Machines Remplisseuse Doseuse Eau Plate

Gilles MORVAN http://gmorvan.wordpress.com

2/ Les machines dembouteillage (suite) 2.2 Les remplisseuses ou doseuses

Si les bouteilles, cannettes ou gobelets sont stocks ou livrs, une rinceuse en amont de la remplisseuse est obligatoire. Les remplisseuses sont des machines linaires 1 ou plusieurs couloirs pour les cadences faibles moyennement leves. Pour les cadences leves, les remplisseuses sont rotatives en continue avec un carrousel dont le nombre de becs peut varier de 4 plus de 100. Le choix de la remplisseuse seffectue selon les critres principaux:

- La cadence de production atteindre selon me volume de la bouteille - La technologie de remplissage ou le type de bec (voir ci-dessous) - Le pas de la machine, c'est--dire la distance entre 2 becs de remplissage qui dtermine le plus petit et

le plus grand diamtre de bouteille possible pour la circulation dans la machine. Dautres critres sont importants (cf. cdc remplisseuse) comme lencombrement, la maintenabilit, le pilotage et la traabilit du remplissage, en particulier en milieu aseptique. Le soutirage pourra tre protg par un caisson de surpression dair strile ou une salle blanche Pour toutes les remplisseuses, il est important davoir des temps de remplissage optimiss et un dosage prcis. Une bonne rgulation du niveau de produit dans la cuve (hauteur de charge) est donc primordiale. En effet, il faut viter les grandes variations de hauteur de charge de produit dans la cuve car la vitesse dcoulement du liquide travers les becs de remplissage va varier dautant et donc la prcision du dosage. On parle ainsi de queue de chute , la quantit de liquide entre la sortie du bec de la machine et larrive dans la bouteille, varie en fonction de la vitesse dcoulement : dbit du bec = vitesse dcoulement variable selon la hauteur de charge dans la cuve x section fixe du bec Larrive du produit doser se fait par un tube inox avec une vanne produit fermeture rapide tout ou rien, de type vanne clapet inox avec sige tflon (viter les vannes boule trop lentes et les vannes papillon moins nettoyables cause de la porte de joint). Cette vanne darrive de produit est gnralement pilote par de lair comprim et elle est normalement ferme par un ressort pour viter un dbordement en cas de coupure dair comprim. Si la machine est rotative, le carrousel est aliment par un joint tournant qui met en relation la tuyauterie dalimentation fixe avec la cuve en rotation. Ce joint tournant est une pice dlicate pour ltanchit et la maintenance car les lavages en temprature et les produits de nettoyage sollicitent les joints. Dans la cuve, une rgulation de niveau permet de dtecter un manque de produit (cuve vide), une hauteur de charge en production rguler en ouvrant et fermant la vanne de produit et un niveau dalarme trop haut pour viter le dbordement. Pour dtecter un niveau, plusieurs techniques sont possibles : Voir le livre

GUIDE PRATIQUE TECHNIQUE POUR UN PROJET AGRO ALIMENTAIRE, COSMETIQUE,

ou PHARMACEUTIQUE AUTEUR GILLES MORVAN

Sur certains types de machines, la cuve peut fonctionner en tant pleine de liquide et la rgulation de la charge se fait par un ballon intermdiaire au dessus quip de sa sonde. Sur dautres types de machines, la cuve peut tre sature dazote dans la partie suprieure (le volume libre de la cuve pleine de liquide) et cest la pression dazote qui rgule la pousse le temps de remplissage.


Pour les bouteilles en verre qui ont des variations dimensionnelles, la bouteille devra tre maintenue par le col et le corps tout le long de sa circulation dans la remplisseuse avec des systmes de compensation ressorts. Par contre pour les bouteilles en PET dont les dimensions du col sont constantes, elles sont maintenues uniquement par le goulot, ce qui supprime les pices de changement de formats par exemple lors du passage litre au 1,5 litre. Cinmatique dune machine linaire. Exemple pour le remplissage de gobelets cadence maximum 6000 bph La machine droule les oprations sur le rcipient par squence avec un arrt pour chaque opration. Lopration la plus longue (gnralement le remplissage) dtermine la cadence de production de la machine. 1/ Dpileur de gobelets et rinage par buses deau strile 2/ Retourneur 3/ Remplissage dbitmtrique 4/ Bobine de film avec bac de traitement 5/ Poinon de prdcoupe de la capsule 6/ Dcoupe finale de la capsule et sellage sur le gobelet 7/ Thermo-sellage final de la capsule 8/ Evacuation du gobelet rempli et sell sur une table de sortie inox


Cinmatique dune machine rotative avec carrousels Cette machine peut tre monobloc en intgrant en amont de la remplisseuse une rinceuse et en aval un carrousel de bouchage : Cinmatique dune remplisseuse seule : Etoile dentre, carrousel de dosage, toile de sortie 1 carrousel au diamtre de circulation de 1080 mm avec 24 becs de dosage donne un pas (distance entre 2 axes de bec) de : Pi x diamtre 1080 = pas de 141 mm. Ceci dterminera le diamtre maximum de lemballage admis par ce type de carrousel.

Cinmatique dune remplisseuse boucheuse : Etoile dentre, carrousel de dosage, toile de tranfert, carrousel de bouchage et toile de sortie

Note : Il existe aussi des machines 3 axes : Rinceuse de bouteilles/ doseuse / boucheuse 1/ Convoyeur darrive des bouteilles dont la vitesse linaire est 10% suprieur celle du carrousel pour gnrer une pousse des bouteilles vers la vis dentre. 2/ Vis de synchronisation des bouteilles pour les mettre au pas de la machine. Pour les vis section carr, une double vis en face face doit tre prvue pour bien les sparer ; Pour les bouteilles trs hautes, une double vis verticale doit tre prvue. 3/ Un portillon dentre situ sur le cot du convoyeur juste avant la vis dentre et constitu dun bras pivotant ou dune toile bloquante, permet de contrler lentre des bouteilles dans la remplisseuse. Il se ferme :

- sur pilotage de loprateur par exemple en fin de production - sur demande automatique de la cellule de dtection des bouteilles amont pour gnrer une

accumulation de bouteilles vide suffisante pour une bonne pousse dans la vis dentre. - Sur demande automatique de la cellule de dtection des bouteilles pleines en sortie si la longueur de

convoyeur pour purger la remplisseuse est insuffisante cause dune remonte de laccumulation due un arrt tiqueteuse.

Le systme convoyeur dentre, portillon et vis de synchronisation doit tre rglable en hauteur en cas de circulation par le goulot et de changement de format de bouteilles de diffrentes hauteurs (2 types de bouteilles PET)


4/ Ltoile dentre, dbrayable en cas de bourrage de bouteille ; Elle transfre les bouteilles sur le carrousel de remplissage. 5/ Le carrousel de remplissage : le nombre de becs multipli par le pas machine donne le diamtre de circulation. Par exemple 30 becs au pas de 113 mm donne une circonfrence de 30x113= 3391 mm, soit un diamtre de 1080 mm Le carrousel a une vitesse de rotation suffisante pour que le dbit des becs permette un remplissage de la bouteille dans langle de remplissage disponible entre ltoile dentre et ltoile de sortie. Une cellule de dtection des bouteilles avant lentre sur le carrousel permet dautoriser louverture du bec de remplissage. Si il ny a pas de bouteille (creux dans la file), le bec ne doit pas souvrir. Laxe du carrousel est une pice complexe car il doit permettre une monte et une descente de la cuve pour sadapter la hauteur de la bouteille sil ny a pas de circulation par le goulot (cas des bouteilles en verre). Cet axe supporte aussi la cuve pleine avec son joint tournant et un collecteur lectrique multipiste qui transmet les signaux des sondes de niveau de la cuve ou de mesure des becs lautomate. Laccs sous cet axe de carrousel est important pour la maintenance et explique le choix de certains techniciens davoir une machine haute avec un plan de circulation des bouteilles (hauteur de chaine de convoyeur) 1200 mm par rapport au sol. Temps de remplissage moyens sur machines clapets commands

Produits Viscosit en Cpo Volume cm3

Diamtre intrieur goulot

Eau Peu moussant Moussants 100 500 500 1000

250 500 1000 1500 2000 3000 5000 10000 20000

21 21 21 28 30 30 32 45 45

2,0 s 2,5 s 4,0 s 4,5 s 5,0 s 7,0 s 11,0 s 12,0 s 23,0 s

2,5 s 3,0 s 4,8 s 5,5 s 6,0 s 8,4 s 13,0 s 14,0 s 28,0 s

3,2 s 4,0 s 6,5 s 7,5 s 8,0 s 11,0 s 17,0 s 18,0 s 34,0 s

2,0 s 2,5 s 4,0 s 4,5 s 5,0 s 7,0 s 12,0 s 13,0 s 26,0 s

2,0 s 2,5 s 3,5 s 3,8 s 4,0 s 6,0 s 10,0 s 11,0 s 20,0 s

Valeurs indicatives et variant selon chaque constructeur, pour des produits homognes et sans pulpe dans des emballages ayant au moins 5% de la capacit en marge de scurit. Voir en annexe : Exemple de tableau de cadences calcules par les constructeurs de soutireuses :


6/ Ltoile de sortie du carrousel doit elle aussi tre dbrayable et elle transfre les bouteilles remplies vers le carrousel de bouchage ou directement vers le convoyeur dvacuation par exemple pour des flacons en verre que lon doit fermer avec un bouchon Twist off. La vis dentre, les toiles et les carrousels sont entrains et synchroniss par un train de pignons et motoriss par 1 moteur lectrique avec son rducteur. Ce rducteur doit tre quip dun disque de dbrayage (systme billes- ressort ou magntique) en cas de blocage par une bouteille dun des lments entrains. 7/ Le convoyeur de sortie peut tre court puis repris par une srie de convoyeur ou poumons. Il est important de bien considrer la fonction purge de la remplisseuse, en particulier pour le remplissage chaud ou aseptique ou gazeux ou avec un azotage avant bouchage. Car une bouteille remplie doit tre bouche trs rapidement. Il est donc important lors dune demande darrt machine par la fermeture du portillon dentre (hors arrt durgence) de calculer le nombre de bouteilles quil faut finir de remplir et sortir pour terminer le cycle et donc avoir la bonne longueur de convoyeur de sortie.


a/ Remplissage froid & technologie Le soutirage par niveau constant est la technologie la plus utilise car trs robuste et peu chre. Principe de fonctionnement : La bouteille vide est positionne sur une sellette. Cette sellette monte puis elle descend en suivant le parcours dune came. En montant, le goulot de la bouteille vient sappuyer sur le joint dtanchit du bec de remplissage et ouvre le bec pour lcoulement par compression dun ressort. Lors de la monte, la bouteille est pntre par une canule (tube inox) au centre du bec dont la longueur correspond la hauteur de dgarni souhait pour le niveau haut de liquide dans la bouteille. Le liquide de la cuve scoule ainsi dans la bouteille puis remonte par la canule pour tre rinjecte dans un bac de reprise ou directement dans la cuve de la soutireuse, selon la nature du produit conditionner et sa temprature. Les produits pulpes ou fibres trop longues peuvent poser problme sur ce type de bec de remplissage. Pour les produits sensibles la contamination bactrienne, ce type de technologie doit aussi tre vit, car il est prfrable dutiliser des becs tout inox sans joint (voir ci-dessous). Schma de principe

. La dbitmtrie est une technologie en fort dveloppement. Avantages : La machine est simplifie mcaniquement car il ny a pas de monte de bouteilles avec des sellettes et pas contact avec la bouteille pour viter des risques de contamination. Les becs (ou robinets) sont tout inox sans joint fermeture magntique et sans canule pour viter la recirculation ou la perte de produit. Un systme lectronique de mesure de la dose permet une traabilit la bouteille sur ordinateur. Il existe 2 types de dbitmtre : le volumique pour les liquides conducteur lectriquement et le massique en cas de non conductivit. Le massique est plus cher que le volumique. Dans les 2 cas, la prcision est excellente, de lordre de 0,5% de la consigne. Inconvnient : Cette technologie est souvent un peu plus chre lachat que le niveau constant ou le volumtrique. Llectronique prend place dans la machine et impose un minimum de connaissances lquipe de maintenance. Ceci dit, il en est de mme avec les autres machines de la ligne : souffleuse et tiqueteuse.


Le dosage pondral, est une technologie adapt aux produits fortes valeur ajoute car le dosage est trs prcis, de lordre de 0,5% de la consigne. Les becs sont souvent tout inox et sans contact avec la bouteille, ce qui limite les risques dune contamination. Cette technologie est aussi intressante pour les produits moussants. Le dosage pondral est intressant car il permet de faire un tarage de la bouteille vide avant remplissage pour augmenter la prcision, en particulier pour les bouteilles en verre dont la variation de poids due au moulage est relle. Llectronique associe au balances permet davoir une traabilit complte pour les dossiers qualit et de suivi de production. Le logiciel dvelopp pour faire la mesure de poids et contrler louverture et la fermeture du bec, doit prendre en compte : - une correction de la force de Coriolis due la rotation de la machine qui influe la pese et donc la prcision de dosage. - une correction statistique de la queue de chute , c'est--dire la quantit de produit en train de scouler entre le bec et le niveau dans la bouteille et qui finalement psera dans la bouteille remplie.

Le dosage volumtrique, est une technique simple et toute mcanique. Le principe est celui dun piston, ou une seringue, qui aspire une dose dans la cuve suprieure de la machine et la r-injecte dans la bouteille par un clapet de sortie. Une came plus ou moins incline par des manivelles ou un moteur lectrique permet de rgler cette dose. La maintenance est importante pour les jeux de galets et les joints de pistons. Le systme permet davoir des canules pour le remplissage par le fond, en particulier pour les produits visqueux qui peuvent faire des strates dans le rcipient rempli et transparent. Il faut aussi faire attention la variation de volume avec la temprature car le volume injecter peut varier par exemple lorsque le process est froid le matin puis chaud en fin de journe.

Platine balance

Bec avec O/F

Queue de chute

Bouteille


b/ Remplissage chaud & technologie

Lavantage du remplissage chaud est quil strilise le contenu et le contenant, c'est--dire par transfert thermique du jus chaud, gnralement 85C, sur lintrieur de la bouteille et du bouchon.

Attention en remplissage chaud, le volume du jus est plus lev que le volume froid. Cest un avantage pour striliser le haut de la bouteille et diminuer le taux doxygne dans le volume libre de la bouteille ; cependant, le volume total de la bouteille doit tre calcul pour viter tout dbordement. Les technologies disponibles pour le remplissage chaud sont :

- le niveau contant par canule avec recyclage du jus dans un bac rchauffeur - la dbitmtrie - le dosage pondral

Dans tous les cas, la cuve doit tre calorifuge. Le remplissage volumique par piston chaud est possible, en particulier pour les produits visqueux, mais vit pour les produits liquides cause de la sensibilit aux variations de temprature lors de la rptabilit des doses.


La rception technique dune remplisseuse Lors de la rception technique, il sera important de vrifier les points suivants , de prfrence chez le fabricant en usine avant livraison :

- Conformit de tous les points du cahier des charges li la commande : voir annexe Cahier des charges machine

- Suivre le parcours de la bouteille et observer tous les organes de la machine - La vis dentre a-t-elle du faux rond ? Est elle rglable en position pour ajuster la pression sur la

bouteille ? Est elle dbrayable en cas de bouteille couche ? Le passage des bouteilles de la vis ltoile dentre est elle sans coup petite et grande vitesse ?

- Etoile dbrayable - Les cellules accumulation minimum et maximum sur le convoyeur dentre sont elles avec

suffisament de cble pour permettre un rglage en usine ? - Si une bouteille manque dans la vis dentre (possible en accumulation minimum), que se passe til

sur le dosage et le bouchage ? Provoquer cet vnement en enlevant une bouteille dans la vis dentre. - Laccssibilit au codeur et synchro machine est il possible ? Comment se fait le comptage de

bouteille et de vitesse (moyenne ou instantane ?) - Les toiles entre et sortie sont elles dbrayables et la sensibilit est elle rglable aisement ? - Provoquer des arrts de machine (portes, arrt durgence, cellule aval), le dosage et le bouchage des

bouteilles en cours est il correct ? - Vrifier la possibilit de nettoyage de la cuve sans zone de rtention ainsi que la possibilit de rgler

la hauteur de charge de produit dans la cuve.

Il est possible de faire un test des zones nettoyes avec la procdure suivante : voir livre GUIDE PRATIQUE TECHNIQUE

POUR UN PROJET AGRO ALIMENTAIRE, COSMETIQUE, PHARMACEUTIQUE AUTEUR GILLES MORVAN

- Fiabilit joint tournant pour son entretien et sa possibilit de nettoyage - Le changement de format diamtre hauteur minimum et maximum acceptable sur la machine et sa

plage de rglage. - Tester un arrt durgence et une ouverture de porte de scurit ou de trappe pour vrifier la procdure

de redmarrage - Tester des bouteilles avec des couleurs diffrentes ou de lgres variantes sur la nuance pour vrifier

la sensibilit des cellules de dtection. - Faire tourner la machine au moins 20 minutes et couter la mcanique continue - Vrifier les cblages lectriques et pneumatiques et les composants conforment aux schmas fournis

avec la machine - Vrifier dans la notice le calendrier horaire de maintenance et la description des pices de

maintenance.


ANNEXE Exemple de tableau des cadences dune remplisseuse Bouteilles en PET de 100 cl, diamtre de goulot 21 mm

Cadences en bph (bouteilles par heure) Temps de remplissage par bouteille en seconde

Produit Spcificit du

bec Temps de

remplissageProduction

bph Production thorique

Pas mm

Angle de travail

Nbre de becs

Nbre de becs morts

Nbre de becs utiles

Eau plate Sans perte d'eau 5,4 7 100 7 541 125,70 204 20 8,6 10,7 Eau plate Sans perte d'eau 5,4 9 800 10 395 125,70 234 24 8,4 14,7 Eau plate Sans perte d'eau 5,4 12 400 13 151 125,70 254 28 8,2 18,6 Eau plate Sans perte d'eau 5,4 16 700 17 584 100,50 271 35 8,7 25,1 Eau plate Sans perte d'eau 5,4 15 000 15 862 125,70 268 32 8,2 22,5 Eau plate Sans perte d'eau 5,4 19 300 20 403 100,50 275 40 9,5 29,0 Eau plate Sans perte d'eau 5,4 17 600 18 551 125,70 278 36 8,2 26,4

Eau gazeuse Mixte 7,8 3 900 4 120 157,10 211 20 8,3 8,5 Eau gazeuse Mixte 7,8 5 500 5 869 157,10 238 24 8,2 11,9 Eau gazeuse Mixte 7,8 7 200 7 585 157,10 256 28 8,2 15,6 Eau gazeuse Mixte 7,8 8 300 8 746 125,70 255 32 9,5 18,0 Eau gazeuse Mixte 7,8 9 900 10 470 125,70 267 36 9,4 21,5 Eau gazeuse Mixte 7,8 12 300 13 037 125,70 281 42 9,4 26,7

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