CH624317A5 - Electrostatic atomising-spraying device - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un dispositif de projection-pulvérisation électrostatique dans lequel l'application d'une couche d'un revêtement sur un substrat est favorisée par application de forces électrostatiques. Plus particulièrement, l'invention concerne un pistolet de projection-pulvérisation, muni d'un générateur électrique entièrement incorporé dans ce pistolet. The present invention relates to an electrostatic spraying device in which the application of a coating layer on a substrate is favored by application of electrostatic forces. More particularly, the invention relates to a spray-spray gun, provided with an electric generator fully incorporated in this gun.
Des dispositifs de projection-pulvérisation électrostatique, appartenant aussi bien à la catégorie des dispositifs de ce genre fonctionnant à air comprimé qu'à la catégorie de ces dispositifs n'utilisant pas d'air, sont largement utilisés pour la peinture au pistolet ainsi que pour l'application d'autres genres de revêtement. Les pistolets de projection classiques sont généralement constitués par un corps cylindrique isolé muni d'une poignée ou monture mise à la terre disposée à l'une des extrémités de ce corps cylindrique, et d'une électrode à haute tension, ayant des dimensions et une forme spécialement étudiées, faisant saillie à partir de l'autre extrémité du corps cylindrique et disposée au voisinage de l'emplacement où se produit le processus de mise à l'état divisé de la matière à projeter. Une telle électrode est généralement mise sous une tension de l'ordre de 30 à 80 kV, et pouvant atteindre, dans certaines installations, une valeur de 150 kV, afin d'engendrer une décharge corona ainsi qu'un champ électrique ayant une valeur Electrostatic spraying devices, belonging both to the category of devices of this type operating with compressed air and to the category of these devices using no air, are widely used for spray painting as well as for the application of other types of coating. Conventional spray guns generally consist of an insulated cylindrical body provided with a grounded handle or mount disposed at one end of this cylindrical body, and a high voltage electrode, having dimensions and a form specially studied, projecting from the other end of the cylindrical body and arranged in the vicinity of the location where the process of bringing the material to be sprayed takes place. Such an electrode is generally put under a voltage of the order of 30 to 80 kV, and which can reach, in certain installations, a value of 150 kV, in order to generate a corona discharge as well as an electric field having a value
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notable accompagnant cette décharge. Dans ces conditions, le courant de décharge corona qui prend naissance à partir de l'électrode à haute tension crée, au voisinage de l'emplacement où se produit le processus de mise à l'état divisé, une région riche en ions monopolaires qui vont s'appliquer sur les gouttelettes de peinture pulvérisée ou d'autres matérieux de revêtement, en leur conférant une charge électrique. En variante, dans le cas où la matière de revêtement est une matière conductrice, le processus d'acquisition d'une charge électrique par les gouttelettes de cette matière se produit dans la région de grande densité de champs électriques au voisinage de l'orifice d'introduction du fluide. Les gouttelettes ainsi chargées sont ensuite déplacées, sous l'influence combinée de leur propre force d'inertie et du champ électrostatique existant dans la région de pulvérisation, en direction d'un substrat mis à la terre. Conformément à la pratique usuelle, on obtient une économie optimale de peinture en maintenant la valeur du potentiel de charge aussi élevée que possible de manière à engendrer, entre le pistolet de projection et le substrat, un champ électrostatique ayant une valeur en moyenne d'au moins 500 V par pouce (environ 1970 V/cm) ce champ atteignant, de préférence, une valeur de 10000 V par pouce (environ 3937 V/cm). En même temps, il y a lieu de maintenir la vitesse de projection des particules pulvérisées, au voisinage du substrat, à la valeur minimale compatible avec les exigences d'une pulvérisation et d'un flux de peinture adéquats. notable accompanying this discharge. Under these conditions, the corona discharge current which arises from the high-voltage electrode creates, in the vicinity of the site where the process of setting in the divided state occurs, a region rich in monopolar ions which go apply to droplets of spray paint or other coating materials, giving them an electrical charge. Alternatively, in the case where the coating material is a conductive material, the process of acquisition of an electric charge by the droplets of this material occurs in the region of high density of electric fields in the vicinity of the orifice d 'introduction of the fluid. The droplets thus charged are then displaced, under the combined influence of their own inertial force and the electrostatic field existing in the spray region, towards a grounded substrate. In accordance with usual practice, an optimal paint economy is obtained by keeping the value of the charge potential as high as possible so as to generate, between the spray gun and the substrate, an electrostatic field having an average value of at least minus 500 V per inch (approximately 1970 V / cm), this field preferably reaching a value of 10000 V per inch (approximately 3937 V / cm). At the same time, the spraying speed of the sprayed particles, in the vicinity of the substrate, should be kept at the minimum value compatible with the requirements of adequate spraying and paint flow.
Dans les dispositifs traditionnels on obtient les valeurs de tension de charge appropriées en utilisant des générateurs électriques à haute tension, qui sont des dispositifs électroniques classiques, placés à l'extérieur du dispositif de projection, ou bien en utilisant un générateur à haute tension fonctionnant selon l'utilisation des principes de l'électrodynamique gazeuse, disposé à l'intérieur du corps du pistolet de projection. Les générateurs à haute tension électroniques classiques sont relativement volumineux, lourds et d'un prix de revient élevé et ils sont conçus de manière à fonctionner essentiellement dans des conditions de «tension constante». En outre, à cause de la valeur élevée des tensions qui sont nécessaires, les câbles à haute tension servant au raccordement entre ces générateurs et le pistolet de projection sont lourds, encombrants et relativement rigides, ce qui ajoute un poids non désiré à celui du dispositif de projection rendant l'ensemble exagérément encombrant, complexe, et, dans la plupart des cas, impossible à entretenir sur le lieu d'utilisation, à cause des servitudes imposées par l'isolation à haute tension. In traditional devices, the appropriate charging voltage values are obtained by using high voltage electric generators, which are conventional electronic devices, placed outside the projection device, or by using a high voltage generator operating according to the use of the principles of gas electrodynamics, placed inside the body of the spray gun. Conventional electronic high-voltage generators are relatively bulky, heavy, and costly, and are designed to operate primarily under "constant voltage" conditions. In addition, because of the high value of the voltages which are necessary, the high-voltage cables used for the connection between these generators and the spray gun are heavy, bulky and relatively rigid, which adds unwanted weight to that of the device. projection making the assembly excessively bulky, complex, and, in most cases, impossible to maintain at the place of use, because of the constraints imposed by high voltage insulation.
En ce qui concerne les dispositifs de pulvérisation alimentés par un générateur électrique utilisant les principes de l'électrodynamique gazeuse, ils possèdent un certain nombre de caractéristiques avantageuses en comparaison avec les dispositifs alimentés par les générateurs à haute tension classiques. Cependant, ces dispositifs nécessitent la production, à l'extérieur du dispositif, d'une tension d'excitation qui est relativement basse mais qui est tout de même de plusieurs kilovolts, pour l'alimentation du générateur à électrodynamique gazeuse contenue dans le dispositif de pulvérisation, en nécessitant ainsi l'utilisation d'un générateur électrique externe relié à la tête de pulvérisation et requérant l'emploi d'air prétraité, ou «ensemencé» en vue de l'obtention d'un fonctionnement sûr. As regards the spraying devices supplied by an electric generator using the principles of gas electrodynamics, they have a certain number of advantageous characteristics in comparison with the devices supplied by conventional high-voltage generators. However, these devices require the production, outside the device, of an excitation voltage which is relatively low but which is still several kilovolts, for the supply of the gas electrodynamic generator contained in the device. spraying, thus requiring the use of an external electric generator connected to the spraying head and requiring the use of pretreated, or “seeded” air in order to obtain safe operation.
C'est pourquoi, on a, depuis longtemps, essayé d'éliminer la nécessité de recourir à une source d'air «ensemencé» et à limiter, sinon à supprimer, la nécessité d'utiliser un générateur électrique externe et les raccordements électriques correspondants avec le dispositif de projection électrostatique. Toutefois, les exigences contradictoires constituées par la nécessité d'avoir une tension de fonctionnement élevée associée à un courant de valeur limitée ou constante, la nécessité d'utiliser une source d'air comprimé de type classique tout en évitant la production de tensions de décharge indésirables, réunies dans un dispositif léger, peu encombrant et capable de fonctionner pendant de longues périodes sans tomber en panne n'ont pas encore permis, en pratique, malgré le fait que l'on ait déjà suggéré diverses solutions pour résoudre les différents problèmes posés, d'atteindre le but indiqué ci-dessus. This is why, for a long time, we have tried to eliminate the need to have recourse to a “seeded” air source and to limit, if not to eliminate, the need to use an external electric generator and the corresponding electrical connections. with the electrostatic projection device. However, the contradictory requirements constituted by the need to have a high operating voltage associated with a current of limited or constant value, the need to use a source of compressed air of conventional type while avoiding the production of discharge voltages undesirable, combined in a light device, compact and capable of operating for long periods without breaking down have not yet made it possible, in practice, despite the fact that various solutions have already been suggested to solve the various problems posed , to achieve the goal indicated above.
Le but de l'invention est précisément de résoudre le problème qui vient d'être mentionné. A cet effet, le dispositif de projection-p-ulvérisation électrostatique selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1. The object of the invention is precisely to solve the problem which has just been mentioned. To this end, the electrostatic spraying-spraying device according to the invention has the characteristics specified in claim 1.
Le dispositif selon l'invention consiste donc en un appareil de projection-pulvérisation électrostatique qui est léger et qui comprend une source d'énergie électrique faisant partie intégrante de l'appareil. Cette source comprend, de manière générale, des moyens permettant de transformer l'énergie cinétique d'un courant d'air en énergie cinétique de rotation d'un solide et des moyens permettant de convertir cette dernière énergie cinétique en énergie électrique sous une forme appropriée à l'application à l'électrode de charge du dispostiif de projection. Plus précisément, selon une forme de réalisation particulière du dispositif selon l'invention, la source comprend un alternateur à basse tension entraîné par un courant d'air, un redresseur et un régulateur de tension permettant de transformer la tension de sortie de l'alternateur en une tension continue sensiblement constante qui alimente un oscillateur à haute fréquence, ainsi qu'un multiplicateur de tension à plusieurs étages permettant d'augmenter encore la tension délivrée par l'oscillateur à haute fréquence jusqu'à une valeur comprise dans la gamme de 30 à 100 kV qui est nécessaire pour favoriser, par voie électrostatique, la projection d'une matière de revêtement. Le dispositif de projection-pulvérisation selon l'invention peut notamment comprendre une source d'énergie électrique incorporée constituée par un moteur à air, léger, à grande vitesse et à faible inertie, du type à impulsion, entraînant directement un alternateur à basse tension à induit magnétique, cette source comprenant en outre un redresseur à circuit intégré et un régulateur de tension permettant de transformer la tension de sortie de l'alternateur en une tension continue essentiellement constante. Cette tension continue alimente un oscillateur à haute fréquence agencé de manière à délivrer une tension alternative ayant une valeur élevée ou transformée sous forme d'impulsions carrées ou d'une onde sinusoïdale ayant un pic de tension de l'ordre de 2,5 kV. En combinaison avec les éléments qui viennent d'être indiqués, la source peut comprendre un multiplicateur de tension à circuit intégré, à plusieurs étages, utilisant les éléments usuels conçus pour fonctionner sous une tension de 5 kV, ce multiplicateur de tension étant agencé de manière à permettre de porter la tension délivrée par l'oscillateur à haute fréquence à une valeur comprise dans le domaine de 30 à 100 kV nécessaire pour favoriser, par voie électrostatique, l'application par projection d'un matériau de revêtement. The device according to the invention therefore consists of an electrostatic spraying-spraying device which is light and which comprises a source of electrical energy forming an integral part of the device. This source generally comprises means making it possible to transform the kinetic energy of an air stream into kinetic energy for rotation of a solid and means making it possible to convert this latter kinetic energy into electrical energy in an appropriate form. when applying the spraying device to the charging electrode. More specifically, according to a particular embodiment of the device according to the invention, the source comprises a low voltage alternator driven by an air current, a rectifier and a voltage regulator making it possible to transform the output voltage of the alternator in a substantially constant DC voltage which powers a high frequency oscillator, as well as a multistage voltage multiplier allowing the voltage supplied by the high frequency oscillator to be further increased to a value within the range of 30 at 100 kV which is necessary to promote, by electrostatic means, the projection of a coating material. The spraying-spraying device according to the invention may in particular comprise an incorporated source of electrical energy constituted by an air motor, light, high speed and low inertia, of the pulse type, directly driving a low voltage alternator with magnetic armature, this source further comprising an integrated circuit rectifier and a voltage regulator making it possible to transform the alternator output voltage into an essentially constant DC voltage. This direct voltage supplies a high frequency oscillator arranged so as to deliver an alternating voltage having a high value or transformed in the form of square pulses or of a sine wave having a voltage peak of the order of 2.5 kV. In combination with the elements which have just been indicated, the source may comprise a multi-stage integrated circuit voltage multiplier, using the usual elements designed to operate at a voltage of 5 kV, this voltage multiplier being arranged so to allow to bring the voltage delivered by the high frequency oscillator to a value in the range of 30 to 100 kV necessary to favor, by electrostatic means, the application by projection of a coating material.
Ainsi, le dispositif selon l'invention comprend des éléments de volume réduit et de faible poids dont l'agencement et le mode de fonctionnement mécanique et électrique permet la réalisation d'un pistolet de projection électrostatique léger qui fonctionne en utilisant de l'air comprimé produit par un générateur de type conventionnel en permettant l'obtention des valeurs de tension requises pour la projection électrostatique de peinture et produits similaires avec des valeurs de courant suffisamment faibles. Thus, the device according to the invention comprises elements of reduced volume and of low weight, the arrangement and the mechanical and electrical operating mode of which allows the production of a light electrostatic spray gun which operates using compressed air. produced by a generator of conventional type allowing the obtaining of the voltage values required for the electrostatic projection of paint and similar products with sufficiently low current values.
Le dispositif selon l'invention présente, entre autres avantages, celui d'être facile à manipuler et exempt de toute connexion électrique externe. Le générateur électrique peut être sous forme d'une pluralité d'éléments ayant la forme de cartouches constituant des sous-ensembles monolithiques, ces cartouches pouvant être assemblées et remplacées à titre individuel ce qui facilite l'entretien et la réparation du dispositif sur le lieu d'utilisation. The device according to the invention has, among other advantages, that of being easy to handle and free from any external electrical connection. The electric generator can be in the form of a plurality of elements in the form of cartridges constituting monolithic subassemblies, these cartridges can be assembled and replaced individually which facilitates the maintenance and repair of the device on site of use.
Selon une forme de réalisation particulière du dispositif selon l'invention, ce dispositif consiste en un pistolet de projection électrostatique muni d'un générateur électrique faisant partie intégrante du pistolet, sans connexion électrique extérieure, ce générateur permettant d'obtenir une haute tension ayant la valeur requise comprise entre 30 et 100 kV avec une intensité de l'ordre de 50 p.A, puissance de l'ordre de 3 W, un poids total compris According to a particular embodiment of the device according to the invention, this device consists of an electrostatic spray gun provided with an electric generator forming an integral part of the gun, without external electrical connection, this generator making it possible to obtain a high voltage having the required value between 30 and 100 kV with an intensity of the order of 50 pA, power of the order of 3 W, a total weight included
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entre 0,68 et 1,35 kg, ce pistolet pouvant fonctionner en utilisant une source d'air comprimé de type classique produisant de l'air sous une pression de l'ordre de 1,406 kg/cm2 à 5,624 kg/cm2 avec un débit au plus égal à 0,142 m2/mn (mesuré dans les conditions normales de température et de pression). between 0.68 and 1.35 kg, this gun being able to operate using a source of compressed air of conventional type producing air under a pressure of the order of 1.406 kg / cm2 to 5.624 kg / cm2 with a flow at most equal to 0.142 m2 / min (measured under normal temperature and pressure conditions).
Ainsi, comme on vient de le voir, la caractéristique essentielle du dispositif selon l'invention consiste dans le fait qu'il comprend une source d'énergie électrique faisant partie intégrante de ce dispositif. Thus, as we have just seen, the essential characteristic of the device according to the invention consists in the fact that it comprises a source of electrical energy forming an integral part of this device.
D'autre part, on peut remarquer que cette source d'énergie électrique présente l'avantage d'avoir un encombrement suffisamment réduit pour permettre de l'intégrer à l'intérieur même de la tête de projection-pulvérisation et de l'entraîner au moyen d'un courant d'air comprimé. On the other hand, it can be noted that this source of electrical energy has the advantage of having a sufficiently small footprint to allow it to be integrated inside the projection-spray head itself and to drive it to the by means of a compressed air stream.
Comme indiqué plus haut, ce générateur électrique peut être sous forme d'une ou plusieurs cartouches intégrées dans le pistolet de projection et présentant l'avantage de pouvoir être changées sur le lieu d'utilisation du dispositif. As indicated above, this electric generator can be in the form of one or more cartridges integrated in the spray gun and having the advantage of being able to be changed at the place of use of the device.
D'autres particularités et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui suit, en relation avec le dessin annexé qui illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution particulière de ce dispositif. Dans le dessin annexé: Other features and advantages of the device according to the invention will become apparent in the light of the detailed description which follows, in relation to the appended drawing which illustrates, by way of example, a particular embodiment of this device. In the attached drawing:
La fig. 1 est une vue latérale schématique en élévation, partiellement en coupe, montrant la manière dont sont disposés les différents éléments de la source d'énergie électrique, à l'intérieur d'un pistolet de projection portatif du type pistolet de pulvérisation à air. Fig. 1 is a schematic side elevation view, partially in section, showing the manner in which the various elements of the electrical power source are arranged, inside a portable spray gun of the air spray gun type.
La fig. 2 est une vue schématique en coupe verticale illustrant l'une des formes possibles d'un moteur à air. Fig. 2 is a schematic view in vertical section illustrating one of the possible forms of an air motor.
La fig. 3 est une vue en coupe schématique illustrant l'agencement d'un sous-ensemble moteur à air-alternateur. Fig. 3 is a schematic sectional view illustrating the arrangement of an air-alternator engine sub-assembly.
La fig. 4 est une vue en coupe schématique verticale, à échelle légèrement agrandie, illustrant l'agencement d'un alternateur. Fig. 4 is a vertical schematic sectional view, on a slightly enlarged scale, illustrating the arrangement of an alternator.
La fig. 5 est un diagramme schématique représentant un circuit redresseur-régulateur de tension. Fig. 5 is a schematic diagram representing a rectifier-voltage regulator circuit.
La fig. 6 est un diagramme schématique représentant un circuit oscillateur-transformateur. Fig. 6 is a schematic diagram representing an oscillator-transformer circuit.
La fig. 7 est un diagramme schématique représentant un multiplicateur de tension série à longue chaîne, et la fig. 8 est une coupe verticale schématique d'un dispositif de régulation de la pression d'air. Fig. 7 is a schematic diagram showing a long chain series voltage multiplier, and FIG. 8 is a schematic vertical section of a device for regulating the air pressure.
La fig. 1 représente de manière générale et schématique les éléments constitutifs d'un pistolet de projection électrostatique 10 portatif, agencé de manière à permettre la projection-pulvérisation électrostatique de peinture et matières analogues. Le pistolet de projection 10 comprend un corps 12, de forme générale cylindrique et allongée, en un matériau isolant, une poignée 14, ayant la forme d'une crosse de pistolet, en un matériau conducteur, et dont la partie supérieure entoure l'extrémité postérieure du corps cylindrique 12. Un tuyau flexible d'alimentation d'air 16, capable d'être raccordé à une source d'air comprimé (non représentée) placée à une certaine distance du pistolet, cette source d'air comprimé étant, par exemple, constituée par un compresseur d'air classique capable de fournir de l'air sous une pression comprise entre 1,406 et 5,624 kg/cm2, ou davantage, avec un débit d'air au moins égal à environ 0,085 m3/mn (mesuré dans les conditions normales) et raccordé à la base de la poignée 14 au moyen d'une garniture appropriée 18. Fig. 1 shows in general and schematically the components of a portable electrostatic spray gun 10, arranged so as to allow the electrostatic spraying of paint and the like. The spray gun 10 comprises a body 12, of generally cylindrical and elongated shape, made of an insulating material, a handle 14, in the form of a pistol grip, made of a conductive material, and the upper part of which surrounds the end posterior of the cylindrical body 12. A flexible air supply pipe 16, capable of being connected to a source of compressed air (not shown) placed at a certain distance from the gun, this source of compressed air being, by example, constituted by a conventional air compressor capable of supplying air at a pressure of between 1.406 and 5.624 kg / cm2, or more, with an air flow at least equal to approximately 0.085 m3 / min (measured in normal conditions) and connected to the base of the handle 14 by means of an appropriate fitting 18.
Il apparaît clairement, d'après la fig. 1, qu'un pistolet de projection 10 agencé conformément aux principes de la présente invention, diffère des pistolets utilisés de manière conventionnelle, aussi bien dans les systèmes de projection électrostatique par ato-misation à air que dans les systèmes de projection électrostatique fonctionnant sans air, par le fait que ce pistolet possède, à titre de raccordement, uniquement une conduite d'alimentation en peinture 38, une conduite d'alimentation en air 16 et un raccordement de mise à la terre et qu'il est complètement exempt de raccordement à une source d'énergie électrique extérieure. Par conséquent, ce pistolet élimine complètement la nécessité, dans laquelle on se trouvait jusqu'à présent, d'utiliser des générateurs électroniques encombrants et lourds, posés sur le sol, ainsi que les câbles isolés lourds et relativement rigides, associés à ces générateurs d'énergie en vue de transmettre l'énergie électrique nécessaire pour charger la matière à projeter au moyen du pistolet. Le pistolet permet également d'éliminer la nécessité d'employer une source d'air «ensemencé» ainsi que les câbles électriques isolés nécessaires, conformément à la pratique classique, pour transmettre les tensions d'excitation au pistolet de projection fonctionnant en utilisant le principe de l'électrodynamique gazeuse. It appears clearly, from fig. 1, that a spray gun 10 arranged in accordance with the principles of the present invention, differs from the guns used in conventional manner, both in electrostatic projection systems by air atomization and in electrostatic projection systems operating without air , by the fact that this gun has, as a connection, only a paint supply line 38, an air supply line 16 and a grounding connection and that it is completely free of connection to an external source of electrical energy. Consequently, this pistol completely eliminates the need, which we have been up to now, to use bulky and heavy electronic generators, placed on the ground, as well as the heavy and relatively rigid insulated cables associated with these generators. energy in order to transmit the electrical energy necessary to charge the material to be projected by means of the gun. The gun also eliminates the need to use a “seeded” air source as well as the insulated electrical cables required, in accordance with conventional practice, to transmit excitation voltages to the projection gun operating using the principle of gas electrodynamics.
A l'intérieur de la poignée 14, se trouve une conduite d'air 20, raccordée à une vanne de réglage du débit 22 qui est actionnée par l'utilisateur du pistolet en déplaçant une gâchette 24. L'orifice de sortie de la vanne de réglage du débit 22 est raccordée à une conduite 26 qui est elle-même raccordée à une conduite de circulation d'air primaire 30 et à une conduite d'air auxiliaire 28 placée à l'intérieur du corps cylindrique 12 du pistolet. Le conduit d'air primaire 30 sert (dans le pistolet de projection par pulvérisation à air du type présentement décrit) pour transmettre un courant d'air comprimé à une tête de pulvérisation par air 32. Dans cette dernière, l'air peut être utilisé, comme représenté sous la forme des deux conduites de subdivision d'air 34 et 36, pour provoquer l'atomisation à l'air, de la manière conventionnelle, de la matière de revêtement qui provient d'un réservoir situé à une certaine distance du pistolet et est introduit dans ce dernier au moyen d'un tuyau 38 et d'une garniture 40 puis dirigé vers la tête de pulvérisation à air 32 par l'intermédiaire de la conduite 42. L'air transmis par la conduite 30 peut être également utilisé comme air de «ventilation» pour la mise en forme du jet de matière de revêtement atomisée. Inside the handle 14 is an air line 20, connected to a flow control valve 22 which is actuated by the user of the gun by moving a trigger 24. The outlet orifice of the valve adjusting the flow 22 is connected to a line 26 which is itself connected to a primary air circulation line 30 and to an auxiliary air line 28 placed inside the cylindrical body 12 of the gun. The primary air duct 30 is used (in the air spray gun of the type presently described) to transmit a stream of compressed air to an air spray head 32. In the latter, air can be used , as shown in the form of the two air subdivision pipes 34 and 36, to cause the atomization with air, in the conventional manner, of the coating material which comes from a tank situated at a certain distance from the gun and is introduced into the latter by means of a hose 38 and a lining 40 then directed towards the air spray head 32 via the conduit 42. The air transmitted by the conduit 30 can also be used as "ventilation" air for shaping the spray of atomized coating material.
La structure et l'agencement de la tête de pulvérisation à air 32 ainsi que l'agencement des conduites d'alimentation en air et en matériau de revêtement peuvent être conformes à celles de dispositifs connus par exemple de dispositifs décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3645447, 3693877 et 3843052. Le système d'électrode incorporé dans la tête de pulvérisation à air 32 peut également être de type classique de même que le dispositif de mise à la terre de la poignée conductrice 14. Ce dernier dispositif peut comprendre une gaine conductrice 44, disposée autour du tuyau à air 16, ou bien comprendre un fil de mise à la terre approprié associé à ce tuyau. The structure and arrangement of the air spray head 32 as well as the arrangement of the air supply and coating material supply pipes can be in accordance with those of known devices, for example devices described in US patents. United States of America 3645447, 3693877 and 3843052. The electrode system incorporated in the air spray head 32 can also be of conventional type as is the device for earthing the conductive handle 14. The latter device can comprise a conductive sheath 44, arranged around the air hose 16, or else include an appropriate grounding wire associated with this hose.
Une cartouche amovible allongée 45, constituant un générateur d'énergie électrique, est disposée à l'intérieur du corps cylindrique 12 et de la partie supérieure de la poignée 14 du pistolet 10. La cartouche 45 renferme les différents éléments fonctionnels, qui seront décrits ci-dessous, du générateur d'énergie électrique et elle a une forme générale cylindrique comportant une partie arrière 46 ayant un diamètre notablement plus grand que celui de sa partie antérieure 48. An elongate removable cartridge 45, constituting an electrical energy generator, is disposed inside the cylindrical body 12 and the upper part of the handle 14 of the gun 10. The cartridge 45 contains the various functional elements, which will be described below. below, the generator of electrical energy and it has a generally cylindrical shape comprising a rear part 46 having a diameter considerably larger than that of its front part 48.
Lorsque la cartouche 45 est convenablement disposée à l'intérieur de son compartiment récepteur, dont la forme intérieure est comlémentaire de celle de la cartouche, à l'intérieur du corps cylindrique 12 du pistolet, la conduite d'air auxiliaire 28 est directement raccordée à l'orifice d'entrée d'un moteur à air miniature 52 ce qui permet d'entraîner en rotation, avec une vitesse élevée, le rotor 56 de ce moteur. Le flux d'air traversant le moteur à air 52 peut être éjecté vers l'atmosphère à travers un conduit d'échappement 54 disposé à l'arrière du corps cylindrique 12. Le rotor 56 du moteur à air 52 est monté sur un arbre 58, commun à l'induit 60 d'un alternateur adjacent 62 de façon à former un ensmble à faible inertie capable d'accélérer rapidement à une vitesse de rotation élevée et ayant une longue durée de vie. L'induit 60 est disposé à l'intérieur d'un stator 64, ayant la forme d'un manchon cylindrique, revêtu de résine époxy en acier à haute perméabilité ayant de préférence au moins une paire d'enroulements. Avantageusement, le moteur à air 52 et l'alternateur 62 forment When the cartridge 45 is suitably placed inside its receiving compartment, the internal shape of which is complementary to that of the cartridge, inside the cylindrical body 12 of the gun, the auxiliary air line 28 is directly connected to the inlet orifice of a miniature air motor 52 which makes it possible to rotate the rotor 56 of this motor at high speed. The air flow passing through the air motor 52 can be ejected into the atmosphere through an exhaust duct 54 disposed at the rear of the cylindrical body 12. The rotor 56 of the air motor 52 is mounted on a shaft 58 , common to the armature 60 of an adjacent alternator 62 so as to form a low inertia assembly capable of accelerating rapidly at a high speed of rotation and having a long service life. The armature 60 is disposed inside a stator 64, in the form of a cylindrical sleeve, coated with epoxy resin in high permeability steel preferably having at least one pair of windings. Advantageously, the air motor 52 and the alternator 62 form
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
624 317 624,317
un sous-ensemble d'une seule pièce qui est à la fois léger et de faible dimension. Le couplage direct, qui vient d'être mentionné, du moteur à air 52 avec l'alternateur 62 permet d'obtenir la conversion directe de l'énergie cinétique du courant d'air circulant dans la conduite 28 en énergie électrique sous forme d'une tension alternative ayant de préférence une valeur de l'ordre de 8 à 16 V avec une fréquence de l'ordre de 250 cycles/s. a one-piece sub-assembly that is both light and small. The direct coupling, which has just been mentioned, of the air motor 52 with the alternator 62 makes it possible to obtain the direct conversion of the kinetic energy of the air stream flowing in the line 28 into electrical energy in the form of an alternating voltage preferably having a value of the order of 8 to 16 V with a frequency of the order of 250 cycles / s.
La tension alternative engendrée par l'alternateur 62 est amenée, par les conducteurs 68, dans un redresseur 70 et un régulateur de tension 72 dans lesquelles elle est transformée en une tension continue sensiblement constante ayant de préférence une valeur de l'ordre de 8 à 12 V. La tension réglée engendrée par le redresseur 72 commande un oscillateur à haute fréquence 74 de manière à produire une basse tension de sortie, sous forme d'impulsions sinusoïdales ou à ondes rectangulaires dont la fréquence est de préférence comprise dans la gamme de 100 à 50 kHz. La tension de sortie de l'oscillateur 74 qui est à haute fréquence mais à basse valeur est ensuite élevée par un transformateur 76 qui forme partie intégrante du circuit oscillateur, de manière à produire une tension de sortie sous forme d'oscillations sinusoïdales ou à ondes rectangulaires, ayant une valeur de 2500 V et dont la fréquence est comprise dans la gamme indiquée ci-dessus. The alternating voltage generated by the alternator 62 is brought, by the conductors 68, in a rectifier 70 and a voltage regulator 72 in which it is transformed into a substantially constant DC voltage preferably having a value of the order of 8 to 12 V. The regulated voltage generated by the rectifier 72 controls a high frequency oscillator 74 so as to produce a low output voltage, in the form of sinusoidal or rectangular wave pulses whose frequency is preferably in the range of 100 at 50 kHz. The output voltage of oscillator 74 which is at high frequency but at low value is then raised by a transformer 76 which forms an integral part of the oscillator circuit, so as to produce an output voltage in the form of sinusoidal or wave oscillations. rectangular, having a value of 2500 V and the frequency of which lies within the range indicated above.
Le moteur à air 52, l'alternateur 62, le redresseur 70, le régulateur de tension 72, l'oscillateur 74 et le transformateur 76 peuvent avantageusement être agencés de façon à former un sous-ensemble intégré qui, lorsqu'il est encapsulé, constitue un élément monolithique facile à remplacer. The air motor 52, the alternator 62, the rectifier 70, the voltage regulator 72, the oscillator 74 and the transformer 76 can advantageously be arranged so as to form an integrated sub-assembly which, when encapsulated, constitutes a monolithic element which is easy to replace.
La tension de sortie à haute fréquence du transformateur 76 est appliquée à un multiplicateur de tension 80, à longue chaîne, constitué, de préférence, par un multiplicateur de tension série ayant environ 20 étages ou davantage, ce qui permet d'élever la tension d'entrée jusqu'à une valeur comprise dans la gamme désirée de 30 à 100 kV, sous forme d'une tension de sortie rectifiée que l'on applique, par l'intermédiaire du conducteur 84 et d'une résistance limitatrice 82, au dispositif d'électrode placé dans la tête de pulvérisation à air 32. En variante, une partie prédominante de la résistance limitatrice 82 peut être disposée entre l'extrémité à basse tension de la cartouche 45 et la poignée de mise à la terre 14. The high frequency output voltage of the transformer 76 is applied to a long chain voltage multiplier 80, preferably made up of a series voltage multiplier having about 20 or more stages, thereby raising the voltage d input up to a value in the desired range of 30 to 100 kV, in the form of a rectified output voltage which is applied, via the conductor 84 and a limiting resistor 82, to the device electrode placed in the air spray head 32. As a variant, a predominant part of the limiting resistor 82 may be disposed between the low voltage end of the cartridge 45 and the earthing handle 14.
Comme il a été indiqué plus haut, un pistolet de pulvérisation, apte à être utilisé pour effectuer de manière industrielle l'application de peinture ou d'autres substances du même genre par voie électrostatique, doit satisfaire à un certain nombre de conditions pratiques concernant ces paramètres constructifs et fonctionnels, mécaniques et électriques. En général, les pistolets de projection-pulvérisation électrostatique portatifs doivent avoir un poids inférieur à 1,36 kg environ (3 lb), fonctionner avec une gamme de tensions comprise entre 30 et 100 kV et une intensité de courant de l'ordre de 50 (iA et pouvoir fonctionner en utilisant une source d'air comprimé classique délivrant de l'air sous une pression comprise entre 1,406 kg/cm2 et 5,624 kg/cm2 environ. En outre, de tels pistolets doivent être munis de moyens permettant de limiter le flux électrique afin d'empêcher la production de décharge indésirable, du type arc électrique, lorsque l'électrode à haute tension arrive à proximité d'un corps mis à la terre. As indicated above, a spray gun capable of being used for the industrial application of paint or other similar substances by electrostatic means must satisfy a certain number of practical conditions concerning these constructive and functional, mechanical and electrical parameters. In general, portable electrostatic spray guns should weigh less than about 1.36 kg (3 lbs), operate with a voltage range between 30 and 100 kV and a current intensity of the order of 50 (iA and be able to operate using a conventional compressed air source delivering air under a pressure of between 1.406 kg / cm2 and 5.624 kg / cm2 approximately. In addition, such pistols must be provided with means making it possible to limit the electrical flux to prevent the generation of an unwanted discharge, such as an electric arc, when the high-voltage electrode approaches a grounded body.
Une forme d'exécution particulière d'un générateur d'énergie électrique intégré pouvant être utilisé comme élément du dispositif selon l'invention est décrite en détail dans la partie de la description qui va suivre. Ce générateur présente les particularités suivantes : A particular embodiment of an integrated electrical energy generator which can be used as an element of the device according to the invention is described in detail in the part of the description which follows. This generator has the following features:
a) son poids est de l'ordre de 125 g; a) its weight is of the order of 125 g;
b) ce générateur peut fonctionner en utilisant une source d'air comprimé classique délivrant de l'air sous une pression comprise entre 1,406 et 5,624 kg/cm2, avec un débit inférieur à b) this generator can operate using a conventional compressed air source delivering air under a pressure between 1.406 and 5.624 kg / cm2, with a flow rate less than
0,142 m3/mn (mesuré dans les conditions normales de température et de pression) ; 0.142 m3 / min (measured under normal temperature and pressure conditions);
c) la tension délivrée par ce générateur a une valeur minimale de 50 kV pour une intensité de 50 nA avec une intensité maximale en court-circuit de l'ordre de 200 nA, et d) ce générateur peut être sous forme d'une cartouche amovible ce qui permet de faciliter l'entretien et la réparation du pistolet de projection au lieu même de son utilisation. c) the voltage delivered by this generator has a minimum value of 50 kV for an intensity of 50 nA with a maximum short-circuit current of the order of 200 nA, and d) this generator can be in the form of a cartridge removable which makes it easier to maintain and repair the spray gun instead of using it.
Toutes les caractéristiques qui viennent d'être indiquées permettent de réaliser le générateur sous forme d'une cartouche pouvant facilement être incorporée dans un pistolet de projection portatif et remplissant l'ensemble des conditions actuellement exigées pour ce genre de dispositif. All the characteristics which have just been indicated make it possible to produce the generator in the form of a cartridge which can easily be incorporated into a portable spray gun and fulfilling all the conditions currently required for this kind of device.
Le moteur à air 52, l'alternateur 62, le redresseur 70 et le régulateur de tension 72 forment un sous-ensemble qui est, de préférence, agencé de manière à présenter des caractéristiques fonctionnelles telles que les suivantes : The air motor 52, the alternator 62, the rectifier 70 and the voltage regulator 72 form a sub-assembly which is preferably arranged so as to have functional characteristics such as the following:
a) tension de sortie continue relativement constante ayant une valeur de 5 à 10 V, avec une puissance à 5 à 8 W en utilisant une source d'air comprimé, délivrant de l'air exempt d'huile, sous une pression comprise entre 1,406 et 5,624 kg/cm2 en utilisant un débit d'air inférieur à 0,142 m3/mn (mesuré dans les conditions normales de température et de pression), l'air comprimé étant ensuite évacué du dispositif sous la pression atmosphérique; a) relatively constant continuous output voltage having a value of 5 to 10 V, with a power of 5 to 8 W using a source of compressed air, delivering oil-free air, at a pressure between 1.406 and 5.624 kg / cm2 using an air flow of less than 0.142 m3 / min (measured under normal conditions of temperature and pressure), the compressed air then being evacuated from the device under atmospheric pressure;
b) accélération du rotor 56 du moteur à air et de l'induit 60 jusqu'à 80% de leur vitesse maximale au bout d'un temps maximum de l'ordre de 0,2 s à partir du déclenchement de la gâchette, et c) poids léger, de l'ordre de 85 g, associé avec une robustesse de construction permettant l'obtention d'une longue durée de vie. Comme on le voit notamment aux fig. 2 et 3, le moteur à b) acceleration of the rotor 56 of the air motor and of the armature 60 to 80% of their maximum speed after a maximum time of the order of 0.2 s from the triggering of the trigger, and c) light weight, of the order of 85 g, associated with a robust construction allowing obtaining a long service life. As can be seen in particular in FIGS. 2 and 3, the engine
air 52 est de préférence constitué par un moteur à air simple, du type à impulsions, comprenant un rotor léger 56 ayant un diamètre de l'ordre de 2,5 cm. Lorsque ce rotor est soumis à l'action d'un courant d'air pénétrant dans le moteur par la buse 50 avec une vitesse de l'ordre de 300 m/s, sa vitesse de rotation théorique maximale est de l'ordre de 300000 t/mn. On peut donc facilement faire fonctionner le moteur avec une vitesse de rotation du rotor comprise entre 10000 et 30000 t/mn ce qui fournit un couple moteur suffisant pour entraîner l'alternateur 62 de manière à obtenir à partir de l'énergie cinétique du courant d'air, la quantité d'énergie désirée. air 52 is preferably constituted by a simple air motor, of the pulse type, comprising a light rotor 56 having a diameter of the order of 2.5 cm. When this rotor is subjected to the action of an air current entering the motor through the nozzle 50 with a speed of the order of 300 m / s, its maximum theoretical rotation speed is of the order of 300,000 rpm. It is therefore easy to operate the engine with a rotor rotation speed of between 10,000 and 30,000 rpm, which provides sufficient engine torque to drive the alternator 62 so as to obtain from the kinetic energy of the current d air, the amount of energy desired.
Un courant d'air comprimé ayant un débit de l'ordre de 0,1136 m3/mn (mesuré dans les conditions normales de température et de pression), sous une pression de 2,812 kg/cm2, correspond à une puissance théorique de l'ordre de 200 W. Etant donné que l'énergie électrique qu'il est nécessaire d'obtenir à la sortie du redresseur est de l'ordre de 10 W au maximum, le système qui vient d'être décrit permet d'utiliser la totalité de la chute de pression disponible pour entraîner le moteur à air 52 et l'alternateur qui lui est associé 62. En outre, le moteur à air du type turbine à impulsions qui vient d'être décrit, permet d'éviter l'emploi de joints d'étanchéité glissants et permet d'utiliser des roulements à billes, des coussinets à imprégnation d'huile ou tout autre type de coussinets appropriés, appartenant de préférence au genre utilisé dans le dispositif d'entraînement de mèches pour dentistes et les dispositifs analogues qui se prêtent avec une durée de vie élevée à l'utilisation aux grandes vitesses de rotation. A stream of compressed air with a flow rate of the order of 0.1136 m3 / min (measured under normal temperature and pressure conditions), under a pressure of 2.812 kg / cm2, corresponds to a theoretical power of of the order of 200 W. Since the electrical energy which it is necessary to obtain at the output of the rectifier is of the order of 10 W at most, the system which has just been described makes it possible to use all of the pressure drop available to drive the air motor 52 and the alternator associated therewith 62. In addition, the air motor of the impulse turbine type which has just been described, makes it possible to avoid the use of sliding seals and allows the use of ball bearings, oil-impregnated pads or any other suitable type of pads, preferably belonging to the type used in the dentist drill driver and the like which lend themselves to a long service life with gran rotational speeds.
Pour obtenir la valeur élevée requise de l'accélération de l'induit 60 de l'alternateur 62, il faut maintenir à une valeur aussi basse que possible l'inertie du rotor 56 du moteur à air ainsi que celle de l'induit 60. A cet effet, l'induit 60 comprend de préférence un aimant permanent 100, à haute énergie, ayant par exemple une longueur de l'ordre de 15,9 mm (% de pouce) et un diamètre de l'ordre de 12,7 mm ('A pouce). Dans l'état actuel de la technique, on considère que des diamètres d'aimants supérieurs à 12,7 mm entraînent une inertie excessive. De préférence, on utilise de l'Al-nico 8 comme matériau constitutif de l'induit en question, bien que l'on puisse également utiliser tout autre matériau approprié, To obtain the required high value of the acceleration of the armature 60 of the alternator 62, the inertia of the rotor 56 of the air motor as well as that of the armature 60 must be kept as low as possible. For this purpose, the armature 60 preferably comprises a permanent magnet 100, with high energy, for example having a length of the order of 15.9 mm (% of an inch) and a diameter of the order of 12.7 mm ('A inch). In the current state of the art, it is considered that magnet diameters greater than 12.7 mm cause excessive inertia. Preferably, Al-nico 8 is used as the constituent material of the armature in question, although any other suitable material can also be used,
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
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65 65
624 317 624,317
6 6
par exemple de l'Alnico 5. Comme mentionné ci-dessus, l'induit 60 est agencé de manière à faire corps avec le rotor 56 et il est placé immédiatement à côté et à l'extérieur du logement 52 du moteur à air. for example Alnico 5. As mentioned above, the armature 60 is arranged so as to form a body with the rotor 56 and it is placed immediately next to and outside the housing 52 of the air motor.
Comme on le voit par exemple sur les fig. 3 et 4, le stator de l'alternateur 62 consiste en un cylindre creux 64, revêtu de résine époxy, en un acier allié à haute perméabilité dont l'emploi permet de diminuer les pertes par hystérésis dans le noyau. On adopte de préférence le type de construction classique à enroulement en ruban ce qui permet également de minimiser les pertes par courant de Foucault. L'enroulement du stator 64 se compose de deux bobinages et il est agencé de manière à permettre d'obtenir une tension alternative de sortie ayant une valeur de l'ordre de 12 V et d'être en accord avec les caractéristiques d'impédance du redresseur 70, du régulateur de tension 72 et de l'oscillateur 74. L'ensemble du stator et de son enroulement est encapsulé ou enrobé, comme indiqué par le chiffre de référence 102 de façon à constituer un élément du type monolithique. L'alternateur 62 qui vient d'être décrit a une structure simple et robuste et il se distingue par un faible couple de démarrage qui permet d'atteindre rapidement la vitesse de fonctionnement de l'ordre de 15000 t/mn, à savoir en moins d' 'A s, cette vitesse permettant d'obtenir une puissance de l'ordre de 5 à 10 W avec une tension de l'ordre de 12 V. As seen for example in Figs. 3 and 4, the alternator stator 62 consists of a hollow cylinder 64, coated with epoxy resin, in a high permeability alloy steel whose use makes it possible to reduce losses by hysteresis in the core. The conventional type of ribbon winding construction is preferably adopted, which also makes it possible to minimize the eddy current losses. The stator 64 winding consists of two windings and is arranged so as to allow an alternating output voltage having a value of the order of 12 V to be obtained and to be in agreement with the impedance characteristics of the rectifier 70, voltage regulator 72 and oscillator 74. The entire stator and its winding is encapsulated or coated, as indicated by the reference numeral 102 so as to constitute an element of the monolithic type. The alternator 62 which has just been described has a simple and robust structure and it is distinguished by a low starting torque which makes it possible to quickly reach the operating speed of the order of 15,000 rpm, namely less d '' A s, this speed making it possible to obtain a power of the order of 5 to 10 W with a voltage of the order of 12 V.
Les éléments restants du générateur électrique sont des éléments électriques essentiellement constitués par des circuits et parties de circuits électriques classiques dont les caractéristiques sont choisies de manière à permettre le fonctionnement du générateur dans les conditions indiquées précédemment. La fig. 5 illustre un exemple de circuit qui est approprié pour constituer le redresseur 70 et le régulateur de tension 72 qui permettent de transformer la tension alternative de sortie de l'alternateur 62 qui a une valeur de l'ordre de 8 à 16 V en une tension continue ayant une valeur de l'ordre de 8 à 12 V. Comme on le voit à la fig. 5, l'alternateur 62 est raccordé à un redresseur en pont 110 composé de diodes 112 constitué et fonctionnant en utilisant les principes de la physique de l'état solide. Le courant de sortie du redresseur en pont 110 est raccordé à une diode de Zener 114 et à un condensateur de filtrage 116 ce qui permet d'obtenir un courant continu sensiblement constant aux bornes du circuit 118. The remaining elements of the electric generator are electric elements essentially constituted by conventional electrical circuits and parts of circuits, the characteristics of which are chosen so as to allow the generator to operate under the conditions indicated above. Fig. 5 illustrates an example of a circuit which is suitable for constituting the rectifier 70 and the voltage regulator 72 which make it possible to transform the alternating output voltage of the alternator 62 which has a value of the order of 8 to 16 V into a voltage continuous having a value of the order of 8 to 12 V. As can be seen in FIG. 5, the alternator 62 is connected to a bridge rectifier 110 composed of diodes 112 constituted and operating using the principles of solid state physics. The output current of the bridge rectifier 110 is connected to a Zener diode 114 and to a filtering capacitor 116 which makes it possible to obtain a substantially constant direct current at the terminals of the circuit 118.
Comme indiqué ci-dessus, l'oscillateur à haute fréquence 74 est de préférence agencé de manière à permettre d'obtenir une tension de sortie à onde rectangulaire ayant une fréquence comprise dans la gamme de 10 à 50 kHz avec une valeur compatible avec celle de la tension continue d'entrée mentionnée ci-dessus (8 à 12 V). La tension alternative à haute fréquence engendrée par l'oscillateur est ensuite transformée en une tension à onde rectangulaire ayant une valeur de 2500 V qui est introduite dans le premier étage du multiplicateur 80. As indicated above, the high frequency oscillator 74 is preferably arranged so as to make it possible to obtain an output voltage with rectangular wave having a frequency in the range from 10 to 50 kHz with a value compatible with that of the DC input voltage mentioned above (8 to 12 V). The high frequency alternating voltage generated by the oscillator is then transformed into a rectangular wave voltage having a value of 2500 V which is introduced into the first stage of the multiplier 80.
La fig. 6 représente schématiquement un circuit électrique pouvant convenir pour l'oscillateur 74 et le transformateur 76. Comme on le voit à la fig. 6, les bornes de sortie 118 du régulateur de tension 72 sont raccordées entre elles à travers une résistance 120 et une diode 122. Le circuit oscillateur comprend une paire de transistors 124, 126, dont les sorties sont connectées entre elles par l'intermédiaire de l'enroulement primaire 128 du transformateur 76. La tension de sortie du circuit, qui est élevée à une valeur de l'ordre de plus ou moins 2500 V, et dont la fréquence est comprise entre 10 et 50 kHz, est délivrée par l'enroulement secondaire 130 du transformateur. Fig. 6 schematically represents an electrical circuit which may be suitable for the oscillator 74 and the transformer 76. As can be seen in FIG. 6, the output terminals 118 of the voltage regulator 72 are connected together through a resistor 120 and a diode 122. The oscillator circuit comprises a pair of transistors 124, 126, the outputs of which are connected to each other by means of the primary winding 128 of the transformer 76. The output voltage of the circuit, which is raised to a value of the order of plus or minus 2500 V, and whose frequency is between 10 and 50 kHz, is delivered by the secondary winding 130 of the transformer.
Le moteur à air, l'alternateur, le redresseur, le régulateur de tension, l'oscillateur et le transformateur constituent de préférence un sous-ensemble monolithique (une fois encapsulé) qui constitue une unité amovible formant la première des cartouches mentionnées plus haut. The air motor, the alternator, the rectifier, the voltage regulator, the oscillator and the transformer preferably constitute a monolithic sub-assembly (once encapsulated) which constitutes a removable unit forming the first of the cartridges mentioned above.
On applique les ondes rectangulaires ayant de préférence une valeur maximale de tension de plus ou moins 2500 V, obtenue comme indiqué ci-dessus, à la sortie du transformateur 76, aux bornes d'entrée du multiplicateur à longue chaîne 80. La fig. 7 The rectangular waves are preferably applied having a maximum voltage value of plus or minus 2500 V, obtained as indicated above, at the output of the transformer 76, at the input terminals of the long chain multiplier 80. FIG. 7
représente schématiquement un circuit approprié pour constituer un multiplicateur série à plusieurs étages, comprenant par exemple environ 24 étages, permettant l'obtention d'une tension de 60 kV. Du fait que les dimensions et le poids d'une unité de ce genre découlent de ceux de ses constituants électriques, à savoir les condensateurs et les redresseurs qui forment la chaîne de multiplication, le fait que la tension d'entrée est constituée par une onde rectangulaire de plus ou moins 2500 V, permet d'utiliser des constituants classiques, conçus pour fonctionner sous 5 kV, ayant des dimensions et un poids réduits. Comme on le voit, une telle chaîne de multiplication comprend une pluralité d'étages dont chacun est formé par des condensateurs 132 raccordés en série et pontés par des diodes 134. On peut utiliser n'importe quel multiplicateur série ou parallèle à longue chaîne, approprié, mais on utilise de préférence un multiplicateur série. Ce multiplicateur constitue de préférence le deuxième sous-ensemble monolithique (une fois encapsulé) qui constitue une unité amovible formant la deuxième cartouche susmentionnée. schematically represents a circuit suitable for constituting a series multiplier with several stages, comprising for example approximately 24 stages, making it possible to obtain a voltage of 60 kV. Since the dimensions and the weight of a unit of this kind derive from those of its electrical components, namely the capacitors and rectifiers which form the multiplication chain, the fact that the input voltage is constituted by a wave rectangular more or less 2500 V, allows the use of conventional components, designed to operate at 5 kV, having reduced dimensions and weight. As can be seen, such a multiplication chain comprises a plurality of stages each of which is formed by capacitors 132 connected in series and bridged by diodes 134. Any suitable serial or parallel multiplier with long chain can be used , but preferably use a serial multiplier. This multiplier preferably constitutes the second monolithic sub-assembly (once encapsulated) which constitutes a removable unit forming the second cartridge mentioned above.
On comprend donc que tous les constituants électroniques, à savoir le moteur à air 52, l'alternateur 62, le redresseur 70, le régulateur 72, l'oscillateur 74 et le transformateur 76, qui constituent un sous-ensemble et le multiplicateur 80 qui constitue un deuxième sous-ensemble peuvent être assemblés de manière compacte et encapsulés de manière appropriée de façon à former des éléments monolithiques séparables pouvant être combinés pour constituer la cartouche et former ensemble un élément facile à monter et à démonter sur le lieu d'utilisation du pistolet. It is therefore understood that all the electronic components, namely the air motor 52, the alternator 62, the rectifier 70, the regulator 72, the oscillator 74 and the transformer 76, which constitute a sub-assembly and the multiplier 80 which constitutes a second sub-assembly can be assembled in a compact manner and appropriately encapsulated so as to form separable monolithic elements which can be combined to constitute the cartridge and together form an element which is easy to assemble and disassemble at the place of use of the gun.
Afin de limiter la tension de sortie et d'empêcher la surcharge du moteur à air 52, on peut inclure un système régulateur d'air 148 dans la conduite d'entrée d'air 28 située dans la poignée 14. Un tel système de régulation d'air, agencé de manière simple est représenté schématiquement dans la fig. 8. Comme on le voit, ce système comprend un manchon 150 qui définit un alésage central allongé 152 provoquant une réduction sensible de la section de passage du courant d'air, ce manchon 150 étant placé à l'intérieur de la conduite 28. L'alésage 152 est fermé à une extrémité par une valve mobile 154. La base 156 de la valve 154 est placée en contact glissant avec les parois d'une partie élargie de la conduite 28, des joints «O-ring» appropriés 158 étant avantageusement interposés entre ces parois et celles de la base 156 de manière à éviter les fuites d'air entre elles. La partie supérieure 160 de la valve 154 présente un diamètre réduit par rapport à celui de la base de manière à ménager un logement 162 entre sa paroi extérieure et la paroi intérieure de la conduite 28. Le logement 162 est également délimité par un bouchon 164 dans lequel est ménagé un alésage central 166 qui permet une réduction du diamètre de passage du courant d'air. Le bouchon 164 est placé de manière à limiter le déplacement vers le haut de la valve 154 qui est normalement repoussée au contact de ce bouchon par le ressort 168. La valve 154 est en outre munie d'une pluralité de conduites ou canaux 170, disposés obliquement, qui permettent l'écoulement de l'air en provenance de l'alésage 52 dans le compartiment 162 lorsque les orifices de ces canaux ne sont pas bouchés par l'extrémité du manchon 150. In order to limit the output voltage and to prevent the overload of the air motor 52, an air regulator system 148 can be included in the air inlet pipe 28 located in the handle 14. Such a regulation system of air, arranged in a simple manner is shown diagrammatically in FIG. 8. As can be seen, this system comprises a sleeve 150 which defines an elongated central bore 152 causing a substantial reduction in the cross-section of the air flow, this sleeve 150 being placed inside the pipe 28. L the bore 152 is closed at one end by a movable valve 154. The base 156 of the valve 154 is placed in sliding contact with the walls of an enlarged part of the pipe 28, suitable “O-ring” seals 158 being advantageously interposed between these walls and those of the base 156 so as to avoid air leaks therebetween. The upper part 160 of the valve 154 has a reduced diameter relative to that of the base so as to provide a housing 162 between its outer wall and the inner wall of the pipe 28. The housing 162 is also delimited by a plug 164 in which is formed a central bore 166 which allows a reduction in the diameter of passage of the air stream. The plug 164 is placed so as to limit the upward movement of the valve 154 which is normally pushed back in contact with this plug by the spring 168. The valve 154 is further provided with a plurality of conduits or channels 170, arranged obliquely, which allow the flow of air from the bore 52 in the compartment 162 when the orifices of these channels are not blocked by the end of the sleeve 150.
Lors du fonctionnement de ce dispositif, la valve 154 est normalement repoussée en position de fermeture contre l'alésage 166 du bouchon 164. Toutefois, la pression de l'air dans le compartiment 162 a tendance à déplacer la valve vers le bas, en résistant à l'action antagoniste du ressort 168 ce qui permet d'ouvrir l'alésage 166 et de fermer partiellement ou complètement les canaux 170. La fermeture complète ou partielle des canaux 170 a pour effet d'inverser cette action et de permettre au ressort 168 d'exercer une action de réglage en déplaçant le bouchon vers le haut. Il apparaît clairement qu'un choix judicieux des dimensions des éléments décrits ci-dessus permet de limiter la pression s'exerçant du côté amont du courant d'air de manière à obtenir une valeur prédéterminée, indépendante de la pression dans la partie aval de la conduite et, par conséquent, de régler le débit d'air dans le moteur à air. During the operation of this device, the valve 154 is normally pushed back into the closed position against the bore 166 of the plug 164. However, the air pressure in the compartment 162 tends to move the valve down, resisting to the antagonistic action of the spring 168 which makes it possible to open the bore 166 and to partially or completely close the channels 170. The complete or partial closure of the channels 170 has the effect of reversing this action and allowing the spring 168 to exert an adjustment action by moving the cap upwards. It clearly appears that a judicious choice of the dimensions of the elements described above makes it possible to limit the pressure exerted on the upstream side of the air stream so as to obtain a predetermined value, independent of the pressure in the downstream part of the line and therefore adjust the air flow in the air motor.
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 7
624 317 624,317
Un système prototype fonctionnant en accord avec les principes énoncés permet d'obtenir une tension continue de sortie ayant une valeur de 55 kV pour une puissance de 3 W, à partir d'un courant d'air comprimé dont la pression d'entrée est réglée à une valeur de 1,406 kg/cm2 et dont le débit est de 0,119 m3/mn (mesuré dans les conditions normales de température et de pression). On obtient les caractéristiques de fonctionnement et les résultats suivants: A prototype system operating in accordance with the stated principles makes it possible to obtain a direct output voltage having a value of 55 kV for a power of 3 W, from a stream of compressed air whose input pressure is regulated. at a value of 1.406 kg / cm2 and whose flow rate is 0.119 m3 / min (measured under normal conditions of temperature and pressure). The following operating characteristics and results are obtained:
Sous-ensemble moteur à air-alternateur: Air-alternator engine sub-assembly:
Courant d'air d'entrée: 1,406 kg/cm2; 0,119 m'/mn (conditions normales de température et de pression). Input air current: 1.406 kg / cm2; 0.119 m / min (normal temperature and pressure conditions).
Energie électrique délivrée: 8,6 W sous 12,1 V et avec une fréquence de 250 Hz. Electrical energy delivered: 8.6 W at 12.1 V and with a frequency of 250 Hz.
Dimensions (D x L): 34,925 x 34,417 mm. Dimensions (D x L): 34.925 x 34.417 mm.
Poids : 68,04 g. Weight: 68.04 g.
Durée de démarrage: moins de 0,1 s pour 90% de la valeur nominale. Start-up time: less than 0.1 s for 90% of the nominal value.
Redresseur-régulateur-oscillateur-transformateur: Rectifier-regulator-oscillator-transformer:
5 Courant d'air d'entrée : comme indiqué ci-dessus. 5 Input air flow: as shown above.
Tension de sortie: 5,1 kV (tension de pointe) à 20 kHz et 5,4 W. Dimensions : 34,925 x 25,4 mm. Output voltage: 5.1 kV (peak voltage) at 20 kHz and 5.4 W. Dimensions: 34.925 x 25.4 mm.
Poids: 63,78 g (encapsulé). Weight: 63.78 g (encapsulated).
io Multiplicateur de tension : io Voltage multiplier:
Courant d'air d'entrée: comme indiqué ci-dessus. Inlet air flow: as shown above.
Tension de sortie: tension continue ayant une valeur de 55 kV Output voltage: direct voltage with a value of 55 kV
pour une puissance de 3 W. for a power of 3 W.
Dimensions (D x L): 22,225 x 120,650 mm. Dimensions (D x L): 22.225 x 120.650 mm.
15 Poids: 113,4 g (encapsulé). 15 Weight: 113.4 g (encapsulated).
R R
2 feuilles dessins 2 sheets of drawings
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|---|---|---|---|
| PUE | Assignment |
Owner name: GRACO INC. |
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