Brevet FR2489174A1 — publié le 19820305

L'invention concerne un appareil d'application de revêtements, et plus particulièrement un appareil per- fectionné d'application de revêtements par atomisation rotative, destiné à déposer de la peinture et des matières analogues sur des pièces. Un type d'appareils industriels d'application de peinture et autres matières comprend une coupelle ou un disque rotatif et un moteur pneumatique destiné à en- traîner le disque ou la coupelle à une vitesse élevée. De la peinture, appliquée sur la surface du disque ou de la coupelle qui tourne à grande vitesse, est projetée en petites particules par la force centrifuge. La surface de la coupelle est chargée sous une tension élevée par rapport à la pièce afin que les particules de peinture reçoivent une charge électrostatique. Les particules de peinture chargées et atomisées sont dirigées vers la pièce et la recouvrent sous l'effet combiné de la charge des particules de peinture et avantageusement, aussi, d'un courant d'air entourant la peinture et sortant de l'appa- reil d'application. Dans une utilisation industrielle courante d'ap- pareils d'application de revêtements de ce type, les appareils sont montés le long du trajet d'un transporteur qui fait passer les pièces devant les appareils d'appli- cation. L'alimentation en peinture de l'appareil d'appli- cation par atomisation rotative est déclenchée et arrêtée par une valve convenable lorsque des pièces arrivent dans la zone d'application et en sortent, afin de minimiser le gaspillage. Lorsque l'écoulement de la peinture est arrêté, la eoupelle entraînée par le moteur pneumatique tend à accélérer jusqu'à une vitesse notablement supérieure à sa vitesse normale de travail par suite de la suppression de la charge constituée par la peinture. La vitesse de rotation plus élevée de la coupelle a pour effet d'atomiser la peinture en particules plus fines. Par conséquent, la dimension des particules diminue lorsque l'écoulement de peinture cesse et la dimension des premières particules de peinture est inférieure à la dimension normale au com- mencement de l'écoulement de la peinture. Des réglages portant sur le débit d'écoulement de la peinture modifient également la charge appliquée à la coupelle d'atomisation et, par conséquent, affectent la vitesse de la coupelle et donc la dimension des particules. L'accroissement de la vitesse de la coupelle par suite d'un débit d'écoulement de peinture inférieur à la normale peut avoir pour résul- tat la formation de particules de peinture si fines qu'elles sèchent avant d'atteindre la pièce. La finesse de l'ato- misation affecte le nuancement des couleurs, l'aspect de la surface, le rendement du transfert ou pourcentage de peinture déposée sur la surface de la pièce, l'enveloppe- ment et le recouvrement des bords de la pièce. Une opti- misation de la dimension des particules permet de maximiser le rendement du transfert, d'obtenir un bon recouvrement des bords avec une accumulation acceptable de peinture sur le bord d'un panneau, et de contrôler l'enveloppement par retour sur la face arrière d'un panneau. Des varia- tions de la vitesse de la coupelle de l'atomiseur aux moments o l'écoulement de peinture est déclenché et arrêté, nuisent au recouvrement. Le moteur pneumatique utilisé pour entraîner la coupelle d'atomisation à grande vitesse dans un appareil d'application de revêtements à atomiseur rotatif est souvent une turbine entraînée par air. La possibilité d'incorporer un régulateur dans une turbine à air, afin de limiter la vitesse maximale de l'arbre de sortie de cette turbine, est connue dans l'art antérieur. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 708 240 décrit, par exemple, un tel régulateur. Cependant, un tel régulateur n'est pas utilisé dans une turbine pneumatique qui entraîne un atomiseur rotatif afin de maintenir des particules de peinture à une dimension optimale lorsque la charge appliquée à la coupelle d'atomisation varie. Selon l'invention, un régulateur est associé à un atomiseur rotatif entraîné par une turbine à air, afin d'optimiser la dimension de particules de peinture sous des charges variables. Dans une forme préférée de réali- sation, la turbine à air comprend, d'une façon générale, un arbre creux sur lequel une roue de turbine est montée. De l'air comprimé est dirigé d'une source convenable vers la roue de turbine afin d'entraîner cette dernière en passant à travers un joint tournant et dans l'arbre creux. Une valve, placée à l'intérieur de l'arbre de la turbine, module l'écoulement de l'air vers la roue de la turbine en fonction de la vitesse de cette dernière afin de main- tenir plus uniformément la vitesse de la turbine lors des variations de la charge exercée sur l'atomiseur rotatif. Une coupelle ou un disque d'atomisation est montée sur une extrémité de l'arbre de la turbine. La peinture est dirigée vers une chambre ménagée à l'intérieur de la cou- pelle et elle est déchargée de cette dernière par la force centrifuge résultant d'une rotation rapide de la coupelle. Celle-ci est maintenue à un potentiel électrique élevé afin de charger électrostatiquement les particules de peinture quittant la coupelle. De plus, un courant d'air est déchargé autour de la coupelle, en direction de la surface de la pièce, suivant un profil qui détermine le profil des particules de peinture déchargées. Le régu- lateur, qui contrôle la vitesse de la coupelle d'atomisa- tion, accroît notablement l'uniformité des particules de peinture, même lorsque le débit d'écoulement de la peinture varie. Dans une autre forme de réalisation de l'inven- tion, la valve de modulation de l'écoulement d'air est montée dans le tuyau d'alimentation en air. La vitesse de l'arbre de la turbine est détectée électriquement, magnétiquement ou optiquement ou la valeur de cette vitesse est transmise à un microprocesseur qui produit un signal de commande destiné à moduler la valve afin de maintenir la turbine à une vitesse constante. L'invention a donc pour objet un appareil per- fectionné d'application de revêtem-ents par atomisation rotative. Cet appareil est entraîné par une turbine à air et il assure le maintien de l'uniformité du revêtement, malgré les accroissements ou les diminutions du débit d'écoulement de la matière de revêtement vers l'atomiseur rotatif. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe longitudinale partielle de l'appareil d'application de revêtements par atomisation rotative selon l'invention. La figure unique représeUnte l'appareil 10 d'ap- plication de revêtements par atomisation rotative selon l'invention. Cet appareil 10 d'application de revêtements comprend d'une manière générale une turbine à air il qui entraîne une coupelle 12 d'atomisation. La turbine 11 fait tourner la coupelle 12 à.des vitesses élevées, par exemple de l'ordre de 10 000 à 40 000 tr/min ou plus. La turbine 11 comprend un régulateur intérieur qui maintient à une valeur sensiblement constante la vitesse à laquelle la coupelle 12 est mise en rotation, bien que la charge exercée sur cette coupelle 12 puisse varier par suite de fluctuations du débit d'écoulement de la peinture ou de variations ce la densité de la peinture lorsque, par exemple, on change de couleur. La vitesse sensiblement constante dépend de la pression d'alimentation en air de la turbine. La turbine à air 11 comprend une partie princi- pale 13 de corps qui présente une section droite sensi- blement circulaire et qui porte un prolongement tubulaire 14. Un arbre 15 est monté à l'intérieur de la partie 13 de corps et du prolongement tubulaire 14, et cet arbre est supporté par plusieurs paliers 16. L'arbre 15 porte, à une extrémité 17, la coupelle 12 d'atomisation et il présente une extrémité creuse 18 qui est reliée, à travers un joint tournant convenable (non représenté), à un tuyau 19 d'arrivée d'air comprimé. L'extrémité creuse 18 de l'arbre présente une chambre intérieure 20 qui commu- nique, par des trous latéraux,21, avec l'intérieur. 22 d'une roue 23 de turbine. L'air comprimé s'écoule normalement du tuyau 19 par la chambre intérieure 20 de l'arbre, les trous 21 et la chambre 22 de la roue de tur- bine vers des ouvertures 24 ménagées radialement dans la roue 23 de turbine et par lesquelles il s'échappe en passant dans des ouvertures arrière 25 formées dans la partie principale 13 du corps. L'air s'écoulant à travers la roue 23 de turbine agit sur cette dernière afin qu'elle fasse tourner l'arbre 15 à une vitesse élevée qui dépend de la charge exercée sur l'arbre 15, du débit d'écoulement d'air et de la pression de l'air. La vitesse de la turbine pneumatique 11 est contrôlée par un régulateur 28 qui est disposé à l'intérieur de la chambre 20 de l'arbre afin d'agir sur l'écoulement d'air du tuyau 19 vers la chambre 22 de la roue de turbine. is Le régulateur 28 comprend un piston 29 qui coulisse dans la chambre 20 afin d'entrer en contact avec un siège 30 de valve et de s'éloigner de ce siège. Le piston 29 pré- sente une surface 31 d'obturation qui, lorsqu'elle porte contre le siège 30 de valve, empêche l'air de s'écouler du tuyau 19 vers la roue 23 de la turbine. Un ressort 32 repousse le piston 29 contre le siège 30 afin de bloquer l'écoulement d'air dans la turbine 23. Simultanément, l'air comprimé se trouvant à l'intérieur de la chambre 20 agit sur une face 33 du piston 29 afin de déplacer ce dernier contre la force du ressort 32 et d'ouvrir ainsi le passage conduisant de la chambre 20 vers la chambre intérieure 22 de la roue de la turbine. Le piston 29 est traversé d'un trou 34 qui permet un écoulement réduit de l'air comprimé se trouvant dans la chambre 20 à travers le piston 29, vers une chambre 35 située entre le piston 29 et un organe rapporté 36. Comme décrit plus en détail ci-après, la chambre 35 peut être ventilée à l'atmosphère, ou bien fermée, suivant l'action demandée au régulateur pour main- tenir constante la vitesse de l'arbre. Lorsque la chambre 35 est ventilée à l'atmosphère, l'air comprimé se trouvant à l'intérieur de la chambre 20 exerce sur la face 30 du piston une force notablement supérieure à celle exercée sur une face 37 située sur une extrémité opposée du piston 29. La différence de forces est suffisante pour comprimer le ressort 32 et ouvrir ainsi les canaux d'écou- lement d'air de la chambre 20 vers l'intérieur 22 de la roue de la turbine. Par ailleurs, si la chambre 35 n'est pas ventilée à l'atmosphère, l'air comprimé s'écoule par le trou 34 du piston afin d'établir dans la chambre la même pression que celle régnant dans la chambre 20. Etant donné que les forces exercées par l'air comprimé sur les faces 33 et 37 du piston 29 sont égales, le ressort 32 amène le piston 29 en contact avec le siège 30 de valve afin de bloquer l'écoulement de l'air de la chambre vers l'intérieur 22 de la roue de la turbine, ce qui provoque l'arrêt de cette turbine. En modulant la position du piston 29, on module l'écoulement de l'air de la cham- bre 20 vers l'intérieur 22 de la roue de la turbine afin de régler la vitesse à laquelle l'arbre 15 est mis en rotation. Un clapet à bille 40, actionné par la force cen- trifuge, détermine la pression de l'air régnant dans la chambre 35. Un siège 41 de clapet est formé entre un canal 42 ménagé dans l'organe rapporté 36 et communiquant avec la chambre 35, et un canal 43 qui est ventilé à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une zone annulaire for- mée entre l'arbre 15 et le prolongement tubulaire 14. Un bouchon tubulaire 44 retient une bille 45 à proximité du siège 41 en laissant un certain jeu pour que la bille puisse s'appliquer contre le siège 41 et s'en éloigner. La bille 45 est disposée de manière que son centre se place constamment sur le côté de l'axe de l'arbre 15 situé vers le siège 41. Par conséquent, lorsque l'arbre 15 est mis en rotation à une vitesse croissante, la force centrifuge tend à appliquer la bille 45 contre le siège 41 sous une force croissante. Pendant le fonctionnement, à de faibles vitesses de la roue 23 de la turbine, l'air comprimé arrivant par le tuyau 19 peut s'écouler par le trou 34 du piston, la chambre 35, le canal 42 et le canal 43 d'o il est ventilé vers l'atmosphère. Par conséquent, la pression régnant dans la chambre 35 est voisine de la pression atmosphérique ou égale à cette pression et la pression exercée sur la face 33 du piston a pour effet de déplacer ce piston 29 pour permettre un écoulement non réduit de l'air de la cham- bre 20 vers l'intérieur 22 de la roue de la turbine. Lors- que la vitesse de l'arbre 15 augmente, la bille 45 est appliquée sous une force croissante contre le siège 41 et la pression régnant à l'intérieur de la chambre 35 augmente. La pression de l'air dans la chambre 35 agit contre la face 37 du piston afin de compenser la pression de l'air agissant sur la face 33 du piston. ^A une certaine vitesse croissante de la turbine, la pression croissante à l'intérieur de la chambre 35, ainsi que la pression du ressort 32, déplacent le piston 29 pour fermer progressivement les canaux d'écou- lement d'air reliant la chambre 20 à l'intérieur 22 de la roue de la turbine. A ce moment, la vitesse de l'arbre 15 est régulée à une valeur constante. Ainsi, lorsque la charge est retirée de la coupelle 12 d'atomisation et que l'arbre 15 tend à accélérer, le piston 29 se déplace pour fermer davantage le canal d'écoulement d'air et pour régu- ler la vitesse de l'arbre 15. La vitesse imposée par le régulateur dépend de la pression d'alimentation en air de la turbine. L'extrémité 17 de l'arbre 15 passe à travers un distributeur 48 duquel elle fait saillie. La coupelle 12 d'atomisation est montée sur l'extrémité 17 en saillie de l'arbre. Un tuyau 49 de peinture est branché de manière à faire passer de la peinture dans un canal 50 ménagé dans le distributeur 48, puis dans un orifice 51 pour la diriger vers une chambre annulaire 52 formée sur la face arrière de la coupelle 12 d'atomisation. Lorsque la coupelle 12 tourne à grande vitesse, la peinture contenue dans la cham- bre 52 est projetée radialement vers l'extérieur et s'écoule le long d'une surface conique 55. Cette peinture continue de s'écouler vers l'extérieur le long de la surface 55 jusqu'à ce qu'elle soit projetée, sous la forme de petites particules, d'un bord extérieur 56 de la coupelle 12. La dimension des particules projetées dépend de divers facteurs comprenant la vitesse de rotation de la coupelle 12, le débit d'écoulement de la peinture et les propriétés de la peinture. L'air arrive au distributeur 48 au moyen d'un raccord (non représenté) analogue au raccord 49. Un canal analogue au canal 50 relie le raccord d'alimentation en air à une chambre annulaire 59 ménagée dans une face 60 du distributeur. Cette face 60 est traversée de plusieurs ouvertures 61 qui communiquent avec la chambre 59. Les ouvertures 61 sont espacées uniformément autour de l'arbre et elles produisent un écoulement d'air qui entoure la coupelle 12 afin de diriger les particules de peinture projetées de cette coupelle 12 vers la pièce. Pour empêcher la peinture ou le solvant d'entrer dans la turbine 11 ou dans le palier 16, un déflecteur annu- laire 62 est monté sur l'arbre 15. Ce déflecteur 62 tourne avec l'arbre 15 et empêche le liquide de fluer le long de l'arbre 15. Le déflecteur comporte une lèvre 63 qui s'étend au-dessus d'un joint annulaire fixe 64. Ce joint 64 est vissé dans le prolongement tubulaire 14 et il ne tourne pas avec l'arbre 15. Le joint 64 présente, en coupe axiale, une lèvre 65 en forme de coupelle ou de crochet, placée radialement vers l'intérieur de la lèvre 63 du déflecteur. Tout écoulement de liquide venant en contact avec le déflecteur 62 est projeté sur le distributeur 48 et s'écoule par un trou 57. Pour continuer de s'écouler le long de l'arbre 15, le liquide devrait suivre un trajet sinueux. Un joint annulaire 66 en "Teflon" ou polytétra- fluoréthylène est ajusté étroitement sur l'arbre 15 afin de réduire davantage tout risque d'écoulement de liquide le long de l'axe de cet arbre 15. Ainsi, le déflecteur 62, le joint 64 et le joint 66 empêchent l'écoulement des liquides le long de l'arbre 15, vers l'intérieur de la turbine à air 11 et du palier 16. Conformément à l'invention, la turbine à air, qui entraine la coupelle d'atomisation de l'appareil d'application de revêtements par atomisation rotative, est régulée à une vitesse relativement constante, malgré les variations de la charge de peinture appliquée à cette coupelle d'atomisation. Le régulateur 28 qui détermine la vitesse de l'arbre de la turbine a été décrit comme étant disposé à l'intérieur de l'arbre 15. Dans une variante de l'invention, une valve de régulation d'écoulement de l'air peut être disposée à l'extérieur de l'appareil 10 d'application de revêtements, par exemple dans le tuyau 19 d'alimentation en air, plutôt qu'à l'intérieur de l'arbre de la turbine. Un capteur électrique, magnétique ou optique classique peut être connecté de manière à produire un signal représentatif de la vitesse de l'arbre de la turbine à air. Ce signal est transmis à un microprocesseur qui, lui-même, produit un signal destiné à moduler la valve de régulation de l'écoulement d'air pour régler la vitesse de la turbine. Un autre procédé pour faire tourner la turbine à air à une vitesse à peu près constante afin de produire une atomisation uniforme d'une peinture à écoule- ment variable consiste à mesurer le débit d'écoulement de la peinture. Ce débit d'écoulement est ensuite comparé dans une table à consulter, à des données de débit d'écou- lement de peinture, précédemment mesurées, en fonction de données de débit d'écoulement d'air. Les relations entre le débit d'écoulement de peinture, la pression d'alimenta- tion en air de la turbine et la vitesse de la turbine sont mémorisées dans un microprocesseur qui sélectionne la pres- sion d'alimentation en air appropriée de la turbine pour obtenir la vitesse de rotation souhaitée et qui actionne donc une valve de commande de l'écoulement d'air. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le régu- lateur monté à l'intérieur de la turbine à air n'est décrit ci-dessus qu'à titre d'exemple. Des régulateurs ayant d'autres conceptions sont connus dans le domaine des turbines à air. REVENDICATIONS 1. Appareil d'application de revêtements, caracté- risé en ce qu'il comporte un atomiseur rotatif (12) monté sur un arbre (15), une turbine (11) entraînée par air et reliée à l'arbre afin de le faire tourner, un élément (48) d'alimentation de l'atomiseur rotatif en matière de revête- ment à débit contrôlé, et un régulateur (28) destiné à maintenir la turbine entraînée par air à une vitesse sen- siblement constante lorsque le débit d'écoulement de la matière de revêtement vers l'atomiseur rotatif change. 2. Appareil d'application selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur comprend une valve (29, 30) commandant l'écoulement de l'air à travers la turbine entraînée par air, et un dispositif quiréagit à la vitesse de l'arbre en plaçant ladite valve afin de limiter la vitesse de l'arbre. 3. Appareil d'application selon la revendication 2, caractérisé en ce que la turbine entra5née par air est formée sur l'arbre et en ce que la valve est positionnée à l'intérieur de l'arbre. 4. Appareil d'application selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif réagissant à la vitesse de l'arbre comprend une seconde valve (40) disposée à l'intérieur de l'arbre et comportant un organe mobile (45) qui, sous l'effet d'un accroissement de la force centrifuge, ferme la seconde valve.