DGUV Information 209-052 - Elektrostatisches Beschichten

A4.1
Berechnung der Konzentration brennbarer Lösemitteldämpfe (nach DIN EN 12215)

A4.1.1
Berechnungsgrundlage

Um den Vergleich mit der unteren Explosionsgrenze (UEG) zu vereinfachen, wird die Konzentration als C_UEG (in % der UEG) ausgedrückt.

		(1)
Die mittlere Konzentration (Masse) im Inneren der Spritzkabine hängt ab von der Menge der eingebrachten Lösemittel und dem Luftstrom:
		(2)
mit:
CUEG	berechneter Wert der höchstzulässigen Konzentration brennbarer Lösemittel als Funktion von UEG	in %
	durchschnittliche Konzentration brennbarer Lösemittel (in Luft) in der Spritzkabine	in g/m3
UEG	untere Explosionsgrenze der Lösemittel oder Lösemittelgemische bei 293 K	in g/m3
	Wenn die Bestandteile der Lösemittelgemische bekannt sind, die UEG des Gemisches jedoch unbekannt ist, ist die UEG des Lösemittelbestandteils mit dem geringsten Wert einzusetzen. Sind keine Angaben vorhanden, ist ein Wert von 40 g/m3 einzusetzen.	in g/m3
Ṁmax	pro Stunde verspritzte Höchstmenge flüssiger organischer Beschichtungsstoffe	in g/h
k1	Massenanteil der in den flüssigen organischen Beschichtungsstoffen enthaltenen brennbaren Lösemittel während des Spritzverfahrens	in %
k2	Geschätzte Menge brennbarer Lösemittel, die in der Spritzkabine durch Verdunstung freigesetzt werden	in %
k3	Sicherheitsfaktor, der die Heterogenität der Lösemittelkonzentration und insbesondere die hohen Konzentrationen zwischen der Spritzpistole, dem Werkstück und dessen Umgebung berücksichtigt
Qmin	Mindest-Frischluftstrom innerhalb der Spritzkabine, der die freigesetzten brennbaren Lösemittel auf die zulässige Konzentration herabsetzt	in m3/h

ANMERKUNG 1

Bei einer Mehrzonenkabine muss jede Sektion separat berechnet werden.

ANMERKUNG 2

Bei Kabinen, die mit einem Umluftsystem ausgerüstet sind, darf bei der Berechnung ausschließlich der Zuluftanteil als Q_minberücksichtigt werden.

A4.1.2
Berechnungsbeispiele

A4.1.2.1
Berechnung der Konzentration brennbarer Lösemitteldämpfe auf der Grundlage einer festgelegten mittleren Luftgeschwindigkeit

Annahmen:

Strömungsparameter einer vertikal belüfteten Spritzkabine (oder Sektion, in der lackiert wird):

Der Mindestluftstrom Q_min kann aus der Luftgeschwindigkeit v sowie der Breite B und Länge L des Luftstromquerschnitts berechnet werden:

	(3)

Ergebnis: Eine Nennkonzentration von C_UEG= 2,53 % wird erreicht, wenn die technische Lüftung der Spritzkabine für eine mittlere Luftgeschwindigkeit von v = 0,35 m/s ausgelegt ist (und weitere oben beschriebenen Annahmen gelten). Der in der Berechnung verwendete Sicherheitsfaktor kann zu einer tatsächlichen mittleren Konzentration von 1/3 dieses Nennwerts führen.

Nach dem Vergleich des Nennwerts mit den Konzentrationsschwellenwerten von 25% oder 50 % der UEG sind weitere Maßnahmen auszuwählen.

A4.1.2.2
Berechnung des Frischluftstroms auf der Grundlage eines festgelegten Konzentrationswerts

Gleichungen (1) und (2) können auch zur Berechnung des Frischluftstroms verwendet werden: Wenn:

CUEG,max	maximale Konzentration (Sollwert) als UEG
Qneu,min	in die Spritzkabine angesaugter Mindest-Frischluftstrom, um max im Inneren zu erhalten, dann ist
nach (1)
		(4)
nach (2)
		(5)

Annahmen:

Strömungsparameter einer (vertikal belüfteten) Spritzkabine (oder Sektion, in der lackiert wird):

Breite	B	= 4 m
Länge	L	= 8 m
Sollwert der Konzentration	CUEG,max	= 25 %
Menge der zugeführten Beschichtungsstoffe	Ṁmax	= 25 000 g/h
untere Explosionsgrenze	UEG	= 40 g/m3
Gehalt an brennbaren Lösemitteln	k1	= 85 % (0,85)
Verdunstungsanteil	k2	= 80 % (0,80)
Sicherheitsfaktor	k3	= 3

Ergebnis: Um eine maximale Nennkonzentration (Sollwert) des Lösemittels von C_UEG,max = 25 % (unter den oben beschriebenen Annahmen einschließlich eines Sicherheitsfaktors) zu erreichen, muss ein Mindest-Frischluftstrom Q_neu,min = 5 100 m³/h in die Spritzkabine geleitet werden

A4.2
Berechnung der Konzentration von entzündbaren Pulverlack hinsichtlich der UEG (nach DIN EN 12981)

A4.2.1
Berechnungsgrundlage

Um den Vergleich mit der unteren Explosionsgrenze (UEG) zu vereinfachen, wird die Konzentration als C_UEG (in Prozent der UEG) ausgedrückt.

		(6)
Die mittlere Konzentration (Masse) im Inneren der Pulverbeschichtungskabine hängt ab von der Menge der eingebrachten Pulverlacke und dem Luftstrom:
		(7)
Der Mindest-Luftvolumenstrom Qmin errechnet sich aus der Luftgeschwindigkeit v und dem Gesamtquerschnitt der Öffnungen:
Qmin= v x A x 3 600		(8)
mit:
	mittlere Konzentration an entzündbaren Pulverlacken in Luft innerhalb der Pulverbeschichtungskabine	g/m3
UEG	untere Explosionsgrenze eines Pulverlack-Luft-Gemisches. Wenn keine Angaben vorhanden sind, ist ein Wert von 20g/m3 einzusetzen.	g/m3
CUEG	Konzentration entzündbarer Pulverlacke im Verhältnis zur UEG	in % der UEG
Ṁmax	pro Stunde versprühte höchste Pulverlackmenge	g/h
Qmin	Mindest-Luftvolumenstrom der in die Pulverbeschichtungskabine angesaugt wird und durch den die entzündbaren Pulverlacke auf den erforderlichen Konzentrationswert verdünnt werden	m3/h
v	mittlere Luftgeschwindigkeit	m/s
A	Gesamtquerschnitt der Öffnungen (Der Gesamtquerschnitt umfasst alle ständigen Öffnungen - z. B. Ein- und Auslassöffnungen für Werkstücke, Öffnungen für Bedienungspersonen und Sprühsysteme/Handsprüheinrichtungen)	m2

ANMERKUNG

Bei einer Mehrzonen-Pulverbeschichtungskabine muss jede Sektion separat berechnet werden.

A4.2.2
Berechnungsbeispiel - Bestimmung der Konzentration von entzündbaren Pulverlacken bei bekannter mittlerer Luftgeschwindigkeit

Annahmen:

Parameter für den Luftstrom der Pulverbeschichtungskabine (oder der Sektionen):

Gesamtquerschnitt der Öffnungen	A	= 6 m2
mittlere durch Gestaltung und Konstruktion festgelegte Luftgeschwindigkeit	v	= 0,4 m/s
	Ṁmax	= 90 000 g/h
	UEG	= 20 g/m3

Ergebnis: Eine Nennkonzentration von C_UEG = 52,1 % wird erreicht, wenn die technische Lüftung der Pulverbeschichtungskabine für eine mittlere Luftgeschwindigkeit von v = 0,4 m/s ausgelegt ist (und weitere oben beschriebenen Annahmen gelten). Der Grenzwert für die Konzentration liegt bei 50 % der UEG. In dem oben aufgeführten Beispiel müsste entweder die Zufuhr an Pulverlacken Ṁ_max oder der Mindest-Luftvolumenstrom Q_min erhöht werden.

Ausgehend von einer höchstzulässigen Konzentration von 50 % der UEG ist nach (6)
Nach (7) ist zu berechnen: entweder die Höchstmenge der versprühten Pulverlacke und der Mindest-Luftvolumenstrom Qmin und die mittlere Luftgeschwindigkeit v:
oder der Mindest-Luftvolumenstrom und die Höchstmenge der versprühten Pulverlacke Ṁmax

ANMERKUNG

Unabhängig von der oben aufgeführten Berechnung ist bei Gestaltung und Konstruktion innerhalb der Pulverbeschichtungskabine zu berücksichtigen, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Luft so ausgewählt wird, dass ein effektiver elektrostatischer Beschichtungsprozess möglich ist.

A4.3
Berechnung der Konzentration von entzündbarem Flock (nach DIN EN 50223)

A4.3.1
Berechnungsgrundlage

Um den Vergleich mit der unteren Explosionsgrenze (UEG) zu vereinfachen, wird die Konzentration als C_UEG (in Prozent der UEG) ausgedrückt.

		(9)
Die mittlere Konzentration (Masse) im Inneren der Flockkabine hängt ab von der Menge der eingebrachten Flock und dem Luftstrom:
		(10)
Der Mindest-Luftvolumenstrom Qmin errechnet sich aus der Luftgeschwindigkeit v und dem Gesamtquerschnitt der Öffnungen:
Qmin= v x A x 3 600		(11)
Dabei ist:
	mittlere Konzentration an entzündbaren Flock in Luft innerhalb der Flockkabine	g/m3
UEG	untere Explosionsgrenze eines entzündbaren Flock-Luft-Gemisches. Wenn keine Angaben vorhanden sind, ist ein Wert von 100 g/m3 einzusetzen.	g/m3
CUEG	Konzentration an entzündbaren Flock im Verhältnis zur UEG	in % der UEG
Ṁmax	pro Stunde versprühte höchste Flockmenge	g/h
Qmin	Mindest-Luftvolumenstrom, der in die Flockkabine angesaugt wird und durch den der entzündbare Flock auf den erforderlichen Konzentrationswert verdünnt wird	m3/h
v	Mittlere Luftgeschwindigkeit	m/s
A	Gesamtquerschnitt der Öffnungen (Der Gesamtquerschnitt umfasst alle ständigen Öffnungen - z. B. Ein- und Auslassöffnungen für Werkstücke einschließlich der Fördereinrichtungen, Öffnungen für Bedienungspersonen und Sprühsysteme/Handsprüheinrichtungen.)	m2

ANMERKUNG

Bei einer Mehrzonen-Flockkabine muss jede Sektion separat berechnet werden.

A4.3.2
Berechnungsbeispiel - Bestimmung der Konzentration an entzündbarem Flock bei bekannter mittlerer Luftgeschwindigkeit

Parameter für den Luftstrom der Flockkabine (oder der Sektionen):

Gesamtquerschnitt der Öffnungen	A	= 0,5 m2
mittlere durch Gestaltung und Konstruktion festgelegte Luftgeschwindigkeit	v	= 0,3 m/s
	Ṁmax	= 30 000 g/h
	UEG	= 100 g/m3
Ergebnis: Eine Nennkonzentration von CUEG = 55,6 % wird erreicht, wenn die technische Lüftung der Flockkabine für eine mittlere Luftgeschwindigkeit von v = 0,3 m/s ausgelegt ist (und weitere oben beschriebene Annahmen gelten). Der Grenzwert für die Konzentration liegt bei 50 % der UEG. In dem oben aufgeführten Beispiel müsste entweder die Zufuhr an Flock Ṁmax reduziert oder der Mindest-Luftvolumenstrom Qmin erhöht werden.
Ausgehend von einer höchstzulässigen Konzentration von 50 % der UEG ist nach Gleichung (9)
Nach Gleichung (10) ist zu berechnen: entweder die Höchstmenge der versprühtem Flock und der Mindest-Luftvolumenstrom Qmin und die mittlere Luftgeschwindigkeit v:
oder der Mindest-Luftvolumenstrom und die Höchstmenge der versprühtem Flock Ṁmax
Unabhängig von der oben aufgeführten Berechnung muss bei Gestaltung und Konstruktion innerhalb der Flockkabine die Strömungsgeschwindigkeit der Luft so ausgewählt werden, dass ein effektiver elektrostatischer Beschichtungsprozess möglich ist.