Procédé de fabrication et de remplissage d'un récipient en matière plastique
et installation pour sa mise en oeuvre
Le présent brevet a pour objet un procédé de fabrication et de remplissage d'un récipient en matière plastique qui se caractérise en ce qu'on forme le récipient en injectant dans une masse de matière plastique, laquelle est dans un état propre à être modélée et placée à cet effet dans un moule, un produit au moins semi-liquide destiné à rester enfermé dans ce récipient.
Le brevet a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé et qui se caractérise par le fait qu'elle comporte un poste de travail présentant un dispositif d'injection d'un produit au moins semi-liquide à l'intérieur d'une masse de matière plastique dans un état propre a été moulée et, au moins un moule dont la forme et le volume correspondent à la forme et au volume du récipient terminé.
Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé et prévue plus spécialement pour la fabrication et le remplissage d'ampoules pharmaceutiques.
La fig. 1 est une vue en plan schématisée de cette installation dans laquelle seuls les organes et éléments nécessaires à la bonne compréhension du procédé sont illustrés dans une position de travail.
La fig. 2 est une vue semblable à la fig. 1, les organes et éléments étant disposés dans les positions occupées pendant une opération de transfert. En outre, dans cette figure sont encore représentées les liaisons hydrauliques entre les divers dispositifs de l'installation.
La fig. 3 est une vue en coupe partielle suivant la ligne III-III de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en coupe partielle suivant la ligne IV-IV de la fig. 1.
Les fig. 5 à 7 sont des vues en coupe et à grande échelle des différentes parties de l'installation.
Dans la forme d'exécution représentée, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé comporte les postes de travail suivants
1. Un poste A de formation d'une masselotte de
matière plastique dont le volume correspond
au volume de la matière nécessaire à la fa
brication du récipient désiré.
2. Un poste B de formation du récipient par
injection d'un produit au moins semi-liquide,
de remplissage de ce récipient et restant en
fermé dans celui-ci.
3. Un poste C d'obturation du récipient formé
et rempli.
4. Un poste D d'éjection du récipient rempli et
bouché.
Le poste A de formation de la masselotte comprend un dispositif d'injection 2 de matière plastique - représenté plus en détail par la fig. 5 - à l'intérieur d'un moule M1 formé de deux parties 3 et 4 dont l'une 3 est portée par le dispositif d'injection 2, tandis que la seconde coulisse dans un guide axial 7 porté par un support 5 monté sur un axe 6. Cet axe 6 est fixé rigidement dans un bâti E (fig. 3) et le support 5 porte encore une roue dentée 8. Ce support peut occuper deux positions de travail situées à 1800 l'une de l'autre et est fixé dans ces positions par un dispositif de verrouillage (non représenté) de type connu, tel qu'un pointeau soumis à l'action d'un ressort et dont l'extrémité s'engage dans des logements.
Le dispositif d'injection 2 comporte un cylindre d'injection 9 (fig. 5) alimenté en matière plastique par un canal 10 et dans lequel coulisse un piston d'injection 1 1 relié par une tige 12 à un piston moteur 13 qui coulisse dans un cylindre 14 et délimite deux chambres de volume variable 15 et 16 qui sont reliées respectivement par des conduits 17 et 18 à un distributeur 19 et par celui-ci à une conduite de fluide sous pression 20 et à une conduite d'échappement 21. Cette conduite 20 est alimentée en fluide sous pression par une pompe P dont la conduite d'aspiration 23 plonge dans un bac 22, tandis que sa conduite de refoulement 24 est reliée à la conduite 20.
Le cylindre d'injection 9 est relié par un canal 90 à la cavité de la partie 3 du moule M1 fixée rigidement à l'extrémité avant du dispositif d'injection 2.
Les pistons 1 1 et 13 sont traversés axialement par un poussoir 91 porté par un piston 92 qui coulisse dans un cylindre 93 d'un servo-moteur à double effet dont les deux chambres à volume variable sont également reliées par un distributeur 94 et des conduites 95 et 96 alternativement à la conduite de fluide sous pression 20 et à la conduite d'échappement 22.
Le dispositif d'injection 2 est déplaçable entre deux butées 25, 26 le long de rails 37 portés par le bâti fixe E disposés suivant un plan radial passant par l'axe du support 6.
La partie 4 du moule portée par le support 5 comporte, fixée rigidement sur son fond 27, un conduit d'injection 28. Ce conduit est obturé pendant l'injection de matière plastique dans le moule M1 par une aiguille 29 portée par le piston d'un servomoteur hydraulique 30 fixé rigidement sur un bâti auxiliaire Et (fig. 3) porté par l'axe fixe 6. Ce servomoteur est relié par un distributeur 31 et des conduits 32, 33, d'une part, à la conduite de fluide sous pression 20, et, d'autre part, à la conduite d'échappement 21.
Comme représenté au dessin, le support 5 porte deux parties 4 de moule situées de part et d'autre de l'axe 6 dans un même plan diamétral du support 5, et qui coulissent chacune le long du guide 7 radial.
La roue dentée 8 est en prise avec une roue dentée 34 fixée rigidement sur un manchon 35 (fig. 4) parallèle à l'axe 6 et tournant librement autour d'un arbre creux 36 obturé de manière étanche à ses deux extrémités et fixé rigidement dans le bâti E par l'une de ses extrémités. L'espace intérieur 38 de cet arbre creux 36 est relié par une conduite 40 à la pipe de refoulement 39 d'un compresseur d'air 41 dont le but sera décrit plus loin.
La roue dentée 34 est fixée sur le manchon 35 par l'intermédiaire d'un moyeu 42 claveté sur ce manchon et qui porte trois bras radiaux 44, 45, 46, disposés symétriquement autour de l'axe de l'arbre 36.
Le poste B de formation du récipient comporte un dispositif d'injection 50 d'un liquide provenant d'un réservoir 51 (fig. 6). Ce dispositif d'injection comporte un cylindre 52 alimenté en liquide par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 53 munie d'un clapet anti-retour 54. Un piston d'injection 55 coulisse dans ce cylindre 52 et est actionné par un servo-moteur hydraulique coaxial dont le piston 56 délimite à l'intérieur d'un cylindre 57 deux chambres de volume variable reliées par un distributeur 58 (fig. 2) et des conduites 47 et 48, d'une part à la conduite 20 de fluide sous pression, et, d'autre part, à la conduite d'échappement 21.
L'extrémité avant du cylindre d'injection 52 porte un nez conique 60 traversé par un canal 61 muni d'une soupape d'arrêt 62. Ce nez conique 60 s'adapte de manière étanche dans une entrée conique correspondante 63 pratiquée dans la surface externe 59 de la paroi formant le fond de la partie 4 du moule.
Le dispositif d'injection du liquide 50 est dépla çable entre deux butées 65 et 66 le long de rails 67 fixés sur le bâti auxiliaire E, dans un plan diamétral passant par l'axe 6 et dans la prolongation des rails 37 qui portent le dispositif d'injection 2 de matière plastique.
Lorsque le dispositif d'injection du liquide 50 est en position de travail (position représentée par la fig. 1), définie par la butée 65, son nez conique 60 est engagé dans l'entrée conique 63 et repousse la partie 4 de moule sur une troisième partie 68 de moule disposée sur le bras radial 44. Cette partie 4 de moule avec cette troisième partie 68 forme un moule M2 dont la cavité 69 présente la forme et le volume du récipient désiré. Chaque bras 44, 45, 46 porte une telle troisième partie 68 de moule et le rapport de transmission de l'engrenage 8 et 34 est égal à 3/2 de sorte que la roue dentée 8 effectue 1/2 tour lorsque la roue dentée 34 effectue 1/3 de tour.
Le poste C d'obturation du récipient R formé et rempli, comporte une quatrième partie 70 de moule s'adaptant sur la troisième partie 68 de moule afin de former un moule Ma. Cette partie 70 est portée par la partie avant d'un dispositif d'obturation 43 déplaçable le long de rails 105 entre deux butées 106 et 107. Ces rails 90 sont disposés suivant un plan radial passant par l'arbre creux 36 et situé à 1200 du plan radial reliant les deux arbres 6 et 36.
Ce dispositif d'obturation comprend:
a) Un cylindre d'injection 71 (fig. 7) de matière plastique relié à la partie 70 par un canal 72 et alimenté par un canal 73.
b) Un piston d'injection 74 coulissant dans ce cylindre 71 et actionné par un piston-moteur hydrau lique 75 à double effet coulissant dans un cylindre 76 dont les deux chambres sont reliées par un distributeur 77 et des conduites 78 et 79 alternativement à la conduite 20 de fluide sous pression et à la conduite d'échappement 21.
c) Un poussoir 49 porté par un piston 80 coulissant dans un cylindre 81 dont les deux chambres sotlt reliées par un distributeur 84 et des conduites 82 et 83 alternativement à la conduite 20 et à la conduite 21.
Ce poussoir 49 traverse les pistons 74 et 75 et est susceptible de s'engager dans le canal 72 afin de repousser de la matière plastique à l'intérieur du col 85 du récipient R formé et rempli.
Le poste D d'éjection du récipient terminé comporte:
a) Le compresseur d'air 41 qui alimente en air comprimé le vide intérieur de l'arbre creux 36.
b) Un orifice 86 pratiqué dans la paroi de cet axe 36 et qui communique pour une position angulaire donnée de la roue dentée 34 avec une conduite 87 portée par chaque bras 44, 46, 47, et dont l'extrémité débouchant dans la cavité 88 de la partie 68 est normalement obturée par une soupape 89.
Le fonctionnement de l'installation décrite est le suivant:
Dans une position intermédiaire à leur position de travail (fig 2) le dispositif d'injection 2 de matière moulée est dans sa position reculée ou de repos définie par la butée 24, le dispositif d'injection du liquide 50 est également dans sa position reculée de repos définie par la butée 66 ainsi que le dispositif d'obturation 49 qui est dans sa position reculée ou de repos définie par la butée 106. Dans la position de travail (fig. 1), les guides 7 portés par le support 5 sont situés dans le plan commun au bras 44, de même que le dispositif d'injection 2. Le deuxième bras 45 est situé dans le plan radial passant par le dispositif d'obturation 43 et le troisième bras 46 est situé dans un plan radial passant par l'orifice 86.
Dans une telle position de travail, l'opérateur peut déplacer les dispositifs d'injection 2 et 50 et le dispositif d'obturation 43 le long de leurs rails respectifs 37, 67 et 105 jusque dans leur position de travail définie par les butées 26, 65 et 107. Les moules Mf, M2 et Ma sont alors constitués par les parties qui les composent et maintenus par ces divers
dispositifs 2, 50 et 43 en position de fermeture
(fig. 1).
Les deux dispositifs de transfert formés par le
support 5 et les bras 45 étant placés dans l'une de
leurs positions relatives correspondant à une posi
tion de travail de l'installation, l'opérateur actionne
l'organe de commande du distributeur 19, afin de
relier la chambre 16 du cylindre 14 à la conduite 20
de fluide sous pression et de relier simultanément la
chambre 15 de ce cylindre 14 à la conduite d'échap
pement. Le piston 13 est actionné vers le bas de la fig. 5 et entraîne dans son déplacement le piston d'injection 11.
En conséquence, de la matière à mouler, contenue dans le cylindre 9 alimenté par le canal 10, est injectée à travers le canal 90 dans la cavité du moule Mj formée par les parties 3 et 4. I1 est clair que le cylindre 9 est maintenu par un dispositif de chauffage, non représenté, constitué par exemple, par un corps de chauffe électrique à une température déterminée, pour laquelle la matière plastique est dans un état permettant son injection et sa mise en forme.
Préalablement à cette injection, l'opérateur a provoqué, par actionnement de l'organe de commande du distributeur 31, l'engagement de l'aiguille 29 à l'intérieur du tube de remplissage 28. Ainsi, à l'instant de l'injection de matière à mouler à l'intérieur du moule M1, ce tube de remplissage est entièrement obturé. Le volume de la cavité de ce moule M1 correspond au volume de matière à mouler nécessaire à la fabrication du récipient désiré.
Dès que cette injection de matière à mouler est terminée, l'opérateur actionne l'organe de commande du distributeur 94 afin de mettre la conduite 95 sous pression et la conduite 96 à l'échappement. Le piston 92 est actionné vers le bas de la fig. 5 et le poussoir pénètre dans le canal 90. Lorsque la face 97 du piston 92 bute sur le fond 98 du cylindre 93, l'extrémité du poussoir 91 est située au niveau du fond 99 de la cavité du moule M. Comme représenté, le diamètre du poussoir 91 correspond au diamètre de la partie 100 du canal 90 débouchant dans la cavité du moule M,.
Ces opérations étant terminées, l'opérateur actionne les organes de commande des distributeurs 19 et 31 afin de provoquer le retrait de l'aiguille 29 hors du tube de remplissage 28 et le retour du piston d'injection 11 jusque dans sa position de repos définie par sa face 101 butant sur le fond 102 du cylindre 9. Puis, il repousse le dispositif d'injection 2 jusque dans sa position de repos définie par la butée 25 en entamant la partie 3 du moule Mt le long de ses rails 37.
En conséquence, la masselotte de matière plastique à mouler injectée dans le moule Ml reste adhérente à la partie 4 de ce moule Mt et la séparation de cette masselotte 103 de la matière à mouler restant dans le canal d'alimentation 90 s'effectue au niveau du fond 99, puisque le poussoir 91 obture pratiquement entièrement la partie 100 de ce canal. I1 s'ensuit que cette masselotte 103 ne comporte pratiquement pas de carotte .
Après avoir provoqué le retour du piston 92 à sa position de repos par actionnement de l'organe de commande du distributeur 94, l'opérateur déplace angulairement de 1800 le support 5 afin d'amener la partie 4 du moule qui porte la masselotte 103 en regard du dispositif d'injection du liquide 50. Ce
déplacement de 1800 du support a provoqué un déplacement angulaire de 1200 de la roue dentée 34,
de sorte que c'est le bras 46 qui vient s'engager dans le plan axial passant par les axes 6 et 36, et la partie de moule 68 qu'il porte vient en regard du guide 7 dans lequel est engagée la partie de moule 4 qui porte la masselotte 103.
L'opérateur déplace alors le dispositif d'injection du liquide 50 le long de ses rails 67 jusque dans sa position de travail définie par la butée 65. Au cours de ce déplacement le nez conique 60 vient prendre appui dans l'entrée conique 63 de la partie de moule 4 qui porte la masselotte 103 et repousse cette partie de moule 4 le long de son guide 7. En position de travail du dispositif d'injection du liquide de remplissage, la face 108 de cette partie 4 de moule est appliquée sur la face frontale 109 de la partie 68 de moule portée par le bras 46. Ainsi, ces deux parties 4 et 68 forment un moule M2 dont la cavité présente la forme et le volume du récipient à fabriquer.
L'opérateur actionne alors l'organe de manoeuvre du distributeur 58, afin de relier la conduite 48 à la conduite 20 de fluide sous pression et la conduite 47 à la conduite d'échappement 21. Le piston 56 est repoussé vers le haut de la fig. 6 jusque dans la position représentée par cette figure. Le piston 55 entraîné par le déplacement du piston 56 refoule le liquide, contenu dans le cylindre 52 alimenté par le réservoir 51, à travers le canal 61 et le tube de remplissage 28 à l'intérieur de la cavité du moule M2 et à l'intérieur de la masselotte 103 de matière plastique enfermée dans cette cavité, alors que cette masselotte est encore à une température permettant de la modeler.
Selon les dimensions de la masselotte 103 et la température nécessaire pour obtenir cet état de la matière plastique, on peut prévoir un dispositif de chauffage, tel qu'un corps de chauffe électrique maintenant le moule M2 à la température nécessaire.
Ce liquide injecté à l'intérieur de la masselotte 103 crée une cavité à l'intérieur de celle-ci, de sorte que cette matière à mouler vient épouser la forme des parois de la cavité du moule M2 comme représenté par la fig. 6. Ainsi, un récipient R est formé et rempli de liquide en une seule et même opération.
Dans la forme d'exécution de l'installation illustrée, la cavité du moule M2 présente la forme extérieure d'une ampoule pharmaceutique et le réservoir 51 contient un sérum ou autre préparation pharmaceutique liquide, de sorte que l'ampoule pharmaceutique R est fabriquée par injection à l'intérieur de la masselotte 103 du liquide prévu pour le remplissage de cette ampoule pharmaceutique. Toutefois le réservoir 51 pourrait contenir un autre produit liquide ou semi-liquide destiné à être mis en ampoules, en flacons ou autres récipients permettant son emballage et sa mise en vente.
Cette opération de formation du récipient et de remplissage de celui-ci terminée, l'opérateur repousse le dispositif d'injection 50 en arrière jusque dans sa position de repos définie par la butée 66. Un ressort non représenté repousse la partie 4 de moule le long de son guide jusque dans la position représentée par la fig. 2 et définie par une butée non représentée.
Au cours de ce déplacement de la partie 4 de moule, le tube de remplissage 28 porté par cette partie de moule, est entièrement retiré hors du récipient R formé, de sorte qu'un espace vide se forme à l'intérieur du récipient. Le volume de ce vide correspond à celui de la partie des parois de ce tube de remplissage qui était située à l'intérieur du récipient R.
L'opérateur actionne alors l'organe de commande du distributeur 58 afin d'inverser l'alimentation et la mise à l'échappement des chambres de volume variable délimitée à l'intérieur du cylindre 57 par le piston 56 et de provoquer ainsi le retour des pistons 55 et 56 jusque dans leur position de repos.
L'opérateur actionne à nouveau la roue dentée 34 et déplace celle-ci d'un angle de 1200, de manière que le bras 46 qui porte la partie de moule 68 munie du récipient R rempli de liquide vienne se placer en regard du dispositif d'obturation 43. I1 déplace celuici le long de ses rails 105 jusque dans sa position de travail définie par la butée 107 et pour laquelle la face frontale 111 de la partie 70 de moule prend appui sur la face frontale 109 de la partie 68 portant le récipient R rempli. Cette partie 70 forme alors avec la partie 68 un moule Ma.
L'opérateur peut alors procéder à l'obturation du col 85 du récipient R. A cet effet, il actionne l'organe de commande du distributeur 77, afin d'alimenter la conduite 79 en fluide sous pression et de mettre à l'échappement la conduite 79. Le piston 75 est alors déplacé vers le haut de la fig. 7 et entraîne dans son déplacement le piston 74 qui refoule de la matière plastique contenue dans le cylindre 71 alimenté par le canal 73 à travers un canal 72 jusqu'à l'intérieur du col 85. Puis l'opérateur actionne l'organe de commande du distributeur 84 afin d'alimenter la conduite 83 en fluide sous pression et de mettre la conduite 82 à l'échappement.
Le piston 80 est actionné vers le haut de la fig. 7 et l'extrémité de son poussoir 49 repousse la carotte de matière à mouler, contenue dans la partie 112 du canal 72 en direction du col 85 et enfonce celle-ci à force dans ce col, de matière à obturer le récipient de manière absolument étanche. I1 est clair, qu'ici également, un dispositif de chauffage non représenté, tel que par exemple un corps de chauffe électrique, maintient le cylindre 71 et le canal 72 à une température pour laquelle la matière plastique peut être mise en forme.
Cette opération étant terminée, l'opérateur repousse le dispositif d'obturation 43 jusque dans sa position de repos définie par la butée 106, puis déplace angulairement la roue dentée de 1200, afin d'amener la conduite 87 d'amenée d'air en regard de l'orifice 86. L'air sous pression refoulé par le compresseur 41, entre dans cette conduite 87 et exerce une poussée sur la soupape 89, qui provoque l'ouverture de celle-ci. De l'air comprimé entre dans la cavité 88 et éjecte le récipient R hors de celle-ci.
Bien que pour la clarté de l'exposé, les quatre opérations suivantes:
1. injection de la masselotte 103
2. injection du liquide pour la formation et le
remplissage du récipient R;
3. obturation du récipient R;
4. éjection du récipient R; aient été décrites dans leur ordre successif d'opération, l'examen du dessin annexé montre clairement que ces quatre opérations sont effectuées simultanément chacune dans l'un des quatre postes de travail
A, B, C, D, que comporte l'installation. En outre, le passage des produits en fabrication d'un poste de travail à l'autre, au lieu d'être commandé manuellement, pourrait être commandé par un dispositif de commande.
Les déplacements axiaux des dispositifs d'injection 2 et 50 et d'obturation 43, de leur position de repos à leur position de travail et vice versa, pourraient être commandés par des dispositifs de commande mécaniques, électriques ou pneumatiques.
Afin d'éviter des fausses manoeuvres et des pertes de temps inutiles, il est avantageux de prévoir un dispositif de verrouillage fixant la roue dentée 34 et l'engrenage 8 dans leurs diverses positions de travail.
Dans une variante les dispositifs d'injection 2 et 50 et d'obturation 43, au lieu d'être disposés dans un même plan, pourraient être disposés, de même que les guides 7, parallèlement aux axes 6 et 36. Ces guides 7 seraient alors formés à l'intérieur de la roue dentée 8 ou d'un disque solidaire de celle-ci.
De même, les parties 68 de moule seraient portées par un disque solidaire de ce dernier, et leur axe serait parallèle à l'axe de l'arbre creux 36. Par contre, les deux dispositifs d'injection, et celui d'obturation, de même que le servo-moteur 30, seraient disposés en regard des faces latérales opposées de l'engrenage 4 et de la roue dentée 34.
Dans une autre variante de l'installation décrite le dispositif d'obturation pourrait comprendre des moyens de réchauffage de l'extrémité du col du récipient et soit un dipositif de pinçage de cette extrémité, soit un dispositif d'étirage de celle-ci.
REVENDICATIONS :
I. Procédé de fabrication et de remplissage d'un récipient en matière plastique, caractérisé en ce qu'on forme le récipient en injectant dans une masse de matière plastique, laquelle est dans un état propre à être modelée et placée à cet effet dans un moule, un produit au moins semi-liquide destiné à rester dans ce récipient.