EP2826887B1 - Verfahren zum Auftragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines bewegten Stahlbands - Google Patents

Verfahren zum Auftragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines bewegten Stahlbands Download PDF

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EP2826887B1
EP2826887B1 EP14161660.7A EP14161660A EP2826887B1 EP 2826887 B1 EP2826887 B1 EP 2826887B1 EP 14161660 A EP14161660 A EP 14161660A EP 2826887 B1 EP2826887 B1 EP 2826887B1
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EP
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steel strip
treatment solution
strip
aqueous
solution
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EP14161660.7A
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Andrea Dr. Marmann
Michael Wild
Paul Michels
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ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
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ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
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    • B05D3/0254—After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for discharging an aqueous processing solution onto the surface of a steel belt moving at a predetermined belt speed in a belt running direction.
  • the surface-active substance is sprayed on at least one tube which is arranged at a distance from the coated steel strip surface and has at least one bore through which the aqueous solution of the surface-active substance is sprayed onto the or each metal-coated surface of the steel strip.
  • the excess portion of the solution is squeezed off the surface by means of squeezing rollers.
  • the wet film of the surfactant remaining on the coated steel belt surface is finally dried so that a dry, thin film of the surfactant with a coverage of between 2 and 10 mg / m 2 remains on the metal coated surface of the steel belt.
  • Another method for treating a metal strip provided with a steel strip, in particular a tinplate strip, with a post-treatment agent is from DE 10 2012 102 082 B3 known.
  • an aqueous aftertreatment solution is sprayed onto the metal-coated surface of the steel strip by a spray process.
  • spraying the aqueous solution of Aftertreatment agent by a spray process is also the application of the aftertreatment agent by a dipping process into consideration, in which the steel strip is passed through a tank filled with the liquid aftertreatment agent.
  • both the conventional spraying methods and the known immersing methods have the disadvantage that large amounts of the aqueous processing solution are required and that the excess portion of the processing solution, which is squeezed from the surface of the steel strip, for example, by means of squeezing rollers, collected in collecting tanks and sent for reprocessing must become.
  • Reprocessing a treatment solution that has once been applied to a metal-coated surface of a steel strip proves to be costly and expensive because the treatment solution can be contaminated by application to the steel strip surface, for example, metal ions from the metal coating of the steel strip.
  • application of an aqueous treatment solution on a tinplate surface leads to contamination of the treatment solution with tin ions from the tin coating.
  • a further object of the invention is to provide a method for applying an aqueous treatment solution to the surface of a moving steel strip, with which the treatment solution can be applied as fresh as possible after its application to the steel strip surface to avoid aging effects.
  • the application process should also be feasible at high belt speeds of the moving steel strip.
  • an aqueous treatment solution is applied to the surface of a steel belt moving at a predetermined belt speed in a belt running direction by applying the aqueous treatment solution to one or both surfaces of the moving steel belt with a rotary sprayer having a plurality of spray rotors juxtaposed transversely to the belt running direction to which the aqueous processing solution is supplied and which are rotated by a drive to spray the aqueous processing solution in the form of a fine spray jet on the or each surface of the steel strip by centrifugal force and form a wet film of the aqueous solution there.
  • the moving steel strip is dried with a gas stream and cleaned.
  • the smoothing rollers are expediently arranged with respect to the steel strip surface (s) such that they exert little or no pressure on the wet film of the aqueous treatment solution and therefore no or only a minimal proportion of the applied treatment solution from the steel strip surface squeezing off.
  • the sprayed-on wet film is evened out, it is dried so that a dry coating of the treatment substance remains on the treated steel strip or surfaces.
  • the dry coverage of the treatment solution after drying is between 1 and 50 mg / m 2 .
  • the gas stream with which the moving steel strip is cleaned and dried before applying the aqueous treatment solution is expediently provided by an air knife and inflated as a laminar flow of hot air onto the surface of the moving steel strip. As a result, disruptive foreign particles are blown off the steel strip surface and the steel strip surface is dried.
  • the amount of the aqueous treatment solution fed to the spray rotors of the rotary sprayer per unit time is expediently adapted to the belt speed.
  • the amount of treatment solution supplied to the spray rotors per unit time and based on the width of the steel strip and per side is preferably between 0.4 and 5.5 liters per minute and meter and is more preferably in a range between 1 and 3.5 liters per minute and meters, the belt speed is usually between 200 and 700 m / min.
  • the coating of the wet film of the treatment solution sprayed onto the or each surface side of the steel strip with the spray rotors is correspondingly in the preferred range of 2 to 8 ml / m 2 per side of the steel strip and preferably between 4 and 6 ml / m 2 and particularly preferably at ca. 5 ml / m 2 .
  • the smoothing rollers preferably comprise a pair of smoothing rollers with two driven and staggered arranged smoothing rollers.
  • the distance of the smoothing rollers to the steel strip surface is expediently adjustable and adaptable to the sprayed with the rotary sprayer amount (edition) of the wet film of the treatment solution.
  • the rotary sprayer 2 is expediently connected via a supply line to a storage container in which the aqueous treatment solution is stored.
  • the aqueous treatment solution may be supplied to the rotary sprayer from the container and via the supply line by means of a pump.
  • only fresh treatment solution is expediently stored in order to avoid aging problems.
  • the treatment solution stored in the storage container does not come into contact with a (possibly metal-coated) steel sheet before its application to the steel strip surface, which leads to contamination of the fresh treatment solution (for example by detachment of the metal ions from the metal coating) could.
  • the inventive method is characterized primarily by its resource-saving handling of the treatment solution to be applied and by its cost-effectiveness. It is, in contrast to the known application method, only the exact amount of the treatment solution sprayed onto the steel strip surface, without any excess of treatment solution would have to be blown off or squeezed again. As a result, it is no longer necessary to collect squeezed from the steel belt surface excesses of the treatment solution and supply a reprocessing. As a result, post-treated wastewater incurred in reprocessing processes can be avoided.
  • the application method according to the invention is suitable for applying different treatment solutions to moving steel strips.
  • passivation solutions or aftertreatment solutions for reducing the coefficient of friction can be applied to tinplate surfaces using the method according to the invention.
  • the method according to the invention can also be used in a corresponding manner for the application of other aqueous treatment solutions on tinplate surfaces or also on the surface of steel strips coated with other metallic coatings (such as coatings containing zinc or chromium) are.
  • the process of the present invention may also be used to apply aqueous processing solutions to uncoated steel belts, such as to apply an aqueous conversion coating to the surface of blackplate (hot or cold rolled, non-descaled and uncoated steel sheet).
  • FIG. 1 a device for carrying out the method according to the invention for applying an aqueous treatment solution to the surface of a moving steel strip is shown schematically.
  • the steel strip 1 is guided over a plurality of deflection rollers U and moves at a predetermined belt speed v in a strip running direction, which in FIG. 1 marked with an arrow.
  • the belt speed is regularly more than 200 m / min and up to 750 m / min.
  • the steel strip 1 can be a steel strip coated with a metal coating and cold-rolled, for example a tinplate strip or a galvanized steel strip. However, it may also be uncoated steel sheet, such as a black-plate tape.
  • the steel strip 1 is moved by a transport device not shown here with a predetermined belt speed v in a strip running direction and thereby guided over deflection rollers U.
  • a first drying device 4 to dry and clean the surfaces of the steel strip 1.
  • the first drying device 4 is formed for example by an "air knife", which is a laminar hot air flow to the surfaces of the with Belt speed v by moving steel strip 1 blows, thereby drying the steel strip surfaces and blow off disturbing foreign particles.
  • the first drying device 4 is followed by a rotary sprayer 2.
  • the rotary sprayer is in FIG. 2 shown in detail.
  • the rotary sprayer 2 has a plurality of transverse to the strip running direction next to each other and spaced spray nozzles 3.
  • the spray rotors 3 are connected to a reservoir 9 via a central supply line 6 and diverted branch lines 6a, 6b, 6c, etc. thereof.
  • the aqueous treatment solution is stored, which is to be applied to the steel strip surface.
  • the aqueous treatment solution is expediently pumped by means of a pump 8 into the supply line 6, from where it is conducted into the branch lines 6a, 6b, 6c, wherein each branch line is connected to one of the spray rotors 3.
  • a flow meter 11 is expediently provided in the supply line 6.
  • the aqueous treatment solution is fed to the spray rotors 3 of the rotary sprayer 2.
  • the spray rotors 3 each have a plate set in rotation by a drive. Due to the rotation of the plate of the spray rotors 3, the supplied aqueous treatment solution is conveyed outwards to the plate rim by the centrifugal force.
  • the rim of the plate is shaped such that the aqueous treatment solution in the form of fine droplets flies away from the rim of the rotating plate.
  • the droplet diameter depending on the viscosity and the surface tension of the treatment solution used, is usually between 30 and 70 micrometers.
  • the droplets of the treatment solution flowing away from the edge of the plate are sprayed in full around the rotating plate of the spray rotors 3.
  • the spray rotors 3 are arranged transversely to the strip running direction so that the spraying jets 12 adjacent spray rotors 3 overlap on the surface of the steel strip 1 in order to provide a uniform application of the aqueous treatment solution over the entire width B of the steel strip 1.
  • the amount of aqueous treatment solution supplied to the spray rotors 3 per unit of time is expediently adapted to the belt speed v, with which the steel belt 1 moves.
  • ⁇ t ⁇ B 1.0 to 3.5 liters per minute and meter.
  • the amount of the wet film of the treatment solution sprayed with the spray rotors 3 on the surface of the steel strip 1 is between 2 and 8 ml / m 2, and more preferably between 4 and 6 ml / m 2, and more preferably about 5 ml / m 2 .
  • the aqueous treatment solution can be sprayed by means of the rotary sprayer 2 either only on one side of the steel strip 1 or on both sides of the surfaces of the steel strip 1. Possibly.
  • 1 rotary sprayer 2 are arranged on both sides of the carried steel strip.
  • the steel strip 1 After applying the aqueous processing solution as a wet film on the or each surface of the steel strip 1, the steel strip 1 is performed between rotationally driven smoothing rollers 5a, 5b.
  • the smoothing rollers 5 serve to even out the applied wet film of the aqueous solution.
  • the staggered arrangement of the smoothing rollers 5a, 5b is shown in the figures.
  • the smoothing rollers 5a, 5b are arranged relative to one another in such a way that the connecting line of the axes of rotation of the smoothing rollers running parallel to one another and parallel to the steel belt surface has an angle of approximately 30 ° to 60 ° in cross section with the steel belt 1 passed through the two smoothing rollers ° and in particular of about 45 °.
  • the smoothing rollers used here exert no substantial contact pressure on the steel belt surface. As a result, no or only a very small proportion of the sprayed treatment solution is squeezed from the steel strip surface.
  • the smoothing roller pair 5 only leads to a homogenization of the wet film of the treatment solution over the entire surface of the steel strip. This ensures a constant application of a wet film of the treatment solution with homogeneous layer thickness over the entire surface of the steel strip and it is achieved that no excess treatment solution accumulates, which would have to be collected and recycled.
  • the steel strip 1 is passed through a second drying device 7.
  • the second drying device 7 may be a drying oven or an infrared or hot air dryer.
  • a uniform dry coating of the treatment solution remains on the or each surface of the steel strip 1, wherein the dry coating after drying is generally between 1 and 50 mg / m 2 and preferably between 2 and 30 mg / m 2 .
  • the dry coverage of the treatment solution is particularly preferably about 10 mg / m 2 .
  • the aqueous treatment solution may be, for example, a chromium-free, surface-active passivation solution, as described in US Pat DE 10 2005 045 034 A1 for chromium-free passivation of tinplate surfaces has been described.
  • the aqueous treatment solution may also be a chromium-free passivation solution for the passivation of tinplate, which contains water-soluble inorganic compounds of the elements zirconium and titanium or aluminum.
  • Such aqueous treatment solutions can be used in a two-pass passivation of tinplate, wherein in a first stage anodic oxidation of the tinplate surface is carried out and in a second stage, the application of the aqueous treatment solution on the tinplate surface, wherein the treatment solution water-soluble inorganic compounds of zirconium and / or titanium or aluminum.
  • the application of the aqueous treatment solution can be carried out with the method according to the invention.
  • the application of the aqueous treatment solution with the method according to the invention is then preceded by the first step of the anodic oxidation of the tinplate surface.
  • aqueous electrolyte eg., A soda solution
  • anodic oxidation of the tinplate surface forms a particularly inert oxidation layer on the tinned surface of the tinplate, which consists essentially of (inert) tetravalent tin oxide SnO 2 and protects the tinplate surface against natural growth of an oxide layer by atmospheric oxygen as well as against reactions with sulfur-containing materials.
  • a chromium-free aqueous aftertreatment agent which in particular contains titanium and / or zirconium, can therefore protect the tinned surface of the steel strip completely against corrosion and against discoloration of the surface by reaction of the tin with sulfur ,
  • a metallic or organic conversion coating on a black plate (uncoated, cold or hot rolled steel sheet) can be applied.
  • the method according to the invention is suitable, for example, for applying conversion coatings to blackplate which contain metallic constituents such as titanium, zirconium, manganese, zinc or even phosphorus or organic constituents such as polyacrylate or polycarboxylate.
  • Such conversion coatings provide good protection of the surface of the blackplate against corrosion, so that appropriately treated blackplate, for example, can be used as a substitute for steel sheet coated with a metallic anti-corrosion layer of chromium (such as ECCS, "electrolytic chromium coated steeel").

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines sich mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit in einer Bandlaufrichtung bewegenden Stahlbands.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die beschichtete Oberfläche eines mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht beschichteten Stahlblechs nach dem Auftragen der metallischen Beschichtung mit einem Nachbehandlungsmittel zu behandeln, um das beschichtete Stahlblech oxidationsbeständig zu machen und den Reibwert zu erniedrigen, damit das beschichtete Stahlblech bei der nachfolgenden Verarbeitung, beispielsweise bei der Herstellung von Verpackungsbehältern, besser verarbeitbar zu machen. Aus der DE 10 2005 045 034 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Passivierung der Oberfläche von metallbeschichteten Stahlbändern, insbesondere von Weißblech (verzinntes Stahlblech) bekannt, wobei auf die Oberfläche des sich mit einer Bandgeschwindigkeit im Bereich von 100 m/min bis 600 m/min bewegenden Stahlbands eine wässrige Lösung einer oberflächenaktiven Substanz aufgespritzt wird. Die oberflächenaktive Substanz wird dabei über mindestens ein Rohr aufgesprüht, welches im Abstand zur beschichteten Stahlbandoberfläche angeordnet ist und mindestens eine Bohrung aufweist, durch welche die wässrige Lösung der oberflächenaktiven Substanz auf die oder jede metallbeschichtete Oberfläche des Stahlbands aufgesprüht wird. Nach dem Aufsprühen der wässrigen Lösung wird der überschüssige Anteil der Lösung mittels Quetschrollen von der Oberfläche abgequetscht. Der auf der beschichteten Stahlbandoberfläche verbleibende Nassfilm der oberflächenaktiven Substanz wird schließlich getrocknet, so dass ein trockener, dünner Film der oberflächenaktiven Substanz mit einer Auflage zwischen 2 und 10 mg/m2 auf der metallbeschichteten Oberfläche des Stahlbands verbleibt.
  • Ein weiteres Verfahren zur Behandlung eines mit einer Metallbeschichtung versehenen Stahlbands, insbesondere eines Weißblech-Bands, mit einem Nachbehandlungsmittel ist aus der DE 10 2012 102 082 B3 bekannt. In diesem Verfahren wird eine wässrige Nachbehandlungslösung mittels eines Sprühverfahrens auf die metallbeschichtete Oberfläche des Stahlbands aufgesprüht. Als Alternative zum Aufsprühen der wässrigen Lösung des Nachbehandlungsmittels durch ein Sprühverfahren kommt auch die Applizierung des Nachbehandlungsmittels durch ein Tauchverfahren in Betracht, in dem das Stahlband durch einen mit dem flüssigen Nachbehandlungsmittel gefüllten Tank geleitet wird. Sowohl bei den bekannten Sprühverfahren als auch bei einem Tauchverfahren ist es zum Erzielung einer homogenen Verteilung des Behandlungsmittels über die gesamte Oberfläche des Stahlbands erforderlich, die wässrige Lösung des Behandlungsmittels im Überschuss auf die Oberfläche aufzubringen und den überschüssigen Anteil der Behandlungslösung beispielsweise mittels Abquetschrollen wieder zu entfernen. Deshalb weisen sowohl die herkömmlichen Sprühverfahren als auch die bekannten Tauchverfahren den Nachteil auf, das große Mengen der wässrigen Behandlungslösung benötigt werden und dass der überschüssige Teil der Behandlungslösung, welcher beispielsweise mittels Quetschrollen von der Oberfläche des Stahlbands abgequetscht wird, in Sammelbehältern gesammelt und einer Wiederaufbereitung zugeführt werden muss. Eine Wiederaufbereitung einer Behandlungslösung, die bereits einmal auf einer metallbeschichteten Oberfläche eines Stahlbands appliziert worden ist, erweist sich jedoch als aufwendig und teuer, weil die Behandlungslösung durch das Applizieren auf die Stahlbandoberfläche verunreinigt werden kann, beispielsweise durch Metallionen aus der Metallbeschichtung des Stahlbands. So führt beispielsweise eine Applizierung einer wässrigen Behandlungslösung auf einer Weißblechoberfläche zu einer Verunreinigung der Behandlungslösung mit Zinn-Ionen aus der Zinnbeschichtung.
  • Insbesondere in den bekannten Tauchverfahren kommt es ferner häufig zu einem ungleichmäßigen Auftrag der wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche des Stahlbands. Dies macht sich vor allem dann bemerkbar, wenn das Stahlband mit einer hohen Bandgeschwindigkeit von beispielsweise mehr als 400 m/min durch ein Tauchbad mit der Behandlungslösung bewegt wird. Darüber hinaus besteht bei den Tauchverfahren das Problem einer Alterung der wässrigen Behandlungslösung, die in dem Tauchbad (Tank) bevorratet wird. Beim Durchleiten eines metallbeschichteten Stahlbands durch ein Tauchbad kommt es ebenfalls zu einer Kontamination der Behandlungslösung, insbesondere durch verschmutzte Oberflächen des Stahlbands und durch Ablösung von Metallionen aus dem Beschichtungsmaterial der Metallbeschichtung des Stahlbands. Das Problem der Alterung von wässrigen Behandlungslösungen in einem Tauchbad ergibt sich beispielsweise bei chromfreien Passivierungsmitteln, welche zur Passivierung von Weißblechoberflächen verwendet werden.
  • Es besteht deshalb ein Bedürfnis für ein materialsparendes Verfahren zum Auftragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines bewegten Stahlbands, mit dem ein gleichmäßiger Auftrag der Behandlungslösung auf die Stahlbandoberfläche ermöglicht wird. Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Auftragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines bewegten Stahlbands aufzuzeigen, mit dem unter Verwendung möglichst geringer Mengen der Behandlungslösung eine gleichmäßige Applizierung der Behandlungslösung auf die Stahlbandoberfläche ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Auftragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines bewegten Stahlbands bereit zu stellen, mit dem zur Vermeidung von Alterungseffekten die Behandlungslösung möglichst frisch nach ihrem Ansetzen auf die Stahlbandoberfläche appliziert werden kann. Das Applikationsverfahren soll dabei auch bei hohen Bandgeschwindigkeiten des bewegten Stahlbands durchführbar sein.
  • Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zur Lösung der Aufgabe trägt ferner die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 bei.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Applizierung einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines sich mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit in einer Bandlaufrichtung bewegenden Stahlbands durch Aufbringen der wässrigen Behandlungslösung auf eine oder beide Oberflächen des bewegt Stahlbands mit einem Rotationssprüher, welcher mehrere quer zur Bandlaufrichtung nebeneinander angeordnete Sprührotoren aufweist, denen die wässrige Behandlungslösung zugeführt wird und welche von einem Antrieb in Rotation versetzt werden, um die wässrige Behandlungslösung zentrifugalkraftbedingt in Form eines feinen Sprühstrahls auf die oder jede Oberfläche des Stahlbands zu sprühen und dort einen Nassfilm der wässrigen Lösung auszubilden. Vor dem Aufsprühen der wässrigen Behandlungslösung wird das bewegte Stahlband mit einem Gasstrom getrocknet und gesäubert. Nach dem Auftragen des Nassfilms der wässrigen Behandlungslösung wird diese mittels angetriebener Glättrollen auf der Stahlbandoberfläche vergleichmäßigt. Die Glättrollen sind dabei zweckmäßig in Bezug auf die Stahlbandoberfläche(n) so angeordnet, dass sie keinen oder nur wenig Druck auf den Nassfilm der wässrigen Behandlungslösung ausüben und daher keine oder nur einen minimalen Anteil der applizierten Behandlungslösung von der Stahlbandoberfläche abquetschen. Nach der Vergleichmäßigung des aufgesprühten Nassfilms wird dieser getrocknet, so dass eine Trockenauflage der Behandlungssubstanz auf der oder den behandelten Stahlbandoberflächen verbleibt. Zweckmäßig beträgt die Trockenauflage der Behandlungslösung nach dem Trocknen zwischen 1 und 50 mg/m2.
  • Der Gasstrom, mit dem das bewegte Stahlband vor dem Applizieren der wässrigen Behandlungslösung gereinigt und getrocknet wird, wird zweckmäßig durch ein Air-Knife bereitgestellt und als laminarer Heißluftstrom auf die Oberfläche des sich bewegenden Stahlbands aufgeblasen. Dadurch werden störende Fremdpartikel von der Stahlbandoberfläche abgeblasen und die Stahlbandoberfläche wird getrocknet.
  • Die den Sprührotoren des Rotationssprühers pro Zeiteinheit zugeführte Menge der wässrigen Behandlungslösung wird zweckmäßig an die Bandgeschwindigkeit angepasst. Es besteht dabei bevorzugt ein linearer Zusammenhang zwischen der den Sprührotoren pro Zeiteinheit zugeführten Menge der Behandlungslösung und der Bandgeschwindigkeit. Die den Sprührotoren pro Zeiteinheit und bezogen auf die Breite des Stahlbands und pro Seite zugeführte Menge der Behandlungslösung liegt bevorzugt zwischen 0,4 bis 5,5 Liter pro Minute und Meter und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 bis 3,5 Liter pro Minute und Meter, wobei die Bandgeschwindigkeit in der Regel zwischen 200 und 700 m/min liegt. Die mit den Sprührotoren auf die oder jede Oberflächenseite des Stahlbands aufgesprühte Auflage des Nassfilms der Behandlungslösung liegt entsprechend im bevorzugten Bereich von 2 bis 8 ml/m2 pro Seite des Stahlbands und bevorzugt zwischen 4 und 6 ml/m2 und besonders bevorzugt bei ca. 5 ml/m2.
  • Um möglichst wenig überschüssige Behandlungslösung von der Stahlbandoberfläche abzuquetschen, wird der aufgetragene Nassfilm der wässrigen Lösung mittels angetriebener Glättrollen vergleichmäßigt, wobei die Glättrollen bevorzugt ein Glättrollenpaar umfassen mit zwei angetriebenen und gegeneinander versetzt angeordneten Glättrollen. Der Abstand der Glättrollen zur Stahlbandoberfläche ist dabei zweckmäßig einstellbar und an die mit dem Rotationssprüher aufgesprühte Menge (Auflage) des Nassfilms der Behandlungslösung anpassbar. Dadurch wird erreicht, dass in Abhängigkeit der aufgesprühten Menge bzw. der Auflage des Nassfilms der Behandlungslösung zwar einerseits eine Vergleichmäßigung des aufgetragenen Nassfilms über die gesamte Breite des Stahlbands ermöglicht wird, ohne andererseits zu hohe Mengen des aufgesprühten Nassfilms wieder von der Stahlbandoberfläche abzuquetschen. Infolgedessen ist es nicht mehr oder nur noch in sehr geringem Umfang erforderlich, überschüssige Behandlungslösung, welche von der Stahlbandoberfläche abgequetscht wird oder abtropft, wieder aufzusammeln und einer Aufbereitung zuzuführen.
  • Der Rotationssprüher 2 ist zweckmäßig über eine Zufuhrleitung mit einem Vorratsbehälter verbunden, in dem die wässrige Behandlungslösung bevorratet wird. Die wässrige Behandlungslösung kann dem Rotationssprüher aus dem Behälter und über die Zufuhrleitung mittels einer Pumpe zugeführt werden. In dem Vorratsbehälter wird zweckmäßig nur frische Behandlungslösung bevorratet, um Alterungsprobleme zu vermeiden. Anders als bei den bekannten Tauchverfahren kommt die in dem Vorratsbehälter bevorratete Behandlungslösung vor ihrer Applikation auf die Stahlbandoberfläche nicht in Kontakt mit einem (ggf. metallbeschichteten) Stahlblech, was zu einer Verunreinigung der frischen Behandlungslösung (bspw. durch Ablösen der Metallionen aus der Metallbeschichtung) führen könnte.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich in erster Linie durch seinen ressourcenschonenden Umgang mit der zu applizierenden Behandlungslösung und durch seine Wirtschaftlichkeit aus. Es wird, anders als bei den bekannten Applikationsverfahren, nur die genau benötigte Menge der Behandlungslösung auf die Stahlbandoberfläche aufgesprüht, ohne dass ein etwaiger Überschuss an Behandlungslösung wieder abgeblasen oder abgequetscht werden müsste. Infolge dessen ist es auch nicht mehr erforderlich, von der Stahlbandoberfläche abgequetschte Überschüsse der Behandlungslösung zu sammeln und einer Wiederaufbereitung zuzuführen. Dadurch können auch nachzubehandelnde Abwässer, die in Wiederaufbereitungsverfahren anfallen, vermieden werden.
  • Das erfindungsgemäße Applikationsverfahren eignet sich zum Auftragen von unterschiedlichen Behandlungslösungen auf bewegte Stahlbänder. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise Passivierungslösungen oder Nachbehandlungslösungen zur Reduzierung des Reibwerts auf Weißblechoberflächen aufgebracht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch in entsprechender Weise für das Auftragen anderer wässrigen Behandlungslösungen auf Weißblechoberflächen oder auch auf die Oberfläche von Stahlbändern verwendet werden, die mit anderen metallischen Beschichtungen (wie z.B. zink- oder chromhaltige Beschichtungen) beschichtet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Auftragen von wässrigen Behandlungslösungen auf unbeschichtete Stahlbänder verwendet werden, wie z.B. zum Aufbringen einer wässrigen Konversionsbeschichtung auf die Oberfläche von Schwarzblech (warm- oder kaltgewalztes, nicht entzundertes und unbeschichtetes Stahlblech).
  • Diese und weitere Merkmale sowie Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Fig. 2:
    Detailansicht eines Ausschnitts der Vorrichtung von Figur 1 im Bereich des Rotationssprühers sowie perspektivische Draufsicht auf diesen Rotationssprüher;
  • In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auftragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines bewegten Stahlbands schematisch dargestellt. Das Stahlband 1 wird dabei über mehrere Umlenkrollen U geführt und bewegt sich mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit v in einer Bandlaufrichtung, welche in Figur 1 mit einem Pfeil gekennzeichnet ist. Die Bandgeschwindigkeit beträgt dabei regelmäßig mehr als 200 m/min und bis zu 750 m/min. Bei dem Stahlband 1 kann es sich um ein mit einer Metallbeschichtung beschichtetes und kaltgewalztes Stahlband, beispielsweise um ein Weißblechband oder ein verzinktes Stahlband, handeln. Es kann sich jedoch auch um unbeschichtetes Stahlblech handeln, wie z.B. um ein Schwarzblech-Band.
  • Das Stahlband 1 wird von einer hier nicht dargestellten Transporteinrichtung mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit v in eine Bandlaufrichtung bewegt und dabei über Umlenkrollen U geführt. Zunächst wird das Stahlband 1 durch eine erste Trocknungseinrichtung 4 geleitet, um die Oberflächen des Stahlbands 1 zu trocknen und zu reinigen. Die erste Trocknungseinrichtung 4 ist dabei beispielsweise durch ein "Air-Knife" gebildet, welches einen laminaren Heißluftstrom auf die Oberflächen des sich mit der Bandgeschwindigkeit v durchbewegenden Stahlbands 1 bläst, um dadurch die Stahlbandoberflächen zu trocknen und störende Fremdpartikel abzublasen.
  • An die erste Trocknungseinrichtung 4 schließt sich ein Rotationssprüher 2 an. Der Rotationssprüher ist in Figur 2 im Detail gezeigt. Der Rotationssprüher 2 weist mehrere quer zu Bandlaufrichtung nebeneinander und im Abstand zueinander angeordnete Sprührotoren 3 auf. Die Sprührotoren 3 sind über eine zentrale Zufuhrleitung 6 und davon abgezweigte Abzweigleitungen 6a, 6b, 6c, etc. mit einem Vorratsbehälter 9 verbunden. In dem Vorratsbehälter 9 ist die wässrige Behandlungslösung bevorratet, welche auf die Stahlbandoberfläche appliziert werden soll. Die wässrige Behandlungslösung wird zweckmäßig mittels einer Pumpe 8 in die Zufuhrleitung 6 gepumpt, von wo sie in die Abzweigleitungen 6a, 6b, 6c geleitet wird, wobei jede Abzweigleitung mit einem der Sprührotoren 3 verbunden ist. Zur Erfassung der in die Zufuhrleitung 6 gepumpten Menge der wässrigen Behandlungslösung ist in der Zufuhrleitung 6 zweckmäßig ein Durchflussmesser 11 vorgesehen.
  • Über die Zufuhrleitung 6 und den daran angeordneten Abzweigleitungen wird die wässrige Behandlungslösung den Sprührotoren 3 des Rotationssprühers 2 zugeführt. Die Sprührotoren 3 weisen jeweils einen von einem Antrieb in Rotation versetzten Teller auf Aufgrund der Rotation des Tellers der Sprührotoren 3 wird die zugeführte wässrige Behandlungslösung durch die Zentrifugalkraft nach außen zum Tellerrand gefördert. Der Tellerrand ist so geformt, dass die wässrige Behandlungslösung in Form feiner Tröpfchen von dem Tellerrand des rotierenden Tellers wegfliegt. Der Tröpfchendurchmesser liegt, abhängig von der Viskosität und der Oberflächenspannung der verwendeten Behandlungslösung, in der Regel zwischen 30 und 70 Mikrometer. Die vom Tellerrand wegfliegenden Tröpfchen der Behandlungslösung werden vollumfänglich um den rotierenden Teller der Sprührotoren 3 versprüht. Die Sprührotoren 3 sind quer zur Bandlaufrichtung so angeordnet, dass sich die Sprühstrahlen 12 benachbarten Sprührotoren 3 auf der Oberfläche des Stahlbands 1 überlappen, um einen gleichmäßigen Auftrag der wässrigen Behandlungslösung über die gesamte Breite B des Stahlbands 1 sich zu stellen.
  • Die den Sprührotoren 3 pro Zeiteinheit zugeführte Menge der wässrigen Behandlungslösung wird dabei zweckmäßig an die Bandgeschwindigkeit v angepasst, mit der sich das Stahlband 1 bewegt. Dabei besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der den Sprührotoren pro Zeiteinheit zugeführten Menge der Behandlungslösung und der Bandgeschwindigkeit v. Die den Sprührotoren pro Zeiteinheit Δt und bezogen auf die Breite B des Stahlbands 1 zugeführte Menge M der Behandlungslösung variiert dabei in der Regel zwischen M/Δt · B = 0,4 bis 5,5 Liter pro Minute und Meter und liegt bevorzugt zwischen M/Δt · B = 1,0 bis 3,5 Liter pro Minute und Meter. Bei einer typischen Bandgeschwindigkeit von 200 bis 700 m/min beträgt die mit den Sprührotoren 3 auf die Oberfläche des Stahlbands 1 aufgesprühte Menge des Nassfilms der Behandlungslösung zwischen 2 und 8 ml/m2 und bevorzugt zwischen 4 und 6 ml/m2 und besonders bevorzugt ca. 5 ml/m2.
  • Die wässrige Behandlungslösung kann mittels des Rotationssprühers 2 entweder nur auf eine Seite des Stahlbands 1 oder auch beidseitig auf die Oberflächen des Stahlbands 1 aufgesprüht werden. Ggf. sind hierfür zu beiden Seiten des durchgeführten Stahlbands 1 Rotationssprüher 2 angeordnet.
  • Nach dem Aufbringen der wässrigen Behandlungslösung als Nassfilm auf die oder jede Oberfläche des Stahlbands 1 wird das Stahlband 1 zwischen drehend angetriebene Glättrollen 5a, 5b durchgeführt. Die Glättrollen 5 dienen zur Vergleichmäßigung des aufgetragenen Nassfilms der wässrigen Lösung. Bevorzugt wird hierfür ein Glättrollenpaar 5 mit zwei gegeneinander versetzt angeordneten Glättrollen 5a und 5b verwendet. Die versetzte Anordnung der Glättrollen 5a, 5b ist in den Figuren dargestellt. Wie aus den Figuren hervorgeht, sind die Glättrollen 5a, 5b so zueinander angeordnet, dass die Verbindungslinie der parallel zueinander und parallel zur Stahlbandoberfläche verlaufenden Rotationsachsen der Glättrollen im Querschnitt mit dem durch die beiden Glättrollen durchgeführten Stahlband 1 einen Winkel von ca. 30° bis 60° und insbesondere von ca. 45° einschließt. Anders als die aus dem Stand der Technik bekannten Abquetschrollen, welche symmetrisch zum Stahlband angeordnet sind und einen Anpressdruck ausüben, um überschüssige Behandlungslösung von der Stahlbandoberfläche abzuquetschen, üben die hier verwendeten Glättrollen keinen Wesentlichen Anpressdruck auf die Stahlbandoberfläche aus. Dadurch wird keine oder nur ein sehr geringer Anteil der aufgesprühten Behandlungslösung von der Stahlbandoberfläche abgequetscht. Das Glättrollenpaar 5 führt nur zu einer Vergleichmäßigung des Nassfilms der Behandlungslösung über die gesamte Oberfläche des Stahlbands. Dadurch wird ein konstanter Auftrag eines Nassfilms der Behandlungslösung mit homogener Schichtdicke über die gesamte Oberfläche des Stahlbands gewährleistet und es wird erreicht, dass keine überschüssige Behandlungslösung anfällt, welche aufgesammelt und einer Wiederaufbereitung zugeführt werden müsste.
  • Im Anschluss an die Glättrollen 5 wird das Stahlband 1 durch eine zweite Trocknungseinrichtung 7 geleitet. Bei der zweiten Trocknungseinrichtung 7 kann es sich um einen Trocknungsofen oder um einen Infrarot- oder Heißluft-Trockner handeln.
  • Nach dem Trocknen verbleibt auf der oder jeder Oberfläche des Stahlbands 1 eine gleichmäßige Trockenauflage der Behandlungslösung, wobei die Trockenauflage nach dem Trocknen in der Regel zwischen 1 und 50 mg/m2 und bevorzugt zwischen 2 und 30 mg/m2 liegt. Besonders bevorzugt beträgt die Trockenauflage der Behandlungslösung ca. 10 mg/m2.
  • Bei der wässrigen Behandlungslösung kann es sich beispielsweise um eine chromfreie, oberflächenaktive Passivierungslösung handeln, wie sie in der DE 10 2005 045 034 A1 zur chromfreien Passivierung von Weißblechoberflächen beschrieben worden ist. Bei der wässrigen Behandlungslösung kann es sich auch um eine chromfreie Passivierungslösung zur Passivierung von Weißblech handeln, welche wasserlösliche anorganische Verbindungen der Elemente Zirkonium und Titan oder Aluminium enthält. Solche wässrigen Behandlungslösungen können in einem zweistufigen Passivierungsverfahren zur Passivierung von Weißblech verwendet werden, wobei in einer ersten Stufe eine anodische Oxidation der Weißblechoberfläche durchgeführt und in einer zweiten Stufe die Applizierung der wässrigen Behandlungslösung auf die Weißblechoberfläche erfolgt, wobei die Behandlungslösung wasserlösliche anorganische Verbindungen der Elemente Zirkonium und/oder Titan oder Aluminium enthält. Die Applizierung der wässrigen Behandlungslösung kann dabei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen.
  • Der Applikation der wässrigen Behandlungslösung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dann noch der erste Schritt der anodischen Oxidation der Weißblechoberfläche voranzustellen. Hierfür wird - wie in Figur 1 schematisch gezeigt - das Stahlband 1 mit der vorgegebenen Bandgeschwindigkeit v durch einen Tank 10 mit einem wässrigen Elektrolyten (bspw. eine Soda-Lösung) geleitet und in einem elektrischen Stromkreis als Anode geschaltet, um die Weißblechoberfläche anodisch zu oxidieren. Es hat sich gezeigt, dass sich durch eine solche anodische Oxidation der Weißblechoberfläche eine besonders inerte Oxidationsschicht an der verzinnten Oberfläche des Weißblechs ausbildet, die im Wesentlichen aus (inertem) vierwertigen Zinnoxid SnO2 besteht und die Weißblechoberfläche gegen natürliches Anwachsen einer Oxidschicht durch Luftsauerstoff sowie gegen Reaktionen mit schwefelhaltigen Materialien schützt. Eine solche anodische Oxidation einer Weißblechoberfläche mit anschließender Behandlung der oxidierten Oberfläche mit einem chromfreien wässrigen Nachbehandlungsmittel, welches insbesondere Titan und/oder Zirkonium enthält, kann die verzinnte Oberfläche des Stahlbands daher flächendeckend gegen Korrosion und gegen eine Verfärbung der Oberfläche durch Reaktion des Zinns mit Schwefel schützen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch eine metallische oder organische Konversionsbeschichtung auf einem Schwarzblech (unbeschichtetes, kalt- oder warmgewalztes Stahlblech) appliziert werden. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zum Applizieren von Konversionsbeschichtungen auf Schwarzblech geeignet ist, welche metallische Bestandteile wie Titan, Zirkonium, Mangan, Zink oder auch Phosphor oder organische Bestandteile wie Polyacrylat oder Polycarboxylat enthalten. Solche Konversionsbeschichtungen bieten einen guten Schutz der Oberfläche des Schwarzblechs gegen Korrosion, so dass entsprechend behandeltes Schwarzblech bspw. als Ersatz für Stahlblech verwendet werden kann, welches mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht aus Chrom (wie ECCS, "electrolytic chromium coated steeel") beschichtet ist.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Auftragen einer wässrigen Behandlungslösung auf die Oberfläche eines sich mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit in einer Bandlaufrichtung bewegenden Stahlbands (1), mit folgenden Schritten:
    - Trocknen des sich bewegenden Stahlbands (1) mit einem Gasstrom,
    - Aufbringen der wässrigen Lösung auf wenigstens einer Oberfläche des Stahlbands (1) mit einem Rotationssprüher (2) mit mehreren quer zur Bandlaufrichtung nebeneinander angeordneten Sprührotoren (3), denen die wässrige Behandlungslösung zugeführt wird und welche von einem Antrieb in Rotation versetzt werden, um die Behandlungslösung zentrifugalkraftbedingt in Form eines Sprühstrahls auf die Oberfläche des Stahlbands (1) zu sprühen und dort einen Nassfilm der wässrigen Behandlungslösung auszubilden,
    - Vergleichmäßigen des aufgetragenen Nassfilms der wässrigen Behandlungslösung mittels angetriebener Glättrollen (5; 5a, 5b),
    - Trocknen des aufgetragenen Nassfilms der wässrigen Behandlungslösung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom zum Trocknen des sich bewegenden Stahlbands mit einem Air-Knife (4) als laminarer Heißluftstrom auf die Oberfläche des sich bewegenden Stahlbands aufgeblasen wird.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Sprührotoren (3) pro Zeiteinheit zugeführte Menge der Behandlungslösung an die Bandgeschwindigkeit angepasst ist, mit der sich das Stahlband (1) bewegt, wobei bevorzugt ein linearer Zusammenhang zwischen der den Sprührotoren pro Zeiteinheit zugeführte Menge der Behandlungslösung und der Bandgeschwindigkeit besteht.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die den Sprührotoren (3) pro Zeiteinheit (Δt) und bezogen auf die Breite (B) des Stahlbands zugeführte Menge (M) der Behandlungslösung zwischen M/ Δt*B = 0,4 bis 5,5 Liter pro Minute und Meter (1/min*m) und bevorzugt zwischen M/ Δt*B = 1,0 bis 3,5 Liter pro Minute und Meter (1/ min*m) liegt.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Bandgeschwindigkeit zwischen 200 und 700 m/min liegt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mit den Sprührotoren auf die oder jeder Oberflächenseite des Stahlbands aufgebrachte Menge des Nassfilms der Behandlungslösung zwischen 2 ml/m2 und 8 ml/m2 und bevorzugt zwischen 4 ml/m2 und 6 ml/m2 liegt und besonders bevorzugt ca. 5 ml/m2 beträgt.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trockenauflage der Behandlungslösung nach dem Trocknen zwischen 1,0 mg/m2 und 50 mg/m2 und bevorzugt zwischen zwischen 2 mg/m2 und 30 mg/m2 liegt und besonders bevorzugt ca. 10 mg/m2 beträgt.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vergleichmäßigung des aufgetragenen Nassfilms der wässrigen Lösung mittels eines angetriebenen Glättrollenpaars (5) mit zwei gegeneinander versetzt angeordneten Glättrollen (5a, 5b) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stahlband um ein verzinntes Stahlband (Weißblech) handelt und dass es sich bei der wässrigen Behandlungslösung um eine Passivierungslösung zur Passivierung der Zinnbeschichtung, insbesondere eine chromfreie Passivierungslösung handelt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stahlband um ein unbeschichtetes Stahlband (Schwarzblech) handelt und dass es sich bei der wässrigen Behandlungslösung um eine metallhaltige oder eine organische Behandlungslösung zum Aufbringen einer vor Korrosion schützenden Konversionsbeschichtung auf die Oberfläche des Stahlbands (Schwarzblech) handelt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der wässrigen Behandlungslösung eine anodische Oxidation der Oberfläche des Stahlbands (1) durchgeführt wird, welche bevorzugt durch Durchführen des Stahlbands mit der Bandgeschwindigkeit durch einen basischen Elektrolyten erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Behandlungslösung (Passivierungslösung) Copolymere von Acrylaten, Polymethylsiloxane mit Polyetherseitenketten, saure Polyether, Polymere mit heterocyclischen Gruppen und/oder saure Zusammensetzungen mit komplexen Metall-Fluorid-Anionen mit zwei- bis vierwertigen Kationen und polymeren Stoffen enthält.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Behandlungslösung wenigstens einen der folgenden Bestandteile enthält: Titan, Zirkonium, Aluminium, insbesondere Aluminiumnitrat, Mangan, Zink, Phosphor, Polyacrylat oder Polycarboxylat.
  14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit:
    - einer Transporteinrichtung zum Transport des Stahlbands (1) in einer Bandlaufrichtung mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit (v);
    - einer ersten Trocknungseinrichtung (4) zum Trocknen des Stahlbands (1),
    - wenigstens einem Rotationssprüher (2) mit mehreren quer zur Bandlaufrichtung nebeneinander angeordneten Sprührotoren (3), wobei der Rotationssprüher (2) zum Aufbringen der wässrigen Behandlungslösung auf wenigstens eine Oberfläche des Stahlbands (1) im Abstand zu dieser Oberfläche des Stahlbands (1) angeordnet ist;
    - einer Zufuhreinrichtung (6, 8) zur Versorgung des Rotationssprüher (2) mit der Behandlungslösung, mit einer Zufuhrleitung (6), welche mit dem Rotationssprüher (2) und mit einem Vorratsbehälter (9) für die wässrige Behandlungslösung in Verbindung steht;
    - einem Antrieb, mit dem die Sprührotoren (3) des Rotationssprühers (2) in Rotation versetzt werden, um die wässrige Behandlungslösung zentrifugalkraftbedingt in Form eines Sprühstrahls auf die Oberfläche des Stahlbands (1) zu sprühen und dort einen Nassfilm der wässrigen Lösung auszubilden;
    - einem Paar von angetriebenen Glättrollen (5a, 5b), welche dem Rotationssprüher (2) in Bandlaufrichtung nachgeordnet sind und welche der Vergleichmäßigung des aufgetragenen Nassfilms der wässrigen Lösung auf der Oberfläche des Stahlbands (1) dienen;
    - einer zweiten Trocknungseinrichtung (7) zum Trocknen des aufgetragenen Nassfilms der wässrigen Lösung.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung (6, 8) eine Pumpe (8) umfasst, welche mit einer mit der Transporteinrichtung gekoppelten Steuerung verbunden ist, um die dem Rotationssprüher (2) pro Zeiteinheit zugeführte Menge der Behandlungslösung an die Bandgeschwindigkeit anzupassen.
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