Brevet FR2304411A1 — publié le 19761015

Pour obtenir le dép8t de poudres ou de gouttelettes de peinture ou d'une façon générale de liquides pulvérisés, on a souvent recours à l'action d'un champ électrostatique sur une particule portant une charge électrique. Les pistolets de peinture ou de poudrage utilisant cet effet électrostatique doivent donc répondre à deux besoins : charger les particules émises par l'ajutage de pulvérisation et établir un champ électrostatique entre l'ajutage et la surface sur laquelle on désire obtenir le dépôt. Le champ électrostatique peut être obtenu par le champ d'espace créé par les particules chargées ellesmeAmes. Il est néanmoins préférable de créer un champ entre des électrodes portées à haute tension et les pièces à enduire pour obtenir un meilleur rendement. Le plus simple est de monter sur le pistolet lui-meme ltélectrode ou les électrodes de champ. Ceci est de pratique courante. Pour obtenir la charge des particules, on utilise des électrodes pointues ; l'effet d pointes provoque une émission intense de charges électriques quand le potentiel utilisé est assez grand. Cette émission doit se faire de telle sorte que les particules se chargent en traversant la zone ionisée par I'émission de la pointe. Les premières réalisations utilisaient plusieurs électrodes autour du jet des particules. I1 semble que les émissions des différentes électrodes se repoussant, les particules traversaient une zone peu ionisée. La solution a eété d'utiliser une électrode unique placée dans l'axe du jet ou à proximité. Le jet de particules traverse la zone ionisée existant à la pointe de ltélectrode, l'émis- sion se faisant principalement dans l'axe du jet, vers l'objet. On peut appeler cette solution émission axiale. Pour que l'émission axiale ait une bonne efficacité, on doit mettre ltélectrode dans le jet. Si cela est impossible, on la met à coté et le plus près possible. I1 est compréhensible que si l'axe du jet de particules est éloigné de l'axe de ltémission, les particules ne passent que dans une frange de plus en plus faible de ltémission aufur et à mesure que l'entraxe augmente. Pour pouvoir écarter les électrodes du jet de particules, on a préconisé de faire une émission transversale par rapport au jet partant d'une électrode d'un côté du jet, pour arriver à une électrode de l'autre c8té du jet. La solution a été trouvée en alimentant en haute tension continue une électrode émettrice, l'autre électrode lui faisant vis-à-vis, isolée, se charge par émission de l'électrode émettrice. Nous disons que cette électrode est une électrode secondaire ou "en l'air", car elle est isolée. Pour assurer une émission continue entre les deux électrodes, émission traversant le jet de particules, il faut maintenir le potentiel de ltélectrode principale émettrice.Pour cela, on dote l'électrode en l'air d'une pointe émettrice, par laquelle s'écoule dans l'atmos- phère les charges reçues. Ce système ne fonctionne que si la tension de ltélectrode en 11 air est suffisante pour que les charges reçues soient émises en quantité suffisante, afin d'assurer une différence de potentiel importante entre les deux électrodes. Si l'électrode émettrice de I'électrode en l'air est sale, le système ne fonctionne pas. Si on veut travailler avec des tensions réduites, par exemple 20 KV au lieu de 65 KV, le système ne fonctionne pas, ou mal. L'invention a pour obejt d'utiliser une émission transversale ne présentant pas les défauts ci-dessus. Elle consiste à utiliser un additionneur redresseur de courant en cascade alimenté en parallèle, incorporé au pistolet. L'électrode principale émettrice est alimentée par l'étage de sortie de l'additionneur à une haute tension continue. C'est une électrode pointue pour qu'elle soit émettrice. En face de cette électrode principale, de l'autre c8té du jet de particules, une électrode réceptrice secondaire est portée à un potentiel inférieur à celui de l'électrode émettrice soit continu en l'alimentant par l'étage précédant le dernier étage, soit pulsé en l'alimentant par le premier demi-étage de l'étage de sortie. Dans les deux cas, la différence de potentiel est égale à la tension d'entrée dans l'additionneur au rendement près. Dans le cas de la tension pulsée, celle-ci varie, à la fréquence du courant d'alimentation, entre la tension de l'élec- trode principale et celle de l'avant dernier étage. La solution de la tension pulsée sera, en général, préférée par l'inventeur. Meme si les tensions sont fixes, l'émission est pulsée et les hautes fréquences préconisées par l'inventeur, de l'ordre de 40 KHz, sont voisines des fréquences propres de ces émissions. La pulsation doit favoriser le fonctionnement. D'autre part, l'alimentation partant de deux séries de condensateurs différentes, il est plus facile de réaliser pratiquement les deux sorties haute tension de l'additionneur. Il faut remarquer que l'émission transversale qui sert à la charge des particules ntest pas influencée par la haute tension de sortie de l'additionneur, mais uniquement par le champ électrostatique régnant entre les deux électrodes, donc de l'alimentation de l'additionneur. Cette remarque a deux conséquences - Il faut choisir la tension d'alimentation en fonction de l'écartement et la position des électrodes et l'inten sité du champ désiré entre celles-ci. - I1 est possible d'utiliser une haute tension plus faible que dans les systèmes antérieurs si on peut se contenter d'un champ électrique plus faible entre le pistolet et la pièce, car ce champ n'intervient plus pour la charge des particules, mais uniquement pour l'action de dépôt. Cela permettrait de constituer des additionneurs plus simples. Ce système améliore la sécurité de l'équipe- ment, car le courant débité en haute tension par les électrodes est réduit et de ce fait, le risque de charge des pièces ou objets isolés par rapport à la terre est moindre. Dans ces systèmes d'électrodes de charge, se pose toujours le problème de la sécurité, aussi bien pour la main-d'oeuvre qui l'utilise, que sur le plan incendie. Il faut éviter qu'une décharge fortuite entre les électrodes sous tension et une pièce à la terre, ait une énergie suffisante pour provoquer une explosion d'un mélange explosif ou un incendie en alumant une matière combustible. Pour réaliser la sécurité du système proposé, il faut remarquer que le courant d'ionisationentre les deux électrodes n'in téresse que le dernier étage. Celui-ci devra entre conçu pour avoir un bon rendement, de manière à ce que la tension aux électrodes soit proche de la tension d'alimentation. Par contre, le courant débité entre les électrodes et la terre devrait entre faible. On peut donc prévoir que les n-l étages avant le dernier peuvent entre conçus avec une impédance interne très grande. Ce résultat peut entre recherché en insérant des résistances entre étages ou demi-étages, ou encore en utilisant des condensateurs de très faible capacité.Ce système est valable pour les additionneurs redresseurs alimentés en parallèle en particulier, les additionneurs ayant fait l'objet des Brevets français nO 72.07505, 72.34310, 73.08859 et 74.41691. La régulation ayant fait l'objet du Brevet nO 74.41691 devrait entre modifiée, son principe restant de réguler le courant et la tension en accordant ou désaccordant l'oscillateur du générateur moyenne tension sur la fréquence propre du cible coaxial et de ses accessoires. En effet, dans le cas du montage préconisé par l'inventiona le courant débité par le générateur moyenne tension a deux destinations différentes 10 - Alimenter l'émission entre les deux électrodes de charge. Dans ce cas, le courant se ferme en courant modulé par la tresse du câble. 20 - Alimenter l'émission des électrodes haute tension vers des objets à la terre. Dans ce cas, le courant continu se ferme par la terre. C'est ce dernier qui est pris en compte dans tous les réglages actuels, en particulier dans le Brevet nO 74.41691. Dans notre cas, il est important de tenir compte du courant entre les électrodes de charge. Etant donné la configuration de ces électrodes, il faut considérer que le courant vers la terre sera faible vis-à-vis du courant de charge entre électrodes. On peut donc prévoir la régulation en prenant en charge le courant total alternatif délivré par le générateur moyenne tension. Si le courant haute tension vers la terre a tendance à augmenter, la tension diminuera très vite, étant donné l'impédance importante de l'additionneur. Si le courant entre électrodes a tendance à augmenter par suite d'une défectuosité entre les électrodes, il sera de toute façon limité et ne pourra pas dépasser le courant total, donc ne pas atteindre une énergie dangereuse, car ce courant est débité à moyenne tension. Le fonctionnement du système sera plus explicite en considérant les schémas ci-joints - Figure I : schéma de l'équipement - Figure 2 : schéma des tensions aux électrodes de charge - Figure 3 : dessin d'une tête de pistolet de pulvérisa tion sans air comprimé, utilisant les deux électrodes - Figure 4 . meme tette en coupe à 900 de la précédente La figure 1 représente un additionneur redresseur alimenté en parallèle, comprenant 10 étages. Le générateur G alimenté par une source de courant en A et B comprend un oscillateur à la fréquence choisie, un circuit de régulation assurant une tension maximum et une intensité constante par action sur la fréquence de l'oscillateur par rapport à la fréquence propre de l'ensemble transformateur T, bobine de self induction S et de la capacité C du câble coaxial reliant le générateur à l'additionneur redresseur. Des résistances sont insérées en série avec les diodes des étages du redresseur additionneur, mais la haute impédance sera surtout assurée par la très faible valeur de la capacité des condensateurs. Les deux électrodes sont prises sur le dernier étage. La figure 2 représente la tension théorique (sans débit) à ces électrodes. On voit que nous aurons une émission pulsée entre l'électrode émettrice EE sous forme de points (émission d'électrons) et l'électrode réceptrice ER de forme sphérique pour éviter une contre émission. Nous avons prévu une résistances R avant les électrodes pour stabiliser l'émission et une diode D avant l'électrode ER. Un exemple de réalisation sur un pistolet est représenté schématiquement sur les figures 3 et 4 qui représentent, suivant deux coupes à 900, ltembout de l'allonge 1 en plastique isolant, au bout de laquelle se trouve le projecteur de peinture et les électrodes. Sur cette allonge, est monté l'additionneur redresseur 2, dont les sorties haute tension aboutissent aux contacts 3 pour l'électrode EE et 4 pour l'électrode ER. La bague 5 maintient la tette à électrodes 6. Celles-ci sont portées par deux oreilles 7. On remarque ltélectrode EE repère 8 et l'électrode ER repère 9. Elles sont alimentées en courant par des conducteurs terminés en ressorts qui sont en contact avec les sorties 3 et 4. Le système de pulvérisation représenté est sans air comprimé. La peinture à haute pression arrive par le canal 10, passe par la soupape 11 sous forme de bille commandée par la tige 12 isolante ; elle arrive à la buse de pulvérisation 13, donnant un jet plat dans le plan de la figure 4, passant donc entre les électrodes 8 et 9. La buse est maintenue par la tête 6 avec un joint interposé avec l'arrivée de peinture. Il faut remarquer que la position de la tete et de la buse parant unique, puisque les électrodes 8 et 9 doivent entre en contact avec les sorties haute tension 3 et 4. L'expérience quta l'inventeur lui fait penser qu'il est inutile de prévoir une autre orientation du plan dans lequel se développe le jet plat de peinture, autre que celui de la poignée du pistolet. Ce système écarte des deux sorties entre lesquelles une tension importante existe et favorise les dispositions supplémentaires qu'il faudrait peut être prendre pour éviter tout amorçage interne. Néanmoins, il est facile de voir que l'on pourrait prévoir une rotation de la tête de pulvérisation de 900 en donnant aux sorties 3 et 4 la forme de quart de cercle concentriques à l'axe du pistolet. I1 est possible de toute évidence, de transposer cescroquis pour utiliser une pulvérisation pneumatique ou mixte. Il est bon de revenir sur la régulation du système. Le courant sera divisé par exemple en un courant de 5/ÀA dans chacun des 9 premiers étages de haute impédance donnant au 9ème étage une tension de 60 KV quoique la tension d'alimentation soit de 10 KV. Donc, l'impédance par étage serait de l'ordre de 1500 M Mais pour obtenir une impédance aussi élevée, il faut surtout agir sur la capacité des condensateurs et également sur la haute fréquence qui pourrait entre réduite aux environs de 10 KHz. Le dernier étage par contre, doit avoir une impédance faible pour maintenir en continu ou en pulsé, une tension voisine de 10 KV aux électrodes, celles-ci étant protégées par une résistance et une diode sur l'électrode ER. Le courant entre électrodes devrait être de l'ordre de 40t A. La régulation du système doit permettre d'éviter les amorçages dangereux pour le personnel ou l'incendie. Le premier soin doit entre d'éviter un amorçage intempestif entre les électrodes. Cela suppose d'avoir une limitation intrinsèque de la tension d'alimentation de l'additionneur. La régulation ne pouvant intervenir que pour diminuer cette tension. On peut envisager un amorçage entre les électrodes par exemple, par suite de la présence d'un corps conducteur provoquant un quasi court-circuit. Le courant de retour de cet amorçage se fera par le circuit d'alimentation en courant alternatif. Il fau drait donc avoir un générateur de courant constant en moyenne tension. Les amorçages entre les électrodes et la terre peuvent entre traités comme il est prévu dans le Brevet nO 74.41691 de REDELEC (ou de toute autre façon) en prenant ltinformation du courant de retour de la terre sur une résistance. Ce courant de retour sera variable et composé des émissions directes des électrodes sur des pièces à la terre et d'autre part, des charges entratnées par les gouttelettes de peinture. Il faut remarquer que la haute impédance des premiers éléments de l'additionneur assure une protection intrinsèque contre les amorçages directs entre les électrodes et les pièces à la terre, en ce sens que ces amorçages ne pourront se faire qu'â des tensions faibles. On doit enfin remarquer que la haute impédance désirée pour la plus grande partie de l'additionneur redresseur, stacco- mode très bien d'une fréquence plus faible que les procédés classiques décrits dans les Brevets cités. La fréquence pourrait entre assez faible pour envisager de monter l'oscillateur dans le pistolet avec l'additionneurredresseur. Dans ce cas, l'alimentation de l'oscillateur du pistolet pourratt entre réalisée par un courant continu d'une tension de l'ordre de 10 V régulé en tension et en courant Une solution intermédiaire pourrait également être envisagées, qui consisterait à conserver ltoscillatewr dans l'alimentation et de ne mettre dans le pistolet que le transformateur. Les deux dernières solutions ne sont possibles que parce que notre équipement est prévu pour des puissances encore plus petites que les anciens générateurs chargeant la peinture par émission d'une électrode vers la terre. REVENDICATIONS : 10 - Système de charge des particules de peinture que l'on pulvé rise au moyen d'un pistolet électrostatique caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'alimentation de deux électrodes, de manière à porter lesdites électrodes à haute tension, mais à des tensions différentes, de façon à ce que la différence de tension entretienne l'ionisation nécessaire à la charge des particules de peinture. 20 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes sont placées de part et d'autre du jet de peinture. 30 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dis positif d'alimentation des électrodes est un additionneur redresseur alimenté en parallèle par un générateur moyenne tension à haute fréquence, comprenant un oscillateur, un trans formateur élévateur de tension et un système de régulation. L'additionneur-redresseur alimenté en parallèle comprenant une série d'étages permettant de porter les électrodes à haute tension sous haute impédance et un dernier étage pouvant être subdivisé en deux étages, de façon à alimenter les électrodes sous faible impédance. 40 - Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que les hautes impédances sont obtenues au moyen de résistances ou de condensateurs de faible capacité. 50 - Système selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'électrode portée à la plus haute tension est montée à l'étage de sortie de l'additionneur et l'électrode portée à la tension inférieure montée à la sortie de l'étage précédent le dernier étage, de façon à obtenir une différence de tension sensiblement continue. 60 - Système selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'électrode portée à la tension inférieure est montée à a sortie du premier demi-étage de l'étage de sortie, de façon à obtenir une différence de tension ondulée. 70 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'utilisation d'une alimentation en courant moyenne tension, haute fréquence, de l'additionneur régulée de manière à limiter la tension à une valeur maximum ne pouvant être dépassée, puis à limiter le courant alternatif moyenne tension quand celui-ci aurait tendance à dépasser la valeur de réglage. La tension de réglage dépendra de la position et de la forme des électrodes pour obtenir l'ionisation désirable et également de la haute tension recherchée. 80 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'é- lectrode portée à la plus haute tension (émettrice) a une forme pointue pour assurer une bonne émission, tandis que ltélectrode portée à la plus basse tension (réceptrice) a une forme arrondie, de façon à éviter les contre-émissions. 90 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'émis- sion entre les électrodes est stabilisée au moyen d'une résis tance placée en série avec chaque électrode et une diode placée en série avec l'électrode réceptrice. 100 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes sont disposées de telle sorte que les émissions entre elles soient prépondérantes par rapport à des émissions parasites qui peuvent se produire entre les électrodes et la buse de peinture, que celle-ci soit mise ou non sous tension. 110 - Système suivant les revendications 1 et 3 dans lequel le cou rant délivré à l'additionneur-redresseur est assez faible et le fonctionnement à grande impédance des étages de l'addi tionneur peut se contenter d'une fréquence moyenne de l'ordre de 10 KHz au moins, pour permettre de miniaturiser l'oscilla- teur et le transformateur moyenne tension et de les monter dans le pistolet. Dans ce cas, l'alimentation est faite en courant continu basse tension à tension et intensité limitées. 120 - Système suivant la revendication 11, dans lequel seul le transformateur est placé dans le pistolet, l'oscillateur res tant dans l'alimentation. Le cabale de liaison conduit donc un courant moyenne fréquence à basse tension, régulé.