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` ^` 12~91~6
. 1
"Dispositif de projection électrostatique de produit en
poudre"
L'invention se rapporte a un dispositif de projection
électrostatique de produit en poudre et plus
particulièrement un produit de revêtement véhiculé par de
l'air, l'invention vise plus particulièrement un
perfectionnement permettant d'éviter qu'une contre-électrode
(dont le role est, notamment, de capter les ions libres du
mélange air-poudre éjecté vers un objet à recouvrir), ne
perde progressivement son efficacité en étant recouverte par
le produit de revêtement formant une pellicule isolante.
Le poudrage électrostatique est couramment utilisé
dans l'industrie, notamment pour recouvrir des objets d'une
peinture thermofusible appliquée en poudre. Lorsque de tels
objets sont entièrement recouverts d'une couche suffisante
de poudre, ils sont acheminés vers un four où le revêtement
pulvérulent se transforme en une couche de peinture homogene
et résistante, par fusion des grains de poudre entre eux
suivie en~général d'une polymérisation.
Pour charger électriquement les particules de poudre
du mélange air-poudre r on peut créer un champ électrique de
charge entre une électrode de charge placée dans le mélange
air-poudre et une contre-électrode séparée de l'électrode de
charge par une distance de quelques centimètres. Il est
nécessaire, aussi, de créer un champ de dépôt entre le
dispositif de projection et l'objet à recouvrir Ceci est
généralement obtenu en portant l'électrode de charge à une
haute tension électrique et en reliant l'objet à la terre.
La contre-électrode peut elle-même être reliée à la terre ou
portée à un potentiel intermédiaire, pour créer le champ
voulu, compte tenu des dimensions du projecteur et notamment
de la distance entre les deux électrodes.
ne ce point de vue, on cherche à mettre au point des
dispositifs mettant en oeuvre~des tensions qui ne soient pas
exagérément élevées. Il est souhaitable en particulier de
créer un champ de charge sur une distance de 30 à 40mm avec
.
i ~LZ~896~
une différence de potentiel de l'ordre de 30kV entre les
électrodes.
On a constaté que, si des ions libres se propageaient
en même temps que le mélange air-poudre vers l'objet à
recouvrir, en étant entraînés par le champ de dépôt, des
différences de concentration de dépôt de poudre pouvaient se
produire entre les reliefs et les enfractuosités de l'objet.
Ces différences de concentration de poudre sont bien
évidemment a l'origine de différences d'épaisseur dans la
couche de peinture, après passage au four. Il est donc
souhaitable que, sensiblement tous les ions libres qui n'ont
pas pu charger la poudre soient récupérés par un piège à
ions, en l'occurrence la contre-électrode. Plusieurs
con~igurations de contre-électrode ont été proposées pour
assurer au mieux la "récupération" des ions libres. Beaucoup
de solutions proposées placent la contre-électrode à
l'intérieur du conduit de circulation du mélange air-poudre
ou en communication directe avec l'intérieur de ce conduit.
Ces solutions sont généralement peu satisfaisantes en raison
du fait que la poudre vient plus ou moins rapidement
recouvrir la contre-électrode aboutissant à la formation
d'un revêtement isolant l'empêchant de jouer son rôle de
piège ~ ions. On suppose que l'un des phénomènes en cause
est une fusion locale des grains de poudre résultant de leur
énergie d'impact sur la contre-électrode. Pour éviter une
telle agglomération de poudre sur la contre-électrode, on a
proposé de la nettoyer en permanence par une circulation
d'air propre et même de prévoir une contre-électrode poreuse
traversée en permanence par de l'air. Une solution de ce
type est par e~emple décxite dans le brevet francais
M- 2 283 729. On a aussi proposé de placer l'électrode à
l'extérieur du conduit de circulation du mélange air-poudre
mais on n'a pas pu, jusqu'à présent, empêcher que des
particules de poudre entrainées par des tourbillons ne
viennent recouvrir la contre-électrode. Dans cet ordre
d'idée, le brevet américain N- 4 228 961 propose une
structure à contre-électrode cylindrique axiale, nettoyée
, ., ~
:
'
~989~
par un jet d'air entretenu dans un très faible espace
annulaire autour de la contre-électrode. Le nettoyage
permanent de la contre-électrode par ce jet d'air n'a pas
donné de bons résultats et on peut attribuer cet échec au
fait que le jet d'air peut favoriser lui-même la formation
de tourbillons au voisinage de la contre-électrode. De plus,
il semble que la forme de cette contre-électrode et la
f~aible section du passage que doivent emprunter les ions
libres pour venir rencontrer la contre-électrode, réduisent
considérablement l'efficacité de cette dernière en tant que
piège à ions. En outre, un passage d'aussi faible section
peut s'obturer en utilisation.
L'invention propose un nouvel agencement de
dispositif de projection électrostatique de poudre,
comportant une contre-élec~.rode située à l'extérieur du
conduit de circulation, de forme et dimensions propres à lui
permettre de jouer efficacement son rôle de piège à ions,
ladite contre-électrode étant associée à des moyens de
soufflage assurant, entre autre, son nettoyage permanent
L'invention vlse notamment un agencement permettant d'éviter
que des t~urbillons de mélange air-poudre ne se forment au
voisinage immédiat de la contre-électrode, notamment en
raison de l'écc-ulement même de l'air chargé de nettoyer
cette contre-élect.rode.
Dans cet esprit, l'invention concerne donc un
dispositif de projection électrostatique de produit en
poudre, notamment un produit de revêtement, du type
comportant un conduit de circulation d'un mélange air-poudre
muni d'un orifice d'éjection à une extrémité, une électrode
de charge disposée au voisinage dudit ori~ice d'éjection et
une contre-électrode agencée coaxialement a ladite électrode
de charge et en arrière de celle-ci par rapport au sens
d'éjection dudit mélange air-poudre, une différence de
potentiel étant appliquée entre les deux électrodes pour
créer un champ électrique susceptible d'entraîner des ions
libres vers ladite contre-électrode, des moyens de soufflage
étant agencés au voisinage de la contre-électrode,
.
caractérisé en ce que ladite contre-électrode est à
l'extérieur du condui-t de circulation et s'étend
sensiblement perpendiculairement à l'axe de ce dernier et en
ce qu'un espace annulaire s'étendant en direction de ladite
électrode de charge à par-tir de ladite contre-électrode est
défini autour dudit condu.it de circulation, lesdits moyens
de soufflage débouchant dans cet espace annulaire.
De préférence, de façon simple, l'espace annulaire précité est
défini entre la surface externe dudit conduit de circulation
du mélange air-poudre et un manchon extérieur et coaxial à
ce conduit.
Ainsi, la contre-électrode peut, sans inconvénient,
présenter une surface annulaire (perpendiculaire à l'axe du
dispositif) xelativement importante et disposée de telle
sorte que les ions libres subsistant dans l'espace où règne
le champ de charge, soient en quasi-totalité attirés vers
elle. Du fait que l'air se trouve canalisé dans ledit espace
annulaire, relativement long, les particules de poudre qui
pourraient être attirées vers la contre-électrode du fait de
leur charge, sont repoussées par la force du jet d'air. Le
r~31e de ce dernier n'est donc plus seulement de nettoyer la
; . contre-électrode, mais aussi, d'empêcher que des grains de
poudre ne l'attei.gnent. De plus, des tourbillons
susceptibles de transporter de la poudre vers la
contre-électrode ne sont plus à craindre puisqu'aucun appel
d'air ambiant pollué n'est possible au voisinage de
celle-ci.
L'invention concerne aussi une forme préférentielle de
réalisation d'un tel aménagement qui procure une
amélioration surprenante des performances du dispositif.
~ n moyen préférentiel dP cette variante consiste en une
configuration effilée, en particulier tronconique, du
manchon de confinement de l'espace annulaire formé devant la
contre-électrode : il en résulte une réduction avantageuse
intéressante de la consommation d'air et une meilleure
pénétration du revêtement sur les pièces présentant des
cavités.
.
298~6
Selon une autre disposition préférentielle de cette variante le
manchon de confinement précité est percé d'une pluralité
d'orifices débouchant à proximité de la contre-électrode:
ces orifices créent pour l'air de balayage de la
contre-électrode des voies d'échappement selon une pluralité
de direct.ions transversales par rapport à la direction de
projection. Ces voies d'échappement de l'air de balayage
constituent un moyen d'amélioration de l'efficacité de la
contxe-électrode dans son action de piège ~ ions en vue du
captage sélectif des ions libres dans le mélange air-poudre
éjecté vers l'objet à recouvrir.
5elon une autre disposition préferentielle de la variante, on
donne à la partie terminale du condui~ de mélange air-poudre une
forme très effilée avec comme avantage d'éviter pratiquement
- 15 tout risque d'accumulation de poudre à l'orifice d'éjection
ce qui est une source d'amélioration de la qualité du
revêtement obtenu grâce à la réduction du risque de
projection d'agglomérats.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages
de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la
description qui va suivre d'un mode de réalisation conforme
à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite
en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe
longitudinale d'un mode de réalisation possible d'un
dispositif de projection électrnstatique de poudre conforme
a l'invention;
la figure 2 est une vue en plan d'un autre dispositif
de projection conforme à l'invention ; et
la figure 3 est une vue en coupe longitudinale selon
le plan III-III de la figure 2.
Le dispositif de projection de poudre 11, tel que
représenté à la figure 1, se compose principalement de
l'assemblage d'un corps 12 métallique et relié à la terre
dans l'exemple décrit renfermant un certain nombre de
passages et cavités et d'un conduit ~e circulation 13 du
mélange air-poudre tubulaire et cylindrique, raccordé de
~2~18~
fason étanche au corps 12 par l'une de ses extrémités, avec
interposition d'un joint annulaire 14. Le conduit 13
isolant, comporte à son autre extrémité, un orifice
d'éjection 15 dudit mélange air-poudre. Le corps 12 et le
conduit de circulation 13 sont traversés par une tige
isolante 16, disposée coaxialement au conduit 13, à
structure tubulaire abritant un câble haute-tension 17 dont
l'âme 17a est en contact avec un ressort 18 établissant la
liaison électrique avec une extrémité d'une résistance 19.
L'autre extrémité de cette résistance est en contact avec
une électrode de charge 20 comportant une collerette en
forme de disque 21 coaxiale à la tige 16 et au conduit 13 et
s'étendant sensiblement perpendiculairement à cet axe. Son
contour circulaire emerge de la sur~ace latérale de la tige
isolante 16. Cet.te dernière est maintenue dans sa position
axiale en étant engagée clans un alésage 22 du corps 12 d'une
part, et dans l'alésage central d'une pièce 24 munie
d'ailettes radiales 26 en appui contre la paroi interne du
conduit 13, d'autre part. L'électrode de charge 20 est
20 située à l'extérieur de l'orifice d'éjection 15, dans le -
prolongement axial du conduit de circulation 13 du mélange
air-poudre. De facon connue en soi, la tige isolante est
prolongée dans la direction d'éjection du mélange air-poudre
par une partie élargie 27 formant déflecteur. L'électrode de
charge 20 est ici interposée entre la tige cylindrique 1~ e~
la partie élargie 27 et constitue, grâce à des portions
filetées situées dans le prolongement l'une de l'autre, le
moyen d'assemblage de ces deux éléments. Le corps 12 est
muni d'un raccord 29 par lequel le mélange air-poudre est
introduit dans un passage incliné 30. Ce dernier communique
avec l'extrémité du conduit de circulation 13, assemblée
audit corps 12.
Un autre raccord (non visible sur le dessin)
communique avec des percages 31, 32 du corps 12. Il est
prévu pour être connecté à une source d'air comprimé. Le
perçage 32 débouche dans un logement annulaire 34 défini
entre la surface externe du conduit 13 et un élément de
`~ 9 !3966
conduit 35, globalement c~lindrique, rapporté de fason
. étanche au corps 12, par l'une de ses extrémités, avec
! interposition d'un joint 36. L'agencement (31, 32, 34, 35)
~ forme des moyens de soufflage pour le nettoyage d'une
- 5 contre-électrode 38 placée à l'extérieur du conduit de
circulation 13 de façon à obturer une extrémité du logement
annulaire 34. nans le dispositif décrit, la contre-électrode
est poreuse, par e~emple en bronze poreux. Cette
particularité est connue en soi. Ainsi r de l'air sous
; 10 pression injecté dans le logement annulaire 34 s'échappe au
travers de ladite contre-électrode 38. Cette dernière forme
une paroi annulaire plate prenant appui, intérieurement,
contre un épaulement de la surface externe dudit conduit de
circulation 13 et, extérieurement, contre une extrémité de
l'élément de conduit ~5. Le conduit 13 et l'élément de
conduit 35 sont en matériau isolant et la contre-électrode
est portée à un potentiel choisi,dans le cas présent le
potentiel de la terre, par un ressort 39 légèrement comprimé
dans le logement annulaire et venant au contact du corps 12.
Selon une caractéristique importante de l'invention,
la contre-électrode, extérieure au conduit 13 et qui s'étend
perpendiculairement à l'axe de ce dernier est protégée par
un manchon extérieur 40 qui définit avec le conduit de
circulation 13 et autour de celui-ci, un espace annulaire
allongé 41. Ce dernier se situe donc dans le prolongement de
la contre-électrode en direction de l'électrode de charge 20
et, du fait ici que la contre-électrode est poreuse, les
moyens de soufflage définis ci-dessus débouchent dans cet
espace annulaire 4~. La contre-électrode 38, en forme de
paroi annulaire plate, s'étend donc entre la surface externe
du conduit de circulation et une extrémité du manchon
extérieur 40. Pour faciliter le montage, l'élément de
conduit 35 et le manchon 40 sont situés coaxialement dans le
prolongement l'un de l'autre et la contre-électrode 38 est
serrée extérieurement entre les extrémités en regard dudit
élément de conduit 35 et dudit manchon 40. Pour ce faire,
une bague de montage 45, filetée intérieurement, est vissée
,
298966
sur une portion filetée externe de l'élément de conduit 35
et elle comporte un épaulement interne 46 à une extrémité,
lequel prend appui contre un épaulement externe 47 du
ma~chon 40. Avantageusement, la bague 40 et le manchon ~5
peuvent être réalisés en une seule pièce.
On a constaté qu'avec cet agencement, la force
communiquée par l'air circulant dans le manchon 40 aux
particules chargées (cette force dépend essentiellement de
la vitesse de l'écoulement de l'air dans le manchon et de la
surface des particules) était superieure à la force
d'origine électrique attixant ces mêmes particules chargées.
Ces conditions ne sont réalisées qu'en présence du manchon
en raison de la canalisation de l'air s'échappant de la
contre-électrode. Par ailleurs, aucun tourbillon
(susceptible d'entraîner de la poudre) ne peut se former au
voisinage de la contre-électrode, les zones tourbillonnaires
étant, au pire, reportées vers l'avant, au voisinage de
l'extxémité du manchon 40.
Une tige métallique 48, en contact électrique avec
l'électrode de charge 20 (et pouvant avantageusement être un
prolongement de celle-ci) émerge axialement de l'extrémité
de ladite partie élargie 27. Cette particularité améliore la
configuration du champ de dépôt.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode
de réalisation qui vient d'être décrit. Le manchon 40 n'est
pas obligatoirement cylindrique, il peut être conique, en
s'élargissant en direction de la contre-électrode 38, ce qui
permet d'utiliser une contre-électrode plus grande. Si
l'électrode de charge n'est pas portée à une haute-tension
très élevée, la contre-~lectrode 38 peut être reliée à la
terre. En revanche, si on veut augmenter la tension
appliquée à l'électrode de charge, de façon à augmenter le
champ de dépôt, on peut éviter de modifier les dimensions du
dispositif, c'est-à-dire notamment la distance entre
l'électrode de charge et la contre-électrode, en portant
ladite contre-électrode à une tension intermédiaire. A titre
d'exemple, on cherche à maintenir une différence de
- i .
~,
....-
.~ .
~, . .
2g~9~
.
g
potentiel de ~OkV entre les deux électrodes. Si on désire
augmenter le champ de dépôt, on peut. porter l'électrode de
charge jusqu'à 90kV, la contre-électrode étant alors portée
à 60kV. D'autres modifications sont possibles. En
particulier, l'électrode de charge 20 n'est pas
obligatoirement située à la jonction entre la partie
cylindriq~le de la tige 16 et la partie élargie 27.
I.'électrode de charge peut notamment émerger en n'importe
quel point de ladite partie élargie et même être constituée
par un simple disque métallique recouvrant l'extrémité du
déflecteur, la tige 48 étant alors supprimée. On peut encore
envisager de réaliser l'électrode de charge sous forme de
plusieurs pointes, par exemple trois, régulièrement
réparties angulairement et faisant saillie de préférence à
la périphérie du déflecteur.Enfin, la contre-électrode peut
être formée dans un autre métal poreux (par exemple de
l'acier inoxydahle poreux) ou dans un matériau synthétique
conducteur. Il n'est pas non plus indispensable qu'elle soit
poreuse; on pourrait parfaitement concevoir une variante
dans laquelle des passages d'air la contourneraient pour
établir une circulation d'air entre le logement 34 et
l'espace annulaire 41.
On reconnaît dans l'exemple de réalisation des
figures 2 et 3, la plupart des éléments du dispositif décrit
en référence à la figure 1, les éléments semblables é-tan-t
désignés par les mêmes références augmentées de 100.
On retrouve donc, pour constituer le dispositif de
projection de poudre lil, l'assemblage d'un corps arrière
112 avec un conduit de circulation 113 de mélange air-poudre
aboutissant à un orifice d'éjection 115. On retrouve une
tige isolante 116 traversant le corps 112 et le conduit 113
avec le câble de haute tension 117 dont l'âme est placée par
le ressort 118 en liaison électrique avec une résistance
119, elle-même en contact avec l'électrode de charge 120
comportant la collerette 121, en arrière de la partie
terminale évasée 127, formant déflecteur.
Il convient de noter que le ~épassement en sens
-
, ~ :
'`
9~396~
,:~ 1 0
radial de la collerette 121 par rapport à la surface
~ périphérique de la tige isolante 116 et de son prolongement
: 127, est limité à la valeur juste suffisante pour la
formation d'effluves. Ce dépassement est de l'ordre du
dixi-ème de millimètre.
Le corps arrière 112 équipé d'un pied support 110 est
réalisé dans le cas présent en matériau isolant. Il est muni
du raccord 129 par lequel le mélange air-poudre est
introduit dans le passage incliné et évasé 130 débouchant
dans le conduit de circulation 113. Un autre raccord 131
relié à une source d'air comprimé donne accès à un perçage
1~2 qui déhouche dans le logement annulaire 134 défini entre
la surface externe du conduit de circulation 113 et
l'élément de conduit ext.érieur 135. On retrouve en 13a la
contre-électrode, par exemple en bronze poreux, qui obture
l'ext.rémit.é antérieure du passage annulaire 134. Cette
contre-électrode est maintenue au potentiel à la terre par
l'intermédiaire du ressort 139 qui trouve ici un appui sur
le corps arrière 112, par l'intermédiaire d'un plot
conducteur 150, lui-même connecté à une cosse de mise à la
terre 151, par l'intermédiaire d'un ressort 152 s'étendant
dans une canalisation 153 ménagée à cet effet dans le corps
112.
La contre-électrode 138 est maintenue en butée contre
des portées ménagées à cet ef~et sur le conduit de
circulation 113, d'une part, et en bout du conduit extérieur
134, d'autre part, au moyen d'un manchon ou jupe 140 venu
d'une seule pièce avec un écrou de jupe 145. Selon une
caractéristique importante de ce mode de réalisation, le
manchon-jupe 140 présente une forme tronconique effilée
réalisant une réduction:notable de la section de l'espace
annulaire 141. La paroi tronconique du manchon-jupe 140 est
percée d'une rangée circulaire de trous 142 uniformément
répartis sur la périphérie, en regard de la contre-électrode
13~.
Le conduit de circulation 113 présente, de son coté,
une partie terminale 113A très effilée avec une paroi
-
"
,~
, , , , ,: .
,~ ,
9~
1 1
externe de forme tronconique, la génératrice de ce tronc de
cône formant avec la direction axiale un angle aigu de
faible valeur, par exemple d'environ 5'.
Le manchon-jupe tronconique 140 comporte, de son
- côté, une partie term.inale effilée délimitée du côté
rad.ialement intérieur par une paroi tronconique 143
sens.iblement parallèle à la surface terminale tronconique
113A, de manière à établir avec celle-ci un passage
annula.ire de section réduite constituant une sorte de tuyère
d'échappement T pour l'espace annulaire 141.
L'espace annulaire 141 confiné par le manchon-jupe
140 devant la contre-électrode 13~ autour du conduit 113 de
circulation du mélange offre donc à l'air de soufflage ayant
franchi la contre-électrode la possibilité de s'échapper par
deux voies différentes :
- la v~ie axiale pour laquelle la section de passage
est fortement réduite et la vitesse d'écoulement accélérée
dans la tuyère d'échappement T ;
- la voie radiale constituée par la série de trous
142 dont la présence a pour effet de réduire la pression
susceptible de s'établir devant la contre-électrode en
offrant une multiplicité de voies d'échappement à des
vitesses d'écoulement qui seront naturellement fonction du
diamètre de percage des trous.
L'expérience montre que cet agencement permet une
amélioration considérahle des performances du dispositif de
projection et ceci pour de multiples raisons dont les effets
se combinent entre eux de manière particulièrement opportune
et avantageuse.
On constate, en premier lieu, une amélioration
extrêmement sensible de la qualité du revêtement obtenu, en
particulier sur des pièces présentant des cavités grâce à
une réduction du risque de réentraînement des particules
parvenues sur la pièce par l'air de soufflage provenant de
la contre-électrode
En effet, toutes choses égales par ailleurs, une
partie notable de cet air de soufflage s'échappe
2~8~
12
latéralement par la voie radiale offerte par les trous 142,
ce qui diminue d'autant la quantité d'air s'échappant en
direction de la pièce par la tuyère axiale T.
On bénéficie en second lieu globalement d'une
réduction de la consommation d'air.
En troisième lieu, on constate une amélioration
: surprenante de l'efficacité de la contre-électrode en tant
: que piège à l'égard des ions libres, avec une réduction de
la pro~abilité du captage indésirable des particules
chargées.
Ce captage efficace et régulier des ions libres se
traduit notamment par l'établissement d'un courant important
et stable, par exemple de 30 microampères entre électrode et
contre-électrode, ce qui semble être principalement
attrihuable aux faisceaux de liynes de force et d'écoulement
susceptihles de traverser les trous 142.
La protection contre le captage indésirable des
particules chargées est att.ribuable aux vitesses
d'écoulement accélérées à travers la tuyère T dans le sens
axial où les forces d'entraînement électrostatiques sont les
plus élevées. La prot.ect.ion est également~assurée à l'égard
des risques de remont.ée des particules à travers les trous
et les vitesses:d'échappement de l'air sont plus faibles
mais les forces électrostatiques d'entraqnement le sont
aussi. :
Le diamètre de percage des trous 142 sera en général
compris entre 1 et 4 mm. On a obtenu d'excellents résultats
avec un prototype muni de douze trous de 3 mm de diamètre,
offrant donc une surface totale de passage d'environ 85mm2,
alors que la section de passage offerte par la tuyère T avec
un diamètre moyen de 22 mm et une~épaisseur de 2,5 ~m était
sensiblement équivalente.
~ La forme très effilée de la partie terminale 113 du
: conduit de circulation du mélange air-poudre évite très
efficacement les risques d'accumulation de poudre et la
projection d'agglomérats. Interviennent à cet égard de
manière également avantageuse la for~e également effilée de
: ` -' 12~8~6
13
la partie terminale 143 du manchvn-jupe 140 et la
continuité de ce dernier avec l'écrou de jupe 145.
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