchage spécifique. Un tel dispositif consiste à introduire une aiguille à travers l'organe de bouchage, à injecter un gaz à travers l'aiguille dans l'espace de tête et à retirer ladite aiguille, l'organe de bouchage assurant lui-même l'étanchéité. Il se trouve qu'il faut un organe de bouchage muni de moyens spécifiques, ce qui est totalement rédhibitoire en regard du prix de l'emballage. En plus du prix et en complément, ceci engendre des problèmes complexes liés à la présence de plusieurs matériaux, à la complexité du contrôle de la qualité, aux difficultés au recyclage et à la non certitude du bouchage de qualité. En l'occurrence, il est prévu une membrane qui ne peut que faire barrière au liquide lors du remplissage à chaud par exemple car le liquide ne passera pas derrière la membrane, puis l'organe de bouchage est perforé ce qui introduit d'éventuels organismes compris derrière la membrane qui vont migrer dans le contenant.
Un autre dispositif recourt aussi à un bouchon encore plus spécifique, celui décrit dans la demande de brevet WO 2009142510 Al. Ce bouchon est issu de fabrication avec une ouverture. Après remplissage, l'espace de tête est placé dans une enceinte sous pression, un pion de bouchage est introduit dans le trou ménagé à cet effet, ledit bouchon étant immobilisé dans le trou par des moyens mécaniques. Un tel procédé est totalement inenvisageable industriellement, tant du point de vue des cadences que du prix et que des difficultés de contrôle et même de mise en place.
En outre, les dispositifs connus dans l'état antérieur de la technique ne permettent pas de vérifier avec précision la qualité d'obturation du trou formé dans le bouchon afin de garantir une étanchéité parfaite du contenant.
La présente invention vise à résoudre les inconvénients de l'état antérieur de la technique, en proposant un dispositif et un procédé de conditionnement en pression d'un contenant à traiter au moins partiellement rempli avec un contenu et bouché de manière étanche par un bouchon disposé au-dessus d'un espace de tête du contenant, ledit dispositif comprenant un capot avec une aiguille et une canule chauffante disposées dans celui-ci de façon à ce que leurs axes de déplacement respectifs soient sécants en un point situé dans la matière du bouchon ou au-dessus de la matière du bouchon lorsque le capot est accosté sur le bouchon, l'extrémité de la canule chauffante étant convexe, de préférence hémisphérique, ce qui permet de pouvoir procéder notamment à un remplissage à chaud en utilisant des bouteilles ayant un surpoids de matière le plus faible possible par rapport aux contenants utilisés pour le remplissage en ambiance stérile à froid, et ce qui permet également de compenser la dépression dans des contenants remplis à froid qui peuvent subir des déformations par dépression, surtout si les contenants eux-mêmes ont une faible résistance mécanique. De plus, la forme convexe de l'extrémité de la canule chauffante permet de réaliser une vérification avec précision de la qualité d'obturation par la canule chauffante du trou formé dans le bouchon par 1'aiguille.
La présente invention a donc pour objet un dispositif de conditionnement en pression d'un contenant à traiter au moins partiellement rempli avec un contenu et bouché de manière étanche par un bouchon disposé au-dessus d'un espace de tête du contenant, ledit dispositif comprenant un capot qui comprend à l'intérieur de celui-ci une aiguille de perçage, des moyens d'injection de fluide et une canule chauffante d'obturation par fusion, ledit capot étant configuré pour être accosté de manière étanche sur la surface extérieure du bouchon, ladite aiguille étant apte à se déplacer linéairement pour percer un trou à travers le bouchon, lesdits moyens d'injection de fluide étant configurés pour introduire un fluide dans l'espace de tête par l'intermédiaire dudit trou, ladite canule chauffante étant apte à se déplacer linéairement pour obturer ledit trou par fusion de la matière du bouchon, caractérisé par le fait que l'aiguille et la canule chauffante sont disposées dans le capot de façon à ce que leurs axes de déplacement respectifs soient sécants en un point situé dans la matière du bouchon ou au-dessus de la matière du bouchon lorsque le capot est accosté sur le bouchon, et par le fait que l'extrémité de la canule chauffante est convexe.
L'extrémité de la canule chauffante est de préférence hémisphérique.
Ainsi, ledit dispositif de conditionnement en pression d'un contenant à traiter permet de procéder notamment à un remplissage à chaud en utilisant des bouteilles ayant un surpoids de matière le plus faible possible par rapport aux contenants utilisés pour le remplissage en ambiance stérile à froid, et permet également de compenser la dépression dans des contenants remplis à froid qui peuvent subir des déformations par dépression, surtout si les contenants eux-mêmes ont une faible résistance mécanique.
L'aiguille et la canule chauffante sont inclinées l'une par rapport à l'autre de telle sorte que leurs axes longitudinaux de déplacement respectifs sont sécants en un même point dans la matière du bouchon ou au-dessus de la matière du bouchon. De préférence, ledit point se situe au niveau du centre de la surface supérieure du bouchon.
L'homme du métier pourra facilement procéder par essais et mesures pour faire en sorte que dans la position d'obturation de la canule chauffante sur le bouchon, le sommet de la forme convexe de la canule coïncide avec le trou formé par l'aiguille : les axes de déplacement sont ainsi sécants sur la matière du bouchon ou au-dessus de celle-ci, en fonction de la forme convexe adoptée par l'extrémité de la canule chauffante.
L'aiguille est déplaçable, dans la position d'accostage du capot sur le bouchon, entre une position rétractée et une position de perçage pour percer le bouchon. La canule chauffante est déplaçable, dans la position d'accostage du capot sur le bouchon, entre une position de repos et une position d'obturation pour obturer par fusion le trou formé dans le bouchon par l'aiguille, la matière plastique du bouchon fondant au contact de la canule chauffante.
L'aiguille n'est jamais en contact avec le contenu lors du perçage.
Le bouchon utilisé dans le cadre de l'invention et donc dans ce procédé est un bouchon classique monobloc, sans membrane interne et donc peu onéreux et facile à recycler. L'invention n'est toutefois pas limitée à cet ίο égard. A titre d'exemple non limitatif, les bouchons suivants entrent également dans le cadre de la présente invention, et peuvent être utilisés avec le procédé de l'invention :
— un bouchon comprenant une membrane (ou revêtement intérieur ou liner) annulaire évidé dans sa partie centrale, — un bouchon comprenant une membrane pleine (ou revêtement intérieur ou liner plein) mais avec une épaisseur centrale inférieure à l'épaisseur minimale nécessaire pour une auto-étanchéité dans le cas d'un perçage et d'un retrait consécutif d'une aiguille du bouchon, cette épaisseur minimale nécessaire étant en dessous de 0,2 mm, — un bouchon comprenant une membrane pleine (ou revêtement intérieur ou liner plein) d'épaisseur comprise entre 0,2 mm et 0,8 mm, avec un matériau de type polyéthylène/éthylène-acétate de vinyle (PE/EVA) qui ne possède pas de caractéristique d'auto-bouchage avérée après retrait d'une aiguille de perçage d'un diamètre compris entre 0,1 mm et 3 mm.
Ce dispositif est, de préférence, utilisé pour un remplissage de contenu à chaud, mais peut également être utilisé pour un remplissage de contenu à froid.
La canule chauffante permet de reboucher, par fusion de la matière plastique du bouchon, le trou formé dans le bouchon par l'aiguille, ce qui permet de garantir l'étanchéité finale du contenant tout en compensant la dépression dans le contenant.
Le contenant contient ainsi un contenu avec une pression équilibrée pour le moins et préférentiellement sous une légère pression afin que la différence de pression π
interne avec la pression extérieure du contenant évite de générer un quelconque collapsage du contenant.
De plus, la forme convexe, de préférence hémisphérique, de l'extrémité de la canule chauffante permet de réaliser une vérification avec précision de la qualité d'obturation par la canule chauffante d'un trou formé dans le bouchon par l'aiguille. En effet, la forme de l'obturation formée par la canule chauffante convexe dépend de la forme de l'extrémité de la canule chauffante, de la température de l'extrémité de la canule chauffante, du temps de contact de la canule chauffante avec le bouchon et de la profondeur de pénétration de la canule chauffante dans le bouchon. Une fois la forme convexe de l'extrémité de la canule chauffante connue, la température de l'extrémité de la canule chauffante déterminée en fonction de la matière constituant le bouchon, le temps de contact déterminé en fonction du temps de traitement souhaité, l'homme du métier pourra adapter la profondeur de pénétration dans le bouchon par essais et mesures. Une marque caractéristique d'un certain diamètre sera formée sur la surface supérieure du bouchon, ce qui, la forme, la température de l'extrémité de la canule et le temps de contact étant connus, permettra d'assurer que la canule chauffante a eu une pénétration suffisante pour garantir une obturation étanche. Il est bien entendu que l'homme du métier peut, seule la forme convexe de l'extrémité de la canule chauffante étant imposée, fixer deux paramètres parmi la température de l'extrémité de la canule chauffante, le temps de contact et la profondeur de pénétration pour adapter le troisième paramètre en vue de déterminer la marque de la canule chauffante sur la surface supérieure du bouchon qui garantit une obturation optimale étanche.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le dispositif comprend en outre un moyen optique configuré pour vérifier la qualité d'obturation du trou dans le bouchon par la canule chauffante. Le moyen optique peut être une caméra ou une fibre optique reliée à un capteur optique. Le moyen optique peut être disposé dans le capot ou sur un poste en aval sur une ligne de production ayant le dispositif de l'invention.
Ainsi, on peut vérifier optiquement, à l'aide de la caméra optique, si la qualité d'obturation du trou par la canule chauffante est bonne ou mauvaise, afin de réaliser une nouvelle fois l'étape d'obturation par fusion ou de jeter le bouchon/le contenant dans le cas où une mauvaise qualité d'obturation est détectée.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le dispositif comprend en outre un moyen optique ou inductif disposé dans le capot et configuré pour
vérifier 1'intégrité de l'aiguille après le perçage du
trou. Ainsi, on peut vérifier optiquement, à 1'aide de
ce moyen optique ou inductif, si l'aiguille est ou non
cassée après l'étape de perçage, afin de remplacer l'aiguille et de jeter le contenu du contenant dans le cas où une cassure de l'aiguille est détectée.
Une caméra optique déportée peut contrôler le niveau de remplissage du contenant à la fin du procédé de conditionnement en pression pour détecter une éventuelle cassure de l'aiguille. En effet, lors d'un traitement normal, le niveau de contenu doit baisser à un niveau prédéterminé, alors qu'en cas de non perçage et donc de non introduction de fluide, le niveau de contenu ne baissera pas .
Un système de détecteur de proximité pourrait également contrôler la présence de l'aiguille complète et non cassée. De tels systèmes de détecteur de proximité pourraient par exemple être une cellule photoélectrique ou magnétique.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'aiguille possède une extrémité pointue en forme de cône.
Ainsi, ladite aiguille est plus solide comparée à une aiguille hypodermique à extrémité biseautée utilisée dans l'état antérieur de la technique, ce qui permet d'éviter que ladite aiguille ne se casse lors de l'étape de perçage.
Ladite aiguille assure un trou par pénétration dans la matière plastique du bouchon, par déformation et repoussage de la matière, sans arrachement de matière. Aucun déchet de matière plastique de bouchon ne tombe ainsi dans le contenu du contenant.
Le diamètre du trou de perçage doit permettre de combiner un gonflage rapide (diamètre le plus gros possible) et une sécurité de soudure (diamètre le plus petit possible) . A titre d'exemple non limitatif, une aiguille de diamètre 0,7 mm semble constituer un bon compromis. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cet égard, le diamètre de l'aiguille pouvant être compris entre 0,3 et 0,8 fois l'épaisseur du bouchon. L'épaisseur du bouchon est définie comme l'épaisseur maximale de la surface plane du bouchon à partir de laquelle s'étend la jupe du bouchon portant le pas de vis.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'aiguille est pleine, les moyens d'injection de fluide comprenant au moins une entrée de fluide apte à recevoir un fluide sous pression et à injecter celui-ci à l'intérieur du capot accosté de manière étanche sur le bouchon.
Ainsi, lors de l'injection de fluide, l'aiguille pleine est retirée du trou formé dans le bouchon afin de permettre l'introduction du fluide dans l'espace de tête du contenant par l'intermédiaire dudit trou. Dans ce premier mode de réalisation, une stérilisation de la surface extérieure du bouchon avant l'accostage du capot sur le bouchon est obligatoire afin de ne pas polluer le contenu lors de l'introduction du fluide dans l'espace de tête.
Le retrait de l'aiguille lors de l'injection de fluide permet également d'éviter des éclaboussures l'aiguille lors de reliant ledit l'aiguille à éventuelles du contenu sur l'introduction de fluide qui crée une turbulence de la surface du contenu, pour une hygiène améliorée.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'extrémité pointue de l'aiguille est pleine, et le reste de l'aiguille comprend un alésage central longitudinal et au moins deux trous latéraux opposés alésage central avec l'extérieur de proximité de l'extrémité pointue de l'aiguille, les moyens d'injection de fluide comprenant au moins une entrée de fluide apte à recevoir un fluide sous pression et à injecter celui-ci dans l'alésage central de l'aiguille au niveau de l'extrémité de l'aiguille opposée à l'extrémité pointue de l'aiguille.
Ainsi, l'aiguille est pleine en sa pointe mais percée en son centre avec deux ouvertures latérales, ce qui permet de réaliser une introduction de fluide dans l'espace de tête du contenant pendant que l'aiguille est encore dans sa position de perçage, le fluide étant diffusé latéralement dans l'espace de tête par les deux trous latéraux de l'aiguille, permettant ainsi d'éviter la mise en turbulence éventuelle du contenu et des éclaboussures lors de l'introduction de fluide. Ce second mode de réalisation permet d'éviter la stérilisation préalable de la surface extérieure du bouchon, ce qui est un point important d'un point de vue industriel.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'aiguille est chauffée par un moyen de chauffage.
Ainsi, la chauffe de l'aiguille permet à la fois de stériliser l'aiguille et de faciliter le perçage de la matière plastique du bouchon. L'aiguille est, de préférence, chauffée à une température supérieure à 95°C pour sa stérilisation et inférieure à 130°C pour éviter la fonte possible de la matière plastique du bouchon lors du perçage et un collage de particules de plastique sur l'aiguille qui pourraient ensuite se détacher lors du perçage du bouchon d'un autre contenant dans un prochain cycle.
La température de l'aiguille est, de préférence, maintenue et contrôlée en permanence par une résistance/sonde placée dans le support de l'aiguille.
La présente invention a également pour objet un procédé de conditionnement en pression d'un contenant à traiter au moins partiellement rempli avec un contenu et bouché de manière étanche par un bouchon disposé au-dessus d'un espace de tête du contenant, à l'aide d'un dispositif de conditionnement en pression tel que décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : l'accostage de manière étanche du capot dudit dispositif sur la surface extérieure du bouchon ; le perçage d'un trou à travers le bouchon à l'aide de l'aiguille dudit dispositif ; l'introduction d'un fluide dans l'espace de tête du contenant par l'intermédiaire dudit trou, ménagé à travers le bouchon, à l'aide des moyens d'injection de fluide dudit dispositif, de façon à obtenir une pression résiduelle au moins égale à la pression atmosphérique dans l'espace de tête du contenant ; l'obturation dudit trou par fusion de la matière du bouchon à l'aide de la canule chauffante ; et le retrait du capot.
Ainsi, ledit procédé de conditionnement en pression d'un contenant à traiter permet de procéder notamment à un remplissage à chaud en utilisant des bouteilles ayant un surpoids de matière le plus faible possible par rapport aux contenants utilisés pour le remplissage en ambiance stérile à froid, et permet également de compenser la dépression dans des contenants remplis à froid qui peuvent subir des déformations par dépression, surtout si les contenants eux-mêmes ont une faible résistance mécanique.
La température de la canule chauffante et le temps de contact peuvent être paramétrés individuellement pour obtenir la pénétrâtion/soudure voulue et sont contrôlés en continu par le dispositif de conditionnement en pression.
La température à l'extrémité de la canule chauffante est de l'ordre de 140°C - 220°C pour assurer la fonte rapide de la matière plastique du bouchon.
Une force minimale, par exemple à l'aide d'un vérin commandé à 7 bars, est appliquée à la canule chauffante pour assurer une compression importante du plastique lors de la phase de fonte pour remplir le trou. Une pression insuffisante de la canule chauffante malgré la bonne température et le bon temps de contact compromet la qualité/étanchéité de la soudure. Expérimentalement, la demanderesse a constaté de bonnes empreintes de soudure pour un temps de contact de 0,4-0,5 seconde, sous 7 bars, avec une température de 180 °C en bout de canule, pour des bouchons en polyéthylène haute densité (HDPE).
Le chauffage de la canule est assuré par une résistance/sonde de température reliée au dispositif.
Un circuit de refroidissement par eau placé dans le capot assure, de préférence, le maintien du capot à une température « raisonnable ».
Selon le premier mode de réalisation du dispositif de conditionnement en pression de l'invention, l'aiguille est retirée du trou avant l'étape d'introduction de fluide.
Ainsi, l'accostage du capot sur le bouchon étant réalisé de manière étanche, l'aiguille peut être remontée, avant l'étape d'injection de fluide, tout en maintenant la pression entre le capot et le bouchon, le perçage est donc propre sans copeaux, ni déchets par repoussage de la matière plastique du bouchon uniquement, le retrait de l'aiguille lors de l'injection de fluide permettant également d'éviter des éclaboussures éventuelles du contenu sur l'aiguille lors de l'introduction de fluide qui crée une turbulence de la surface du contenu, pour une hygiène améliorée.
Selon le second mode de réalisation du dispositif de conditionnement en pression de l'invention, l'aiguille est maintenue dans le trou pendant l'étape d'introduction de fluide, l'introduction de fluide se faisant à travers l'alésage central et les au moins deux trous latéraux de 1'aiguille.
Ainsi, le fluide est diffusé latéralement dans l'espace de tête par les deux trous latéraux de l'aiguille, permettant ainsi d'éviter la mise en turbulence éventuelle du contenu et des éclaboussures lors de l'introduction de fluide, et permettant également d'éviter la stérilisation préalable de la surface extérieure du bouchon.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le procédé comprend en outre, après l'étape d'obturation, une étape de vérification de la qualité d'obturation du trou dans le bouchon à l'aide du moyen optique.
Des systèmes de test de fuite sont actuellement disponibles pour tester la qualité de la soudure. Cependant, pour un trou d'un micron environ (qui permet le retour de la pression atmosphérique du contenant en une semaine), le temps de contrôle est d'environ trente secondes, il faudrait donc un nombre de capots de contrôle quinze fois supérieur au nombre de capots de traitement, ce qui est rédhibitoire.
Le moyen optique permet donc la vérification de la qualité d'obturation immédiatement après l'étape d'obturation lorsque le capot est encore accosté sur le bouchon, ou sur un poste en aval sur une ligne de production dans laquelle est placé le dispositif selon 1'invention.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'étape de vérification comprend les sousétapes suivantes : la capture, par le moyen optique, d'une image du bouchon au niveau de l'obturation circulaire formée par la canule chauffante convexe ; la mesure du diamètre de l'obturation circulaire capturée ; et la comparaison du diamètre mesuré à une valeur de seuil afin de déterminer si la qualité d'obturation est ou non acceptable.
Ainsi, le moyen optique permet un contrôle visuel de l'obturation par fusion pour mesurer la pénétration de la canule et garantir la qualité de la soudure.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'étape d'introduction de fluide dans l'espace de tête comprend une introduction de fluide dans une phase initiale à une première valeur de pression, puis une introduction de fluide dans une phase finale à une seconde valeur de pression inférieure à la première valeur de pression pour une accélération du procédé selon 1'invention.
Ainsi, il est possible d'augmenter fortement la pression dans la phase initiale de la mise sous pression immédiatement après le perçage, et d'avoir une pression moins importante dans la phase finale afin d'ajuster la pression finale juste avant l'obturation par fusion.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, dans le cas d'un remplissage à chaud à une température supérieure à 73°C, le fluide est introduit dans l'espace de tête après un refroidissement du contenu à une température inférieure à 45°C.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, la pression d'introduction du fluide est configurée pour générer une pression résiduelle dans le contenant, comprise entre 1,01 bars et 2,5 bars, et de préférence entre 1,01 bars et 1,4 bars.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le fluide est un gaz inerte et stérile tel que de l'azote notamment sous forme gazeuse.
Ainsi, le gaz inerte et stérile permet de ne pas provoquer d'oxydation ultérieure du contenu, postérieurement à la mise en bouteille. Ceci évite le surcollapsage du fait de la consommation d'oxygène ultérieure puisqu'il n'y en a pas ou très peu, le gaz inerte ayant remplacé en grande partie l'air initialement confiné.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le procédé comprend en outre, avant, pendant et/ou après l'étape d'accostage du capot sur le bouchon, une étape de mise en circulation de fluide stérile entre le capot et le bouchon, de préférence un gaz inerte, de façon davantage préférée l'azote.
Ainsi, cette mise en circulation de fluide stérile permet d'empêcher que des bactéries ne rentrent dans l'espace entre le capot et le bouchon depuis l'extérieur, afin d'assurer la stérilité du contenant. Une surpression est créée entre le bouchon et le capot pour maintenir une pression positive supérieure ou égale à la pression interne du contenant jusqu'à l'obturation par fusion.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le procédé comprend en outre, avant l'étape d'accostage du capot sur le bouchon, une étape de stérilisation de la surface extérieure du bouchon par un ou plusieurs parmi un chauffage ponctuel, une stérilisation chimique, une vapeur, une émission de lumière pulsée ou autre procédé analogue.
Ainsi, le chauffage ponctuel ou la stérilisation chimique à l'aide d'un liquide stérilisant assure la destruction des organismes pathogènes présents sur la surface extérieure du bouchon.
La présente invention a en outre pour objet une machine de conditionnement en pression comprenant au moins un dispositif de conditionnement en pression tel que décrit en pression
ci-dessus, ladite machine de conditionnement
comprenant en outre un moyen de maintien en
contenant par rapport auquel le capot de 1 '
dispositif de conditionnement en pression es
entre une position de repos distante du moyen de maintien en position de contenant et une position d'accostage dans laquelle le capot est accosté de manière étanche sur le bouchon du contenant à traiter.
Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre illustratif et non limitatif, deux modes de réalisation préférés, avec référence aux dessins annexés.
Sur ces dessins :
- la Figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de conditionnement en pression d'un contenant à traiter selon la présente invention ;
- la Figure 2 est une vue en coupe du dispositif de la Figure 1 dans la position non accostée ;
- la Figure 3 est une vue en coupe analogue à la Figure 2 lors de l'étape d'accostage ;
- la Figure 4 est une vue en coupe analogue à la Figure 21ors de l'étape de perçage ;
- la Figure 5 est une vue en coupe analogue à la Figure 2 lors de l'étape d'introduction de fluide selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la Figure 6 est une vue en coupe analogue à la Figure 2 lors de l'étape d'obturation ;
- la Figure 7 est une vue en coupe de la canule chauffante du dispositif de la Figure 1 ;
- la Figure 8 est une vue en perspective de l'extrémité de la canule chauffante de la Figure 7 ;
- la Figure 9 est une vue en coupe de l'aiguille du dispositif de la Figure 1 selon un second mode de réalisation de l'invention.
Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir qu'il y est représenté un dispositif de conditionnement en pression 1 d'un contenant à traiter 2.
Le contenant à traiter 2 est au moins partiellement rempli avec un contenu et bouché de manière étanche par un bouchon 3 disposé au-dessus d'un espace de tête du contenant 2.
Dans le cas de la présente description, le
contenant 2 subit un remplissage à chaud, et est une
bouteille, notamment en PET (polyéthylène téréphtalate) , de
faible grammage, avec un contenu, tel qu'un jus de fruit, porté à une température apte à détruire les organismes pathogènes à savoir une température supérieure à 73°C, en l'occurrence 85°C.
Une fois que le contenant 2 est rempli par le contenu chaud, il est bouché par le bouchon 3 de type connu, à savoir un bouchon à vis moulé par injection ou compression, monolithique et monomatière exempt de tout élément d'étanchéité complémentaire.
L'étanchéité est obtenue par contact sous pression mécanique de la matière du bouchon 3, en l'occurrence de sa face intérieure sur la matière du bord périphérique du goulot 2a du contenant 2, le vissage permettant d'exercer ladite pression mécanique nécessaire.
Lors de la fermeture, ledit bouchon 3 laisse
subsister un espace de tête. Cet espace résulte du
remplissage sans débordement car le contenu ne doit en
aucun cas déborder et se retrouver sur la lèvre du goulot
2a avant fermeture car le contenu serait alors une porte
d'entrée sous le bouchon 3 et le contenant 2 serait
impropre à la vente
Le bouchon 3 est exempt de tout mécanisme ou de tout autre accessoire de compensation de pression. L'air emprisonné dans l'espace de tête est chaud mais à pression atmosphérique.
Il est à noter que la présente invention s'applique également à certains bouchons couramment utilisés, notamment aux Etats-Unis, qui sont de type bimatière avec une membrane intérieure utilisée pour assurer uniquement l'étanchéité entre la surface du goulot du contenant 2 et le bouchon 3 par compression lors du vissage, contrairement à la lèvre intérieure pour les bouchons de type monomatière. Cependant, cette membrane intérieure pour un tel bouchon bi-matière ne possède pas les caractéristiques nécessaires pour assurer une autoétanchéité du bouchon dans le cas d'un perçage à l'aide d'une aiguille puis d'un retrait de l'aiguille hors du bouchon.
Le contenant 2 est apte à recevoir un contenu à la température de stérilisation retenue sans dégradation mais se trouve exempt de moyen de compensation de dépression.
Le contenant 2 est mis en mouvement immédiatement après remplissage avec le contenu, afin de mettre toutes les surfaces internes du contenant 2 en contact avec le contenu porté à la température stérilisante.
Le contenant 2 et son contenu sont ensuite refroidis dans un tunnel de refroidissement par aspersion d'eau par exemple pour amener l'ensemble proche de la température ambiante.
Lorsque le contenant 2 atteint une température
inférieure à 75°C , du fait du matériau qui le constitue,
ledit contenant 2 se collapse car le volume de gaz et de
liquide se réduit jusqu'à 3 à 5 O. o a l'intérieur du contenant
2. Cette réduction augmente au fur et à mesure du
refroidissement. Le phénomène de collapsage est proche de son maximum à une température inférieure ou égale à 45°C.
Le dispositif de conditionnement en pression 1 comprend un capot 4, également appelé tête d'accostage, qui comprend à l'intérieur de celui-ci des moyens de perçage 5, des moyens d'injection de fluide 6 et des moyens d'obturation par fusion 7.
Le dispositif de conditionnement en pression 1 comprend en outre un support inférieur horizontal 8 sur lequel est positionné le contenant 2, un support supérieur horizontal 9 comprenant une encoche 9a dans laquelle est insérée le goulot 2a du contenant 2, et un support vertical 10 auquel sont reliés le support inférieur 8 et le support supérieur 9.
Le capot 4 est verticalement déplaçable, par l'intermédiaire d'un moteur de déplacement vertical il, entre une position de repos distante du support supérieur 9 et une position d'accostage dans laquelle le capot 4 est accosté de manière étanche sur le bouchon 3 du contenant à traiter 2. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cet égard : soit le capot est mobile, accosté sur le contenant amené sous le capot, soit le capot est fixe, le contenant étant amené dans le capot.
Le dispositif de conditionnement en pression 1 est configuré pour mettre en œuvre un procédé conditionnement en pression du contenant à traiter 2 qui comprend les étapes suivantes : l'accostage de manière étanche du capot 4 sur la surface extérieure du bouchon 3 ; le perçage d'un trou à travers le bouchon 3 par abaissement des moyens de perçage 5 vers le bouchon 3 ; l'introduction d'un fluide dans l'espace de tête du contenant 2 par l'intermédiaire dudit trou, ménagé à travers le bouchon 3, à l'aide des moyens d'injection de fluide 6, de façon à obtenir une pression résiduelle au moins égale à la pression atmosphérique dans l'espace de tête du contenant 2 ; l'obturation dudit trou du bouchon 3 par fusion de la matière du bouchon 3 par abaissement des moyens d'obturation par fusion 7 vers le bouchon 3 ; et le retrait du capot 4. Les différentes étapes du procédé seront décrites plus en détail aux Figures 2 à 6.
L'accostage du capot 4 sur le bouchon 3 étant réalisé de manière étanche, dans le premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de perçage 5 peuvent être remontés, avant l'étape d'injection de fluide, tout en maintenant la pression entre le capot 4 et le bouchon 3, le perçage est donc propre sans copeaux, ni déchets par repoussage de la matière plastique du bouchon 3 uniquement, le retrait des moyens de perçage 5 lors de l'injection de fluide permettant également d'éviter des éclaboussures éventuelles du contenu sur les moyens de perçage 5 pour une hygiène améliorée.
Le bouchon 3 utilisé dans ce procédé est un bouchon classique monobloc, sans membrane interne et donc peu onéreux.
Le contenant 2 contient ainsi un contenu avec une pression équilibrée pour le moins et préférentiellement sous une légère pression afin que la différence de pression interne avec la pression extérieure du contenant 2 évite de générer un quelconque collapsage du contenant 2.
Si l'on se réfère à la Figure 2, on peut voir qu'il y est représenté le dispositif de conditionnement en pression 1 dans la position non accostée du capot 4.
Le contenant 2 est partiellement rempli avec un contenu 12 de telle sorte qu'un espace de tête 13 sans contenu subsiste au niveau du goulot 2a du contenant 2, le contenant 2 étant bouché de manière étanche par le bouchon 3 disposé au-dessus de l'espace de tête 13 du contenant 2.
Les moyens de perçage 5 comprennent un piston 14 à l'extrémité duquel est fixée une aiguille 15, ledit piston 14 étant apte à se déplacer linéairement dans un cylindre 16 formé sur le capot 4, la course du piston 14 étant limitée par une chambre de piston 17 formée dans l'extrémité supérieure du cylindre 16.
Ainsi, l'aiguille 15 est configurée pour percer le bouchon 3 lorsque le capot 4 est accosté sur le bouchon 3 et que le piston 14 est dans sa position déployée.
Les moyens d'obturation par fusion 7 comprennent un piston 18 à l'extrémité duquel est fixée une canule chauffante 19, ledit piston 18 étant apte à se déplacer linéairement dans un cylindre 20 formé sur le capot 4, la course du piston 18 étant limitée par une chambre de piston 21 formée dans l'extrémité supérieure du cylindre 20.
Ainsi, la canule chauffante 19 est configurée pour obturer par fusion le trou formé dans le bouchon 3 par l'aiguille 15 lorsque le capot 4 est accosté sur le bouchon 3 et que le piston 18 est dans sa position déployée, la matière plastique du bouchon 3 fondant au contact de la canule chauffante 19.
L'aiguille 15 et la canule chauffante 19 sont situées dans une cavité interne 22 du capot 4.
Les pistons 14 et 18 peuvent être actionnés électriquement ou hydrauliquement. Afin de ne pas surcharger les figures, les fils d'alimentation électrique ou d'actionnement hydraulique des pistons 14 et 18 n'ont pas été représentés sur les figures. De même, les éléments chauffants permettant de chauffer l'aiguille 15 ou la canule chauffante 19, ainsi que leurs alimentations électriques respectives, n'ont pas été représentées pour ne pas surcharger les figures.
Les moyens d'injection de fluide 6 comprennent plusieurs entrées de fluide aptes à recevoir un fluide sous pression et à injecter celui-ci à l'intérieur de la cavité interne 22 du capot 4, le capot 4 pouvant contenir jusqu'à cinq entrées de fluide 6.
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, le procédé de conditionnement en pression comprend également, avant l'étape d'accostage du capot 4 sur le bouchon 3, une étape de stérilisation de la surface extérieure du bouchon 3 par chauffage ponctuel, par stérilisation chimique à l'aide d'un liquide stérilisant, par vapeur, par émission de lumière pulsée ou par un autre procédé analogue, afin d'assurer la destruction des organismes pathogènes présents sur la surface extérieure du bouchon 3.
La cavité interne 22 du capot 4 est toujours en surpression de gaz stérile par une première entrée de fluide 6, même avant l'accostage pour maintenir la stérilité du bouchon 3 réalisée préalablement.
Il y a deux autres entrées 6 de gaz stérile pour l'étape d'introduction de fluide, également appelée étape de gonflage.
Les deux dernières entrées de fluide 6 pourraient être utilisées pour l'injection d'un fluide stérilisant après l'accostage et le perçage et une évacuation rapide par aspiration du fluide stérilisant avant le perçage.
Le dispositif 1 comprend en outre une caméra optique C disposée dans la cavité interne 22 du capot 4 et configurée pour vérifier la qualité d'obturation du trou dans le bouchon 3 par la canule chauffante 19. Cette étape de vérification de qualité d'obturation sera décrite plus en détail en référence à la Figure 6.
Si l'on se réfère à la Figure 3, on peut voir qu'il y est représenté le dispositif de conditionnement en pression 1 lors de l'étape d'accostage.
Lors de l'étape d'accostage, les pistons 14 et 18 respectivement de l'aiguille 15 et de la canule chauffante 19 sont dans leurs positions rétractées, également appelées positions de repos.
Le capot 4 est accosté de manière étanche sur la surface extérieure du bouchon 3 de telle sorte qu'au moins une partie du bouchon 3 est insérée dans au moins une partie de la cavité interne 22 du capot 4.
Les pistons 14 et 18 sont disposés dans le capot 4 de façon à ce que leurs axes de déplacement respectifs soient sécants en un point situé dans la matière du bouchon ou légèrement au-dessus de celui-ci lorsque le capot 4 est accosté sur le bouchon 3, ledit point se situant de préférence au niveau du centre de la surface supérieure du bouchon 3 ou légèrement au-dessus, excentré, en fonction de la forme de la canule chauffante 19.
Le procédé de conditionnement en pression peut également comprendre, après l'étape d'accostage du capot 4 sur le bouchon 3, une étape de mise en circulation de fluide stérile, de préférence un gaz inerte tel que l'azote, dans la cavité interne 22 du capot 4 par l'intermédiaire de certaines des entrées de fluide 6. Une surpression est ainsi créée entre le bouchon 3 et le capot pour maintenir une pression positive supérieure ou égale à la pression interne du contenant 2 jusqu'à l'obturation par fusion.
Si l'on se réfère à la Figure 4, on peut voir qu'il y est représenté le dispositif de conditionnement en pression 1 lors de l'étape de perçage.
Lors de l'étape de perçage, le piston 14 de l'aiguille 15 est dans sa position déployée, de telle sorte que l'aiguille 15 est abaissée jusqu'au bouchon 3 et perce un trou 23 à travers la matière du bouchon 3.
L'aiguille 15 n'est jamais en contact avec le contenu 12 lors du perçage.
L'aiguille 15 réalise le trou 23 par pénétration dans la matière plastique du bouchon 3, par déformation et repoussage de la matière, sans arrachement de matière.
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, cette étape de perçage est immédiatement suivie d'une étape de remontée de l'aiguille 15 dans la position de repos du piston 14.
Le procédé de conditionnement en pression peut également comprendre une étape de vérification, à l'aide d'une caméra optique ou fibre optique reliée à un capteur supplémentaire (non représentée à la Figure 4) disposée dans le capot 4, de l'intégrité de l'aiguille 15 après l'étape de remontée de l'aiguille 15, permettant ainsi de vérifier optiquement si l'aiguille 15 est ou non cassée après l'étape de perçage.
Une caméra optique supplémentaire déportée du capot peut contrôler le niveau de remplissage du contenant 2 à la fin du procédé de conditionnement en pression pour détecter une éventuelle cassure de l'aiguille 15. En effet, lors d'un traitement normal, le niveau du contenu 12 doit baisser jusqu'à un niveau prédéterminé, alors qu'en cas de non perçage et donc de non introduction de fluide, le niveau du contenu 12 ne baissera pas.
Un système de détecteur de proximité pourrait également contrôler la présence de l'aiguille 15 complète et non cassée, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Si l'on se réfère à la Figure 5, on peut voir qu'il y est représenté le dispositif de conditionnement en pression 1 lors de l'étape d'introduction de fluide selon le premier mode de réalisation de l'invention.
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, l'aiguille 15 est cylindrique et pleine et possède une extrémité pointue en forme de cône.
L'aiguille 15 est, de préférence, chauffée par un moyen de chauffage (non représenté sur la Figure 5), la chauffe de l'aiguille 15 permettant à la fois de stériliser l'aiguille 15 et de faciliter le perçage de la matière plastique du bouchon 3. L'aiguille 15 est, de préférence, chauffée à une température supérieure à 95°C pour sa stérilisation et inférieure à 130°C pour éviter la fonte possible de la matière plastique du bouchon 3 lors du perçage et un collage de particules de plastique sur l'aiguille 15 qui pourraient ensuite se détacher lors du perçage du bouchon 3 d'un autre contenant 2.
La température de l'aiguille 15 est, de préférence, maintenue et contrôlée en permanence par une résistance/sonde placée dans le piston 14.
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, lors de l'étape d'introduction de fluide, les pistons 14 et 18 respectivement de l'aiguille 15 et de la canule chauffante 19 sont dans leurs positions de repos, l'aiguille 15 pleine étant ainsi retirée du trou 23 formé dans le bouchon 3. Dans ce premier mode de réalisation, la stérilisation de la surface extérieure du bouchon 3 avant l'accostage du capot 4 sur le bouchon 3 est obligatoire afin de ne pas polluer le contenu 12 lors de l'introduction de fluide dans l'espace de tête 13.
Un fluide 24 est introduit dans la cavité interne 22 du capot 4 puis dans l'espace de tête 13 du contenant 2 par l'intermédiaire du trou 23, ménagé à travers le bouchon 3, à l'aide de l'une des entrées de fluide 6, de façon à obtenir une pression résiduelle au moins égale à la pression atmosphérique dans l'espace de tête 13 du contenant 2.
Le fluide 24 est un gaz inerte et stérile tel que de l'azote notamment sous forme gazeuse, ce qui permet de ne pas provoquer d'oxydation ultérieure du contenu 12, postérieurement à la mise en bouteille. Ceci évite le surcollapsage du fait de la consommation d'oxygène ultérieure puisqu'il n'y en a pas ou très peu, le gaz inerte ayant remplacé en grande partie l'air initialement confiné.
Dans le cas d'un remplissage à chaud à une température supérieure à 73°C, le fluide 24 est introduit dans l'espace de tête 13 après un refroidissement du contenu 12 à une température inférieure à 45°C.
La pression d'introduction du fluide 24 est configurée pour générer une pression résiduelle dans le contenant 2, comprise entre 1,01 bars et 2,5 bars, et de préférence entre 1,01 bars et 1,4 bars.
L'étape d'introduction du fluide 24 dans l'espace de tête 13 comprend, de préférence, une introduction de fluide 24 dans une phase initiale à une première valeur de pression, puis une introduction de fluide 24 dans une phase finale à une seconde valeur de pression inférieure à la première valeur de pression. Il est ainsi possible d'augmenter fortement la pression dans la phase initiale de la mise sous pression immédiatement après le perçage, et d'avoir une pression moins importante dans la phase finale afin d'ajuster la pression finale juste avant l'obturation par fusion.
Si l'on se réfère à la Figure 6, on peut voir qu'il y est représenté le dispositif de conditionnement en pression 1 lors de l'étape d'obturation.
Lors de l'étape d'obturation, le piston 18 de la canule chauffante 19 est dans sa position déployée, de telle sorte que la canule chauffante 19 est abaissée jusqu'au trou 23 formé dans le bouchon 3 par l'aiguille 15.
La canule chauffante 19 permet de reboucher, par fusion de la matière plastique du bouchon 3, le trou 23 formé dans le bouchon 3, ce qui permet de garantir l'étanchéité finale du contenant 2 tout en compensant la dépression dans le contenant 2.
L'étape d'obturation est réalisée dans un délai compris entre 0 et 5 secondes.
Le procédé de conditionnement en pression peut également comprendre une étape de vérification, à l'aide de la caméra optique C disposée dans la cavité interne 22 du capot 4, de la qualité d'obturation du trou 23 par la canule chauffante 19, ce qui permet ainsi de vérifier optiquement si la qualité d'obturation du trou 23 par la canule chauffante 19 est bonne ou mauvaise. L'obturation laisse sur la surface supérieure du bouchon une marque caractéristique de la qualité d'obturation par la canule chauffante 19.
Ladite étape de vérification comprend les sousétapes suivantes : la capture, par la caméra optique C, d'une image du bouchon 3 au niveau de l'obturation circulaire formée par la canule chauffante hémisphérique 19 ; la mesure du diamètre de l'obturation circulaire capturée ; et la comparaison du diamètre mesuré à une valeur de seuil afin de déterminer si la qualité d'obturation est ou non acceptable.
La caméra optique C permet ainsi un contrôle visuel de l'obturation pour mesurer la pénétration de la canule chauffante 19 et garantir la qualité de la soudure.
L'étape d'obturation est suivie d'une étape de remontée de la canule chauffante 19 dans la position de repos du piston 18, puis d'une étape de retrait du capot 4 depuis le bouchon 3.
Le procédé selon la présente invention permet le remplissage à chaud dans des contenants 2, par exemple en PET, avec des grammages réduits de l'ordre de 15% par rapport au procédé de remplissage à chaud avec déformation du contenant, ce qui est une réduction de matière considérable au vu du coefficient multiplicateur du nombre de contenants 2 produits.
Aucune architecture particulière doit être étudiée pour la paroi, tout panneau technique et/ou fond pétaloïde complexe devient inutile.
Les formes de contenants 2 sont de fait beaucoup plus libres et sobres, et le recyclage est moins coûteux puisque la quantité de matière utilisée est moindre.
Le fait de disposer le contenant 2 sous pression atmosphérique ou légère pression autorise un meilleur gerbage et la palettisation.
Le procédé selon la présente invention s'applique à tous les modes de remplissage et même pour une mise en pression de contenants 2 remplis à froid en ambiance stérile dont on voudrait non seulement compenser une éventuelle diminution du volume de l'espace de tête 13 par une consommation de l'oxygène mais aussi mettre en légère surpression pour renforcer la tenue mécanique, voire injecter un gaz neutre en remplacement de l'air confiné dans l'espace de tête 13 afin de conserver toutes les qualités organoleptiques des produits que l'oxydation peut altérer.
Si l'on se réfère à la Figure 7, on peut voir qu'il y est représenté la canule chauffante 19 du dispositif de conditionnement en pression 1.
La canule chauffante 19 comprend une extrémité de canule 25 (qui sera décrite plus en détail à la Figure 8) et un support de canule 26 creux et cylindrique dans lequel est emmanchée en force une partie de l'extrémité de canule 25, une partie du support de canule 26 étant emmanchée en force dans la partie inférieure du piston 18 qui est creuse.
Une résistance chauffante/sonde de température 27 est disposée à l'intérieur du support de canule 26 creux, la partie inférieure de la résistance chauffante/sonde de température 27 étant en contact avec l'extrémité de canule 25, et la partie supérieure de la résistance chauffante/sonde de température 27 étant reliée à deux fils électriques 28 configurés pour amener une alimentation électrique à la résistance chauffante/sonde de température 27 .
La température de l'extrémité de canule 25 et le temps de contact peuvent être paramétrés individuellement pour obtenir la pénétrâtion/soudure voulue et sont contrôlés en continu par le dispositif de conditionnement en pression 1.
La température de l'extrémité de canule 25 est de l'ordre de 140 °C - 220 °C, de préférence de l'ordre de 180°C - 200°C, en fonction de la matière constituant le bouchon 3, pour assurer la fonte rapide de la matière plastique du bouchon 3.
Une force minimale, par exemple à l'aide d'un vérin commandé à 7 bars, est appliquée à la canule chauffante 19 pour assurer une compression importante du plastique lors de la phase de fonte pour remplir le trou 23. Une pression insuffisante de la canule chauffante 19, malgré la bonne température et le bon temps de contact, compromettrait en effet la qualité/étanchéité de la soudure.
Un circuit de refroidissement par eau (non représenté à la Figure 7) placé dans le capot 4 assure, de préférence, le maintien du capot 4 à une température « raisonnable ».
Si 1'on se réfère à la Figure 8, on
qu ' il y est représenté 1'extrémité de canule 25.
L' extrémité de canule 25 comprend une
dont 1 ' une des faces comprend une saillie 25b
on peut voir pour s'emmancher en force dans le support de canule 26, et dont l'autre face opposée comprend un téton de forme hémisphérique 25c. Il est à noter que la forme hémisphérique représentée n'est pas limitative, et que toute forme convexe de l'extrémité de la canule chauffante entre dans le cadre de la présente invention.
La forme hémisphérique du téton 25c permet de réaliser une vérification avec précision de la qualité d'obturation par la canule chauffante 19 du trou 23 formé dans le bouchon 3 par l'aiguille 15. En effet, l'obturation formée par le téton de forme hémisphérique 25c est circulaire, ce qui permet de mesurer, à l'aide de la caméra optique C, le diamètre de l'obturation circulaire réalisée pour déterminer si la qualité d'obturation est ou non acceptable.
Si l'on se réfère à la Figure 9, on peut voir qu'il y est représenté une aiguille 29 du dispositif de
conditionnement en pression 1 selon le second mode de
réalisation de 1'invention.
Dans ce second mode de réalisation de
l'invention, 1' extrémité pointue 29a de 1 'aiguille 29 est
pleine, et le reste de l'aiguille comprend un alésage central longitudinal 30 et deux trous latéraux opposés 31 reliant ledit alésage central 30 avec l'extérieur de l'aiguille 29 à proximité de l'extrémité pointue 29a de 1'aiguille 2 9 .
Il est à noter que l'aiguille 29 pourrait également comprendre au moins trois trous latéraux 31, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Dans ce second mode de réalisation, les moyens d'injection de fluide 6 comprennent au moins une entrée de fluide apte à recevoir le fluide 24 et à l'injecter dans l'alésage central 30 de l'aiguille 29 au niveau de l'extrémité de l'aiguille 29 opposée à l'extrémité pointue 29a. L'aiguille 29 est maintenue dans le trou 23 pendant l'étape d'introduction de fluide, l'introduction de fluide se faisant à travers l'alésage central 30 puis les deux trous latéraux 31.
Une introduction du fluide 24 dans l'espace de tête 13 du contenant 2 est ainsi réalisée pendant que l'aiguille 29 est encore dans sa position de perçage, le fluide 24 étant diffusé latéralement dans l'espace de tête 13 par les deux trous latéraux 31, permettant ainsi d'éviter la mise en turbulence éventuelle du contenu 12 et des éclaboussures lors de l'introduction de fluide. Ce second mode de réalisation permet également d'éviter la stérilisation préalable de la surface extérieure du bouchon
3.
Le dispositif, le procédé et la machine selon l'invention peuvent être mis en oeuvre dans une ligne de production, avec un ou plusieurs postes en amont ou en aval, auquel cas un dispositif de convoyage transportera le contenant jusqu'au poste de la ligne de production mettant en oeuvre l'invention.

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS
    1 - Dispositif de conditionnement en pression (1) d'un contenant à traiter (2) au moins partiellement rempli avec un contenu (12) et bouché de manière étanche par un bouchon (3) disposé au-dessus d'un espace de tête (13) du contenant (2), ledit dispositif (1) comprenant un capot (4) qui comprend à l'intérieur de celui-ci une aiguille (15 ; 29) de perçage, des moyens d'injection de fluide (6) et une canule chauffante (19) d'obturation par fusion, ledit capot (4) étant configuré pour être accosté de manière étanche sur la surface extérieure du bouchon (3), ladite aiguille (15 ; 29) étant apte à se déplacer linéairement pour percer un trou (23) à travers le bouchon (3), lesdits moyens d'injection de fluide (6) étant configurés pour introduire un fluide (24’ (13;
    par dans l'espace de tête l'intermédiaire dudit trou (23), ladite canule chauffante (19) étant apte à se déplacer linéairement pour obturer ledit trou (23) par fusion de la matière du bouchon (3), caractérisé par le fait que l'aiguille (15 ; 29) et la canule chauffante (19) sont disposées dans le capot (4) de façon à ce que leurs axes de déplacement respectifs soient sécants en un point situé dans la matière du bouchon (3) ou au-dessus du bouchon (3) lorsque le capot (4) est accosté sur le bouchon (3), et par le fait que l'extrémité (25) de la canule chauffante (19) est convexe.
  2. 2 - Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moyen optique (C) configuré pour vérifier la qualité d'obturation du trou (23) dans le bouchon (3) par la canule chauffante (19) .
  3. 3 - Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moyen optique ou inductif disposé dans le capot (4) et configuré pour vérifier l'intégrité de l'aiguille (15 ; 29) après le perçage du trou (23).
  4. 4 - Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'aiguille (15 ; 29) possède une extrémité pointue (29a) en forme de cône.
  5. 5 - Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'aiguille (15) est pleine, les moyens d'injection de fluide (6) comprenant au moins une entrée de fluide apte à recevoir un fluide sous pression et à injecter celui-ci à l'intérieur du capot (4) accosté de manière étanche sur le bouchon (3).
  6. 6 - Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'extrémité pointue (29a) de l'aiguille (29) est pleine, et le reste de l'aiguille (29) comprend un alésage central longitudinal (30) et au moins deux trous latéraux opposés (31) reliant ledit alésage central (30) avec l'extérieur de l'aiguille (29) à proximité de l'extrémité pointue (29a) de l'aiguille (29), les moyens d'injection de fluide (6) comprenant au moins une entrée de fluide apte à recevoir un fluide sous pression et à injecter celui-ci dans l'alésage central (30) de l'aiguille (29) au niveau de l'extrémité de l'aiguille (29) opposée à l'extrémité pointue (29a) de l'aiguille (29) .
  7. 7 - Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'aiguille (15 ; 29) est chauffée par un moyen de chauffage.
  8. 8 - Procédé de conditionnement en pression d'un contenant à traiter (2) au moins partiellement rempli avec un contenu (12) et bouché de manière étanche par un bouchon (3) disposé au-dessus d'un espace de tête (13) du contenant (2), à l'aide d'un dispositif de conditionnement en pression (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes :
    - l'accostage de manière étanche du capot (4) dudit dispositif (1) sur la surface extérieure du bouchon (3) ;
    - le perçage d'un trou (23) à travers le bouchon (3) à l'aide de l'aiguille (15 ; 29) dudit dispositif (1) ;
    - l'introduction d'un fluide (24) dans l'espace de tête (13) du contenant (2) par l'intermédiaire dudit trou (23), ménagé à travers le bouchon (3), à l'aide des moyens d'injection de fluide (6) dudit dispositif (1), de façon à obtenir une pression résiduelle au moins égale à la pression atmosphérique dans l'espace de tête (13) du contenant (2) ;
    - l'obturation dudit trou (23) par fusion de la matière du bouchon (3) à l'aide de la canule chauffante (19) ;
    et
    - le retrait du capot (4).
  9. 9 - Procédé selon la revendication 8 prise en dépendance de la revendication 5, caractérisé par le fait que l'aiguille (15) est retirée du trou (23) avant l'étape d'introduction de fluide.
  10. 10 - Procédé selon la revendication 8 prise en dépendance de la revendication 6, caractérisé par le fait que l'aiguille (29) est maintenue dans le trou (23) pendant l'étape d'introduction de fluide, l'introduction de fluide se faisant à travers l'alésage central (30) et les au moins deux trous latéraux (31) de l'aiguille (29).
  11. 11 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 10 prise en dépendance de la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, après l'étape d'obturation, une étape de vérification de la qualité d'obturation du trou (23) dans le bouchon (3) à l'aide du moyen optique (C).
  12. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'étape de vérification comprend les sous-étapes suivantes :
    - la capture, par le moyen optique (C) , d'une image du bouchon (3) au niveau de l'obturation circulaire formée par la canule chauffante (19) convexe ;
    - la mesure du diamètre de l'obturation circulaire capturée ; et
    - la comparaison du diamètre mesuré à une valeur de seuil afin de déterminer si la qualité d'obturation est ou non acceptable.
  13. 13 - Procédé selon l'une des revendications 8 à
    12, caractérisé par le fait que l'étape d'introduction de fluide (24) dans l'espace de tête (13) comprend une introduction de fluide (24) dans une phase initiale à une première valeur de pression, puis une introduction de fluide (24) dans une phase finale à une seconde valeur de pression inférieure à la première valeur de pression.
  14. 14 - Procédé selon l'une des revendications 8 à
    13, caractérisé par le fait que, dans le cas d'un remplissage à chaud à une température supérieure à 73°C, le fluide (24) est introduit dans l'espace de tête (13) après un refroidissement du contenu (12) à une température inférieure à 45°C.
  15. 15 - Procédé selon l'une des revendications 8 à
    14, caractérisé par le fait que la pression d'introduction du fluide (24) est configurée pour générer une pression résiduelle dans le contenant (2), comprise entre 1,01 bars et 2,5 bars, et de préférence entre 1,01 bars et 1,4 bars.
  16. 16 - Procédé selon l'une des revendications 8 à
    15, caractérisé par le fait que le fluide (24) est un gaz inerte et stérile tel que de l'azote notamment sous forme gazeuse.
  17. 17 - Procédé selon l'une des revendications 8 à
    16, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, avant, pendant et/ou après l'étape d'accostage du capot (4) sur le bouchon (3), une étape de mise en circulation de fluide stérile entre le capot (4) et le bouchon (3), de préférence un gaz inerte, de façon davantage préférée l'azote.
  18. 18 - Procédé selon l'une des revendications 8 à
    17, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, avant l'étape d'accostage du capot (4) sur le bouchon (3), une étape de stérilisation de la surface extérieure du bouchon (3) par un ou plusieurs parmi un chauffage ponctuel, une stérilisation chimique, une vapeur ou une émission de lumière pulsée.
  19. 19 - Machine de conditionnement en pression comprenant au moins un dispositif de conditionnement en pression (1) selon l'une des revendications 1 à 7, ladite machine de conditionnement en pression comprenant en outre un moyen de maintien en position de contenant (9) par rapport auquel le capot (4) de l'au moins un dispositif de conditionnement en pression (1) est déplaçable entre une position de repos distante du moyen de maintien en position de contenant (9) et une position d'accostage dans laquelle le capot (4) est accosté de manière étanche sur le bouchon (3) du contenant à traiter (2).
    1/7
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