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FIRST SYSTEM FOR REGENERATIVE DRY SEPARATION OF OVERSPRAY
IN AUTOMOBILE PRODUCTION
Primo sistema per la separazione rigenerativa a secco dell’overspray nella
produzione di automobili
Dürr Systems GmbH,
Stuttgart, Germany
ess energy and resource consumption with
Lreduced CO 2 emissions – this is what Dürr’s
EcoDryScrubber stands for. The innovative painting
technology enables massive energy savings in
by far the most energy intensive manufacturing
process in vehicle production. It offers up to 30% less
energy consumption in the entire paint shop and
even up to 60% if just the booth area is considered.
The EcoDryScrubber achieves this through the dry
separation of surplus paint particles during paint
application in conjunction with the recirculation of
the booth process air.
Minore consumo di energia e di risorse con ridotte
emissioni di CO 2 – questo è ciò che
EcoDryScrubber di Dürr rappresenta. L’innovativa tecnologia
di verniciatura consente grandi risparmi di
energia durante quella che è la fase con di gran lunga
il maggior dispendio di energia nella produzione di
veicoli. Offre fino al 30% in meno di consumo di energia
se si considera l’intero impianto di verniciatura,
e fino al 60% se si considera solo l’area della cabina.
L’EcoDryScrubber ottiene questi risultati attraverso la
separazione a secco dell’eccesso di vernice durante l’applicazione
e il ricircolo dell’aria di processo della cabina.
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INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
The Status Quo
When applying wet paints the efficiency varies
depending on the level of automation. In manual
painting 20% of the material reaches the body, while
with automated exterior painting it is 85%. In the
conventional painting process the rest of the paint,
known as overspray, is carried into the lower section
of the spray booth using downward flowing process
air where it binds with water using special Venturi
tubes. The booth process air is drawn off as, through
contact with water it absorbs too much moisture for
it to be re-used, and it also contains paint particle
residues. The paint sludge resulting from the
overspray mixed with water has to be disposed of as
hazardous waste.
The Idea
The starting point for Dürr was to generate cost per
unit advantages for the customer through reduced
energy use. Eliminating the standard wet separation
of excess paint particles that do not adhere to the
car body surface means that fresh water is no longer
required for paint separation. This in turn leads to
the possibility of direct recirculation of the booth
air since it does not accumulate any moisture.
Recirculation reduces the energy required for air
treatment significantly compared to conventional
spray booths. This elimination of fresh water and
the partial addition of fresh air leads to meaningful
improvements in energy consumption and in CO 2 and
paint particle emissions.
Already at the beginning of 2005 the product
developers at Dürr had the first thoughts about this
system which is fully in fashion today. Particular
challenges existed with the issues of complete
automation, precoating and cleaning of the
filters, as well as discharge and refilling of the
precoat material. Then, after about two years of
development time the Dürr pilot plant in Bietigheim
started its operation in April 2007: it has already put
in over 1,500 hours of operation to date.
The Technology
For dry separation Dürr replaced water with
powdered limestone as a bonding agent. This
precoat material comes from silos or big-bag stations
in the separation process. The dry filter modules
consist of process-optimized filter elements which
regenerate automatically during operation and can
Lo status quo
Quando si applica vernice liquida, l’efficienza varia a seconda
del livello di automazione. Nella verniciatura manuale
il 20% del materiale raggiunge la scocca, mentre
con la verniciatura automatica esterna è l’ 85%. Nel processo
di verniciatura tradizionale l’eccesso di vernice, conosciuto
come overspray, è convogliato nella parte più
bassa della cabina di verniciatura tramite l’aria di processo;
questa fluisce verso il basso e qui si unisce all’acqua
utilizzando speciali tubi Venturi. L’aria di processo della cabina
è poi espulsa dal momento che, a causa del contatto
con l’acqua, assorbe troppa umidità per essere riutilizzata,
e inoltre contiene residui di vernice. I fanghi di vernice
che risultano dall’overspray miscelato con l’acqua devono
essere smaltiti come rifiuti pericolosi.
L’idea
Il punto di partenza per Dürr era creare vantaggi di
costo per unità al cliente attraverso la riduzione del
consumo di energia. Eliminando la separazione umida
tradizionale della vernice in eccesso che non aderisce
alla superficie della scocca dell’auto significa che
non si ha più la necessità di acqua dolce per la separazione
della vernice. Al contrario questo consente
il ricircolo diretto dell’aria della cabina siccome essa
non accumula più alcuna umidità. Il ricircolo riduce
in modo significativo l’energia richiesta per il trattamento
dell’aria, se comparata alle cabine tradizionali
di spruzzatura. L’eliminazione dell’acqua dolce e la
parziale aggiunta di aria nuova porta importanti miglioramenti
nel consumo di energia e nelle emissioni
di CO 2 e di particelle di vernice.
Già all’inizio del 2005 gli sviluppatori del prodotto c/o
Dürr ebbero la prima idea riguardo a questo sistema,
oggi molto di moda. Il tema dell’automazione completa,
il precoating e la pulizia dei filtri, così come lo
scarico e il ricarico del materiale di precoat rappresentavano
delle vere e proprie sfide. Dopo circa due
anni di sviluppo, l’impianto pilota Dürr a Bietigheim
iniziò a funzionare nell’aprile del 2007 e oggi funziona
già da oltre 1.500 ore.
La tecnologia
Per la separazione a secco Dürr ha sostituito l’acqua con
calcare polveroso come agente legante. Questo materiale
di precoat arriva al processo di separazione da silos o centrali
big-bag. I moduli di filtrazione a secco consistono di
elementi filtranti ottimizzati per il processo che si rigenerano
automaticamente durante il funzionamento e possono
international PAINT&COATING magazine - NOVEMBER/novembre 2011 - N. 12 53

First System for Regenerative Dry Separation of Overspray in Automobile Production
be expected to have a lifespan of 3 years or more.
The cleaning process achieves a filtration of nearly
100% - additional filtration of the recirculated air is
not necessary.
With the constant flow of the air management
system, which usually needs a fresh air supply of 5
to 20%, the wet overspray particles are carried from
the application area into the modular filter box. The
downward air speed of about 0.3 meters per second
accelerates through a constriction in the booth floor
to about 5 meters per second. This suction prevents
the backflow of precoat particles from the filter
module into the booth. The separation takes place on
the surface of the filters and then the recirculated air
is fed back into the supply as clean air.
The precoat material is delivered to the filter module
up to an optimum fill level from the big-bag.
Air nozzles blow the powdered limestone above the
hopper base. The swirling material circulates with the
inflowing air from the application area, thus allowing
complete circulation and uniform coating of all filter
elements. The air is pulled through every filter element
towards the clean air side. The precoat material in the
air flow deposits itself in a complete layer over the entire
filter element surface and hopper walls.
This prevents any direct contact of the wet overspray
with the filters and the inner surface of the filter module.
The paint particles adhere to the precoat layer until
the filter surface is covered with them. This leads to
an increase in air resistance through the filter and
once the maximum pressure differential is reached,
the filter cake is blown off the filter. The filter element
is back-flushed with clean compressed air for a
quarter of a second to dust off the used precoat
material. This dusting off takes place separately for
every filter element and is repeated every 25 minutes
on average. This guarantees constant pressure
conditions and a constant air budget.
Once the filter cake is blown off the filter module
the contaminated precoat material falls into the
hopper and remains within the process until a certain
saturation point is reached. When this point is
reached the used up precoat material is removed by
suction and the hopper is automatically refilled with
fresh precoat material.
The EcoDryScrubber air recirculation system is
designed for fully automated spray booths with
painting robots. The residual dust content after
filtration is less than 0.1 mg/ m 3 . This nearly 100 %
avere una durata fino a tre anni o più. Il processo di pulizia
ottiene una filtrazione vicina al 100%: non è necessaria
una filtrazione aggiuntiva dell’aria di ricircolazione.
Con il flusso costante del sistema di gestione dell’aria, che
normalmente necessita di una alimentazione di aria pulita
dal 5 al 20%, le particelle di overspray umido sono trasportate
dall’area di applicazione al filtro modulare. La velocità
di circa 0,3 metri al secondo dell’aria discendente accelera,
a causa della compressione verso il fondo della cabina,
a circa 5 metri al secondo. Questa aspirazione previene il
riflusso di particelle di precoat dal modulo filtrante alla cabina.
La separazione avviene sulla superficie dei filtri dopodichè
l’aria ricircolata è rimandata al sistema di alimentazione
come aria pulita.
Il materiale di precoat è inviato dal big-bag al modulo di
filtrazione fino a raggiungere un livello ottimale di riempimento.
Gli ugelli d’aria soffiano il calcare polveroso sopra la
base della tramoggia. Il materiale turbinante circola insieme
all’afflusso d’aria proveniente dall’area di applicazione,
e consente così la circolazione completa e il rivestimento
uniforme di tutti gli elementi filtranti. L’aria è spinta attraverso
ogni elemento filtrante verso il lato con aria pulita. Il
materiale di precoat contenuto nel flusso d’aria si deposita
in uno strato completo sopra l’intera superficie dell’elemento
filtrante e sulle pareti della tramoggia. Questo evita
qualsiasi contatto diretto dell’overspray umido con i filtri e
con la superficie interna del modulo filtrante.
Le particelle di vernice aderiscono allo strato di precoat fino
a coprire tutta la superficie del filtro. Ciò conduce a un
aumento della resistenza dell’aria attraverso il filtro ed una
volta raggiunto il differenziale massimo di pressione l’incrostazione
del filtro è soffiata via. L’elemento filtrante è poi
risciacquato di nuovo con aria compressa pulita per 15 secondi
onde soffiare via il materiale di precoat usato. Questa
soffiatura avviene separatamente per ogni elemento
filtrante e si ripete mediamente ogni 25 minuti. Questo
garantisce condizione di pressione costante e un afflusso
d’aria costante.
Una volta che l’incrostazione del filtro è soffiata via dal modulo
filtrante il materiale di precoat contaminato ricade
nella tramoggia e rimane all’interno del processo fino a che
non si raggiunge un certo punto di saturazione. Quando
questo punto è raggiunto il materiale di precoat utilizzato è
rimosso tramite aspirazione e la tramoggia viene automaticamente
ricaricata con materiale di precoat nuovo.
Il sistema di ri-circolazione dell’aria EcoDryScrubber è progettato
per cabine di verniciatura completamente automatiche
con robot di verniciatura. Il contenuto residuo di polvere
dopo la filtrazione è inferiore a 0,1 mg/ m 3 . Questo tasso
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INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
filtration rate allows direct air recirculation without
additional filtration and meets HEPA 12 standards.
This makes possible a new booth concept with smaller
dimensions and a lower air volume flow.
Compatibility
The EcoDryScrubber is not only designed for fully
automated new plants, but can also be installed as
a conversion to existing plants under appropriate
structural conditions. These structural conditions
are easy to define: Only about 4.5 meters of depth
is required beneath the booth conveyer system
and about 1.5 meters is required laterally for filter
replacement. Then in combination with the air
recirculation even in the conversion of existing
separation systems the energy benefits of the new
technology are brought fully to bear.
The potential application area extends from
automobile manufacturers to their suppliers and into
other industrial sectors which have relatively large
parts to paint.
Dry separation has already appeared in daily practice.
Since October 2008 the REHAU company paints
automobile bumpers with the new Dürr technology in
their factory in Viechtach, Germany.
di filtrazione vicino al 100% consente la ricircolazione diretta
dell’aria senza filtrazione aggiuntiva e soddisfa gli standard
HEPA 12. Questo rende possibile un nuovo concetto di cabina
con dimensioni minori e un volume d’aria inferiore.
Compatibilità
L’EcoDryScrubber non è destinato solo ad impianti
nuovi e completamente automatici, ma può anche essere
adattato a impianti esistenti in presenza di condizioni
strutturali appropriate. Queste condizioni strutturali
sono semplici da definire: si richiedono solamente
4,5 m circa di profondità sotto al sistema di trasporto
della cabina e circa 1,5 m lateralmente per la sostituzione
dei filtri. Quindi in combinazione con il ricircolo
dell’aria, anche nel caso di riadattamenti di sistemi
di separazione pre-esistenti, i benefici energetici della
nuova tecnologia sono pienamente raggiunti. L’area
di applicazione potenziale va dai costruttori di auto ai
loro fornitori fino ad altri settori industriali che hanno
pezzi relativamente grandi da verniciare.
La separazione a secco ha già fatto la sua comparsa
nella pratica quotidiana. Dall’ottobre 2008 l’azienda
REHAU vernicia paraurti per auto con la nuova tecnologia
Dürr nel proprio stabilimento di Viechtach, Germania.
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First System for Regenerative Dry Separation of Overspray in Automobile Production
Cost
By means of recirculation and recycling of the process
air – which is only possible when water is not used
as a bonding agent – energy costs for air treatment
in the spray booth are reduced by up to 60%. In
addition, the water required for humidifying the air
is reduced by about 80% since less air needs to be
conditioned. Finally, less space is required, since the
compact construction reduces the booth cross-section
by about 35%. This ensures, on the one hand, low air
volume flow for fresh air due to considerably smaller
dimensions for air treatment, and heat recovery
can be entirely dispensed with. On the other hand,
another innovation from Dürr is decisively brought to
bear: the use of space-saving EcoRP painting robots
that travel along rails fitted to the walls of the booth.
The sum of these savings in all areas has a positive
effect both on investment costs and on costs per unit
during operation.
Costi
Attraverso il ricircolo e il recupero dell’aria di processo –
che è possibile solamente quando non si utilizza acqua
come agente legante– i costi energetici per il trattamento
dell’aria nella cabina di spruzzatura si riducono fino al
60%. Inoltre, l’acqua richiesta per l’umidificazione dell’aria
si riduce dell’80% dal momento che meno aria necessita
di condizionamento. Infine, è necessario anche uno spazio
minore, dal momento che la costruzione compatta
riduce la sezione trasversale della cabina di circa il 35%.
Questo assicura, da un lato, un flusso inferiore di aria pulita
grazie alle dimensioni considerevolmente minori per
il trattamento dell’aria, e inoltre rende superfluo il recupero
del calore. Dall’altro lato, si mette in atto un’altra innovazione
di Dürr: l’utilizzo di robot di verniciatura EcoRP
che risparmiano spazio perché si spostano su rotaie fissate
lungo le pareti della cabina. La somma di questi risparmi
in tutte le aree ha un effetto positivo sia sui costi di investimento
che sui costi per unità durante la produzione.
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INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
Eco-Balance
Most of the energy needed in automobile
painting is for air treatment in the spray booth.
The energy optimizations achieved with the
EcoDryScrubber therefore have a major impact
on a paint system’s total energy consumption. In
a paint shop with an annual capacity of 158,000
car bodies use of the EcoDryScrubber reduces
energy consumption by 16 million kWh per year.
This is equivalent to a reduction of 5,200 tons in
CO 2 emissions. Over a car model’s total product
life cycle of seven years Dürr’s innovative solution
can produce savings in the region of € 8 million.
Over the same period CO 2 emissions are reduced
by 36,400 tons.
Completing the picture is the fact that the
saturated precoat material, in contrast to
conventional paint sludge, is not considered
hazardous waste. It can instead be re-used
untreated in other production processes like the
cement industry.
Eco-equilibrio
La maggior parte dell’energia richiesta nella verniciatura
delle auto è destinata al trattamento dell’aria nella
cabina di spruzzatura. Le ottimizzazioni energetiche
ottenute con l’EcoDryScrubber, quindi, hanno un impatto
notevole sul consumo energetico totale del sistema
di verniciatura. In un reparto di verniciatura con
una capacità annuale di 158.000 scocche auto l’utilizzo
dell’EcoDryScrubber riduce il consumo di energia di
16 milioni di kWh all’anno. Questo equivale a una riduzione
di 5.200 t di emissioni di CO 2 . Su una durata
totale di prodotto di un modello d’auto di circa sette
anni questa soluzione innovativa di Dürr può produrre
un risparmio che si aggira sugli 8 milioni di euro. Sullo
stesso periodo le emissioni di CO 2 sono ridotte di
36.400 t.
Completa il quadro il fatto che il materiale di precoat
saturo, al contrario dei tradizionali fanghi di verniciatura,
non è considerato un rifiuto pericoloso. Può essere
invece riutilizzato senza trattamento alcuno in altri processi
produttivi quali l’industria del cemento.
international PAINT&COATING magazine - NOVEMBER/novembre 2011 - N. 12 57