Brevet FR2419112A1 — publié le 19791005

L'invention se rapporte à un procédé perfectionné pour la pulvérisation hydrostatique en jet rond d'un liquide chargé électrostatiquement, ainsi qu'à un dispositif de mise en oeuvre du procédé. D'une façon générale, en chargeant électrostatiquement un produit pulvérisé, poudre ou liquide, projeté sur une pièce à recouvrir, on améliore la régularité du recouvrement et on diminue les pertes en produit projeté. Lorsque lue produit à projeter est un liquide (peinture par exemple) la pulvérisation de ce liquide peut étre obtenue par entrainement dtun jet de gaz propulseur (pulvérisation pneumatique) ou éjection du liquide forcé sous pression élevée à travers une buse fine à la sortie de laquelle le jet, divergent, se fragmente en particules. Ce dernier mode de pulvérisation est dit pulvérisation hydrostatique, ou pulvérisation "Airless". On distingue couramment les pulvérisations en jets ronds, en forme générale de cCne de révolution autour de l'axe de projection, et les pulvérisations en jet plat, en forme générale de lame mince triangulaire divergeant de la buse. I1 est courant d'améliorer la répartition du liquide pulvérisé en jet rond par la technique du "Vortex" par laquelle le jet, au sortir de la buse, est animé, outre d'une composante de vitesse d'éjection axiale, d'un moment de rotation suivant l'axe, en sorte que chaque fraction du jet est soumise, dans l'orifice de sortie de la buse, à une force centrifuge sensiblement proportionnelle à sa distance à l'axe du jet donnant, au sortir de la buse une divergence correspondante. La création du moment de rotation est généralement obtenue en injectant le fluide par des canaux tangentiels dans une chambre circulaire située immédiatement en amont de l'ajutage d'éjection.La technique du Vortex est utilisable aussi bien en pulvérisation pneumatique, et c'est alors le gaz propulseur qui est injecté tangentiellement, qu'en pulvérisation hydrostatique, où c'est le liquide à pulvériser lui-m8me qui est injecté tangentiellement dans une chambre circulaire. La pulvérisation hydrostatique est souvent préférée lorsqu'il est nécessaire de travailler à fort débit de liquide à projeter, en raison de ce que le liquide à pulvériser n'a pas à être dilué dans un grand volume de gaz propulseur. Le débit de liquide projeté apparait plus facilement réglable, soit en agissant directement sur le débit d'une pompe d'injection, soit en agissant sur la pression d'injection, tandis qu'en pulvérisation pneumatique, le réglage de la pression d'injection de gaz propulseur fait varier le taux de dilution de liquide en même temps que la vitesse d'éjection du gaz propulseur. Toutefois l'expérience montre qu'en pulvérisation hydrostatique la marge de réglage de débit d'une buse donnée est relativement faible car, lorsque l'on réduit le débit (et partant la pression d'injection) apparaissent des anomalies de répartition du liquide pulvérisé dans le jet. En gros, ces anomalies se manifestent, à l'impact sur la pièce à recouvrir, par des excroissances ou taches localisées au voisinage de la périphérie d'une zone centrale dont la forme rappelle celle de la buse. Par ailleurs les buses de projection hydrostatique sont de faibles dimensions et, en raison des pressions d'injection et des vitesses d'éjection élevées qu'elles subissent, sont réalisées en matériaux durs difficilement usinables, en sorte que leur calibrage précis est difficile, ce qui rend d'autant plus souhaitable une marge de réglage de débit large. En étudiant de plus près les anomalies de répartition du liquide dans le jet qui apparaissent en pulvérisation hydrostatique lorsque l'on réduit la pression dlinjection et par voie de conséquence les vitesses d'éjection à travers la buse, on constate que ces anomalies se manifestent différemment selon que l'on utilise des buses à jet plat, et des buses à jet rond en Vortex. Dans le cas des buses à jet plat, constituées avec des ouvertures de projection de forme fortement allongée, les excroissances ou taches se situent sur l'impact dans le prolongement du grand axe de la zone centrale grossièrement elliptique. Ces anomalies apparaissent liées à la forme de l'ouverture de buse.Par contre avec des buses à jet rond en Vortex, qui donnent une zone centrale sensiblement circulaire, les anomalies apparaissent comme des taches elliptiques réparties régulièrement au voisinage de la périphérie de la zone centrale, avec leur grand axe dirigé radialement. On a constaté de plus que ces taches sont en nombre correspondant au nombre de canaux d'injection tangentielle dans la chambre circulaire située avant l'ajutage d'éjection. Les manifestations d'anomalies n' appa- raissent plus liées à la forme de l'ajutage d'éjection, qui ne peut évidemment pas provoquer de dissymétrie d'éjection, mais à la structure interne de la buse. On connait, notamment par les enseignements du brevet français NO 2.127.874, une disposition qui permet de corriger les anomalies de distribution de liquide pulvérisé dans le cas de la pulvérisation hydrostatique à jet plat. Cette disposition consiste à diriger des jets de gaz sur les deux faces de la lame en éventail de liquide éjecté, au voisinage de son point de formation. Toutefois le brevet précité n'enseigne que le résultat avantageux de diriger des jets de gaz sur les faces de la lame en éventail, sans préciser le mécanisme mis en jeu., en sorte qu'un homme de métier ne saurait en tirer des enseignements transposables à d'autres formes de jet présentant des anomalies de même origine, et encore bien moins des enseignements pour corriger des anomalies dont l'origine apparaît différente. L'invention a pour objet un procédé de pulvérisation d'un liquide chargé électrostatiquement, où l'on pulvérise hydrostatiquement le liquide en jet rond à Vortex, grâce à quoi on élimine les anomalies de distribution du produit dans le jet sous des pressions de pulvérisation réduites. L'invention a également pour objet un procédé de pulvérisation hydrostatique en jet rond à Vortex où le débit de liquide à pulvériser est réglable dans une large gamme. A ces effets l'invention propose un procédé de pulvérisation de liquide chargé électrostatiquement vers une pièce à recouvrir, où l'on pulvérise le liquide sous pression hydrostatique en un jet animé, outre d'une composante de vitesse axiale en direction générale de la pièce à recouvrir, d'un moment de rotation suivant l'axe, et on charge le jet pulvérisé sous l'effet d'un champ électrique à symétrie axiale, caractérisé en ce qu'on forme autour du jet de liquide un jet gazeux coaxial creux animé d'un moment de rotation suivant l'axe. I1 était inattendu d'éliminer les anomalies de distribution d'un jet rond à Vortex, qui apparaissent résulter de la structure interne de la buse de pulvérisation, par un Vortex creux de gaz autour du jet, donc au-delà de la buse. I1 était également inattendu de corriger ces anomalies par un courant de gaz se déplaçant suivant la surface du jet de liquide pulvérisé, alors que le brevet français NO 2.127.874 enseignait de corriger des anomalies, certes quelque peu différentes, en projetant des courants de gaz sur les faces opposées d'un jet en lame. On ne pouvait non plus s'attendre à corriger de telles anomalies au vu des enseignements du brevet- français NO 1.408.758 de la Demanderesse selon lesquels un jet de pulvérisation pneumatique à jet rond en Vortex est ouvert en divergence parla formation deun second Vortex gazeux creux coaxial, sans altération de sa forme générale conique. Les résultats de l'interaction de deux Vortex pneumatiques coaxiaux pouvaient être présumés différents des résultats de l'interaction d'un Vortex central hydrostatique et d'un Vortex creux pneumatique, et se manifestent en fait différents, les uns étant une ouverture du Vortex central, tandis que les autres sont la suppression d'excroissances latérales du jet de Vortex central. On a constaté qu'il était plus efficace pour corriger les anomalies que les moments de rotation respectifs des jets gazeux et liquide soient de sens contraire, c'est-à-dire que l'un étant dextrogyre, l'autre est lévogyre. On a également constaté que l'on pouvait corriger les anomalies de distribution pour des pressions hydrostatiques dlalimenta- tion du jet liquide variant de 25 à 75 bars en alimentant le jet gazeux sous des pressions comprises entre 3 et 1 bars. Sous un autre aspect l'invention propose un dispositif de pulvérisation de liquide chargé électrostatiquement pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et comportant une buse centrale alimentée en liquide sous pression et adaptée à communiquer à ce liquide, outre une composante axiale de vitesse, un moment de rotation suivant l'axe, et un jeu d'électrodes de charge réparties autour de la buse centrale, caractérisé en ce qu'il comporte une buse annulaire coaxiale à la buse centrale, reliée à une source de gaz sous pression et adaptée à éjecter ce gaz avec une composante de vitesse et un moment de rotation respectivement suivant l'axe. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure l-représente en coupe la partie antérieure d'un dispositif de pulvérisation selon 11 invention ; les figures 2A et 2B sont des vues latérales et en bout dtun déflecteur de buse à Vortex pneumatique la figure 3 est une coupe d'une buse de pulvérisation hydro statique la figure 4 est une coupe suivant le plan IV-IV de la figure 3. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure I, le dispositif de pulvérisation ou pistolet électrostatique comprend un corps 1 en matière isolante, dans lequel sont ménagées des arrivées de fluide et de haute tension, et qui est relié, de manière usuelle à un moyen de préhension ou de fixation à un support, non représenté. Les arrivées de fluide comportent un canal central 2, qui est alimenté en liquide à pulvériser, tel qu'une peinture. Dans ce canal 2 est logée une aiguille 3, terminée par une bille 4 d'obturation du clapet 4a. De façon usuelle, le fonctionnement du pistolet est déclenché par le recul de l'aiguille 3, qui ouvre le clapet 4a. Un canal oblique 5 qui débouche sur la face antérieure du corps 1, sert à l'alimentation en gaz sous pression. Une chaine de résistances 7,7', servant de limiteur de courant, sert de conducteur d'amenée de haute tension pour la charge du liquide pulvérisé. Cette chaise 7,7' aboutit à un conducteur de connexion 8, relié à des contacts de connexion 9 et 91, au fond de logements pratiqués dans la face antérieure du corps 1. Un écrou 10, se vissant sur le corps 1, maintient le montage de tette 11 dans son ensemble, en avant de la face antérieure du corps 1. Le montage de tette 11 comprend une bague à gradin lla en matière isolante dans lequelle sont logées des résistances 12 et 12', noyées dans des cylindres isolants. L'extrémité postérieure des résistances 12, 12' munie d'un plot de contact, s'engage dans les logements des contacts 9 et 9', le plot de contact forçant sur les ressorts de contact de-9 et 9'. L'extrémité antérieure 12a, 12'a des résistances 12, 12' est constituée d'un conducteur filiforme qui fait saillie au-delà de la face antérieure de la bague lla. L'évidement intérieur de la bague lla se compose de trois parties cylindriques, de diamètres décroissants d'arrière en avant, raccordées par deus parties coniques. Dans l'évidement intérieur de la bague de tête lla vient se loger une bague de déflexion 13, de forme générale tubulaire, avec un renflement cylindroconique en partie médiane. Comme on le verra mieux sur les figures 2A et 2B le renflement, entre la partie cylindrique postérieure 30 et la partie cylindrique antérieure 33, se compose d'une partie cylindrique 31, qui s'engage dans l'évidement de grand diamètre de la bague lla, et'une partie conique 32, qui vient buter sur le premier raccordement conique de la bague lla. Dans le renflement 31, 32 sont usinées trois rainures hélicoidales 34, 35 et 36, en pas à droite.L'engagement de la bague de déflexion 13 dans la bague lla définit une première chambre annulaire, postérieure 14a, une seconde chambre annulaire 14b, communiquant avec la chambre 14a par les rainures hélicoidales (34,35,36) et une buse annulaire entre la partie cylindrique antérieure 33 de la bague de déflexion 13 et la partie cylindrique antérieure de l'évidement dé la bague lla. La bague de déflexion 13 comporte un évidement cylindrique (37 sur les figures 2) fileté en partie postérieure 37a, et se terminant en partie antérieure par un épaulement 37b. Dans l'évidement 37 vient se loger une douille tubulaire 16, dont la tranche antérieure vient serrer une buse à Vortex liquide 17 contre l'dpaulement 37b de la bague de déflexion 13. Dans la partie postérieure intérieure de la douille 16 s'engage le joint tubulaire épaulé 6 qui établit la communication entre le clapet 4a et l'intérieur de la douille 16 formant chambre 18 entre le joint 6 et la buse 17. La structure, connue, de la buse 17, sera mieux vue en référence aux figures 3 et 4. La buse 17 est constituée de deux pièces circulaires plates, un fond 40 et un couvercle 41. Dans le fond 40 sont ménagées trois ouvertures 42, disposées à 1200 sur un cercle concentrique au fond. Le couvercle 41 comporte une gorge annulaire 43 et une chambre centrale 44, circulaire, la chambre 44 et la gorge 43 étant concentriques. La chambre 44 débouche sur la face antérieure du couvercle 41 par un orifice d'éjection 45, de diamètre plus faible que celui de la chambre 44. Entre la gorge 43 et la chambre 44 sont usinés quatre canaux 46, qui débouchent tangentiellement dans la chambre 44, ces- canaux étant dirigés, pour une vue de 1' ar- rière en sens inverse des aiguilles d'une montre. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: le liquide à pulvériser est admis sous pression dans le canal central 2 ; en provoquant le recul de l'aiguille 3, on ouvre le clapet 4,4a, et permet ainsi au liquide de pénétrer dans la chambre 18. Le liquide sous pression traverse alors le fond 40 de buse 17 par les orifices 42, pénètre dans la gorge 43 et passe dans la chambre 44 par les canaux tangentiels 46. Cette injection tangentielle confère au liquide, dans la chambre 44, un moment de rotation suivant l'axe de la chambre (qui coincide avec l'axe général du dispositif). Le liquide est expulsé par l'orifice d'éjection 45 suivant l'axe, et du fait du moment de rotation communiqué dans la chambre 44, s'épanouit en cdne 20, et se fragmente en fines gouttelettes. Les électrodes filiformes 12a et 12'a, portées à une tension élevée à travers les résistances de limitation 7 et 7', libèrent des charges électriques qui se fixent sur les gouttelettes de liquide pulvérisé, de la façon usuelle, en sorte que le champ électrique régnant entre la zone des électrodes 12a, 12'a et la pièce à recouvrir, guide les gouttelettes chargées vers cette pièce. En tout ceci le fonctionnement du dispositif ne se distingue pas du fonctionnement d'un pulvérisateur électrostatique à Vortex liquide (hydrostatique). On notera toutefois que la présence des résistances 12 et 12', alimentées en 9 et 9' par la m8me-haute tension assure l'équilibrage des courants de chargesémises respectivement par les électrodes 12a et 12'a, et de ce fait une charge régulière du jet pulvérisé 20. Lorsque l'on diminue la pression d'admission du liquide dans le canal 3 pour réduire le débit du jet, des anomalies de distribution des particules dans le jet apparaissent, qui se traduisent à l'impact sur la pièce par des taches satellites au voisinage de la périphérie de la zone centrale, sensiblement circulaire. Avec une buse du genre de la buse 17 comportant quatre canaux d' injection 46, on obtient quatre taches satellites réparties sur des rayons à angle droit. Avec une buse à trois canaux d'injection, on obtient trois taches satellites sur des rayons à 1200. Pour faire disparaitre ces taches satellites on admet de l'air comprimé par le canal oblique 5. L'air pénètre dans l'intervalle entre la tranche antérieure du corps 1 et la tranche postérieure de l'ensemble de téte Il, entre dans la chambre annulaire postérieure 14a, passe dans les canaux hélicoidaux 34, 35, 36 de la bague déflectrice 13, où il acquiert un moment de rotation, et est injecté en rotation dans la chambre annulaire 14b, d'où il s'échappe par le canal annulaire 15 en Vortex 19 entourant le Vortex hydrostatique 20. Lors des premiers essais, il s'est avéré que, avec une buse 17 donnant un Vortex hydrostatique lévogyre, l'utilisation d'une bague déflectrice 13 comportant des canaux 34, 35, 36 en pas à droite, et donnant de ce fait un Vortex pneumatique dextrogyre, la suppression des taches satellites était obtenue avec une pression d'alimentation en air comprimé un peu inférieure. On-a finalement obtenu les résultats d'essais suivants, avec une buse de pulvérisation à Vortex hydrostatique prévue pour des pressions d'au moins 80 bars. A 35 bars de pression d'alimentation en peinture, les taches satellites disparaissent pour une pression d'alimentation en air comprimé du Vortex auxiliaire de 1,5 bars , toutefois, si lton dépose la peinture en forte épaisseur, le dépôt présente des bulles. On fait disparaître celles-ci en portant la pression de l'air d'alimentation du Vortex auxiliaire à~2,4 bars. En portant la pression d'alimentation en peinture à 60 bars, on obtient un très bon dépôt, sans taches satellites ni bulles, avec une pression d'air d'alimentation du Vortex auxiliaire de 1,5 bars. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution et de procédé. REVENDICATIONS 1. Procédé de pulvérisation de liquide chargé électrostatiquement vers une pièce à recouvrir, où l'on pulvérise le liquide sous pression hydrostatique en un jet animé, outre d'une composante de vitesse axiale en direction générale de la pièce à recouvrir, d'un moment de rotation suivant l'axe, et on charge le jet pulvérisé sous l'effet d'un champ électrique à symétrie axiale, caractérisé en ce qu'on forme autour du jet de liquide un jet gazeux coaxial creux animé d'un moment de rotation suivant l'axe. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moments de rotation respectifs des jets gazeux et liquide sont de sens contraire. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le jet liquide étant alimenté sous une pression hydrostatique comprise entre 25 et 75 bars, le jet gazeux est alimenté en gaz sous pression comprise entre 3 et 1 bars. 4. Dispositif de pulvérisation de liquide chargé électrostatiquement pour la mise en oeuvre du procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, et comportant une buse centrale alimentée en liquide sous pression et adaptée à communiquer à ce liquide, outre une composante axiale de vitesse, un moment de rotation suivant l'axe, et un jeu d'électrodes de charge réparties autour de la buse centrale, caractérisé en ce qu'il comporte une buse annulaire coaxiale à la buse centrale, reliée à une source de gaz sous pression et adaptée à éjecter ce gaz avec une composante de vitesse et un moment de rotation respectivement suivant l'axe. 5. Dispositif selon la revendication 4, où les électrodes de charge présentent des extrémités saillantes filiformes sensiblement parallèles à l'axe et disposées sur un cercle concentrique aux buses à l'extérieur de celles-ci, caractérisé en ce que ces électrodes de charge, reliées à une source unique de haute tension à travers une chaîne de résistances de protection, comportent chacune une résistance d'équilibrage en série à proximité immédiate de l'extrémité saillante. 6. Dispositif de pulvérisation de liquide chargé électrostatiquement à jet rond issu d'une buse à Vortex hydrostatique, caractérisé en ce qu'il comporte une buse annulaire à Vortex gazeux basse pression entourant la buse à Vortex hydrostatique.