Brevet FR2491783A1 — publié le 19820416

DISPOSITIF DE REVETEMENT ELECTROSTATIQUE. L'invention se rapporte à un dispositif de revêtement électrostatique comprenant un canal d'amenée de la matière de revêtement disposé à l'intérieur du boîtier du dispositif et qui débouche dans un orifice de sortie, une élec- trode de charge à haute tension disposée à l'intérieur du boîtier dû dispositif, isolée de l'environnement extérieur, qui est librement exposée dans le canal d'amenée pour entrer en contact avec la matière de revêtement et une électrode auxiliaire de potentiel opposé, séparée du canal d'amenée par une mince couche de matière isolante et qui est prolongée vers l'orifice de sortie. Le dispositif de revêtement électrostatique suivant l'invention est de préférence destiné aux matières de revêtement liquides, bien qu'il puisse également être approprié pour des matières de revêtement possédant une consistance différente comme, par exemple des matières en poudre. Il est de préférence réalisé sous la forme d'un pistolet à peinture. Dans l'état actuel de la technique, on connait différents dispositifs de peinture électrostatiques suivant lesquels la matière de revêtement pulvérisée reçoit une charge électrostatique de sorte qu'elle est attirée par l'objet à peindre, lequel est mis à la terre pour des raisons de sécurité. Sous cet effet, il se dépose sur l'objet à enduire une proportion de la matière de revêtement beaucovp plus grande que dans l'utilisation de dispositifs purement pneumatiques ou hydrauliques (airless). Si, en outre, l'objet présente une géométrie appropriée, par exemple, s'il est constitué par un tube, une bande ou une grille, la surface qui est à l'opposé du dispositif de revêtement reçoit également la matière de revêtement qui a contourné l'objet. Un groupe typique de ce genre de dispositif travaille en général avec une haute tension d'environ 60 à 120 kV, le champ électrostatique nécessaire pour la charge étant produit entre une électrode métallique quelconque montée dans ou sur le dispositif et l'objet à revêtir. 2 2491783 On connait également des dispositifs de peinture par projection dans les- quels l'efficacité du champ électrostatique servant à déposer la matière de revêtement est renforcée à l'aide d'électrodes auxiliaires supplémentaires qui sont disposées en supplément dans ou sur le dispositif, en plus de l'électrode principale qui coopère avec l'objet. Dans ces installations, la charge qui doit nécessairement être imposée à la matière de revêtement est obtenue avec une haute tension plusfaible (6 à 30 kV). Un dispositif de ce genre est connu par le brevet HU 162 084 ou par le brevet DE 2 059 594, dans lesquels la matière de revêtement entre en contact avec une électrode métallique à haute tension de forme cylindrique disposée à l'intérieur du dispositif de projection et o la paroi en matière isolante du canal d'amenée annulaire de la matière de revé- tement est entourée sur sa surface externe d'une électrode auxiliaire métallique mise à la terre et qui engendre, avec l'électrode intérieure ou avec la matière de revêtement un champ électrique très intense. De cette façon, on établit dans la partie de matière de revêtement qui est à l'opposé de l'électrode auxiliaire une densité de charge beaucoup plus élevée que dans les dispositifs traditionnels dépourvus d'électrode auxiliaire. Dans ces dispositifs déjà connus, l'électrode métallique à haute tension est disposée à l'intérieur du dispositif dans une position telle que la partie de la colonne de matière de revêtement qui s'étend jusqu'à la buse de sortie pré- sente une résistance électrique de quelques dizaines de Mega Q, de sorte que, même en cas de contact accidentel entre le dispositif de projection et l'objet à revêtir, il ne peut pas se produire de formation d'étincelles parce que l'énergie de décharge est étouffée par la résistance de la colonne de matière de revêtement. La surface externe du canal d'amenée qui s'étend dans la chambre des élec- trodes ne doit cependant pas être excessivement réduite, en raison de l'accumu- lation de charges sur cette surface. L'électrode métallique à haute tension de ces dispositifs doit donc être prolongée par un corps central en matière isolante qui se trouve sur l'axe de la chambre de la matière de revêtement, de sorte que la matière de revêtement s'écoule dans un canal cylindrique annulaire jusqu'à la buse de sortie. Ce dispositif de charge à basse tension et à électrode auxiliaire assure la charge électrique la plus efficace lorsque la matière de revêtement à pul- vériser possède une résistance spécifique comprise entre 2 x 106 et 8 x 106Q cm. Toutefois, il se produit dans de nombreux cas que l'on doive pulvériser dans un dispositif électrostatique une matière de revêtement possédant une résistance spécifique plus élevée, atteignant lO8S2 cm, c'est-à-dire une matière qui possède presque des propriétés isolantes. Toutefois, avec les dispositifs de projection connus précités, on ne 2 49 178 3 peut pas dans tous les cas charger de telles matières de revêtement possédant des propriétés presque isolantes à la tension voulue. Il peut alors se produire que, lorsqu'on utilise le dispositif avec de telles matières, le revêtement des surfaces arrière de l'objet ne soit pas complet et qu'une quantité excessive de matière de revêtement soit perdue. L'invention résout le problème consistant à perfectionner les dispositifs connus en évitant les inconvénients précités de manière à permettre de traiter efficacement des matières de revêtement dans un large intervalle de résistances spécifiques, c'est-à-dire des matières de revêtement dont la résistance spécifique varie entre une valeur faible et une valeur elevée,cetterésistantce specifique étant de l'ordre de grandeur de 106 à 108Q cm. L'invention repose en particulier sur la connaissance du fait que l'on peut augmenter la charge électrique de la matière de revêtement pulvérisée même dans la région à faible valeur ohmique lorsque le jeu d'électrodes est déboîté axiale- ment de telle manière que les surfaces de l'électrode auxiliaire et de l'électrode de charge qui coopèrent entre elles ne se recouvrent pas mutuellement, du moins sur une grande partie et que, de ce fait, la matière de revêtement joue vis-à-vis de l'électrode auxiliaire le rôle d'un pôle opposé de sorte qu'il s'engendreune très haute densité de chargeà la surface du canal d'amenée et, par conséquent sur la sur- face du courant de matière de revêtement qui est à l'opposé de l'électrode auxi- hlaire et de sorte que la charge peut être améliorée même dans le cas des matières de revêtement à haute valeur ohmique, lorsque la partie du canal d'amenée intérieur qui se trouve en aval de l'orifice de sortie est en liaison avec l'environnement extérieur par l'intermédiaire d'une électrode aiguille conductrice, métallique ou en semi-conducteur, à potentiel libre, qui émerge à travers l'orifice de sortie. La densité de charge produite dans le canal d'amenée est conduite par cette électrode dans l'espace extérieur, de sorte que la matière de revêtement à pulvé- riser subit un nouvel accroissement de charge. Cette électrode aiguille n'est pas en contact métallique avec l'électrode à haute tension et son potentiel est déterminé par le champ électrique et par l'état d'équilibre entre les charges recueillies dans la chambre d'amenée intérieure et celles cédées à l'extérieur. Dans le cas de certaines peintures et laques, cette mesure peut également être avantageuse indépendamment du jeu d'électrodes, mentionné plus haut, à déboîtement axial. En partant d'un dispositif de revêtement électrostatique qui comprend, à l'intérieur du dispositif, une électrode de charge à haute tension, isolée de l'environnement extérieur et en contact avec la matière de revêtement qui parcourt 4 2 491783 le dispositif, et une électrode auxiliaire, de potentiel opposé, séparée de la matière de revêtement par une mince couche de matière isolante et prolongée en direction de l'orifice de sortie, l'essence de l'invention consiste en parti- culier en ce que l'électrode de charge est déportée par rapport à l'électrode auxiliaire vers le côté terminal de cette électrode qui est à l'opposé de l'ori- fice de sortie, le long du canal d'amenéeet/ou en ce qu'une électrode aiguille qui recueille et restitue la charge, qui est isolée électriquement del'électrode de charge et de l'électrode auxiliaire et qui possède par conséquent un potentiel libre, est disposée concentriquement à l'orifice de sortie et émerge du canal d'amenée à l'extérieur à travers cet orifice de sortie. Des études pratiques ont montré que les caractéristiques du champ qui s'éta- blit dans l'espace situé en aval de la buse de sortie sont encore améliorées lors- que l'électrode métallique de charge à haute tension est prolongée par un segment qui s'étend vers la buse de sortie, dans l'espace entouré par l'électrode auxi- liaire, et qui est enveloppé vers le canal d'amenée par un manteau en matière isolante. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'action du champ élec- trique intérieur est encore améliorée par le fait que le corps central qui s'étend entre l'électrode intérieure à haute tension et l'orifice de sortie, dansl'axe de la chambre de matière de revêtement est formé d'une matière semi- conductrice au lieu d'être formé d'une matière isolante. Séparement,ou en combinaison entre elles, ces formes de réalisation accroissent la charge électrique de la matière de revêtement à projeter en fonction de la résistance spécifique de cette matière d'une manière telle que le taux d'-accroissement augmente avec la résistance spécifique et que, dans le cas d'une plus faible résistance spécifique l'accroissement de la charge est plus faible en pourcentage tandis qu'il est plus grand dans le cas d'une résistance spécifique plus élevée. Par exemple, dans une mesure pratique effectuée avec une peinture d'une vis- cosité de 23s suivant DIN 4,avec un débit de peinture d'environ 300 cm3/mn et une pression d'air de pulvérisation de 3 bars,on a constaté, à une distance de pulvérisation de 25 cm mesurée à partir de la buse de pulvérisation et une distance également de 25 cm en aval d'une grille collectrice d'ions, un accroisse- ment de 40% de la charge spécifique dans le cas d'une peinture d'une résistance spécifique de 8 x 106 ?cmde 60% dans le cas d'une peinture d'une résistance spécifique de 3 x 107p cm et de 70% dans le cas d'une peinture d'une résistance spécifique d'environ 1 x 108S cm. Le jeu d'électrodes à déboîtement axial qui est efficace pour les matières de revêtement à faible valeur ohmique présente l'avantage supplémentaire consistant en ce que l'électrode à haute tension est plus éloignée de la buse de sortie vers 2491783 l'arrière, de sorte que la distance de fuite définie entre l'électrode et la buse de sortie est ainsi allongée. Ceci élimine le risque d'éclatement d'étincelles, même dans le cas o le courant de matière de revêtement se brise et o,par conséquent, la chambre des électrodes est vidée, et que la buse de sortie entre en contact direct avec l'objet à revêtir. En outre, la capacité du jeu d'électrodes à déboitement est plus faible de sorte que l'énergie d'une étincelle produite est beaucoup plus faible, voir que l'on n'atteint pas la valeur nécessaire pour provoquer une décharge descriptive dans l'air. L'invention sera expliquée dans la suite à propos de formes de réalisation représentatives, qui sont illustrées schématiquement par les dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 à 4 représentent chacune une coupe axiale d'un jeu d'électro- des suivant l'invention à l'extrémité avant du tube d'un pistolet de projection électrostatique; et - la figure 5 est une coupe axiale d'un pistolet de revêtement électrostatique, représenté schématiquement, avec indication des raccordements des électrodes et des lignes de force du champ électrostatique établi entre la buse de sortie et l'objet à revêtir qui est mis à la terre. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, le dispositif com- prend une électrode de charge à haute tension 1 cylindrique creuse, disposée à la périphérie extérieure du canal d'amenée annulaire 6 de la matière de revê- tement, électrode qui est raccordée à une source de haute tension (non repré- sentée) et est en contact avec la matière de revêtement qui parcourt le canal damenrQe 6. A l'opposé de l'électrode de charge 1! est prévue une électrode auxiliaire 4, en métal, de forme cylindrique creuse, déportée vers l'avant le long du canal d'arenrie 6, vers l'orifice de sortie 9 qui émet la matière de revêtement, cette électrode étant disposée radialement à l'extérieur du canal d'amenée 6, en couronne autour de ce canal et étant noyée dans une matière isolante, de sorte quel sur sa face radialement extérieure, elle est séparée du canal d'amenée 6 par une mince couche 5 de matière isolante. L'électrode de charge I et l'électrode auxiliaire 4 sont déportées l'une par rapport à l'autre dans la direction axiale du canai d'amenée 6 de sorte qu'elles n'em- piètent pas l'une sur l'autre et que, dans la direction axiale, elles sont séparées par une certaine distance. Le canal d'amenée annulaire 6estdïlimitésur sa face radialement intérieure, par un corps central 8 en matière isolante qui s'étend jusqu'à une petite distance en aoent de l'orifice de sortie 9 de sorte que, là, la section annulaire du canal d'amenée 6 se rétrécit pour formerun canal a section circulaire libre qui est situé entre l'extremité libre du corps isolant 6 2491783 central 8 et de la buse de sortie 9. Radialement à l'extérieur entre l'électrode auxiliaire 4 et le boîtier 12 en matière isolante du dispositif, qui présente la forme d'une paroi de cylindre, est formé un canal d'air servant à acheminer l'air de pulvérisation, qui débouche tout autour de l'orifice de sortie 9 sous la forme d'une fente de sortie annulaire 14 de sorte que l'air sortant pulvérise le courant de matière de revêtement qui sort du dispositif à travers l'orifice de sortie 9. L'électrode auxiliaire 4 peut écoulerdirectement ou indirectementvers la terre les charges libres qui résultent de l'influence électrostatique, ce qui sera encore expliqué dans la suite, au moyen d'autres exemples. La couche de matière isolante 5 en forme d'enveloppe cylindrique qui est conprise entre l'électrode de charge 1 et l'électrode auxiliaire 4 est directement en contact avec ces électrodes et joue le rôle d'un diélectrique qui entoure le canal d'amenée annulaire 6 entre l'électrode de charge annulaire 1 et l'électrode auxiliaire 4. 15. La forme de réalisation représentée sur la figure 2 diffère de celle de la figure i par le fait que, en supplément, une électrode aiguille 10 est noyée dans l'extrémité du corps central 8 en matière isolante. L'électrode aiguille 10 émerge à l'extérieur à travers l'orifice de sortie 9, concentriquement à cet orifice et relie la chambre intérieure de matière de revêtement située en amont de l'orifice de sortie 9 à l'espace de sortie située en aval de l'orifice de sortie 9. L'extrémité de l'électrode aiguille 10 qui-est contenue dans le corps central 8 en matière isolante est en liaison électrique avec une bague métallique montée sur la périphérie du corps 9. Sur la périphérie interne du canal d'amenée 6, cette bague métallique est librement exposée à ce canal de sorte qu'elle est en contact avec la matière de revêtement qui circule dans le canal d'amenée 6. L'é- lectrode aiguille 10 est faite d'une matière conductrice d'électricité, ou semi-conductrice. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3 et à la différence de la forme de réalisation des figures 1 et 2, l'électrode de charge 1 est disposée sur la face radialement intérieure du canal d'amenée 6, et le segment correspon- dant de sa surface externe est librement exposé au canal d'amenée annulaire 6, le segment de surface de cette électrode étant légèrement engagé dans le volume intérieur de l'électrode auxiliaire 4. Le segment de l'électrode de charge 1 qui est librement exposé au canal d'amenée 6 est prolongé vers l'orifice de sortie 9 par un segment de diamètre réduit. Ce segment est enveloppé vers le canal d'amenée 6, par une couche de matière isolante 23 qui recouvre également l'extrémité libre de ce segment de l'électrode sur sa face frontale en amont de l'orifice de sortie 9. Là, l'électrode aiguille 10 est fixée et noyée dans la matière isolante sans la bague métallique du dispositif de la figure 2. Pour le reste, la forme de 7 2 4 9 178 3 réalisation de la figure 3 correspond à celle de la figure 2. Sous l'effet de son contact avec la matière de revêtement, l'électrode aiguille 10 destinée à recueillir et à transmettre les charges prélève en par- tie sur la matière de revêtement les charges transmises à cette matière de revêtement par l'électrode de charge 1, cette matière ne présentant pas cependant une charge importante au moment o elle sort par l'orifice de sortie 9. A l'ex- térieur du dispositif de revêtement, l'électrode aiguille 10 restitue sa charge, prise sur la matière de revêtement, à la matière de revêtement qui, à cet endroit, se trouve dans un état pulvérisé. Au total, la matière de revêtement pulvérisée reçoit une plus forte charge que dans les dispositifs connus qui ne comportent pas d'électrode aiguille servant à recueillir et à transmettre la charge. Le dispositif de revêtement représenté enentier sur la figure 5 est constitué par un pistolet de peinture à main dans lequel l'électrode de charge disposée concentriquement au canal d'amenée 6 est prévue sur la face radialement intérieure du canal d'amenée 6 et raccordée à la source de haute tension 2 par une ligne 3. L'autre pôle de la source de haute tension 2 est mis à la terre. Dans cette forme de réalisation, l'électrode de charge 1 est faite d'une matière pleine métallique et elle est prolongée vers l'orifice de sortie 9 par le corps central 8 en matière isolante. Dans l'extrémité libre du corps central 8 en matière isolante, l'électrode aiguille 10 est fixée à une plaquette métallique noyée dans ce corps et qui, sur la face radialement interne du canal d'amenée annulaire 6 est librement exposée sur ce canal. L'électrode auxiliaire 4, également réalisée en métal, est disposée radialement à l'extérieur et en couronne autour du corps central 8 en matière isolante et elle est déportée axialement vers l'orifice de sortie 9 par rapport à l'électrode de charge 1. L'électrode auxiliaire 4 peut céder directement ou indi- rectement à la terre le.s charges libres qui sont formées sur sa surface par suite d'une influence électrique. Une possibilité consiste à mettre directement l'élec- trode auxiliaire 4 à la terre. L'électrode auxiliaire 4 a donc un potentiel égal ou à peu près égal à celui du pôle mis à la terre de la source de haute tension 2. * Une couche de matière isolante 5 présentant la forme d'une robe cylindrique est disposée entre l'électrode de charge let l'électrode auxiliaire 4, en qualité de diélectrique, de manière à être directement en contact avec la surface radialement intérieure de l'électrode auxiliaire 4 et à être séparée radialement de l'électrode de charge 1 par le canal d'amenée annulaire 6. La peinture à pulvériser est acheminée d'un réservoir sous pression ou d'un dispositif doseur 21, par l'intermédiaire d'un tuyau 22 et d'un raccord 17,vers la soupape à peinture 19 actionnée par la gachette 20, et d'o elle s'écoule, par un canal 7 formé dans le dispositif, vers le canal d'amenée annulaire 6 o elle entre en contact avec l'électrode de charge 1. La peinture qui se trouve dans 8 2 49 1783 le volume compris entre l'électrode de charge 1 et l'électrode auxiliaire 4 enrobée intérieurement par la couche de matière isolante 5, et qui circule dans le canal d'amenée annulaire 6 entre le corps central 8 en matière isolante et la couche 5 de matière isolante prévue sur la face interne de l'électrode auxiliaire 4, reçoit une charge intense. La peinture arrive à la buse de sortie débouchant à l'extrémité du canal d'amenée annulaire 6 et sort par l'orifice de sortie 9 de cette buse. L'air comprimé nécessaire pour la pulvérisation, en provenance d'une source d'air comprimé non représentée, est introduit dans le dispositif par le tuyau 16, et, de là, en passant par une soupape à air 18,également actionnée par la gachette 20,et par un canal d'air 13, il pénètre dans le canal annulaire formé sur la périphérie interne du bottier cylindrique 12 du dispositif, d'o il sort à travers la fente annulaire 14, en couronne autour de la buse de sortie 9, de sorte que la peinture qui est projetée dans l'air libre par l'orifice de sortie 9 est pulvérisée. L'électrode aiguille 10 qui est noyée dans le corps isolant 8 dans.cet exemple de réalisation est composée d'une matière conductrice d'électricité ou semi- conductrice et elle relie la chambre intérieure de sortie de la peinture à l'es- pace environnant en aval de la sortie 9. Cette électrode aiguille 10. transmet une nouvelle charge électrique supplémentaire à la peinture pulvérisée qui sort de la buse. Sous l'effet de l'attraction électrostatique de l'objet Il mis à la terre, le brouillard de peinture se dépose sur cet objet, la surface de cet objet qui est à l'opposé du dispositif de revêtement étant alors également revêtue. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 4, l'électrode de charge 1, qui est de forme cylindrique pure est-disposée sur la face radialement interne du canal d'amenée annulaire 6 à l'entrée de ce canal, et elle est prolongée vers l'orifice de sortie 9 par un corps central 24 en matière semi-conductrice et de forme cylindrique, qui est librement exposée au canal d'amenée 6 et s'étend axialement à travers l'électrode auxiliaire 4 et présente à l'extrémité libre un noyau 25 en matière isolante dans laquelle l'électrode aiguille 10 est noyée. A égalité de dépense énergétique, l'invention accroît la charge spécifique de la matière de revêtement émise et elle apporte la possibilité de traiter avec succès par voie électrostatique des peintures possédant une conductibilité électrique faible ou des propriétés presque isolantes. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 9 2491783 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de revêtement électrostatique comprenant un canal d'amenée (6) de la matière de revêtement prévu à l'intérieur du bottier (12) du dispositif et qui débouche dans un orifice de sortie (9), une électrode de charge à haute tension (1) disposée a l'intérieur du boîtier (12) du dispositif, isolée de l'environnement extérieur et librement exposée dans le canal d'amenée (6) pour entrer en contact avec la matière de revêtement, et une électrode auxiliaire (4) d'un potentiel opposé, séparée du canal d'amenée (6) par une mince couche de matière isolante (5) et prolongée vers l'orifice de sortie, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'électrode de charge (1) est déportée par rapport a l'électrode auxiliaire (4) vers le cOté terminal de cette électrode qui est a l'opposé de l'orifice de sortie (9) et/ou en ce qu'une électrode aiguille (10) qui recueille et restitue la charge, qui est isolée électriquement de l'électrode de charge (1) et l'électrode auxiliaire (4) et qui possède par conséquent un potentiel libre, est disposée concentriquement à l'orifice de sortie (9) et émerge du canal d'amenée (6) à l'extérieur à travers cet orifice de sortie. 2.- Dispositif de revêtement électrostatique suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'électrode aiguille (10) est faite d'une matière semiconductrice de l'él ectricité. 3.- Dispositif de revêtement électrostatique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'électrode de charge (1) présente un segment qui prolonge vers l'orifice de sortie (9) son segment qui est librement exposé au canal d'amenée (6), le segment prolongateur étant séparé du canal d'amenée (6) par une couche de matière isolante (23). 4.- Cispesitif de revêtement électrostatique suivant la revendication 1, caractérise en ce que l'électrode de charge e1) est prolongée vers l'orifice de sortie (9) par un corps central (24) fait d'une matière semiconductrice, disposé concentriquement à l'lectrode de charge (1) et qui présente au moins approximativement le diamètre de l'électrode de charge.